DE1403049B1

DE1403049B1 - Centrifugal pump with axially loaded impeller to generate a high vacuum

Info

Publication number: DE1403049B1
Application number: DE19551403049
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing C Pfleiderer
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1955-04-29
Filing date: 1955-04-29
Publication date: 1970-02-12

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit axial beaufschlagtem Laufrad zur Erzeugung eines Hochvakuums.The invention relates to a centrifugal pump with axially acted upon Impeller for generating a high vacuum.

Für verschiedene Anwendungsfälle können zur Hochvakaumerzeugung an Stelle von Treibmittelpumpen und Drehschieber- bzw. Drehkolbenpumpen Kreiselpumpen eingesetzt werden. Diese bieten bei relativ einfachem konstruktivem Aufbau keine schwierigen Abdichtungsprobleme an drehbaren Teilen und liefern ein ölfreies Hochvakuum. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Verwendung der in bekannter Weise für die Förderung atmosphärischer Luft beschaufelten Kreiselpumpen im Hochvakuumbereich derartig hohe Verluste auftreten, daß fast die gesamte an der Antriebswelle zugeführte Arbeit durch Reibungsverluste aufgezehrt wird. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Beeinträchtigung der Wirtschaftlichkeit bei der Hochvakuumerzeugung durch Kreiselpumpen.For different applications you can use to generate high vacuum Place of propellant pumps and rotary vane or rotary lobe pumps centrifugal pumps can be used. These offer none with a relatively simple structural design difficult sealing problems on rotating parts and provide an oil-free high vacuum. However, it has been shown that when using the in a known manner for the promotion centrifugal pumps bladed with atmospheric air in the high vacuum range Losses occur that almost all of the work done on the drive shaft is consumed by frictional losses. This results in a significant impairment the profitability of high vacuum generation using centrifugal pumps.

Nähere Untersuchungen haben ergeben, daß sich Gase unter sehr geringem Druck, d. h. im Bereich des Hochvakuums unterhalb von 10-1 Torr, in ihrem Verhalten mit absinkendem Druck zähen Flüssigkeiten nähern, so daß die Massenkräfte, die in der für atmosphärische Luft beschaufelten Kreiselpumpe die Grundlage der Förderung bilden, gegenüber den Zähigkeitskräften verschwinden. Damit wird auch das Verhältnis zwischen Massen- und Zähigkeitskräften, d. h. die Reynoldsche Zahl (w = mittlere Geschwindigkeit, d = mittlere Kanalweite, y = spezifisches Gewicht) sehr klein. Die Untersuchungen haben weiterhin gezeigt, daß eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Kreiselpumpe zur Hochvakuumerzeugung nur dann erreicht werden kann, wenn die Reibungsflächen, d. h. die Oberflächen der die Strö-mung begrenzenden Wände, verringert werden. Dies erscheint im Hochvakuumbereich möglich, weil bei der dort auftretenden tieflaminaren Strömung ein sogenannter Eintrittsstoß nicht mehr auftritt, so daß keine Veranlassung besteht, die Schaufeln auf stoßfreien Eintritt einzustellen. Man kann daher die bekannten engen Kanalweiten des Eintritts vermeiden und Kanäle schaffen, die bei geringer Reibung durchgängig geräumig sind. Damit ergeben sich Beschaufelungen, die eine scheinbarprimitiveFormgestaltung aufweisen und tatsächlich für die Förderung von gewöhnlichen Flüssigkeiten und atmosphärischer Luft ungünstig bzw. unbrauchbar sind, aber in Verbindung mit den im Hochvakuumgebiet vorliegenden Reynold-Zahlen eine ganz wesentliche und bisher unbekannte Verbesserung erzielen.Closer investigations have shown that gases under very low pressure, i. H. in the high vacuum range below 10-1 Torr, viscous liquids approach viscous liquids in their behavior with falling pressure, so that the inertia forces, which form the basis of the conveyance in the centrifugal pump bladed for atmospheric air, disappear against the viscous forces. This also determines the relationship between mass and viscosity forces, i.e. H. the Reynolds number (w = average speed, d = average channel width, y = specific weight) very small. The investigations have also shown that an improvement in the efficiency of the centrifugal pump for high vacuum generation can only be achieved if the friction surfaces, ie. H. the surfaces of the walls limiting the flow can be reduced. This appears to be possible in the high vacuum range, because with the deep laminar flow occurring there, a so-called entry impact no longer occurs, so that there is no need to adjust the blades for impact-free entry. It is therefore possible to avoid the well-known narrow channel widths of the inlet and create channels that are consistently spacious with little friction. This results in blading that has an apparently primitive shape and is actually unfavorable or unusable for the conveyance of ordinary liquids and atmospheric air, but in connection with the Reynold numbers present in high vacuum areas achieve a very significant and hitherto unknown improvement.

Das Kennzeichnende der Erfindung Jiegt in der Verwendung der an sich außerhalb des Vakuumgebiets bekannten Beschaufelung des Laufrades mit' ebenen Schaufeln, welche derart angeordnet sind, daß die Querschnittsfläche jedes Durchlaßkanals zwischen je zwei Schaufeln konstant gehalten ist. Dabei kann es gegebenenfalls ferner vorteilhaft sein, daß die Schaufeln an der Eintrittsseite angeschärft sind. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer Kreiselpumpe für die Erzeugung des Hochvakuums schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht eines Laufrades mit ruhenden, in Strömungsrichtung nachgeschalteten Leitschaufeln, F i g. 2 eine Abwicklung der Laufradbeschaufelung längs der Zylindermantelfläche e-f in F i g. 1, Fig. 3 eine Abwicklung der feststehenden Beschaufelung längs der Zylindermantelfläche e-f in F i g. 1. The characteristic feature of the invention lies in the use of the impeller's blading, known per se outside the vacuum area, with flat blades which are arranged in such a way that the cross-sectional area of each passage channel is kept constant between every two blades. It may also be advantageous if the blades are sharpened on the inlet side. In the drawing, exemplary embodiments of a centrifugal pump for generating the high vacuum are shown schematically. It shows F i g. 1 shows a side view of an impeller with stationary guide vanes connected downstream in the flow direction, FIG . 2 shows a development of the impeller blading along the cylinder jacket surface ef in FIG . 1, FIG. 3 a development of the fixed blading along the cylinder jacket surface ef in FIG. 1.

Bei der Ausführ#ngsform der F i g. 1 bis 3 ist die Anordnung mit axial beaufschlagtem Laufrad in Verbindung mit feststehenden Leitschaufeln b gezeigt. In jedem kreiszylindrischen Schnitt von beliebigem Halbmesser r sind die Schaufeln geradlinig unter dem Neigungswinkel ß, eingestellt, wobei nach bekannten Gesetzen eine Verwindung in radialer Richtung möglich ist. Auch können hierbei Anschärfungen a, wie in F i g. 3 für das Leitrad gezeigt, wegen der Vergrößerung des Kanaldurchtritts an der Fintrittsstelle günstig sein. Während die bisher bekannten Formen von Axialschaufeln mit abnehmendem Halbmesser zunehmende Krümmung aufwiesen, bleiben die nach den angegebenen Merkmalen ausgebildeten Schaufeln in allen Schnitten geradlinig.In the embodiment of FIG. 1 to 3 the arrangement is shown with an axially loaded impeller in connection with stationary guide vanes b . In each circular-cylindrical section of any radius r, the blades are set in a straight line at the angle of inclination β, with twisting in the radial direction being possible according to known laws. Sharpening a, as shown in FIG . 3 shown for the stator, be favorable because of the enlargement of the channel passage at the fin passage. While the previously known forms of axial blades exhibited increasing curvature with a decreasing radius, the blades designed according to the specified features remain straight in all sections.

Für die Ausbildung der feststehenden Leitschaufeln b gelten die -gleichen Gesichtspunkte wie für das Laufrad. Dort ist jedoch deren Einhaltung nicht immer möglich und erscheint auch weniger bedeutungsvoll, weil die Laufräder derartiger Vakuumpumpen mit hohem Reaktionsgrad arbeiten, so daß die kinematische Zähigkeit wegen der eingetretenen Verdichtung im Bereich der Leitschaufein bereits erheblich verringert ist.The same points of view apply to the formation of the stationary guide vanes b as to the impeller. There, however, compliance with them is not always possible and also appears to be less important because the impellers of such vacuum pumps work with a high degree of reaction, so that the kinematic toughness is already considerably reduced because of the compression that has occurred in the area of the guide vanes.

Bei mehrstufigen Hochvakuumpumpen, erscheint die Anwendung der beschriebenen Schaufelformen meist nur in der vordersten bzw. in den vordersten hochvakuumseitigen Stufen nötig, d. h. so lange, 'bis die kinematische Zähigkeit der abzupumpenden Gase wegen der inzwischen eingetretenenVerdichtung hinreichend gering geworden ist. Dann nähert sich das Verhalten der Gasströmungen wieder den bei Atmospharendruck beobachteten Gegebenheiten, und auf einem anderen Prinzip beruhende Vorpumpen liefeml hinsichtlich der Saugleistung bessere Ergebnisse.In the case of multi-stage high vacuum pumps, the use of the vane shapes described appears mostly only necessary in the foremost or in the foremost high vacuum-side stages, i.e. H. until the kinematic viscosity of the gases to be pumped has become sufficiently low because of the compression that has now occurred. Then the behavior of the gas flows approximates the conditions observed at atmospheric pressure again, and backing pumps based on a different principle provide better results with regard to the suction capacity.

Claims

1. A centrifugal pump with axial impinged impeller for generating a Flochvakuums, g e - characterized by the Verwzndung known per se outside the Vakaumgebiets blading of the impeller with planar blades which are arranged such that the cross-sectional area of each passage channel between two blades constant is held.

2. Centrifugal pump according to claim 1, characterized in that the blades are sharpened on the inlet side.