DE2650843C2 - Austragspumpe für unter Vakuum stehende Flüssigkeiten - Google Patents

Description

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da- 35 eine stete Abdichtung des Unterdruckraums gegenüber durch gekennzeichnet daß das Laufrad (7) aus zwei dem Raum höheren Drucks. Dem diesen Flüssigkehsin einer Radialebene zusammengesetzten, das Ge- ring erzeugenden Laufrad sind ein oder mehr Schaufdhäuse (4) annähernd ausfüllenden Scheiben (72, 71 räder, welche die eigentliche Förderung besorgen, zug;e- oder 73, 74) besteht von denen eine oder beide an ordnet Da der Flüssigkeitsring mit dem Laufrad rotiert, den einander zugekehrten Stirnflächen gleich hohe 40 erwärmt sich die Flüssigkeit atilferund der Reibungsnach außen verlaufende und dann nach innen ge- kräfte mit der Folge, daß die Abdampfrate größer wird, krümmte Leisten (112) aufweisen, wobei benachbar- insbesondere wenn sich die Flüssigkeit ohnehin nahe te Leisten (113,114,116,117) und die einander züge- dem Siedepunkt befindet Die Dampf- und Gasblasemkehrten Stirnflächen der Scheiben je einen Förder- bildung führt im übrigen zu der unerwünschten Kaviitakanal (10) rechteckigen Querschnitts bilden. 45 tion. Die abgedampfte Flüssigkeit muß durch neue Fliis-

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da- sigkeit ersetzt und der Flüssigkeitsring durch Zufuhr durch gekennzeichnet, daß die Leisten (112) nahe von Förderflüssigkeit gekühlt werden mit der Folge, dem äußeren Umfang der Scheiben (71, 72) unter daß diese Pumpen stets eine nicht geringe Minimal-2',u-Bildung eines die Flüssigkeit umlenkenden Scheitels laufmenge benötigen. Schließlich erfordern diese Puin-(116) bogenförmig gekrümmt sind. 50 pen auch eine gewisse Zulaufhöhe von mehr als 0,5 in.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da- Schließlich sind diese Pumpen im Feinvakuumbereich durch gekennzeichnet, daß die Forderkanäle (10) im (von einigen Torr bis ca. 10~² Torr) nicht einsetzbar.
Bereich ihres nahe der Gehäusewand (4) der Pumpe Weiterhin sind Verdrängerpumpen, z. B. Zahnrad-(3) umlaufenden, die Flüssigkeit umlenkenden Schei- pumpen, Schraubenspindelpumpen (Monopumpen), tels (110, 116) eine öffnung (111) geringer lichter 55 Schieberpumpen (Lamellenpumpen) od. dgl. für den ge-Weite aufweisen. schilderten Anwendungszweck bekannt Auch hierbei

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da- ist eine erhebliche Minimal-Zulaufmenge bei bestimmdurch gekennzeichnet daß das Laufrad (7) aus drei ter Zulaufhöhe erforderlich, da sonst wegen Spaltun-Scheiben (77,78,79) gebildet ist, von denen die mitt- dichtigkeiten Luft eindringt. Alle diese Pumpen dürfen lere (78) zur Bildung eines die Flüssigkeit umlenken- 60 nicht trocken laufen. Aus diesem Grund benötigen die den Überströmkanals (80) einen geringeren Durch- Pumpen ferner ein Regelgetriebe oder eine Niveauremesser aufweist als die beiden äußeren, und daß die gelung zur Einstellung der Fördermenge und weiterhin drei Scheiben mittels an wenigstens einer von zwei Rückschlagventile auf der Druckseite. Immerhin haben einander zugekehrten Stirnflächen angeordneter diese Pumpen den Vorteil, daß sie auch im Feinvakuum Leisten, die zwischen sich d^;e Förderkanäle (10, 12, 65 eingesetzt werden können, wobei ihre Lebensdauer al-14) bilden, auf Abstand gehalten sind. lerdings nur dann befriedigend ist, wenn die Förderflüs-

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich- sigkeit Schmiereigenschaften besitzt.

net, daß der Raum (80) zwischen den beiden äußeren Für zähe Flüssigkeiten und dicke Suspensionen wer-

den ferner Schleusen eingesetzt, die jedoch keine Förderwirkung besitzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Austragspumpe für unter Vakuum stehende Flüssigkeiten zu r.chaffen, bei der sich die Fördermenge selbsttätig und betriebssicher der zufließenden Menge anpaßt und die bei einer Zulaufmenge Null die statische Druckdifferenz hält und auch gashaltige und siedende Flüssigkeiten ohne Zulaufhöhe und oline Kavitation kontinuierlich fördert

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Pumpe wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jedes Förderorgän nach Art eines mit dem Saugraum des Laufrades dicht verbundenen Siphons mit einem die Flüssigkeit zunächst nach außen führenden und dann nach innen zu einer Austrittsöffnung umlenkenden Förderkanal ausgebildet und der Saugraum des Laufrades mit dem Gaspolster des Vakuumraums verbunden und gegenüber nicht rotierenden Teilen des Pumpengehäuses abgedichtet ist

Die siphonartige Gestaltung jedes einzelnen rotierenden Förderkanal sorgt dafür, daß die .axial zulaufende Flüssigkeit ähnlich wie in einem U-Rohr mit ungleichlangen Schenkeln sich im Bereich der Umlenkung aufstaut, wobei sich in dem einen Abschnitt des Förderkanals — vergleichbar mit dem längeren Schenkel des U-Rohrs — ein bestimmter Flüssigkeitsstand einstellt Ap dem anderen Abschnitt des Förderkanals — vergleichbar mit dem kürzeren Schenkel eines U-Rohrs — läuft die Flüssigkeit ab, wobei die Differenzhöhe zwischen der Ablaufkante und dem Flüssigkeitsstand in dem anderen Abschnitt des Förderkanals sich den jeweiligen Druckunterschieden zwischen Vakuumraum einerseits und dem die Flüssigkeit aufnehmenden Raum höheren Drucks andererseits ändert Die Zuiaufmenge kann minimal sein, insbesondere ist eine praktisch tröpfchenförmige Förderung möglich. Da die Flüssigkeit in einem praktisch abgeschlossenen und lediglich über die Austrittsöffnungen zum Gehäuse offenen Förderkanal durch Rotation nach außen unter Druck gesetzt wird, findet eine Druckerhöhung in radialer Richtung statt mit der Folge, daß in der geförderten Flüssigkeit vorhandene Dampfblasen kondensieren und Gasblasen absorbieren. Die gefürchtete Kavitation wird damit vermieden.

Im übrigen hat die erfindungsgemäße Pumpe den Vorteil, daE- kein umlaufender Wasi erring vorhanden ist, der sich aufheizen und damit zu einer höheren Abdampf- und Entgasungsrati führen könnte. Die Pumpe ist sowohl für Grobvakuum als auch für Feinvakuum verwendbar. Für die Inbetriebnahme braucht die Pumpe nur etwa zur Hälfte gefüllt werden, da sich dann automatisch die Förderkanäle von der Saugseite her füllen. Die Pumpe paßt sich ferner automatisch an jede beliebige Zulaufmenge an.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jeder Förderkanal von einem an dem Laufrad etwa radial angesetzten rohrförmigen Teil gebildet. Diese Ausführung ist in fertigungstechnischer und betriebstechnischer Hinsicht besonders einfach und darüber hinaus funktionssicher. Gegenüber Verdrängungspumpen wird der erhebliche Vorteil erreicht, daß keine Spaltabdichtungsprobleme auftreten mit der Folge, daß die dort notwendigen engen Fertigungstoleranzen hier überhaupt keine Rolle spielen.

Sofern die Pumpe zum Austragen von Flüssigkeiten mit Feststoffanteilen eingesetzt werden soll, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Förderkanäle im Bereich ihres nahe der Gehäusewand der Pumpe umlaufenden, die Flüssigkeit umlenkenden Scheitels eine Öffnung geringer lichter Weite aufweisen, die gegebenenfalls auch verschließbar ist Die Feststoffanteile der Flüssigkeit lagern sich nämlich aufgrund der Zentrifugalkräfte im Bereich der Umlenkstelle ab und können durch die Öffnung geringer Weite in den Gehäuseraum austreten. Die lichte Weite wird dabei so gewählt, daß das im Bereich der Umlenkstelle vorhandene Flüssigkeitspolster nicht abläuft Die Öffnungen können auch verschließbar sein, um bei geringem Feststoffanteil nur von Zeit zu Zeit geöffnet werden zu müssen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausfuhrungsformen beschrieben. Hierbei zeigt

F i g. 1 eine Schemazeichnung des Arbeitsprinzips der Pumpe;

F i g. 2 einen Axialschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Pumpe;

F i g. 3 einen Schnitt IiI-III gemäß F i g. 2;

Fig.4 einon Axialschnitt IV-IV gemäß Fig.5 einer anderen Ausführungsform der Erfindi.·-. g;
F i g. 5 einen Schnitt V-V gemäß F i g. 4;
Fig.6 einen Axialschnitt durch eine dritte Ausführungsform;

F i g. 7 einen Radialschnitt VII-VII gemäß F i g. 6, wobei in dei oberen und unteren Hälfte der Darstellung je eine andere Ausführungsform wiedergegeben ist;
F i g. 8 eine Ausführungsform mit einer verschließba-

ren umfangsseitigen Öffnung und

F i g. 9 eine gegenüber F i g. 8 abgewandelte Ausführungsform.

F i g. 1 zeigt ein Fließbild mit einem Vakuumraum 1 und einem demgegenüber unter höherem Druck, z. B.

unter Atmosphärendruck stehenden Raum Z Bei dem Raum 1 kann es sich beispielsweise um einen Vakuumverdampfer od. dgL handeln. Zwischen dem Vakuumraum 1 und dem Raum 2 ist die insgesamt mit 3 bezeichnete Austragspumpe angeordnet Sie besitzt ein Gehäuse 4 mit einem Zulaufstutzen 5 und eine schenutisch angedeuteten Druckstutzen 6. Die Pumpe weist ferner ein laufrad 7 auf, das über eine Welle 9 von einem Antriebsmotor 8 in Drehung versetzt wird. Das Laufrad 7 bzw. dessen Saugraum 11 ist mittels einer Dichtung 20 gegenüber den nicht rotierenden Teilen des Gehäuses 4 abgedichtet. Das Laufrad 7 weist mehrere sich nach außen erstreckende Förderkanäle 10 auf, die im wesentlichen nach dem Prinzip eines U-Rohrs aufgebaut sind. Diese erstrecken sich von einem Saugraum 11 des Laufrades 7 zunächst mit einem Abschnitt 12 nach außen, weisen dann eine Umlenkstelle 13 und schließlich einen sich wieder nach inn*n erstreckenden Abschnitt 14 auf. Der Abschnitt 14 schließlich weist eine Austrittsöffnun» 15 auf.

Die in dem Vakuumraum 1 enthaltene Flüssigkeit läuft bei Umlauf des Laufrades 7 über den Zulaufstutzen 5 dem Saugraum 11 zu und wird aufgrund de· Zentrifugalbeschleunigung in die Förderkanäle 10 gedrückt Es bildet sich dann in jedem Förderkanal 10 eine Flüssigkeitssäule gemäß ^Jem Prinzip der kommunizierenden Röhren aus, wobei der Flüssigkeitsstand in dem Abschnitt 14 der Förderkanäle durch die Austrittsöffnung 15 bestimmt ist, während der Flüssigkeitsstand im Abschnitt 12 der Förderkanäle 10 sich nach der Druckdifferenz zwischen dem Raum 1 und dem Raum 2 unterschiedlich einstellt. Dieser Unterschied im Flüssigkeitsstand ist in der Zeichnung mit h angegeben. In jedem Fall aber ist sichergestellt, daß in den Förderkanälen 10

stets Sperrflüssigkeit vorhanden ist, so daß ein Luftdurchtritt verhindert wird. Eine besonders gleichmäßige und betriebssichere kontinuierliche Förderung wird dann erreicht, wenn der Saugraum 11 mit dem Gaspolster des Vakuumraums 2 über eine Leitung 16 verbunden ist, so daß in beiden Räumen gleicher Gasdruck herrscht.

In den nachfolgend beschriebenen Darstellungen einiger praktischer Ausführungsformen sind die in F i g. 1 enthaltenen Bezugszeichen für die wesentlichen Teile der Pumpe übernommen. Bei der in den F i g. 2 und 3 wiedergegebenen Ausführungsform ist das Gehäuse 4 der Pumpe 3 aus zwei Schalen 41,42 zusammengesetzt. Durch die Schale 41 greift die Antriebswelle 9 in das Gehäuse 4 ein. Auf der Welle 9 ist das Laufrad 7 mittels einer Schraube 17 befestigt. Das Laufrad 7 weist ferner eine die Welle 9 umfassende Nabe 18 auf, der ferner eine Dichtung 19 zum Abdichten des Pumpenraums gegenüber der Antriebsseite zugeordnet ist. Das Laufrad weist axial einen Saugraum 11 auf, in den der das Gehäuseteil 42 durchgreifende Zulaufstutzen 5 hineingeführt ist Das Laufrad 7 der Pumpe ist mittels der Dichtung 20 gegenüber dem Gehäuseteil 42 abgedichtet Der Saugraum 11 des Laufrades 7 ist über die Leitung 16 an das Gaspolster des in F i g. 2 nicht dargestellten Vakuumraums angeschlossen.

Bei dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel weist das Laufrad 7 insgesamt 6 sich nach außen erstreckende Förderkanäle 10 auf, wobei in F i g. 3 zwei verschiedene Ausführungsformen dargestellt sind. In der ersten Ausführungsform besieht jeder Förderkanal aus einem an den Saugraum 11 anschließenden sich nach außen erstreckenden rohrförmigen Abschnitt 101 und einem diesen von außen her übergreifenden haubenförmigen Abschnitt 102, wobei dieser Abschnitt beispielsweise mittels eines Gewindes 103 an einem entsprechenden zylindrischen Ansatz 104 des Laufrades befestigt sein kann. Der haubenförmige Abschniit iO2 weist mehrere Austrittsöffnungen 105 in Form von Bohrungen auf.

Im rechten oberen Teil der Darstellungen in F i g. 3 ist eine zweite Ausführungsform für einen Förderkanal 10 wiedergegeben. Auch hier weist das Laufrad 7 einen sich radial nach außen streckenden rohrförmigen Teil 106 und einen diesen von außen her übergreifenden haubenförmigen Teil 107 auf, wobei dieser allerdings nur über einzelne Distanzstege 108 an dem rohrförmigen Teil 106 befestigt ist so daß eine Austrittsöffnung in Form eines offenen Rings 109 entsteht Sofern die Pumpe zum Fördern von mit Feststoffanteilen versetzten Flüssigkeiten dient, kann das haubenförmige Teil 102, das mit seinem Scheitel 110 nahe der Wandung des Gehäuses 4 umläuft, eine öffnung 11 von geringer lichter Weite aufweisen, so daß die Feststoffteilchen nach außen austreten und von der Außenseite der umlaufenden Förderkanäle 10 zum Druckstutzen 6 ausgetragen werden.

Bei der in den Fig.4 und 5 dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse 4 in gleicher Weise ausgebildet wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Lediglich die Druckausgleichsleitung 16 ist durch den Zulaufstutzen geführt und erstreckt sich mit einem rohrförmigen Teil 21 in axialer Richtung bis in den Saugraum 11 des Laufrades 7 der Pumpe 3. Das Laufrad 7 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Scheiben 71,72, die durch Schrauben 73 miteinander verbunden sind. Die Scheiben 71,72 sind durch an der Stirnfläche mindestens einer Scheibe angeordnete Leisten 112 auf Abstand gehalten. Beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel weisen die Leisten 112 ein wellenartiges Profil auf, das aus zwei gradlinigen Abschnitten 113,114, die über ein dem Saugraum zugekehrtes Verbindungsstück 115 in Verbindung stehen, sowie einen bogenförmigen Abschnitt 116 mit einem wiederum nach innen geführten Schenkel 117 bestehen. Zwischen diesen Leisten und den Stirnflächen der beiden Laufradscheiben 71, 72 entstehen somit die Förderkanäle von in diesem Fall rechteckigen Querschnitt. Zwischen dem nach in nen gekehrten Schenkel 117 und dem benachbarten ra dialen Abschnitt 113 kann die Flüssigkeit austreten. Die wellenförmigen Leisten können entweder als Profilteile zwischen den beiden Laufradscheiben 71, 72 eingespannt oder aber an der Stirnfläche einer der Laufrad- scheiben angegossen sein. In den F i g. 6 und 7 sind zwei ähnliche Ausführungsformen beschrieben. Auch hier besteht das Laufrad wiederum aus zwei Scheiben 73,74, wobei an der Stirnfläche 75 der einen Laufradscheibe 74 die Förderkanäle 10 bildende Leisten angegossen sind.

Diese Leisten bcsiciicii bei der in F i g. 7 eben tvicdcrgegebenen Ausführungsform aus einem gekrümmten Abschnitt 118, der vom Saugraum 11 bis an die äußere Peripherie reicht und aus einem demgegenüber kurzer en, jedoch parallel verlaufenden Abschnitt 119, der von einem nach innen sich erstreckenden Schenkel 120 übergriffen ist. Bei der unteren Darstellung in F i g. 7 ist dieser sich nach innen erstreckende Schenkel 120 wiederum in einem Bogen zu einem Abschnitt 121 nach außen _b-eführt, so daß zwischen den beiden gekrümmten Abschnitten 118 und 121 ein Austrittskanal gebildet wird. Die beiden Laufradscheiben 73,74 sind wiederum durch Schrauben 76 miteinander verbunden. Die F i g. 8 und 9 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen das Laufrad 7 aus drei scheibenförmigen Teilen 77, 78 und 79 gebildet ist Zwischen der einen äußeren Laufradscheibe 77 und der mittleren Laufradscheibe 78 ist der in F i g. 1 mit 12 bezeichnete, sich vom Zulauf raum 11 nach außen erstreckende Abschniit des Förderkanal« gebildet, während zwischen der anderen äußeren Laufscheibe 79 und der mittleren Lautscheibe 78 der andere Abschnitt 14 gebildet ist Die mittlere Laufradscheibe 78 weist einen kleineren Durchmesser auf als die beiden äußeren Laufradscheiben 77,79 mit der Folge, daß an der Peripherie ein Überströmkanal 80 entsteht Dieser Oberströmka nal 80 ist bei der in F i g. 8 wiedergegebenen Ausfüh- rungsform gegenüber dem Pumpenraum durch einen verschiebbaren Ring 81 verschlossen. Dieser Ring 81 kann, wie dies in F i g. 8 oben angedeutet ist auf die äußere Laufradscheibe 79 aufgeschoben werden, so daß

so der Oberströmkanal 80 nach außen offen ist und sich dort eventuell ansammelnde Feststoffe austreten können. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Austragung des sich in der Laufradscheibe 79 sammelnden Produktes über ein Schöpfrohr 82

Auch bei der in Fig.9 dargestellten Ausführungsform besteht das Laufrad 7 aus drei Scheiben 83,84,85, die im wesentlichen ähnlich ausgebildet sind, wie bei der Ausführungsform gemäß Fig.8. Als umfangsseitiger Verschluß für den Oberströmkanal 80 dient hierbei eine Art elastischer O-Ring, der den an dieser Stelle entsprechend angephasten Laufradscheiben dichtend anliegt Die Elastizität dieses O-Rings kann so ausgelegt sein, daß er sich bei bestimmter Druckerhöhung in den Förderkanälen abhebt so daß Feststoffpartikel austreten können, also eine Selbstreinigung stattfindet

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Scheiben (77,79) umfangsseitig durch einen lösbaren Patentansprüche: Ring (81) abgedichtet ist 10. Pumpe nach Anspruch^ dadurch gekenn-

1. Pumpe zum Austragen von Flüssigkeiten aus zeichnet, daß der Ring (81) aus einem elastischen einem Vakuumraum in einen Raum höheren Drucks 5 Werkstoff besteht und sich selbsttätig bei einem bemit einem Gehäuse mit etwa tangential angesetztem stimmten Druck in dem Raum (80) zwischen den Druckstutzen, einem in dem Gehäuse drehenden beiden Scheiben (77,79) abhebt

Laufrad, dem die Flüssigkeit über einen Zulaufstut-

zen axial zuläuft und mit an dem Laufrad angeordneten, sich zwischen diesem und der Gehäusewand io Die Erfindung betiifft eine Pumpe zum Austrägern erstreckenden Förderorganen, dadurch ge- von Flüssigkeiten aus einem Vakuumraum in einen kennzeichnet, dsß jedes Förderorgan nach Art Raum höheren Drucks mit einem Gehäuse mit etwa eines mit dem Saugraum (11) des Laufrades (7) dicht tangential angesetztem Druckstutzen, einem in dem Gsverbundenen Siphons mit einem die Flüssigkeit zu- häuse drehenden Laufrad, dem die Flüssigkeit über einächst nach außen führenden und dann nach innen u neu Zulaufstutzen axial zuläuft und mit an dem Laufrad zu einer Austrittsöffnung (15) umlenkenden Förder- angeordneten, sich zwischen diesem und der Gehäusckanal (10) ausgebildet ist und der Saugraum (11) des wand erstreckenden Förderorganen.
Laufrades (7) mit dem Gaspolster des Vakuumraums Das Austragen von Flüssigkeit aus Vakuumräumen in (1) verbunden und gegenüber nicht rotierenden Tei- einen Raum höheren Drucks spielt insbesondere in der len des Pumpengehäuses abgedichtet ist 20 chemischen Verfahrenstechnik eine bedeutende Rolle.

2. Pui»ne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- Viele Prozesse lassen sich nur unter Vakuum abwickeln, net, daß 3as Laufrad (7) einen dessen Saugraum (i i) Wenn diese Prozesse kontinuierlich geführt werden, bildenden, axial angeordneten Hohlraum aufweist, in muß auch für eine kontinuierliche Austragung der Flüsden der Saugstutzen (16, 21) der Pumpe (3) axial sigkeit gesorgt werden, wobei das Austragen meist gehineingeführt ist 25 gen Atmosphärendruck geschieht Besondere Schwie-

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- rigkeiten ergeben sich dann, wenn die auszutragende kennzeichnet daß jeder Förderkanal (10) von einem Flüssigkeit eine Temperatur am Siedepunkt besitzt also an dem Laufrad (7) etwa radial angesetzten rohrför- Dampfblasen mitgefördert werden.

migen Teil (101) und einem dessen Mündung über- Werden für solche Zwecke übliche Flüssigkeitspum-

greifenden haubenförmigen Teil (102) gebildet ist 30 pen verwendet so muß eine den Druckunterschied aus-

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da- gleichende Zulaüfhöhe vorgesehen werden.

durch gekennzeichnet daß die Förderkanäle (10) Um diese großen Zulaufhöhen zu verkürzen, werden

entgegen der Drefcrichtunr des Laufrades (7) ge- Flüssigkeitsringpumpen angewendet Hierbei besorgt

krümmt sind. der mit dem Laufrad umlaufende Flüssigkeitsring für