DE19913633A1 - Flüssigkeitsringverdichter - Google Patents

Abstract

Flüssigkeitsringverdichter, der folgende Merkmale aufweist, mindestens ein in jeweils einem Arbeitsraumgehäuse (1) umlaufendes Laufrad (4) mit Schaufeln (5), zwischen den Schaufeln (5) befindliche Schaufelkammern (7), zumindest ein Steuerelement (8), das zur Verbindung mindestens eines Saugstutzens mit den sich jeweils im Ansaugbereich befindlichen Schaufelkammern (7) des Laufrades (4) zumindest zwei Saugöffnungen (9, 10) aufweist und außerdem zur Verbindung des Druckstutzens mit den sich jeweils im Verdichtungsbereich befindlichen Schaufelkammern (7) des Laufrades (4) mindestens eine Drucköffnung (11) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsringverdichter.

Ein gattungsgemäßer Flüssigkeitsringverdichter kann z. B. aus einem annähernd zylindrischen, teilweise mit Flüssigkeit ge­ füllten Gehäuse bestehen, in dem ein Laufrad exzentrisch an­ geordnet ist und aus beiderseits das Gehäuse verschließenden Steuerscheiben, von denen jede mit um einen bestimmten Winkel gegeneinander versetzten Saug- und Drucköffnungen für das zu fördernde Medium versehen ist. Durch die Drehung des Laufra­ des wird die Flüssigkeit nach Außen geschleudert und bildet so einen mitumlaufenden Flüssigkeitsring, den das Gehäuse und die Steuerscheiben führen. Der Flüssigkeitsring grenzt zwi­ schen den Laufradschaufeln Schaufelnkammern ab, die sich bei der Drehung des Laufrades vergrößern und wieder verkleinern.

An den Stellen, an denen die Zellen vergrößert werden, d. h. die Flüssigkeit zurückweicht, sind in den Steuerscheiben Saug­ öffnungen vorgesehen, durch die das zu fördernde Gas in die Schaufelkammern angesaugt wird. Bei der weiteren Drehung des im exzentrischen Gehäuse angeordneten Laufrades dringt die Flüssigkeit wieder tiefer in die angeschlossenen Schaufelkam­ mern ein und verdichtet das darin befindliche Gas. Durch um einen Winkel von ca. 180° gegen die Einsaugöffnungen versetz­ te Drucköffnungen in die Steuerscheibe wird dann das kompri­ mierte Gas ausgeschoben.

Ausgehend davon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung darin einen Flüssigkeitsringverdichter durch verhältnis­ mäßig geringe konstruktive Änderung und Zusätze derart wie­ terzubilden, daß sich höhere Volumenströme bei einem verbes­ serten Gesamtwirkungsgrad einstellen.

Die Aufgabe wird durch einen Flüssigkeitsringverdichter ge­ löst, der folgende Merkmale aufweist:

• - mindestens ein in einem Arbeitsraumgehäuse umlaufendes Laufrad, mit Schaufeln,
• - zwischen den Schaufeln befindliche Schaufelkammern,
• - ein Steuerelement, das zur Verbindung mindestens eines Saugstutzens mit den sich jeweils im Ansaugbereich befind­ lichen Schaufelkammern des Laufrades wenigstens zwei Saug­ öffnungen und zur Verbindung des Druckstutzens mit den sich jeweils im Verdichtungsbereich befindlichen Schaufel­ kammern des Laufrades mindestens eine Drucköffnung auf­ weist.

An die unterschiedlichen Saugöffnungen können Vorverdichter, z. B. Strahler oder zu evakuierende Räume mit unterschiedli­ chen Druckverhältnissen angeschlossen werden. Durch Verbinden der der Drucköffnung am nächstliegenden Saugöffnung mit z. B. der Atmosphäre, so daß bei hohem Vakuum Luft in das Arbeits­ raumgehäuse eintreten kann, werden störende Geräusche vermie­ den. An einen zweiten oder weiteren Saugstutzen, die jeweils vorzugsweise mit einer Saugöffnung verbunden sind, sind wei­ tere Apparaturen angeschließbar, die unter einem etwas höhe­ ren Saugdruck, z. B. entlüftet werden können (Saugwalzen für die Papierindustrie, Drehfilter usw.). Dadurch werden zwei oder mehrere Flüssigkeitsringverdichter ersetzt, so daß der Gesamtflüssigkeitsringverdichter bei wesentlich besserem Wir­ kungsgrad arbeitet, da die hydraulischen Verluste, wie z. B. Flüssigkeitsringreibung, Spaltverluste, kaum erhöht werden. Insgesamt ergibt sich ein geringerer Bauaufwand, ein besserer Wirkungsgrad und die Vermeidung von Kavitation.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Flüssigkeitsring­ pumpe eine Saug- bzw. Drucköffnung auf, die von ihrer Lage und Form so gestaltet ist, daß sie von einer an dem Steuer­ element vorbeistreichenden Schaufel genau abgedeckt wird. Da­ mit sind Rückströmungen von benachbarten Schaufelkammern ins­ besondexe über die jeweiligen Stutzen. Die Form der Saugöff­ nung wird also der Schaufelform angepaßt. Die Öffnungen sind dabei vorzugsweise als Schlitze oder aneinandergereihte Aus­ nehmungen ausgebildet. Diese Ausbildung der Saugöffnungen ist auch bei Flüssigkeitsringverdichtern mit zwei oder mehreren Arbeitsbereichen einsetzbar, von denen jeder je eine Saug- und Drucköffnung enthält. Ferner sind auch alle diejenigen Bauformen von Flüssigkeitsringverdichtern umfaßt, deren Saug- und Druckschlitze nicht in seitlichen Steuerscheiben enthal­ ten sind, sondern sich in Steuerzylindern oder in im wesent­ lichen konischen Steuerelementen befinden. Insbesondere bei Steuerscheiben ergibt sich damit die Breite des Schlitzes kleiner gleich der Breite der Schaufel. Bei konischen Steuer­ elementen ist die dem Arbeitsraum zugewandte Schlitzbreite b_Z,K

wobei b die Schaufelbreite und
α der Neigungswinkel der Schaufel am Steuerkonus ist.

Eine zusätzliche Vergrößerung des Anwendungsbereichs eines derartigen Flüssigkeitsringverdichters ergibt sich dann, wenn der zweiten oder einer weiteren Saugöffnung ein Gas- oder Dampfstrahler vorgeschaltet wird. Somit läßt sich der ge­ schilderte Flüssigkeitsringverdichter mit Vorteil zu Mischun­ gen und Förderung von Gasen oder Dämpfen zur Durchführung chemischer Reaktionen unter Abschluß des Flüssigkeitsringes verwenden. Die beiden gas- oder dampfförmigen Reaktorpartner werden dabei durch die beiden Saugöffnungen den Flüssigkeits­ ringverdichter eingeführt. Die weitere Saugöffnung, insbeson­ dere unmittelbar vor den Drucköffnungen, gestaltet eine Zu­ fuhr eines druckerhöhenden Gasbalastes in den Arbeitsraum. Auf diese Weise wird eine Kavitation weitgehend verhindert, da der abgeflachte Druckanstieg im Bereich der Drucköffnung oder Drucköffnungen nur mehr milde Implosionen in der Nähe der Werkstoffoberfläche hervorruft und die harten Implosionen im Bereich dieser Öffnungen wegen des dort weiter außerhalb des Laufrades verlaufenden Flüssigkeitsringes in entsprechend größerer und damit ungefährlicherer Entfernung von den Werk­ stoffoberflächen der Schaufeln oder Nabe des Laufrades erfol­ gen.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Saugöffnungen ver­ setzt angeordnet um u. a. die Anordnung mehrerer Saugstutzen konstruktiv einfacher zu gestalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Durchdringungs­ winkel der Saug- bzw. Drucköffnungen des Steuerelements ins­ besondere strömungstechnisch optimiert, d. h. die Übergänge zwischen Vorder- und Rückseite bzgl. der dem Arbeitsraum zu- und abgewandten Seite des Steuerelements sind strömungstech­ nisch derart gestaltet, daß sich Strömungsverluste verrin­ gern. Ein weiterer Parameter bei der Gestaltung der Durch­ dringungswinkel ist die Reduzierung der Geräuschemissionen.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im fol­ genden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spiels in der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Laufrad mit einer erfindungsgemäßen Steuerscheibe,

Fig. 2 eine Steuerscheibe.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines Arbeitsraumgehäuses 1 eines nicht näher dargestellten Flüssigkeitsringverdichters. In diesem Arbeitsraumgehäuse 1 ist exzentrisch zur Achse des Ar­ beitsraumgehäuses die Antriebswelle 2 und über eine Passfe­ derverbindung 3 das damit verbundene Laufrad 4 angeordnet. Das Laufrad 4 weist gerade, schräg verlaufende Schaufeln 5 auf. Es sind ebenso gekrümmte Schaufeln 5 oder Schaufeln 5 mit unterschiedlichen Profilen möglich. Außerdem ist der durch das Laufrad 4 zustande kommende Flüssigkeitsring 6 dar­ gestellt. Zwischen den Schaufeln 5 befinden sich Schaufeln­ kammern 7, die aufgrund der unterschiedlichen Eintauchtiefen der Schaufeln 5 in den Flüssigkeitsring 6 pro Umdrehung des Laufrades 4 wechselnde Volumina der Schaufelkammern 7 erzeu­ gen. Das Laufrad 4 bewegt sich entlang einer Steuerscheibe 8 mit deren Saugöffnungen 9, 10 und deren Drucköffnungen 11. Die zweite Saugöffnung 10 ist dergestalt geformt, daß beim Vor­ beistreichen einer Schaufel 5 sich keine Rückströmung zwi­ schen zwei benachbarten Schaufelkammern 7 ergibt. Die Sau­ göffnung 10 ist der Geometrie der Schaufel 5 des Laufrades 4 angepaßt, um eine strömungsmäßige Verbindung zwischen zwei Schaufelkammern 7 zu vermeiden. Dabei deckt die vorbeistrei­ chende Schaufel 5 die Saugöffnung 10 während des Passierens vollständig ab. Die Saugöffnung 10 ist vorzugsweise als ein dem Schaufelverlauf angepaßter Schlitz ausgeführt. Es sind aber auch rundliche Saugöffnungen 10 vorstellbar, die insbe­ sondere eine dem Schaufelverlauf angepaßte Reihe bilden.

Das Laufrad 4 selbst weist außer den Schaufeln 5 an seinen Stirnseiten kantenbildende Vertiefungen 12 auf, um uner­ wünschte Ablagerungen im Arbeitsraumgehäuse 1 während des Be­ triebs abzutragen.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Steuerscheibe 8 mit den Saugöffnungen 9, 10 und den Drucköffnungen 11.

Claims (7)

1. Flüssigkeitsringverdichter, der folgende Merkmale auf­ weist:

• - mindestens ein in jeweils einem Arbeitsraumgehäuse (1) um­ laufendes Laufrad (4) mit Schaufeln (5),
• - zwischen den Schaufeln (5) befindliche Schaufelkammern (7),
• - zumindest ein Steuerelement (8), das zur Verbindung minde­ stens eines Saugstutzens mit den sich jeweils im Ansaugbe­ reich befindlichen Schaufelkammern (7) des Laufrades (4) wenigstens zwei Saugöffnungen (9, 10) aufweist und außerdem zur Verbindung des Druckstutzens mit den sich jeweils im Verdichtungsbereich befindlichen Schaufelkammern (7) des Laufrades (4) mindestens eine Drucköffnung (11) aufweist.

2. Flüssigkeitsringverdichter nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß zumindest eine Saugöffnung (9, 10) und/oder Drucköffnung (11) Mittel auf­ weist, die beim Vorbeistreichen einer Schaufel (5) an der Saug- (9, 10) oder Drucköffnung (11) eine Rückströmung des Fördermediums zwischen benachbarten Schaufelkammern (7) ins­ besondere über die jeweiligen Saug- oder Druckstutzen vermei­ den.

3. Flüssigkeitsringverdichter nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß beim Vor­ beistreichen einer Schaufel (5) an dem Steuerelement (8) zu­ mindest eine Saugöffnung (9, 10) abgedeckt ist und somit eine Rückströmung des Fördermediums zwischen benachbarten Schau­ felkammern (7) unterbleibt.

4. Flüssigkeitsringverdichter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß insbeson­ dere die Saugöffnungen (9, 10) des Steuerelements (8) in Um­ fangsrichtung und/oder radialer und/oder axialer Richtung versetzt angeordnet sind.

5. Flüssigkeitsringverdichter nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Steuer­ element (8) als eine im wesentlichen ebene Steuerscheibe (8) senkrecht zur Achse des Laufrades (4) ausgeführt ist.

6. Flüssigkeitsringverdichter nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Steuerelement (8) konusförmig ausge­ führt ist.

7. Flüssigkeitsringverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchdringungswin­ kel der Saug- (9, 10) bzw. Drucköffnungen (11) des Steuerele­ ments (8) strömumgstechnisch optimiert sind.