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Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe mit vorgeschaltetem Seitenkanal-Ringverdichter
Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe mit vorgeschaltetem
Seitenkanal-Ringverdichter zum Absaugen und Verdichten von kompressiblen Medien
unter 100 Torr Saugdruck.
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Zum Absaugen und Verdichten von gas- und/oder dampfförmigen Medien
sind bereits seit langem Aggregate bekannt, die aus einer Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe
mit vorgeschaltetem Verdichter, z.B.
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in Form einer Roots-Pumpe, bestehen. Da volumetrische Pumpen, wie
z.B. die Roots-Pumpen, verhältnismäßig bauaufwendig und nicht wartungsfrei sind,
ist man für viele Anwendungsfälle auf Strahlpumpen als Vorverdichter übergegangen
und hat dabei die durch das Treibmedium der Strahlerpumpe erforderliche, größere
nachgeschaltete Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe in Kauf genommen.
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ist der vorgeschaltete Verdichter als Seitenkanal-Ringverdichter ausgebildet
und die Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe in ihrem Saugvermögen auf das durch den Seitenkanal-Ringverdichter
erreichbare Druckverhältnis ausgelegt, so braucht die Flüssigkeitsrillg-Vakuumpumpe
nicht mehr unter Berücksichtigung zusätzlichen Treibmediums des Strahlers ausgelegt
zu werden, so daß die geforderte Gesamtantriebsleistung erheblich verringert und
das Bauvolumen des Aggregats verkleinert werden kann. Da hierbei nur eine sehr geringe
Antriebsleistung des Ringverdichters im Verhältnis zur Antriebsleistung der Flüssigkeitsringpumpe
erforderlich ist, besteht andererseits die Gefahr, daß im Aggregat gelegentlich
doch zu große Anforderungen an das Leistungsvermögen des Ringverdichters gestellt
werden und damit dessen Antriebsmotor thermisch überlastet wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein unzulässiges
Ansteigen des Leistungsbedarfs des Antriebes des Seitenkanal-Ringverdichters bei
eingeschaltetem Seitenkanal-Ringverdichter zu verhindern.
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Zur Vermeidung einer derartigen Uberlastung des Antriebs des Seitenkanal-Ringverdichters
- vor allem in der Anfahrphase einer Evakuierung - ist erfindungsgemäß der Antrieb
des Ringverdichters abhängig vom gemessenen Leistungsbedarf, in seiner Drehzahl
steuerbar, insbesondere ein- und ausschaltbar. Im einfachsten Fall wird der Antrieb
druckabhängig ein- und ausgeschaltet, wobei es zur Vermeidung von stroßartigem Betrieb
vorteilhaft sein kann, zwischen Ringverdichter und Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe
einen Pufferraum vorzusehen.
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Vorteilhafterweise kann ferner zwischen Druck- und Saugseite des Seitenkanal-Ringverdichters
eine Rückführungsleitung mit druckabhängig gesteuerten Ventilen vorgesehen werden.
Diese Leitung kann gegebenenfalls dann sowohl als Bypaß des Seitenkanal-Ringverdichters
in der Anfahrphase als auch zur Rückführung von Fördermedium - entsprechende Drosselung
vorausgesetzt - verwendet werden, um den Aufbau einer zu hohen Druckdifferenz am
Seitenkanal-Ringverdichter zu vermeiden.
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Da die Leistung des elektrischen Antriebs des Seitenkanal-Ringverdichters
u.a. der Druckdifferenz und der Dichte des Mediums proportional ist, kann als Ersatzgröße
für den Leistungsbedarf auch der Strom des elektrischen Antriebsmotors herangezogen
werden. Entsprechend dem Strom kann dann entweder die Drehzahl und/ oder der Strom
des Antriebsmotors begrenzt werden.
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Eine andere Möglichkeit der druckabhängigen Anpassung an die Antriebsleistung
ist für viele Fälle auch durch Verwendung elastischer Schaufeln im Seitenkanal-Ringverdichter
erzielbar, da durch die elastischen Schaufeln bei gegebener Abstimmung nur die Druckdifferenz
aufbaubar ist, die der zulässigen Motorleistung entspricht.
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entspricht.
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Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen
Figur 1 Arbeitskennlinien von Seitenkanal-Ringverdichter und Gasstrahler zusammen
mit einer Flüssigkeits-Vakuumpumpe und Figur 2 ein schematisches Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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In Figur 1 ist ein Druck-Saugvermögen-Diagramm (pS) die Kennlinie
a einer Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe aufgetragen. Wie ersichtlich, nimmt das Saugvermögen
unterhalb von etwa 100 Torr infolge des Ausdampfens des Flüssigkeitsringes, z.B.
Wasser, ab.
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Zur Ausdehnung des Anwendungsbereiches wird im bekannten Fall der
Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe ein Gasstrahler vorgeschaltet, so daß sich für Drücke
z.B. unter 40 Torr die mit b angegebene Kennlinie des Gesamtaggregates ergibt. Bei
einer Evakuierung wird dann das zu verdichtende Medium auf der Strecke d vom Arbeitspunkt
mit Druck P1 bis zum Zwischendruck P2 durch den Gasstrahler verdichtet.
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Im gleichen Diagramm ist noch die Kennlinie 6 eines Seitenkanal-Ringverdichters
in Zusammenschaltung mit einer Flüssigkeitsringpumpe (Kennlinie a') aufgetragen.
Unter der Annahme eines Verdichtungsverhältnisses dieses Ringverdichters von 1 zu
2 ist ersichtlich, daß bei gleichem Anfangsarbeitdruck P1 die Verdichtung auf der
Strecke e zum Zwischendruck P2 erfolgt und damit eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe
von erheblich geringerem Saugvermögen (Kennlinie a') und damit auch geringerer Antriebslejstung
nachgeschaltet werden kann, um das gleiche tatsächliche Fördervolumen des Aggregats
zu erhalten. Es kann etwa angenommen werden, daß bei den genannten Verdichtungsverhältnissen
die Baugröße und damit die Leistung der Flüssigkeitsringpumpe und damit auch der
Leistungsbedarf für den elektrischen Antriebsmotor auf ca. die Hälfte gesenkt werden
kann, so daß die noch zusätzlich etwa aufzuwendenden 10% Leistungsbedarf für den
Sei- -tenkanal-Ringverdichter in der Gesamtbilanz überhaupt nicht ins Gewicht fallen.
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Wie aus Figur 2 ersichtlich, ist an einen zu evakuierenden Raum 1
mit dem Druck Pl ein Seitenkanal-Ringverdichter 4 angeschlossen. Die Druckseite
des Seitenkanal-Ringverdichters 4 ist über eine Verbindungsleitung 5 mit der Saugseite
einer Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe 3 verbunden, die das geförderte Medium von Zwischendruck
P2 auf den Verdichtungsdruck P3, normalerweise Atmosphärendruck, verdichtet. Wenn
z.B. in der Anfahrphase im Raum 1 noch Atmosphären- oder nahezu Atmosphärendruck
herrscht, wird der Seitenkanal-Ringverdichter 4 durch eine Bypaßleitung 6 umgangen.
Ist im Raum 1 ein ausreichendes Vakuum erzielt, z.B.
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40 Torr, so wird durch ein Druckmeßglied 8 die Bypaßleitung 6 durch
das Steuerventil 7 abgesperrt und wie durch die gestrichelte Leitung 16 angedeutet,
über das Steuergerät 11 der elektrische Motor 10 des Ringverdichters 4 eingeschaltet.
Anstelle oder zusätzlich zu dieser Einrichtung können andere Mittel vorgesehen werden,
die verhindern, daß ein unzulässig hoher Leistungsbedarf für den Antrieb des Seitenkanal-Ringverdichters
auftritt. Hierzu kann z.B. ein weiteres Druckmeßglied 9 vorgesehen sein, das die
Druckdifferenz am Seitenkanal-Ringverdichter 4 mißt. Uberschreitet diese Druckdifferenz,
die u.a. die vom Antriebsmotor 10 angeforderte Antriebsleistung bedingt, einen vorbestimmten
Wert, so wird - wie durch die gestrichelte Linie 14 angedeutet - über das Steuerglied
11 in die Drehzahl des Motors 10 eingegriffen; z.B.
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im einfachsten Fall wird der Motor solange ausgeschaltet, bis der
Druck zwischen Seitenkanal-Ringverdichter und Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe wieder
genügend abgebaut ist.
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Eine weitere Möglichkeit, die durch die gestrichelte Linie 15 angedeutet
ist, besteht darin, im Falle einer unzulässig hohen Druckdifferenz am Seitenkanal-Ringverdichter
4 das Steuerventil 7 durch das Druckmeßglied 9 anzusteuern, so daß ein Teil des
geförderten Mediums des Seitenkanal-Ringverdichters im Kreisstrom gefahren wird.
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5 Patentansprüche 2 Figuren