DE2420797C2

DE2420797C2 - Flüssigkeitsringpumpe

Info

Publication number: DE2420797C2
Application number: DE2420797A
Authority: DE
Inventors: Denis Victor Fareham Hampshire Butler
Original assignee: Plessey Overseas Ltd Ilford Essex; Plessey Overseas Ltd
Current assignee: Plessey Overseas Ltd
Priority date: 1973-05-11
Filing date: 1974-04-29
Publication date: 1985-01-24
Also published as: FR2228963B1; IT1018659B; FR2228963A1; US3932063A; DE2420797A1; GB1452908A; SE406630B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsringpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Es ist eine solche Flüssigkeitsringpumpe bekannt (FR-PS 20 65 082), bei der eine Pumpwirkung mittels einer Anzahl von radialen Schaufeln erzeugt wird, die sich in einer Flüssigkeit drehen, die sich In einer Im wesentlichen ovalen Kammer In einem Gehäuse befindet. Die Schaufeln drehen sich mit einem zentralen Rotor, und wenn sich diese Schaufeln drehen, wird die Flüssigkeit radial vom Rolor nach außen zu den Schaufelspitzen geschleudert; es bildet sich ein Flüssigkeitsring, der sich entlang der Kammerwandung bewegt. Da die Kummer eine ovale Form hat, ändert sich der Ahslaiul der .Scliaulclspli/en von der Kaninierwandung und der Flüssigkeitsring bewegt sieh, wenn sieh die Schaufeln drehen, in an sich bekannter Welse nach Innen und nach außen. I)Ic Flüssigkeit bewegt sich niemals so weit von der Kammerwandung nach Innen, daß diese den Rotor berührt und deshalb wird ein innerer Abschnitt des Kammervolumens um den 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 Zustand bekannt; er tritt ein, wenn das Verhältnis des absoluten Förderdruckes zum absoluten Einlaßdruck das Verhältnis des Gesamtvolumens der Kammer zum nicht durchspülten Volumen, dem Totraum der Kammer, erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitsringpumpe mit verbessertem kritischem Druck-

;s verhältnis und demzufolge mit verbessertem Wirkungsgrad beim Pumpen von Gas-Flüssigkeits-Gemischen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmalen gelöst. Bei dieser Ausgestaltung wird erreicht, daß das gesamte. In die Pumpe eintretende Gemisch durch einen Bereich in der Kammer strömen muß, in dem eine große Zentrlfugalbeschleunigung herrscht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in

den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll '.r·. der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigt Flg. I einen Querschnitt durch eine Flüsslgkeitsring pumpe, die erfindungsgemäß ausgebildet Ist,

FIg. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 1, Fig. 3 eine schematische Ansicht der Kammer der in Flg. 1 gezeigten Pumpe, und FI g. 4 einen Schnitt längs der Linie B-B der FI g. 3.

In den Figuren Ist eine Flüssigkeitsringpumpe 2 dargestellt, die ein Gehäuse 4 aufweist, welches eine ovale Form hat und mit Endplatten 6 versehen Ist. Die Endplatten 6 sind durch eine Kammerumfangswand 8 voneinander getrennt, die eine Kammer 9 einschließt.

Die Endplattcn 6 tragen die axialen Enden eines zylindrischen Rotors JO. Der Rotor 10 weist eine Anzahl Schaufeln 12 auf, die radial von diesem nach außen ragen. Die Spitzen der Schaufeln 12 liegen auf dem gleichen Umfang.

Die Lage der Schaufeln in der Kammer ist am besten aus Flg. I zu ersehen. Wie Flg. 1 zeigt, liegen die Spitzen der Schaufeln MA und 12ß sehr dicht bei der Innenfläche der Kammerumfangswand 8. Die übrigen Schaufeln 12 entfernen sich Immer mehr von der Innenfläche der Kammerwand 8, bis der maximale Abstand der Schaufeln von dem zylindrischen Abschnitt der Kammerwand 8 durch die Schaufeln 12C und 120 erreicht wird. Wenn sich die Schaufeln 12 in Richtung des Uhrzeigersinns drehen, nimmt der Abstand der Spitzen der Schaufeln von der Wand 8 von der Schaufel YLA bis zur Schaufel 12C zu und von der Schaufel 12C bis zur Schaufel MB ab; ferner nimmt er von der Schaufel MB bis zur Schaufel 120 zu und von der Schaufel 120 bis zur Schaufel MA ab.

Wenn sich die Schaufeln 12 Innerhalb der Kammer 9 drehen, wird die Flüssigkeit In der Kammer nach außen geschleudert und bildet den Flüssigkeitsring 11, der In den Flg. 3 und 4 dargestellt Ist. Ein gewisser Teil der Flüssigkeit befindet sich Immer /wischen den Schaufeln

(.5 12, so dall Immer ein abgedichteter Abschnitt vorhanden Ist, der von jeweils zwei Schaufeln 12, dem Rolor IO und dem Flüssigkeitsring 11 begrenzt wird. Jc mehr sich die Schaufeln der Wand 8 nähern, um so mehr

Flüssigkeit wird /wischen den Schaufeln zum Rotor IU hin gedrückt. DIc verschiedenen abgedichteten Abschnitte /wischen den Schaufeln 12 bilden den nicht bespülten Totraum der Kammer 9.

Die eine Endplatte 6 ist mit einem Gemischeinlaß 18 versehen. Die Form des Einlasses 18 1st in Flg. 1 dargestellt, und es ist zu erkennen, daß der Querschnitt des Einlasses 18 In Richtung des Uhrzeigersinns und In Drehrichtung des Rotors 10 zunimmt, ferner ist gezeigt, daß der Einlaß 18 zwischen den Schaufeln UB und YlD angeordnet ist. Zwei Gasauslässe 20 sind in der anderen Endplatte 6 vorgesehen; ihre Form ist aus Fig. 1 zu erkennen. Jeder Gasaustaß 20 befindet sich in der Nähe des Rotors 10, d. h. am weitesten von der Flüssigkeit entfernt, die nach außen geschleudert wird.

Flüssigkeitsauslässe 22 und 23 sind bei den Schaufeln YlA ur.d YlB vorgesehen, an denen der Übergang vom minimalen Gehäuseradius zum zunehmenden Gehäuseradius erfolgt. Die Flüssigkeitsauslässe 22 und 23 stehen mit Leitungen 24 und 25 k-i Verbindung, und Flüssigkeit, wie beispielsweise Öl, die dem Flüssigkeitsring 11 über die Auslässe 22 und 23 entnommen wird, strömt durch die Leitungen 24 und 25 hindurch. Diese Leitungen 24 und 25 werden miteinander verbunden., um eine einzelne Leitung 26 zu bilden. Die Leitung 26 weist eine Drossel 28 auf, die wirksam ist, um die Flüssigkeitsmenge zu begrenzen, die vom Flüssigkeitsring U durch die Auslässe 22 und 23 abgezogen wird.

Wie Fig. 2 zeigt. Ist zwischen jedem Schaufelpaar 12 eine Blocklermasse 30 angeordnet, die aus Irgendeinem geeigneten Material bestehen kann. Das gewählte Material sollte von der Flüssigkeit In der Pumpe nicht angegriffen werden können. Vorzugsweise besteht die Blokklermasse aus Messing oder Flußstahl.

Im Betrieb erteilt die Pumpe der Flüssigkeit, beispielsweise dem Öl, Innerhalb des Pumpengehäuses 4 eine Winkelgeschwindigkeit. Die der Flüssigkeit erteilte Winkelgeschwindigkeit bewirkt, daß die Flüssigkell den Ring 11 'nnerhalb der Innenfläche der Wand 8 des Gehäuses ausbildet. Dieser Flüssigkeitsring Il wird gegenüber dem Rotor 10 nach Innen und nach außen bewegt, wenn sich der Abstand von der Wand 8 verändert. Wenn sich die Flüssigkeit vom Rotor 10 fort In die mit 16 gekennzeichnete Lage bewegt, entsteht In der Flüssigkeit eine zunehmende kinetische Energie, die verwendet wird, um ein Gas-Flüsslgkeits-Gemlsch durch den Einlaß 18 anzusaugen.

Wenn irgendeine der Schaufeln sich aus der Lage der Schaufel 12D oder 12C zur Lage der Schaufel YlA oder 12ß bewegt, wird die Flüssigkeit zurück In die Schaufelzwlscn-.nräume zum Rotor 10 hin gedruckt, und es wird Gas aus den Gasauslässen 20 nach außen verdrängt. Flüssigkeit wird aus dem Flüssigkeitsring 11 über die Auslässe 22 und 23 entnommen, wie es oben beschrieben wurde.

Die dargestellte und beschriebene Pumpe kann Gas-Fiüssigkelts-Gemlsche, Schaum, Nebel usw. aufnehmen. Die Pumpe kann diese Gemische trennen und die Flüssigkeit zu einem Vorratsbehälter zurückführen und das Gas In die Atmosphäre oder In ein Druckgefäß abgeben. Schäume und Nebel, die in der Nahe der Mitte der Pumpe eingeführt werden, wo die Zentrifugalbeschleunigung gering Ist, können über den Abgabeabschnitt der Pumpe durch ein übliches offenes Schaufelrad abgezogen werden und aus der Pumpe ungclrennt abgegeben werden.

Wie Im Vorstehenden dargelegt wurde, sind die Zwischenräume zwischen den Schaufeln 12 durch die Blocklemiasse 30 gefüllt. Jede »Iwklcrniasse 30 lullt vorzugsweise Ihnen Zwischenraum vom Riitur 10 bis /um Minlmalradlu-s des Flüsslgkeltsrlnges, wobei ein ausreichender axialer Raum auf jeder Seile frei bleibt, damit eine Strömung vom Einlaß 18 zum Auslaß 20 ermöglicht wird.

Die Blocklemiasse 30 erhöht das Verhältnis von Gesamtvolumen zu Totraum; dadurch wird das kritische Liruckverhältnis der Pumpe erhöht. Dadurch, daß der Einlaß 18 auf einer Seite der Blockiermasse 30 angeordnet wird und der Auslaß 20 auf der anderen Seite, bildet die Blockiermasse 30 ein Wehr, über das die gesamte Fördermenge, die in die Pumpe eintritt, hinwegströmen muß, ehe sie wieder austreten kann. Wie Fig. 2 zeigt, muß das Gas über die Blockiermasse 30 hinweg durch den schmalen Kanal 31 hindurchströmen, der zwischen der Blockietmasse 30 und der Endplatte 6 ausgebildet ist. Die Blockiermasse 30 stellt sicher, duß das gesamte fluide Medium, das in die Pumpe eintritt, durch einen Berei,:V hindurchströmt, in dem eine große Zentrifugalbeschleu ligung herrscht, und alle Flüssigkeit, die in dem Gas eingeschlossen ist, müßte sich gegen den vollen Zentrifugaldruck bewegen, um die Pumpe über den Gasauslaß 20 verlassen zu könne a.

Es soll nun ein typisches Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 gegeben werden wobei typische Pumpenbemessungen angegeben werden.

In den folgenden Berechnungen werden die folgenden Größen verwendet:

R-, = Radius des Rotors

R₁ = Umfangsradlus der Blocklermasse 30

Rt - Gehäuseradius

R_B = Radius des Querschnittschwerpunktes der Blok-

kiermasse

c = Exzentrizität der Gehäuseradien

A₁₁ = Querschnittsfläche der Blockiermasse 30

/ = Breite der Pumpe

(a) Arbeitsraum der Pumpe = 2Λ₂2 el = 4R₂ ei = 4 χ 2,69 cm χ 6,35 cm χ 1,27 cm = 8,y9 cm^J

(b) Gesamtraum der Pumpe ohne Blocklermasse
= [π (A₂ ² - A₁ ²) + 4R₂e] t

= [π(2,69²- l,35²) + 2,69] 1,27
= 30,389 cm¹

(c) Gesamtraum der Pumpe mit Blocklermasse
= (b) - 2 R₁₁A₁₁

= 30.3M -2x2,3 cm χ 1.22 cm¹ ■ it = 14,81 cm'

(d) Totraum der Pumpe ohne Blockiermasse
= (b) - (a) = 30,389 - 8,69 = 21,69 cm'

>e) Tötraum der Pumpe mit Blcckiermasse

= (C) - (a) = 14,81 - 8,69 = 6,107 cm¹
(0 Kritisches Druckverhältnis der Pumpe ohne Blokklermasse

(b) 30,389
(d)~ 21,69

1,4

(g) Kritisches Druckverhältnis der Punpe mit Blokkiermasse

2,42

6,107

Vergleich der Leistung von (I) mit (g):

BcI Ablassen In eine Almosohäre mit einem Druck von

5 1,05 kg/cm^! Ist der theoretische kritische Einlaßdruck

!,05

(0 TT = °i⁷ 1.4

und von

(B) 77Γ = 0,42 kg/cm²

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsringpumpe zum Trennen eines Gas-FIüssigkelts-Gemisches in Gas und Flüssigkeit, insbesondere für einen Schmierkreislauf, mit einem Gehäuse, einer im wesentlichen ovalen Kammer in dem Gehäuse, einen Einlaß zum Einführen des Gemische In die Kammer, wenigstens einem Gasauslaß für das vom Gemisch getrennte Gas, wenigstens einem Flüssigkeitsauslaß für die vom Gemisch getrennte Flüssigkeit, die aus einem während des Betriebs der Pumpe entstehenden Flüssigkeitsring zu dem wenigstens einem Flüssigkeitsauslaß gelangt, einem Innerhalb der Kammer gelagerten Rotor und mehreren, an dem Rotor angebrachten, von diesem radial nach außen ragenden Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zwischenräumen zwischen den Schaufeln (12) eine diese Zwischenräume teßwElsi ausfüllende Blockiermasse (30) angebracht Ist, die sich mit den Schaufeln (12) dreht und zwei Seiten aufweist. "on denen die eine auf Selten des Einlasses (18) und die andere auf Selten des wenigstens einen Gasauslasses (20) liegt, wobei die Blockiermasse (30) das kritische Druckverhältnis und dadurch den Wirkungsgrad der Pumpe anhebt und ein Wehr bildet, das ein direktes axiales Hindurchströmen der Flüssigkeit Im Gemisch vom Einlaß (18) zu dem wenigstens einen Gasauslaß (20) verhindert und somit den Anteil der vom Gemisch abgetrennte!· Flüssigkeit erhöht.

2. Flüssigkeitsringpumpe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Gasauslaß (20) eine Str&mun tbegrenzungsvorrlchtung (28) aufweist, die die Menge der vom Gemisch getrennten Flüssigkeit begrenzt, die aus der Kammer durch den wenigstens einen Flüssigkeitsauslaß (22, 23) strömt.

3. Flüssigkeitsringpumpe nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blocklermasse (30) vom Rotor (10) bis zum Minimalradius des Flüssigkeitsrings rag;.

4. Flüssigkeitsringpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blocklermasse (30) getrennt von dem Rotor (10) gebildet Ist.