DE19847681C1 - Flüssigkeitsringpumpe - Google Patents

Abstract

Eine einfache und kompakte Bauweise wird durch eine Flüssigkeitsringpumpe erreicht, die folgende Merkmale aufweist: DOLLAR A - mindestens ein Arbeitsraumgehäuse (8) mit mindestens einem darin umlaufenden Laufrad (3), DOLLAR A - Lagerung der Achse (7) des Laufrades (3) im Arbeitsraumgehäuse (8), DOLLAR A - Antrieb des Laufrades (3) am Außenumfang (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsringpumpe.

Aus der DE-AS 27 31 451 ist eine Flüssigkeitsringpumpe be­ kannt, deren Laufrad auf einem verlängerten Wellenende des Antriebsmotors fliegend befestigt ist. Das Motorgehäuse ist dabei so ausgeführt, daß es von der Betriebsflüssigkeit des Verdichters oder der Pumpe kühlend durchflossen wird. Es sind hierbei nicht nur Sonderausführungen der Motorgehäuse erfor­ derlich, sondern auch verstärkte Motorwellen und Wellenlager sowie aufwendige Abdichtungen zwischen Verdichter bzw. Pumpe und dem Antriebsmotor, wobei der Raum für diese Abdichtungen klein und während des Betriebs unzugänglich ist.

Durch die DE 26 45 305 A1 ist eine Flüssigkeitsringpumpe be­ kannt, bei der die Abdichtung mittels Stopfbuchsen oder Glei­ tringdichtungen dadurch verbessert wurde, daß ein Schaufelrad in einem hermetisch dichten Gehäuse untergebracht ist, wel­ ches durch ein von einem im Gehäuse induzierten Wanderfeld angetrieben wird. Dies setzt jedoch voraus, daß das Schaufel­ rad mit dem Wanderfeld magnetisch in Eingriff kommen kann. Schaufelräder aus amagnetischen Werkstoffen wie Edelstähle Hochnickellegierungen oder Kunststoffe scheiden deshalb aus. Gerade diese Werkstoffe sind auch bei giftigen und/oder ag­ gressiven Fördermedien für das Schaufelrad besonders geeig­ net. Bei dem erwähnten induzierten Wanderfeld ist eine Über­ tragung der Antriebskräfte nur mit einem verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrad möglich.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist auch bereits eine Flüs­ sigkeitsringpumpe der eingangs erwähnten Art bekannt gewor­ den, bei der als Antriebsanschluß eine dem Pumpenteil gegen­ über den Antrieb hermetisch dicht abschließende mit, einem Spaltrohrtopf versehene Magnetkupplung vorgesehen ist (DE 29 12 938 A1), dort sind günstige Antriebsverhältnisse mit einer hermetischen Abdichtung des Pumpengehäuses verei­ nigt. Spaltrohrmagnetkupplungen, die auch den Vorteil gerin­ ger Verlustwärme haben, sind u. a. nur für Pumpenleistungen bis ca. 50 KW geeignet.

Beispielsweise sind dort zwei im Pumpeninnenraum angeordnete Gleitlager für eine, einen Innenmagnetträger der Magnetkupp­ lung tragenden Pumpenwelle, ferner zwei einen Außenmagnetträ­ ger der Magnetkupplung haltende Wälzlager und zusätzlich die beiden üblichen Lager eines separaten Elektromotors, insge­ samt also sechs Lager erforderlich. Dies ist nicht nur auf­ wendig, sondern ergibt auch eine verhältnismäßig große Bau­ länge des gesamten sich aus der Pumpe der Spaltrohrmagnet­ kupplung und dem Elektromotor zusammengesetzten Aggregats. Gegenüber Beschädigungen, insbesondere des Spaltrohrtopfes, ist dabei die Magnetkupplung und die sie haltende Lagerung verhältnismäßig empfindlich. Es ist somit nicht einfach, Maß­ nahmen zu treffen, die bei Beschädigung des Spaltrohrtopfes das unerwünschte Austreten von Fördermedien oder Betriebs­ flüssigkeit der Gaspumpe ausschalten oder wenigstens stark vermindern können. Dies ist jedoch gerade bei giftigen, ag­ gressiven und/oder wertvollen Fördermedien sehr erwünscht.

Ziel der Erfindung ist es daher, eine Flüssigkeitsringpumpe zu schaffen, die eine kompakte und einfache Bauweise sowie eine sichere Übertragung der Antriebsleistungen auf das Schaufelrad aufweist und sich für nahezu alle Fördermedien eignet.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine Flüssig­ keitsringpumpe, die folgende Merkmale aufweist

• - mindestens ein Arbeitsraumgehäuse mit mindestens einem dar­ in umlaufenden Laufrad,
• - Lagerung der Achse des Laufrades im Arbeitsraumgehäuse,
• - Antrieb des Laufrades am Außenumfang.

Die Lager der Achse des Laufrades einer derartigen erfin­ dungsgemäßen Flüssigkeitsringpumpe sind vorzugsweise als Gleitlager ausgeführt und werden durch die Betriebsflüssig­ keit geschmiert bzw. gekühlt. Das Laufrad und die Achse des Laufrades sind vorzugsweise aus dem gleichen Material, z. B. einem einteiligen Gußstück hergestellt. Das Arbeitsraumgehäu­ se ist vorzugsweise horizontal geteilt. Damit wird eine Ver­ einfachung der Herstellung erreicht. Der Außenumfang des Laufrades ist vorzugsweise als Zahnrad ausgeführt, so daß ein Antrieb über einen Zahnriemen oder direkt eine Ritzeleinheit erfolgen kann, die sich auf dem Arbeitsraumgehäuse befindet. Die Ritzeleinheit wird mit der Betriebsflüssigkeit geschmiert und weist Gleitlager auf. Es ist nur eine Wellendurchführung für die Ritzelwelle erforderlich; diese kann mit wenig Auf­ wand durch eine Stopfbuchs- oder Gleitringdichtung versehen werden.

Durch einen derartigen Aufbau besitzt die Flüssigkeitsring­ pumpe einen besseren Wirkungsgrad als vergleichbare Flüssig­ keitsringpumpe und es ist außerdem ein geringeres Drehmoment des Antriebs erforderlich. Der nutzbare Arbeitsraum wird ge­ genüber herkömmlichen Flüssigkeitsringpumpen bei gleichen Au­ ßenabmessungen vergrößert. Die Achse des Laufrades weist ei­ nen gegenüber herkömmlichen Flüssigkeitsringpumpen geringeren Durchmesser auf, da das erforderliche Antriebsdrehmoment nicht über eine Welle auf das Laufrad übertragen wird. Durch die mitdrehende Trennwand des Laufrades treten weniger Rei­ bungsverluste auf. Gegenüber herkömmlichen Flüssigkeitsring­ pumpen weist die erfindungsgemäße Flüssigkeitsringpumpe einen geringeren Platzbedarf und eine geringere Anzahl von Bautei­ len auf. Diese Flüssigkeitsringpumpe hat keinen Schmiermit­ telbedarf; sie ist somit komplett fettfrei. Es sind damit auch zwei- oder mehrstufige Ausführungen als Vakuumpumpe und Kompressor möglich, da unterschiedlich geteilte axiale Rad­ hälften unterschiedliche Durchmesser aufweisen können. Dieses System ist bis auf die Durchführung der Ritzelwelle zu einer Antriebseinheit hermetisch komplett abgeschlossen, so daß nur eine abzudichtende Stelle vorhanden ist.

Vorzugsweise können Laufrad und Achse aus einem einteiligen Gußstück hergestellt werden. Dieses Prinzip des Antriebs von Flüssigkeitsringpumpen ist für sämtlich bekannte Konstrukti­ onsprinzipien so auch für die Konusbauart von Flüssigkeits­ ringpumpen anwendbar. Es existiert kein Spaltabdichtungspro­ blem zwischen den einzelnen Stufen einer mehrstufig ausge­ führten Flüssigkeitsringpumpe, da die Trennwand über den gan­ zen Umfang in den Flüssigkeitsring eingetaucht ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Laufrad über ein Ritzel von einem externen Elektromotor ange­ trieben. Dabei ist die Antriebsachse des Elektromotors axial nicht fluchtend mit der Laufradachse. Das Drehmoment kann über ein Ritzel oder über einen Zahnriemen übertragen werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Lauf­ rad über eine, die Drehzahl der Flüssigkeitsringpumpen beein­ flussende Vorrichtung angetrieben, dabei kann der Elektromo­ tor über einen Umrichter oder über ein Getriebe das Laufrad antreiben. Damit läßt sich die Flüssigkeitsringpumpe für un­ terschiedlichste industrielle Prozesse einsetzen, bei denen es auf unterschiedliche Drehzahlen, d. h. unterschiedliche Kompressionsverhältnisse ankommt.

Eine weitere stufenlose Drehzahlregelung einer derartigen Flüssigkeitsringpumpe wird dadurch erreicht, daß der Außenum­ fang der Trennwand des Laufrades wasserturbinenrad-ähnlich ausgeführt ist und somit das Laufrad über einen Gas- oder vorzugsweise Flüssigkeitsstrahl antreibbar ist. Damit läßt sich die Drehzahl über Wasserdruck bzw. die -menge steuern. Der Vorteil dieses hydrodynamischen Antriebs ist, daß kein Antriebsmotor erforderlich ist, und somit die äußeren Abmes­ sungen der Flüssigkeitsringpumpenanordnung weiter reduziert werden. Der Wasserdruck und die Wassermenge wird von einer Kreiselpumpe erzeugt, dabei wird das Wasser in einem ge­ schlossenen Kreislauf geführt oder von einem Kühlwassernetz gespeist. Die Kreislaufwassermenge wird dabei so groß sein, daß eine Rückkühlung nicht erforderlich ist. Der Vorratsbe­ hälter, der vorzugsweise als Abscheider ausgeführt ist, kann dennoch mit einer Kühlschlange zur Rückkühlung des Betriebs­ wassers ausgerüstet sein. Somit ist das Antriebswasser des Laufrades gleichzeitig das Betriebswasser der Flüssigkeits­ ringpumpe.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmal der Unteransprüche werden im folgen­ den anhand der schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Flüssigkeitsringpumpe,

Fig. 2 einen weiteren Längsschnitt einer Flüssigkeitsringpum­ pe,

Fig. 3 einen Längsschnitt einer Flüssigkeitsringpumpe mit ko­ nusförmigem Laufrad,

Fig. 4 einen Längsschnitt einer Flüssigkeitsringpumpe mit ei­ ner Motorachse, die senkrecht zur Laufradachse angeord­ net ist,

Fig. 5 einen Längsschnitt einer Flüssigkeitsringpumpe mit ei­ ner axial verschiebbaren Zwischenrolle zwischen An­ triebsachse und Laufradachse,

Fig. 6 einen Längsschnitt einer Flüssigkeitsringpumpe mit was­ serturbinenradähnlicher Außenumfang eines Laufrades und

Fig. 7 prinzipielle Anordnung der Düse.

Fig. 1 zeigt eine zweiflutige Flüssigkeitsringpumpe 1, deren Trennwand 2 des Laufrades 3 auf der dem Scheitel 4 gegenüber­ liegenden Seite aus der Kontur des Arbeitsraumgehäuses 8 ragt und dessen Außenumfang 5 ein Zahnrad 6 aufweist. Eine Laufra­ dachse 7 stützt sich in einem horizontal geteilten Arbeits­ raumgehäuse 8 auf zwei Gleitlagern 9 ab. Diese Gleitlager 9 werden durch die in der Flüssigkeitsringpumpe 1 vorhandene Betriebsflüssigkeit geschmiert und gekühlt. Der Antrieb des Laufrades 3 erfolgt über den Teil der Trennwand 2 des Laufra­ des 3, der aus dem Arbeitsraumgehäuse 8 der Flüssigkeitsring­ pumpe 1 ragt und der von einem Ritzel 10, das aus Kunststoff oder einem anderen Material bestehen kann, und mit einer An­ triebswelle 1 drehfest verbunden ist, antreibbar ist. Das Ritzel 10 selbst wird ebenfalls durch die Betriebsflüssigkeit gekühlt und geschmiert, so daß die gesamte Flüssigkeitsring­ pumpe 1 nur eine Abdichtung 12 benötigt. Die Notwendigkeit dieser Abdichtung 12 ergibt sich aus der Durchführung 13 der Antriebswelle 11 eines Elektromotors 15 in eine Ausbuchtung 16 des Arbeitsraumgehäuses 8. Das Arbeitsraumgehäuse selbst weist vorzugsweise zwei identische Hälften auf. Der dabei nicht benutzte Durchgriff kann beispielsweise durch einen Stopfen verschlossen werden. Das Ritzel 10 kann durch Ab­ standshalter 17 fixiert werden, so daß auch während des Be­ triebs immer ein vollständiger Eingriff in das Zahnrad 6, das sich am Außenumfang 5 des Laufrades 3 befindet, vorhanden ist. Laufrad 3 und Laufradachse 7 bestehen vorzugsweise aus einem einstückigen Gußteil. Steuerscheiben 18 befinden sich jeweils an den Stirnseite der Flüssigkeitsringpumpe 1, d. h. parallel zu der Trennwand 2 des Laufrads 3.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt einer Flüssigkeitsringpumpe 1, mit den angedeuteten Ein- und Auslässen 19, 20 des geförder­ ten Mediums über die Steuerscheibe 18, die sich an den jewei­ ligen Stirnseiten der Flüssigkeitsringpumpe 1 befinden. Das Ritzel 10, das vorzugsweise als Reibrolle oder Riemenscheibe ausgebildet ist, wird durch einen Elektromotor 15 angetrie­ ben, der sein Drehmoment über ein, aus dem Arbeitsraumgehäuse 8 ragenden Zahnrad 6 überträgt. Das Laufrad wird in diesem Fall über feststehende Achsen 7, 9 geführt. Diese sind Teil der stirnseitigen Steuerscheiben. Als Laufrad 3 sind auch Ausbildungen von konusmäßigen Laufrädern 3 möglich, wie Fig. 3 zeigt, dabei befinden sich die Ein- und Auslässe 19, 20 in axial-fluchtenden Bereichen des Laufrades. Der Antrieb dieses Laufrades 3 erfolgt, wie in Fig. 2, über ein Ritzel 10, eine Reibrolle oder einen Zahnriemen, die ein Elektromotor 15 an­ treibt.

Fig. 4 zeigt eine Flüssigkeitsringpumpe 1, deren Antriebswelle 11 senkrecht zur Laufradachse 7 steht und die über einen Reibradantrieb, der von einer Stützrolle 21 unterstützt wird, das Drehmoment vom Elektromotor 15 auf das Laufrad 3 über­ trägt. Durch eine auf der Antriebswelle 11 axial verschiebba­ re Antriebsrolle 22 läßt sich die Winkelgeschwindigkeit und damit die Drehzahl des Laufrades 3 variieren. Ein- und Aus­ lässe 19, 20 der Flüssigkeitsringpumpe 1 sind an den Stirn­ seiten der Flüssigkeitsringpumpe 1 oder liegen an der Ober­ seite der Flüssigkeitsringpumpe 1.

Fig. 5 zeigt eine weitere Möglichkeit der Drehzahländerung des Laufrades 3, in dem ein Elektromotor 15, dessen Antriebswelle 11 axial parallel zur Laufradachse 7 ausgerichtet ist, über Kegelräder 23 und verschiebbare Zwischenrollen 24 eine Varia­ tion der Drehzahl herbeiführt.

Fig. 6 zeigt einen Außenumfang des Laufrades 3, der wassertur­ binenähnlich, vorzugsweise pelton- oder francisartig 30 aus­ gebildet ist. Eine oder mehrere am Umfang des Laufrades 3 verteilte Düsen 31 treiben das Laufrad 3 an. Dabei ist über den Volumenstrom, den Druck oder der Anzahl der Düsen 30 die Drehzahl des Laufrades 3 einstellbar. Es entfällt somit ein direkter motorischer Antrieb.

Fig. 7 zeigt die prinzipielle Anordnung der Düse 31, die durch einen Wasser- oder anderen Flüssigkeitsstrahl das Laufrad 3 antreiben. Über eine oder mehrere im wesentlichen tangential angeordnete Düsen 31, können Drehzahl des Laufrades 3 und übertragenes Drehmoment beeinflußt werden.

Alle diese Ausführungsformen haben gemeinsam, daß der Antrieb auf einen entsprechend gestalteten Außenumfang des Laufrades 3 wirkt, um somit das erforderliche Drehmoment zu übertragen.

Durch unterschiedliche Laufraddurchmesser beider Hälften kön­ nen auch zweistufige Kompressoren damit realisiert werden. Durch eine flach ausgeführte Gehäuseoberseite können direkt kuppelbare Motoren angebracht werden.

Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf Flüssigkeitsring­ verdichter, sondern ist auch bei anderen Pumpen und Verdich­ tern einsetzbar.

Claims (7)

1. Flüssigkeitsringpumpe (1) mit mindestens einem Arbeits­ raumgehäuse (8), mit mindestens einem darin umlaufenden Lauf­ rad (3), wobei die Achse (7) des Laufrades (3) im Arbeits­ raumgehäuse (8), gelagert ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Antrieb am Außenumfang (5) des Laufrades (3) mechanisch oder hydraulisch angreift.

2. Flüssigkeitsringpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (3) von einem externen Elektromotor (15) antreibbar ist, dessen Antriebs­ welle (11) mit der Laufradachse (7) nicht axial fluchtet.

3. Flüssigkeitsringpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (11) des externen Elektromotors (15) senkrecht zur Laufradachse (7) angeordnet ist.

4. Flüssigkeitsringpumpe nach Anspruch 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Laufrad (3) von einem Elektromotor (15) über eine die Drehzahl der Flüssigkeitsringpumpe (1) beeinflussende Vorrichtung antreib­ bar ist.

5. Flüssigkeitsringpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Arbeitsraumgehäuse (8) eine Ausbuchtung (16) be­ findet, in der eine direkte oder indirekte Kupplung des Lauf­ rades (3) mit der Antriebswelle (11) eines Elektromotors (15) erfolgt.

6. Flüssigkeitsringpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad eine Trenn­ wand (2) aufweist, die einen wasserturbinenrad-ähnlichen Au­ ßenumfang (5) aufweist und daß das Laufrad (3) über minde­ stens einen Flüssigkeitsstrahl, der auf diesen Außenumfang gerichtet ist, antreibbar ist.

7. Flüssigkeitsringpumpe nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Flüssigkeitsringpumpe (1) mehrstufig ausge­ führt ist.