DE2420797A1

DE2420797A1 - Fluessigkeitsring-pumpen

Info

Publication number: DE2420797A1
Application number: DE2420797A
Authority: DE
Inventors: Denis Victor Butler
Original assignee: PLESSEY HANDEL und INVESTMENTS AG ZUG (SCHWEIZ); Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Overseas Ltd
Priority date: 1973-05-11
Filing date: 1974-04-29
Publication date: 1974-11-28
Also published as: FR2228963B1; FR2228963A1; DE2420797C2; IT1018659B; US3932063A; SE406630B; GB1452908A

Description

PLESSEY HANDEL UND INVESTMENTS AG.
Gartenstraße 2

Zug/ Schweiz

Unser Zeichen: P 2247

Flüssigkeitsring-Pumpen

Die Erfindung bezieht sich auf Flüssigkeitsring-Pumpen und auf Systeme, die derartige Pump'en aufweisen. Es sind Flüssigkeitsring-Pumpen bekannt, bei denen eine Pumpwirkung mittels einer Anzahl von radialen Flügeln erzeugt wird, die sich in einer Flüssigkeit drehen, die sich in einer im wesentlichen ovalen Kammer in einem Gehäuse befindet. Die Flügel oder Schaufeln drehen sich an einem zentralen Rotor und wenn sich diese Flügel oder Schaufeln drehen, dann wird die Flüssigkeit radial vom Rotor nach außen zu den Flügel- oder Schaufelspitzen hin geschleudert, und es wird ein Flüssigkeitsring ausgebildet, der sich um die Kammerwandung herum bewegt. Da die Kammer eine ovale Form hat, ändert sich der Abstand der Flügel- oder Schaufelspitzen von der Kammerwandung und der Flüssigkeitsring bewegt sich, wenn sich die Schaufeln oder Flügel drehen, in an sich bekannter Weise nach innen und nach außen. Die Flüssigkeit bewegt sich niemals so weit von der Kammerwandung nach innen, daß diese den zentralen Rotor berührt und deshalb

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wird ein innerer Abschnitt des Kammervolumens um den zentralen Rotor herum niemals von der Flüssigkeit berührt oder durchspült. Wenn derartige Pumpen verwendet werden, um Gas/Flüssigkeits-Gemische zu pumpen und zu trennen, erreicht die Pumpe sehr oft einen Betriebszustand, bei dem das Pumpen unterbrochen wird. Dieser Zustand ist als kritischer oder Abwürge-Zustand bekannt und dieser Betriebszustand tritt ein, wenn das Verhältnis des absoluten Förderdruckes zum absoluten Einlaßdruck das Verhältnis des Gesamtvolumens der Kammer zum nicht durchspülten oder nicht durchflossenen Volumen der Kammer erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Flüssigkeitsring-Pumpe zu schaffen, die ein besseres kritisches Druckverhältnis als die bekannten Flüssigkeitsring-Pumpen aufweist, und die demzufolge einen verbesserten Wirkungsgrad hat, wenn Gas oder Gas/Flüssigkeits-Gemische gepumpt werden.

Erfindungsgemäß ist eine Flüssigkeitsring-Pumpe vorgesehen, die eine Anzahl von radial angeordneten Flügeln oder Schaufeln aufweist, die sich innerhalb einer im wesentlichen ovalen Kammer in einem Gehäuse drehen können, wobei die Zwischenräume zwischen den Schaufeln oder Flügeln teilweise durch eine Füllmasse gefüllt sind, wodurch das kritische Druckverhältnis der Pumpe erhöht wird, um den Pumpenwirkungsgrad zu verbessern.

Vorzugsweise weist die Plüssigkeitsring-Pumpe eine Einlaßöffnung für ein Gas/Flüssigkeits-Gemisch auf und eine Gasaustrittsöffnung, die auf entgegengesetzten Seiten der Pumpe angeordnet sind. In diesem Fall bildet die Füllmasse einen Damm und verhindert die direkte axiale Strömung der- Flüssigkeit von der Einlaßöffnung zur Gasaustrittsöffnung und dadurch wird* die Trennleistung der Pumpe verbessert.

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Das Pumpengehäuse kann aus zwei Endplatten bestehen, die durch die Kammerwandung voneinander getrennt sind. Die verschiedenen Einlaß- und Auslaßöffnungen können dann in entsprechender Weise in den Endplatten vorgesehen sein.

Die Erfindung betrifft auch Systeme, in denen die erfindungsgemäße Pumpe verwendet wird, und ein Beispiel eines derartigen Systems ist ein Schmier- und Spülsystem für hohe Geschwindigkeiten und große Höhen, wie es in der GB-PS 1 317 568 beschrieben wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Flüssigkeitsring-Pumpe, die erfindungsgemäß ausgebildet ist,

Fig. 2 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie A-A der Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Ansicht der Kammer der in Fig. 1 gezeigten Pumpe

und
Fig. ¹I eine Schnittansicht, genommen längs der Linie B-B der Fig. 3.

In den Figuren ist eine Flüssigkeitsring-Pumpe 2 dargestellt, die ein Gehäuse ¹I aufweist, welches im allgemeinen eine ovale Form und Endplatten 6 hat. Die Endplatten 6 sind durch eine Umfangskammerwandung 8 voneinander getrennt, welche eine Kammer 9 einschließt. Die Endplatten 6 tragen die axialen Enden eines zylindrischen Rotors 10. Der Rotor 10 weist eine Anzahl Flügel 12 auf, die sich radial von diesem erstrecken. Die Spitze eines jeden Flügels 12 liegt auf dem gleichen Umfang.

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Die Lage der Flügel in der liBMsmer ist as b©st@r_u aus Pig» I su ersehen_o Mie Fig* 1 &©igt_a iiegso öis Spitzen des³ Flügel 12A und 12B sehr dicht bei der¹ inneren Oberfläche der Kammer 8. Die übrigen Flügel 12 entfernen sich isamer¹ siehr von der inneren Oberfläche der Kammer 8_S bis der maximale Abstand der Flügel von dem zylindrischen Wsmdungsabschnitt H durdh die Flügel 12C und 12D erreicht ifi'Mo Wenn sich die Flügel in Richtung des Uhrzeigerdrehsinns drehen_s nimmt der Abstand der Spitzen der Flügel von der Wandung 8 vom Flügel 12Ä bis sum Flügel 12C zu und nimmt vom Flügel 12C bis sum Flügel 12B ab und nimmt ferner vom Flügel 12B bis sum Flügel 12D zu und vom Flügel 12D bis zum Flügel 12A ab.

Wenn sich die Flügel 12 innerhalb der Kammer 9 drehen _s wird die Flüssigkeit in der Kammer nach außen geschleudert und bildet den Flüssigkeitsring H₃ der in den Figo 3 und k dargestellt ist. Ein gewisser Teil der Flüssigkeit ist immer zwischen den Flügeln 12 angeordnet_s so daß immer ein abgedichteter Abschnitt \^rorhanden ist _s der von jeweils zwei Flügeln 125 dem Rotor 10 und dem Flüssigkeitsring 11 gebildet wird. Je m^hr sich die Flügel der Wandung 8 nähern_s umsomehr Flüssigkeit wird offensichtlich zwischen den Flügeln sum Rotor 10 hin nach unten gedruckt. Die verschiedenen abgedichteten oder abgeschlossenen Abschnitte zwischen den Flügeln bilden das nicht bespülte oder nicht gefüllte Volumen der Kammer 9.

Eine Platte 6 ist mit einem Gas/Flüssigkeits-Einlaß 18 ausgerüstet. Die Form der Einlaßöffnung 18 ist deutlich in Fig. dargestellt, und es ist zu erkennen, daß der Querschnitt der öffnung die Richtung des Uhrzeigerdrehsinns und in Drehrichtung des Rotors IO zunimmt, und es ist ferner gezeigt, daß die öffnung 18 zwischen den Flügeln 12B und 12D angeordnet ist. Zwei Gasauslässe 20 sind in der anderen Endplatte 6 vorgesehen und die Form eines jeden Gasauslasses 20 ist wieder deutlich aus Fig. 1 zu erkennen. Ein jeder Gasauslaß 20 be-

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findet sich in a@r Mähe des Rotors 1O₀ dc h» am weitesten von der Flüssigkeit entfernt., die nach außen geschleudert wird ο

Die Flüssigkeitsauslässe 22 und 23 sind im wesentlichen bei den Flügeln 12A-und 12B vorgesehen,, an denen der übergang vom minimalen Gehäuseradius zum zunehmenden Gehäuseradius erfolgt ο Die Flüssigkeitsauslässe 22 und 23 stehen mit Leitungen 2k und 25 in Verbindung und Flüssigkeit _s wie beispielsweise öl_s welche dem Flüssigkeitsring 11 über die Auslässe . 22 und 23 entnommen wird_s strömt durch die Leitungen 24 und

25 hindurch» Diese Leitungen 2k und 25 werden miteinander verbundens um eine einzelne Leitung 26 zu bilden■> Die Leitung

26 weist eine Strömungsbegrenzung 28 auf_s die wirksam ist,,

um die Flüssigkeitsmenge zu begrenzen _s die vom Flüssigkeitsring 11 durch die Auslässe 22 und 23 abgezogen wird.

Wie Figo 2 zeigt_s ist zwischen jedem Flügelpaar 12 eine Füllmasse oder Blockierungsmasse 30 angeordnet_s die aus irgendeinem geeigneten Material bestehen kann ο Das gewählte Material sollte von der Flüssigkeit in der Pumpe nicht angegriffen werden können» Vorzugsweise besteht die Füll- oder Blockiermasse aus Messing oder Flußstahl»

Im Betrieb erteilt die Pumpe der Flüssigkeit,beispielsweise dem öl_s innerhalb des Pumpengehäuses k eine Winkelgeschwindigkeit» Die der Flüssigkeit erteilte Winkelgeschwindigkeit bewirkt ρ daß die Flüssigkeit den Ring 11 über der inneren Oberfläche der Umfangswandung k des Gehäuses ausbildet. Dieser Flüssigkeitsring 11 wird gegenüber dem Rotor 10 nach innen und nach außen bewegt₉ wenn sich der Abstand 12 von der Wandung k verändert» Wenn sich die Flüssigkeit vom Rotor 10 fort in die mit 16 gekennzeichnete Lage bewegt₉ entsteht in der Flüssigkeit eine zunehmende kinetische Energie_s die verwendet wird_s um ein Gas/Flüssigkeits-Gemisch durch die öffnung 18 anzusaugen.

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a irgendeine dsp i?Iüg©lkasnmera sich aus der Lage des Flügels 12D oder 120 sur Lag® des Flügels 12Ä oder 12B ninbewegt _s wird die Flüssigkeit zurück nach untsn in die Flügelswisehenräunie und zwar zum. Rotor 10 hingeärüekt ₂ und ss uir-d Luft oder Gas aus den Gasautrittsöffnungen 20 hinaus verdrängt_α Flüssigkeit wird aus dem Flüssigkeitsring 11 über die Auslässe 22 und 23 entnommen^, wie es is Vorstehenden bes ehrieben wurde -

Die dargestellte und beschriebene Pumpe kann Gas/Flüssigkeits-Gemische_s Schaum_s Hebel usw.. aufnehmen» Die Pumpe kann diese Gemische trennen und eine Flüssigkeit zu einem Vorratsbehälter zurückführen und das Gas in die Atmosphäre oder in ein Druck= gefäß abgebenο Schäume und Nebel_s die in der Nähe der Mitte der Pumpe eingeführt werden_s wo die Sentrifugalbeschleuniguns gering ist_s können über den Abgabeabschnitt der- Pumpe durch sin übliches offenes Schaufelrad abgesogen werden und aus der Pumpe ungetrennt abgegeben werden»

Wie im Vorstehenden dargelegt wurde₃ sind die Zwischenräume zwischen den Flügeln 12 durch die Füllmasse HO gefüllte Jede Füllmasse 40 füllt vorzugsweise ihren Zwischenraum von der Mittelnabe bis zum Minimalradius des Flüssigkeitsringes_s wobei ein ausreichender axialer Raum auf jeder Seite frei bleibt _s damit Sas und Flüssigkeit su den öffnungen 18 und 20 gelangen und aus diesen austreten können.

Das Füllen des dicht bespülten oder besetzten Volumens der Pumps erhöht das Verhältnis von Gesamtvolumen sum nicht bespülten oder besetzten Volumen und dadurch wird das kritische Druckverhältnis der Pumpe erhöht» Dadurch_s daß die Einlaßöffnung 18 auf einer Seite des Füilmaterials J>0 angeordnet wird und die Auslaßeffmmg 20 auf der anderen Seite, bildet die Füllmasse"30 einen Damm_s über den das gesamte fluide Medium_s welches in die Pampe eintritt_s hinweggehen muß, ehe dieses-Medium austreten kann« Wie Pig= 2 zeigt, muß das Gas über jede

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Füllmasse 30 hinweggehen und durch den sehmalen Kanal 31 hindurchströmen, der zwischen der Füllmasse 30 und der Endplatte β ausgebildet ist» Die Füllmasse 30 stellt sicher _s daß das gesamte fluide Medium₃ t^elches in die Pumpe eintritt-, durch einen Bereich hindurchströmt, in dem eine große Zentrifugalbeschleunigung herrschta und alle Flüssigkeit_s die in dem Gas eingeschlossen ist_s muß sich gegen den vollen Zentrifugaldruck bewegen., um die Pumpe über die Gasauslaßöffnungen 20 verlassen zu können.

Es soll nun ein typisches Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und k gegeben werden₅ wobei typische Pumpenbemessungen angegeben werden.

In den folgenden Berechnungen werden die folgenden Größen verwendet ι

R₁ s Radius der vollen Nabe

R₂ - Umfangsradius der Füllmasse 30 R, = Gehäuseradius

Rg = Radius des Querschnittschwerpunktes der Füllmasse e = Exzentrizität der Gehäuseradien Ag = Querschnittsfläche der Füllmasse 30 t = Breite der Pumpe

(a) Spül- oder Füllvolümen der Pumpe = 2R₂2et = HR^ st

= Η χ 2_S69 cm .x 6_S35 cm χ 1,27 cm = 8'_S69₃

(b) Gesamtvolumen der nicht gefüllten Pumpe

ρ ο

(R - R ) + HR

C. 1 I

(2,69² - 1,35²) + 2,69] 1,27 = 30,389 cm³

(c) Gesamtvolumen der gefüllten Pumpe = (b) - 2 RgAg

= 30,389 - 2 χ 2,3 cm χ 1,22 cm² = 14,81 cm³

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(d) Nicht bespültes oder nicht besetztes Volumen der nicht gefüllten Pumpe

= (b) - (a) = 30,389 - 8,69 = 21,69 cm³

(e) Nicht bespültes oder nicht gefülltes Volumen einer gefüllten Pumpe

= (c) - (a) = 14,81 - 8,69 = 6,107 cm³

(f) Kritisches Druckverhältnis der nicht gefüllten Pumpe _(b)_ 30,389 . IJl -(d)" 21,69 "

(g) Kritisches Druckverhältnis der blockierten Pumpe

(c) 14,81 2,42

"TeT " 6,107 "

Vergleich der Leistung von (f) mit (g)

Wenn man in einer Atmosphäre mit einem Druck von 1,05 kg/cm

abgibt, so ist der theoretische kritische Einlaßdruck von

(f) jffi = 0,7 kg/cm² und von

(g) ¥%% = ⁰^ kg/cm²

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Claims

Patentansprüche
Flüssigkeitsring-Fumpe mit einer Anzahl von radial angeordneten Flügeln_s die sich innerhalb einer im wesentlichen ovalen Kammer in einem Gehäuse drehen _s dadurch gekennzeichnet _s daß <äie Zwischenräume zwischen den Flügeln teilweise mittels einer· Füllmasse gefüllt sind_s wodurch das kritische Druckverhältnis der Pumpe erhöht wird_s um den Pumpenwirkungsgrad zu erhöhen„
2, Pumpe nach Anspruch 1 mit einer Einlaßöffnung für ein Gas/ Flüssigkeits-Gemisch und mit einer Gasauslaßöffmang_s die auf beiden Seiten der Pumpe angeordnet sind_s dadurch gekennzeichnet.) daß die Füllmasse einen Damm bildet _s der wirksam wird_s um eine direkte axiale Strömung der Flüssigkeit von der Ein» laSöffnung zur Gasauslaßöffnung zu verhindern_o
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2_S dadurch gekennzeichnet_s daß das Pumpengehäuse aus zwei Endplatten besteht _s die durch die Kammerwandung voneinander getrennt sind»
'L· Pumpe nach Anspruch 3_S dadurch gekennzeichnet _s daS dia Si:i~ IaS=- und Auslaßöffnungen in den Endplatten angeordnet sinsh
6 Pumpe naeh einem der vorhergehenden Ansprüche _s dadurch gekenn·= aeiehneta daß ein Stromungsbegrenser vorgesehen ist₅ der die Flüssigkeitsmenge begrenzt _s die aus dem Flüssigkeitsring der Pumpe _s der während des Betriebes der Pumpe gebildet Xfird₅ entnommen wird,,

β ο Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche₉ dadurch gekennzeichnet g daß sich die Füllmasse von einer mittleren Nabe der Pumpe aus bis zum Minimalradius des Flüssigkeitsringes der Pumpe erstreckt j welcher während des Betriebes der Pumpe gebildet wird und daß die Füllmasse einen axialen Raum auf jeder Seite frei läßt_s damit Gas und Flüssigkeit hindurchströmen können«

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