DE19736678A1 - Mehrstufige Seitenkanalpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Seitenkanalpumpe zur Verdichtung kompressibler Medien, deren Laufräder an eine gemeinsame Antriebswelle angekoppelt sind.

Bei mehrstufigen Seitenkanalpumpen sind die Laufräder mehrerer Stufen, meistens zwei Stufen, gewöhnlich auf einer gemeinsamen An­ triebswelle nebeneinander befestigt. Es sind nur solche Bauformen geläufig, bei denen die Laufräder zweier benachbarter Stufen gleiche Geometrie und Größe haben. Der Einlaß der Folgestufen ist gewöhnlich innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses unmittelbar mit dem Auslaß der vorausgehenden Stufe verbunden.

Aus dem DE-GM 74 41 311 ist bereits eine Verdichteranordnung bekannt, bei der mehrere Laufräder unterschiedlicher Breite auf einer gemeinsamen Antriebswelle nebeneinander angeordnet sind. Die zugehöri­ gen Laufräder sollen jeweils einzeln betrieben, parallelgeschaltet oder auch in Reihenschaltung kombiniert werden.

Allen bekannten mehrstufigen Seitenkanalpumpen ist aber gemeinsam, daß insgesamt kein optimaler Wirkungsgrad erzielt wird.

Durch die Erfindung wird eine mehrstufige Seitenkanalpumpe zur Verfügung gestellt, die einen optimierten Wirkungsgrad aufweist. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Geometrie jeder Stufe durch Bemessung ihres Laufraddurchmessers und ihres Flutdurchmessers an das spezifische Volumen des Mediums angepaßt ist. Dies hat zur Folge, daß jede Folgestufe insgesamt kleiner dimensioniert ist als die vorausgehende Stufe. Da die Laufräder beider Stufen mit gleicher Drehzahl rotieren, ergibt sich für die Folgestufe dieselbe Druckdifferenz zwischen Einlaß und Auslaß wie für die ihr vorausgehende Stufe.

Bei der Berechnung der Geometrie einer Folgestufe oder mehrerer Folgestufen wird vorzugsweise wie folgt vorgegangen: Zunächst wird der Stufendruck p für jede Stufe aus dem geforderten Enddruck und der Anzahl von Stufen nach der Beziehung
p= (p_end)^1/n
berechnet; darin sind:
p der Stufendruck;
p_end der geforderte Enddruck;
n die Anzahl von Stufen der mehrstufigen Seitenkanalpumpe.

Daraufhin wird die Laufradgeometrie der Folgestufe unter der Annahme geometrischer Ähnlichkeit durch das Volumenverhältnis von vorausgehender Stufe und Folgestufe bestimmt. Dieses Volumenverhältnis läßt sich aus der Beziehung für die Adiabate

p.V^K = konstant

ableiten. Setzt man V₁ und P₁ für Volumen und Druck der ersten Stufe und V₂ sowie P₂ für Volumen und Druck der zweiten Stufe, so ergibt sich

1.V₁ ^K = P₂.V₂ ^K

oder

Wenn beispielsweise bei einer dreistufigen Seitenkanalpumpe der geforderte Enddruck 2,2 bar (abs.) beträgt, so ergibt sich ein Stufendruck von p = (2,2)^1/3 = 1,3 bar (abs.)

Für das Volumenverhältnis gilt

wobei für den Adiabatenexponent K der Wert 1,4 (zweiatomiges Gas) eingesetzt ist.

Mit diesem Verhältnis 0,829 berechnet sich dann die Laufrad­ geometrie unter Annahme geometrischer Ähnlichkeit über die dimensionslosen Kennlinien Ψ = 3(ΦK).

Wenn die erfindungsgemäße Seitenkanalpumpe zweistufig ausgeführt wird, sind beide Stufen vorzugsweise mit einem gemeinsamen Antriebsmotor in einer Baueinheit integriert, bei der die Laufräder beider Stufen auf der gemeinsamen Antriebswelle befestigt sind. Wenn mehr als zwei Stufen vorgesehen sind, werden die Stufen vorzugsweise in Modulbauweise aneinandergereiht. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher je zwei Stufen in einem Gehäuse zu einer Baugruppe zusammengefaßt sind, worin die Laufräder auf einem gemeinsamen Wellenabschnitt befestigt sind; das Gehäuse einer der Baugruppen ist an die gemeinsame Antriebseinheit und eine weitere Baugruppe ihrerseits an diese eine Baugruppe angeflanscht, wobei die Wellenabschnitte der Baugruppen miteinander beziehungsweise mit der Antriebswelle der Antriebseinheit durch je eine Kupplung gekoppelt sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Einlässe und Auslässe der Stufen getrennt herausgeführt sind. Auf diese Weise können die Stufen frei miteinander kombiniert oder auch getrennt voneinander betrieben werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine axiale Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der mehrstufigen Seitenkanalpumpe;

Fig. 2 einen axialen Schnitt einer zweiten Ausführungsform der Seitenkanalpumpe;

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Seitenkanalpumpe im axialen Schnitt;

Fig. 4 eine teils geschnittene Seitenansicht der Seitenkanalpumpe nach der dritten Ausführungsform;

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Gehäusedeckel bei der ersten Ausführungsform der Seitenkanalpumpe;

Fig. 6 einen radialen Schnitt des in Fig. 5 gezeigten Gehäusedeckels;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Innenseite des Gehäusedeckels nach Fig. 5;

Fig. 8 bis 12 verschiedene Teilschnitte gemäß den Schnittlinien in Fig. 5;

Fig. 13 eine Draufsicht auf eine Anschlußplatte bei der ersten Ausführungsform der Seitenkanalpumpe;

Fig. 14 eine Draufsicht auf die Innenseite der Anschlußplatte nach Fig. 13;

Fig. 15 bis 19 Schnittansichten gemäß den Schnittlinien in Fig. 13.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform einer mehrstufigen Seitenkanalpumpe sind ein Antriebsmotor 10, eine erste Stufe 12 und eine zweite Stufe 14 in einer Baueinheit integriert. Ein den beiden Stufen 12, 14 gemeinsames Gehäuse 16 ist auf einem Sockel 18 aufgebaut. Die Laufräder 20, 22 der beiden Stufen 12, 14 sind auf einer gemeinsamen Antriebswelle 24 befestigt, die unmittelbar an den Läufer des Antriebsmotors 10 angeschlossen ist. Auf der Seite des Antriebsmotors 10 ist mit dem Gehäuse 16 ein erster Gehäusedeckel 26 verschraubt, in dem der Seitenkanal 28 der ersten Stufe 12 ausgebildet ist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist mit dem Gehäuse 16 ein zweiter Gehäusedeckel 30 verschraubt, in dem der Seitenkanal 32 der zweiten Stufe 14 ausgebildet ist. Einlaß und Auslaß der zweiten Stufe 14 sind durch Kanäle im Gehäuse 16 und in dem ersten Gehäusedeckel 26 zu einer Anschlußplatte 34 geführt, die unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 12 gesondert beschrieben wird. Ferner sind Einlaß und Auslaß der mehrstufigen Seitenkanalpumpe durch einen Schalldämpfer 36 geführt.

Die beiden Stufen 12, 14 sind verschieden dimensioniert. In der ersten Stufe 12 wird das Medium vom Eintritt zum Austritt verdichtet, so daß das spezifische Volumen (Kehrwert der Dichte) entsprechend abnimmt. Das Medium nimmt nun ein kleineres Volumen ein. Die zweite Stufe 14 ist an das verkleinerte Volumen angepaßt. Für die Bestimmung der Geometrie der zweiten Stufe 14 wird zunächst der geforderte Enddruck gleichmäßig auf beide Stufen 12, 14 aufgeteilt, so daß der Stufendruck beider Stufen gleich ist. Dann wird das Volumenverhältnis der beiden Stufen 12, 14 aus der Beziehung für die Adiabate abgeleitet, wie eingangs beschrieben. Mit dem sich so ergebenden Volumenverhältnis wird dann unter der Annahme geometrischer Ähnlichkeit die Laufradgeometrie der zweiten Stufe berechnet. Dafür sind insbesondere der äußere Laufraddurchmesser D und der Flutdurchmesser d (Fig. 1) bestimmend. Durch die erfindungsgemäße Dimensionierung der Stufen der Seitenkanalpumpe wird deren Wirkungsgrad optimiert, weil die Größe jedes Laufrades an das Volumen des Mediums angepaßt ist.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, sind an der Unterseite des Gehäusedeckels 26 der Einlaß 12a und der Auslaß 12b der ersten Stufe sowie der Einlaß 14a und der Auslaß 14b der zweiten Stufe an einer Anschlußfläche 40 herausgeführt. Der Einlaß 14a ist mit dem Auslaß 12b über einen Kanal 42 unmittelbar verbunden. Auf die Anschlußfläche 40 wird eine in den Fig. 13 bis 19 gezeigte Anschlußplatte 44 aufgesetzt. Diese Anschlußplatte 44 ist mit einem Einlaß 44a und einem Auslaß 44b versehen. Ein Teil 42a des Kanals 42 ist in der Anschlußplatte 44 ausgebildet.

Da bei der beschriebenen Ausführungsform die Ein- und Auslässe gesondert an der Anschlußfläche herausgeführt sind, können die beiden Stufen 12, 14 durch Ausgestaltung der Anschlußplatte 44 in der gewünschten Weise miteinander kombiniert werden.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind die zwei Stufen 12, 14 in dem Gehäuse 16 mit den Gehäusedeckeln 26, 30 und den Laufrädern 20, 22 auf einem gemeinsamen Wellenabschnitt 50 zu einer Baueinheit zusammengefaßt. Der Gehäusedeckel 26 ist auf seiner dem Antriebsmotor 10 zugewandten Fläche als Flansch ausgebildet und kann mit einem entsprechend gestalteten Anschlußflansch am Antriebsmotor 10 verschraubt werden. Über eine Kupplung 52 ist der Wellenabschnitt 50 unmittelbar an den Läufer des Antriebsmotors 10 angeschlossen. An das Antriebsmotor 10 abgewandte Ende des Wellenabschnitts 50 ist ein Lüfter 54 angeschlossen. Auch der Gehäusedeckel 30 ist mit einem Anschlußflansch ausgebildet. An diesem ist bei der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ein Gehäuseteil 56 angesetzt, das Bestandteil des tragenden Aufbaus der Seitenkanalpumpe ist.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind zwei Bau­ einheiten A, B der anhand von Fig. 2 näher beschriebenen Art mit je zwei Stufen vorgesehen, wobei die Baueinheit A an den Antriebsmotor 10 angeflanscht und die Baueinheit B an die Baueinheit A angeflanscht ist; der Wellenabschnitt 50a ist durch eine Kupplung 52a an den Antriebsmotor 10 und der Wellenabschnitt 50b an den Wellenabschnitt 50a durch eine Kupplung 52b angeschlossen.

Bei allen beschriebenen Ausführungsformen ist in jeder Stufe die Laufradgeometrie an daß spezifische Volumen des Mediums angepaßt, wie ausführlich zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde.

Bei der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform sind die Einlässe und Auslässe jeder Stufe getrennt seitlich herausgeführt. Einlaß und Auslaß jeder Stufe sind an einer seitlichen Anschlußfläche 58a, 58b, 58c beziehungsweise 58d zugänglich. Auf jede dieser Anschlußflächen 58a bis 58d ist eine Anschlußplatte aufgesetzt; in Fig. 4 sind zwei dieser Anschlußplatten 60a und 60b angeschnitten dargestellt. Durch die bei dieser Ausführungsform für jede Stufe getrennt seitlich herausgeführten Einlässe und Auslässe können die Stufen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert, gegebenenfalls auch unabhängig voneinander betrieben werden.

Claims (11)

1. Mehrstufige Seitenkanalpumpe, deren Laufräder (20, 22) an eine gemeinsame Antriebswelle (24) angekoppelt sind, dadurch gekennzeich­ net, daß die Geometrie jeder Stufe (12, 14) durch Bemessung ihres Laufraddurchmessers (D) und ihres Flutdurchmessers (d) an das spezifi­ sche Volumen des Mediums an ihrem Einlaß angepaßt ist.

2. Seitenkanalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufendruck p für jede Stufe (12, 14) aus dem geforderten Enddruck P_end und der Anzahl n von Stufen nach der Beziehung
P = (P_end)^1/n
berechnet ist.

3. Seitenkanalpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradgeometrie jeder Folgestufe (14) unter der Annahme geometri­ scher Ähnlichkeit durch das Volumenverhältnis der vorausgehenden Stufe (12) und der Folgestufe (14) bestimmt ist.

4. Seitenkanalpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen (12, 14) mit einem Antriebsmotor (10) in einer Baueinheit integriert sind, bei der die Laufräder (20, 22) aller Stufen auf der gemeinsamen Antriebswelle (24) befestigt sind.

5. Seitenkanalpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Stufen (14) an eine gemeinsame Antriebs­ einheit (10) und eine weitere Stufe (12) an diese eine Stufe (14) anflanschbar ist, wobei das Laufrad (22) der einen Stufe (14) über eine Kupplung (52) an die Antriebseinheit (10) und das Laufrad (20) der weiteren Stufe (12) über eine Kupplung (52) an das Laufrad der einen Stufe angekoppelt ist.

6. Seitenkanalpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Stufen (12, 14) in einem Gehäuse (16) zu einer Baugruppe (A, B) zusammengefaßt sind, worin die Laufräder (20, 22) auf einem gemeinsamen Wellenabschnitt (50) befestigt sind, daß das Gehäuse (16) einer Baugruppe (A) an eine gemeinsame Antriebseinheit (10) und eine weitere Baugruppe (B) an diese eine Baugruppe (A) an­ flanschbar ist und daß die Wellenabschnitte (50a, 50b) der Baugruppen (A, B) miteinander bzw. mit der Antriebswelle der Antriebseinheit (10) durch je eine Kupplung (52a, 52b) gekoppelt sind.

7. Seitenkanalpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (12a, 14a) und die Auslässe (12b, 14b) der Stufen (12, 14) getrennt herausgeführt sind.

8. Seitenkanalpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei zu einer Baueinheit zusammengefaßten Stufen (12, 14) die Einlässe (12a, 14a) und die Auslässe (12b, 14b) getrennt zu einer gemeinsamen Anschlußschnittstelle (40) herausgeführt sind.

9. Seitenkanalpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der gemeinsamen Anschlußschnittstelle (40) der Auslaß (12b) einer Stufe (12) unmittelbar mit dem Einlaß (14a) der darauffolgenden Stufe (14) gekoppelt ist.

10. Seitenkanalpumpe nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anschlußplatte (44), in der Verbindungskanäle (42a, 44a, 44b) ausgebildet sind, an die Anschlußschnittstelle (40) ansetzbar ist.

11. Seitenkanalpumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußschnittstellen (58a, 58b, 58c, 58d) mehrerer aneinandergereihter Stufen seitlich angeordnet sind.