DE2138383A1

DE2138383A1 - Pumpenaggregat zur mehrstufigen verdichtung von gasen

Info

Publication number: DE2138383A1
Application number: DE19712138383
Authority: DE
Inventors: Kurt-Willy Dipl Ing Mugele; Bodo Nagel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-07-31
Filing date: 1971-07-31
Publication date: 1973-02-08
Also published as: JPS4825207A; FR2149128A5; GB1355727A; IT963477B

Description

Pumpenaggregat zur mehrstufigen Verdichtung von Gasen

Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat zur mehrstufigen Verdichtung von Gasen.

Zum Fördern und Verdichten von Gasen sind drei Arten' von Maschinen bekannt, nämlich Hubverdrängungsmaschinen (z.B. Kolbenpumpen), Rotationsverdrängungsmaschinen (z.B. Flüssigkeit sringpumpen) und Turbomaschinen (z.B. Kreiselpumpen). Eine mehrstufige hohe Verdichtung stößt bei rotierenden Verdrängungsmaschinen manchmal auf Schwierigkeiten, wie nachstehend am Beispiel der Flüssigkeitsringpumpe erläutert wird.

Eine Flüssigkeitsringpumpe ist eine Gaspumpe besonders einfacher Bauart. In einem teilweise mit Flüssigkeit, z.B. Wasser, gefüllten Arbeitsraum, der aus dem Gehäuse und den Steuerscheiben gebildet wird, ist das Laufrad exzentrisch angeordnet.

Durch die Drehung des Rades wird das Wasser nach außen geschleudert und bildet so einen mitumlaufenden Wasserring, den das Gehäuse und die beiderseitigen Steuerscheiben führen.

Der Wasserring grenzt zwischen den Laufradschaufelη Zellen ab, die sich bei der Drehung vergrößern und wieder verkleinern. Die in den Zellen pulsierenden Wasserringsektoren wirken wie Wasserkolben. Wenn das Wasser zurückweicht, wird das zu fördernde Gas durch Saugschlitze der Steuerscheiben in die größer werdenden Zellen gesaugt. Bei weiterer Drehung dringen die Wasserringsektoren wieder tiefer in die Zellen ein, verdichten das Gas und schieben es durch Druckschlitze der Steuerscheiben wieder aus. Sollen mit derartigen Flüssigkeitsringgaspumpen

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hohe Druckverhältnisse erzeugt werden, dann müssen diese Pumpen mehrstufig ausgeführt werden. Um hierbei einen vertretbaren Wirkungsgrad erreichen zu können, müssen die einzelnen Stufen aneinander angepaßt werden, da sich das Gasvolumen aufgrund der Kompression ändert.

Bei gleichen Abmessungen der Laufraddurchmesser der einzelnen Pumpen könnte* die Abstimmung der einzelnen Verdichtungsstufen durch Veränderung der Laufradbreite vorgenommen werden. Die zweite Verdichtungsstufe würde also ein dem Druckverhältnis der ersten Stufe und damit auch dem kleineren Volumen entsprechendes schmäleres Laufrad erhalten.

Diese Anpassung hat jedoch den Nachteil, daß die Flüssigkeitsringenergie der zweiten Stufe nicht mehr ausreicht, das angesaugte Gasvolumen weiter zu verdichten. Um die gleiche Verdichtung in der zweiten Stufe wie in der ersten Stufe zu erreichen, müßte daher ein den Verhältnissen entsprechendes, im Durchmesser größeres Laufrad gewählt werden, welches sehr schmal ausgeführt werden muß, um große Ansaugmengen zu vermeiden.

Schmale Räder bei Flüssigkeitsringgaspumpen haben bekanntlich schlechtere Wirkungsgrade;, außerdem werden die Festigkeitsanforderungen sehr hoch und die Kühlprobleme steigen, da sich auch die Leistungsdichte erhöht. Fernerhin kann die Umfangsgeschwindigkeit bei Flüssigkeitsringgaspumpen nicht beliebig gesteigert werden, da sonst Kavitations- und Srosionserscheinungen auftreten.

Eine weitere Anpaßmöglichkeit bei derartigen Pumpen, wäre theoretisch durch Flügelveränderung der Laufräder in den einzelnen Verdichtungsstufen gegeben. Da normalerweise jedoch bereits in der ersten Verdichtungsstufe eine optimale Auslegung angestrebt wird, ist dieser Weg nicht realisierbar.

Eine andere Art von rotierenden Verdrängungsmaschinen sind z.B. Schraubenverdichter. Bei diesen zweiwelligen Verdichtern

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treten bei hohen Verdichtungsverhältnissen mechanische Festigkeitsprobleme auf, da z.B. bei Roots-Pumpen die langen Wellen infolge der Druckdifferenzen zu Durchbiegungen neigen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Pumpenaggregat unter Verwendung von rotierenden Verdrängungsmaschinen zu schaffen, bei dem diese vorgenannten Schwierigkeiten vermieden werden, das relativ wartungsfrei und störungsunanfällig ist und trotzdem eine hohe Gesamtverdichtung erlaubt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination einer rotierenden Verdrängungsmaschine, insbesondere einer Flüssigkeitsringpumpe mit einem nachgeschalteten ein- oder mehrstufigen Seitenkanalringverdichter gelöst. Diese.Kombination von rotierender Verdrängungsmaschine mit nachgeschalteter Turbomaschine ist fördertechnisch äußerst vorteilhaft, und zwar beruht dies darauf, daß die Druckdifferenz des Seitenkanalverdichters bei konstanter Geometrie und konstanter Drehzahl mit steigendem Ansaugdruck zunimmt, während das Ansaugvermögen gleich bleibt. Hierdurch braucht bei der Nachschaltung eines derartigen Seitenkanalverdichters die Auslegung nur nach der Fördermenge vorgenommen zu werden; das zu verdichtende Medium wird dann unabhängig von seinem Ansaugdruck um das Druckverhältnis verdichtet, das der Seitenkanalverdichter leisten kann.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung ergibt sich, wenn die Laufräder der rotierenden Verdrängungsmaschine und des Seitenkanalverdichters auf einer gemeinsamen Antriebswelle angeordnet sind. Hierdurch können u.U. beide Verdichter eine bauliche Einheit bilden.

Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 Flüssigkeitsringpumpe und Seitenkanalringverdichter auf einer gemeinsamen Antriebswelle,

Fig. 2 die bauliche Einheit der beiden Verdichter und Fig. 3 die Strömung der Betriebs- und Kühlflüssigkeit der Flüssigkeitsringpumpe durch die beiden Verdichter.

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Wie Fig. 1 zeigt, besteht das Pumpenaggregat aus einer Flüssigkeitsringpumpe 1 und einem nachgeschalteten Seitenkanalringverdichter 2, die beide auf der gleichen Antriebswelle .3 angeordnet sind. Im Gegensatz zur Flüssigkeitsringgaspumpe 1, bei der das Verdichtungsmedium der Flüssigkeitsring ist, ist das Verdichtungsmedium beim Seitenkanalringverdichter 2 gleichzeitig das Fördermedium. Die Konstruktion dieser beiden Verdichter ist an und für sich bekannt; die Verdichter sind daher nur schematisch dargestellt, und zwar ist bei der Flüssigkeitsringgaspumpe das exzentrisch im Gehäuse 11 untergebrachte Laufrad 12 eingezeichnet, beim Seitenkanalringverdichter 2 das die Schaufeln 23 tragende Laufrad 22 mit dem seitlichen fc Ringkanal 21 .

Wie Fig. 2 zeigt, können diese beiden Verdichter baulich miteinander vereinigt werden, so daß das Laufrad 12 der Flüssigkeitsringpumpe und das Laufrad 22 des Seitenkanalringverdichters eine Einheit bilden.

Hierdurch ist es auch relativ einfach möglich, wie Fig. 3 zeigt, das Betriebs- und Kühlmedium der Flüssigkeitsringpumpe 1, z.B. V/asser, gleichzeitig zur Kühlung des Seitenkanalringverdichters 2 zu benutzen. Wie nicht näher ausgeführt, ist es auch möglich, beide Verdichter mit unterschiedlicher Drehzahl anzutreiben und sie hierdurch besonders aufeinander Jk abzustimmen.

5 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

- 5 - VPA 71/3189 Patentansprüche

1.!Pumpenaggregat zur mehrstufigen Verdichtung von Gasen, gekennzeichnet durch die Kombination einer rotierenden Verdrängungsmaschine, insbesondere einer Flüssigkeitsringpumpe (1) mit einem nachgeschalteten ein- oder mehrstufigen Seitenkanalringverdichter (2).

2. Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß rotierende Verdrängungsmaschine (1) und Seitenkanalringverdichter (2) auf einer gemeinsamen Antriebswelle (3) angeordnet sind.

3. Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß rotierende Verdrängungsmaschine (1) und Seitenkanalringverdichter (2) eine bauliche Einheit bilden.

4. Pumpenaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufräder (12, 22) von Flüssigkeitsringpumpe und Seitenkanalringverdichter baulich miteinander vereinigt sind.

5. Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebs- und Kühlflüssigkeit (4) der Flüssigkeitsringpumpe ( 1 ) als Kühlmedium für den Seitenkanalringverdichter (2) dient.

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