DE29611342U1

DE29611342U1 - Flüssigkeitsringpumpe

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Publication number: DE29611342U1
Application number: DE29611342U
Authority: DE
Original assignee: SPECK PUMPENFABRIK WALTER SPEC
Current assignee: SPECK PUMPENFABRIK WALTER SPEC
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1997-08-14
Anticipated expiration: 2006-06-29

Description

SPECK PUMPEN 1 M/37211

Flüssigkeitsringpumpe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsringpumpe mit einem Pumpengehäuse, einem im Inneren des Pumpengehäuses drehbar angeordneten, mit Schaufeln versehenen Laufrad, einem Antrieb für das Laufrad, einem Saugraum, einem Druckraum und mindestens einer zwischen dem Laufrad und dem Saug- und /oder Druckraum angeordneten Steuerscheibe.

Flussigkeitsringpumpen sind seit langer Zeit bekannt. Sie werden in unterschiedlichsten Industrien wie der chemischen und petrochemischen-, de pharmazeutischen-, der Nahrungsmittel-, Textil- und Papierindustrie in verschiedensten Prozessen zum Verdampfen, Trocknen, Evakuieren, Entgasen usw. eingesetzt. Flüssigkeitsringpumpen gibt es als ein- oder mehrstufige und ein- oder beidseitig beaufschlagte Pumpen.

Derartige Pumpen weisen im allgemeinen ein Pumpengehäuse auf, in welchem exzentrisch zur Mittelachse des Gehäuses ein Schaufelrad angeordnet ist. In dem Pumpengehäuse befindet sich eine Betriebsflüssigkeit, die durch Drehen des Schaufelrades in Rotation versetzt wird und entlang der Innenseite des Gehäuses einen Flüssigkeitsring bildet. In einer seitlich an dem Schaufelrad angeordneten Steuerscheibe ist ein Saugschlitz ausgespart, durch den Fluide, insbesondere Gase oder Gas-Flüssigkeitsgemische in die zwischen den Schaufeln des Laufrades und dem Flüssigkeitsring gebildeten Zellen gesaugt werden können. Durch die exzentrische Lage des Laufrades bezogen auf den Flüssigkeitsring wirkt dieser wie ein Kolben, d.h. während eines Umlaufs vergrößert sich das Zellvolumen zunächst, wobei Luft eingesaugt wird, während im weiteren die durch den Saugschlitz eingesaugte Luft komprimiert und durch 5 einen ebenfalls in der Steuerscheibe ausgesparten Druckschlitz in einen Druckraum nach außen gefördert wird.

Da die Form der Öffnung des Druckschlitzes im Fall eines

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starren Druckschlitzes nur für ein Druckverhältnis {Ansaugdruck:Verdichtungsdruck) optimal ausgelegt werden kann, ist es bekannt, Flüssigkeitsringpumpen mit veränderlichen Druckschlitzen zu versehen. Dazu werden beispielsweise ■ 5 Drucköffnungen in die Steuerscheibe eingebracht, die durch Kugelventile verschließbar sind, so daß das Gas bereits bei Erreichen der Öffnungen nach außen austreten kann, wenn ein bestimmter Mindestdruck erreicht ist.

Das Leistungsvermögen-der bekannten Flüssigkeitsringpumpen ist jedoch sowohl hinsichtlich des maximal erreichbaren Saugvolumens und des maximalen Ansaugdruckes als auch hinsichtlich des hydrodynamischen und des Gesamtwirkungsgrades noch unbefriedigend.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Flüssigkeitsringpumpe mit verbessertem Wirkungsgrad und verbessertem Leistungsvermögen bereitzustellen. Die neuartige Pumpe soll dabei leiser arbeiten und mit einem besseren Kavitationsschutz als bekannte Pumpen versehen sein.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Flüssigkeitsringpumpe gemäß vorliegendem Hauptanspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Pumpe sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist die Flüssigkeitsringpumpe mit einem Laufrad mit zurückgesetzter Deckscheibe versehen. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Durchmesser der Deckscheibe kleiner als den Durchmesser des Laufrades zu wählen. Vorteilhaft beträgt der Durchmesser der Deckscheibe nur 40 - 96 % des Durchmessers des Laufrades. Besonders vorteilhaft liegt der Durchmesser der Deckscheibe im Bereich von 50 - 70 % des Durchmessers des Laufrades. Durch die zurückgesetzte Deckscheibe ist es möglich, die gesamte Laufradbreite zur Beschleunigung des 5 Flüssigkeitsrings zu nutzen, so daß ein größeres Füllvolumen der einzelnen Kammern erhältlich ist. Je nach Dicke der Deckscheibe ist so im äußeren Bereich des Laufrades eine um 5 15 % größere Schaufelbreite als im inneren, nabenseitigen

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Laufradbereich nutzbar. Außerdem ermöglicht die zurückgesetzte Deckscheibe eine bessere Ausnutzung des Flüssigkeitsrings zum Abführen der Verdichtungswärme.

- 5 Erfindungsgemäß wird außerdem vorgeschlagen, die an den Druckschlitzen und Drucköffnungen vorgesehenen Kugelventile durch Zungen- bzw. Klappenventile zu ersetzen. Vorteilhaft sind die Ventilklappen aus einem inerten Material gefertigt, besonders vorteilhaft bestehen die Klappen aus einem Fluorkunstoff, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen. Durch die Verwendung von Klappenventilen wird die durch die Festsetzgefahr bei Kugelventilen vorhandene Störanfälligkeit beseitigt. Außerdem kann ein Zungen- bzw. Klappenventil sehr flach und platzsparend ausgebildet werden, so daß durch den Wegfall der für Kugelventile erforderlichen aufwendigen Halterung auf der Druckseite der Steuerscheibe ein praktisch leerer und demnach wesentlich strömungsgünstiger ausführbarer Raum erhältlich ist. Zudem weisen die Klappen- und Zungenventile ein hohe Dichtigkeit auf und verursachen im Betrieb kaum Geräusche. Vorteilhaft ist ein als Hubbegrenzer wirkendes Anschlagblech für die Zungen- und Klappenventile vorgesehen.

Im Ergebnis besitzt die erfindungsgemäße Flüssigkeitsringpumpe ein größeres Saugvolumen, einen größeren Ansaugdruck und eine kürzere Ansaugzeit als bekannte Pumpen. Insgesamt wird der hydraulische und der Gesamtwirkungsgrad der Pumpe deutlich verbessert. Da der Druckraum strömungsgünstiger ausgeführt ist, entstehen weniger Verluste durch Schwingungen und Vibrationen, so daß die erfindungsgemäße Pumpe leiser arbeiten kann. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind technisch einfach zu realisieren und erlauben durch den Wegfall der

kostenintensiveren Kugelventile eine preisgüstigere Herstellung der Pumpe.
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Ein weiteres Problem bekannter Flüssigkeitsringpumpen ist die durch Kavitation entstehenden Geräuschentwicklung und die mit der Kavitation verbundene Materialbeanspruchung- und

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Schädigung. Zur Vermeidung der Kavitation muß die Betriebsflüssigkeit eine bestimmte Menge Inertgas enthalten. Dazu weist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens eine Radialbohrung in der Steuerscheibe auf, wobei die Bohrung im Saugbereich der Steuerscheibe axial in den Flüssigkeitsring mündet. Damit ist es möglich, den Flüssigkeitsring mit Inertgas anzureichern, wobei der Inertgasstrom bevorzug über ein Ventil außerhalb der Steuerscheibe geregelt wird. Während bei bekannten Pumpen derartige Schnüffelventile auf der Druckseite angeordnet sind, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Radialbohrung im Bereich des Saugraums anzuordnen. Vorteilhaft befindet sich die Radialbohrung, in Drehrichtung gesehen, im ersten Drittel des Saugbereichs der Steuerscheibe. Überraschenderweise ist mit der erfindungsgemäßen Lösung ein ausreichender Kavitationsschutz erhältlich, ohne daß der durch die Anordnung der Bohrung im Bereich des Saugraums erwartete Leistungsverlust der Pumpe eintritt.

0 Bevorzugt besteht das Laufrad der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringpumpe aus Bronze. Diese Maßnahme ermöglicht es, das Laufrad auch mit Steuerscheiben aus Edelstahl einzusetzen, ohne daß es bei plötzlichen Druckstössen, bei denen das Laufrad gegen die Steuerscheibe gedrückt wird, zu einem Fressen kommt, wie es bei üblichen, aus Messing bestehenden Laufrädern bekannt ist. Die Laufräder können jedoch auch aus anderen Materialen, beispielsweise Edelstahl, gefertigt sein.

Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsringpumpe wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ausführlicher beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Längsteilschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe;

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Fig. 2 eine Axialansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Steuerscheibe der Pumpe der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III/-II in Fig. 2; 5

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 2;

Fig. 6 eine Axialansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Laufrades der Pumpe der Fig. 1;

Fig. 7 eine Aufsicht auf das Laufrad der Fig. 6; Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 6;

Fig. 9 eine Axialansicht der Innenseite des Gehäusedeckels der Pumpe der Fig. 1;

Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie X-X in Fig. 9.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Flüssigkeitsringpumpe 10 im axialen Längsschnitt dargestellt. Die vorliegende Ausführungsform ist eine Blockpumpe, d.h. an die Antriebseinheit 12, beispielsweise einen Elektromotor angeflanscht. Von dem Motor 12 ist eine Antriebswelle 13 über eine Gleitringdichtung 14 in das Pumpengehäuse 11 geführt. In einer Laufradkammer 19 des Pumpengehäuses 11 ist ein Laufrad auf der Antriebswelle 13 angeordnet. Die Laufradkammer 0 kommuniziert auf der motorfernen Seite über eine Steuerscheibe 30 mit einem Saugraum 15 und einem Druckraum 16. Der Druckraum 16 mündet oben in einen Anschlußstutzen 18. Ein entsprechener, nicht dargestellter Anschlußstutzen ist auch für den Saugraum vorhanden.

Das Laufrad 20 weist an seiner der Steuerscheibe gegenüberliegenden Seite eine Deckscheibe 22 auf, die vorteilhaft einstückig mit den Schaufeln 21 des Laufrades

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ausgebildet ist und zum Spülen der Gleitringdichtung durch die Betriebsflüssigkeit sowie zur Stabilisierung der Schaufeln 21 dient.

• 5 Das Pumpengehäuse 11 ist durch einen lösbaren Gehäusedeckel 17 an der Stirnseite verschlossen. Das Laufrad 20 ist bezogen auf die Längsachse der im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Laufradkammer bzw. des Pumpengehäuses exzentrisch angeordnet. Im Betrieb ist das Laufrad 20 von einem nicht dargestellten Flüssigkeitsring umgeben, der die Laufradkammer 19 umfangseitig abschließt.

In Fig. 2 ist eine axiale Ansicht der Steuerscheibe 30 der erfindungsgemäßen Pumpe 10 dargestellt. Die Steuerscheibe 3 0 ist im wesentlichen kreisförmig und weist an ihrem Umfangsbereich mehrere Ausbauchungen mit Bohrungen auf, an denen die Steuerscheibe 13 0 mit dem Pumpengehäuse 11 verbindbar ist. Eine zwischen dem Druck und dem Saugbereich der Steuerscheibe liegende Ausbauchung wird mit einer Markierung versehen und bezeichnet die Null-Grad Referenz für die Steuerscheibe. Winkel werden in der mit einem Pfeil dargestellten Drehrichtung des Laufrades gemessen. In der Steuerscheibe ist ein Saugschlitz 31 ausgespart, über den der Saugraum 15 mit der Laufradkammer 19 kommuniziert. Durch den Saugschlitz 31 werden Fluide in die Laufradkammer gesaugt und in den von den Schaufeln des Laufrades und dem äußeren Flüssigkeitsring gebildeten Zellen beim weiteren Umlauf komprimiert und schließlich durch einen ebenfalls in der Steuerscheibe 30 ausgesparten Druckschlitz 32 zu dem Druckraum 0 16 gefordert. Um auch bei unterschiedlichen Druckverhältnissen einen optimalen Wirkungsgrad erzielen zu können, weist die Steuerscheibe 30 in Laufrichtung vor dem Druckschlitz 32 Entlastungsbohrungen bzw. Ventilöffnungen 3 3 auf. Die Drucköffnungen 3 3 sind auf der von dem Laufrad abgewandten Seite der Steuerscheibe 3 0 mit einer Ventilklappe 34 bedeckt.

Wenn das in den Laufradzellen komprimierte Gas einen bestimmten Mindestdruck erreicht, öffnet die Klappe und ein Teil des Gases kann bereits vor Erreichen des

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Druckschlitzes 32 in den Druckraum 16 entweichen. Die Klappe 34 besteht beispielsweise aus Polytetrafluorethylen oder einem anderen inerten, vorzugsweise elastischen Kunststoffmaterial. Die Klappe 34 kann entweder sämtliche Drucköffnungen oder nur

, 5 einen Teil der Drucköffnungen bedecken. Ferner kann, wie in Fig. 2 strichpunktiert dargestellt ist, die Klappe 34 auch aus mehreren Zungen 35 bestehen, die jeweils eine oder mehrere Drucköffnungen 33 bedecken. Die Zungen 35 können jeweils einzeln an der Steuerscheibe 30 befestigt sein oder sie können, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in eine gemeinsame Basis münden, die im dargestellten Ausführungsbeispiel an die Steuerscheibe 3 0 geschraubt ist. Ein als Hubbegrenzer dienendes Anschlagblech 38 ist zusammen mit der Klappe 34 in der Steuerscheibe 30 verschraubt.

Im ersten Drittel des Saugraums ist eine Radialbohrung 3 6 in der Steuerscheibe 3 0 ausgespart. Die Radialbohrung 3 6 kommuniziert zum einen mit dem Außenraum, zum anderen führt von dieser Radialbohrung 36 eine Axialöffnung 37 in den Flüssigkeitsring. Die Radialbohrung 36 dient nach Art eines Schnüffelventils dazu, den Flüssigkeitsring mit Inertgas, beispielsweise Umgebungsluft, zu versorgen. Der Inertgasstrom kann durch ein nicht dargestelltes Ventil geregelt werden.

Fig. 3 zeigt in einem Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 eine detaillierte Ansicht der Befestigung der Klappe 34 an der Steuerscheibe 30. In Fig. 4 ist die Anordnung der Klappe 3 4 auf der Steuerscheibe in einem Schnitt der entlang der Linie IV-IV der Fig. 2 dargestellt.

Fig. 5 zeigt in einem Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 2 eine Detaildarstellung des aus Radialbohrung 36 und Axialöffnung 37 bestehenden Schnüffelventils.

5 In Fig. 6 ist das Laufrad der erfindungsgemäßen Pumpe dargestellt. Das Laufrad 2 0 weist einen im wesentlichen kreisförmigen Grundkörper auf, der sich nach außen durch in Laufrichtung gekrümmte Schaufeln 21 fortsetzt. Zur Verringerung

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der Geräuschentwicklung der Pumpe weist das Laufrad eine unregelmäßige Schaufelanordnung auf, so daß jeweils Zellen mit etwas unterschiedlichen Volumina entstehen. Auf seiner, der Steuerscheibe gegenüberliegenden Ende weist das Laufrad 20 eine mit den Schaufeln 21 einstückige Deckscheibe 22 auf, deren Durchmesser geringer als der Durchmesser des Schaufelrades ist. Die Deckscheibe 22 besitzt einen Durchmesser, der zwischen 50 und 96 % des Durchmessers des Schaufelrades 21 beträgt.

Wie insbesondere aus Fig. 8 deutlich wird, weist das Laufrad 20 der erfindungsgemäßen Vorrichtung den Vorteil auf, daß die Breite der Schaufeln im Bereich außerhalb der Deckscheibe 22 um 5 - 15 % größer als die Breite der Schaufeln im Bereich der Deckscheibe 22 ist. Fig. 7 zeigt eine Aufsicht auf das Laufrad der Fig. 6.

Die Figuren 9 und 10 zeigen schließlich den abnehmbaren Gehäusedeckel 17 der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringpumpe 10 der Figur 1 im Detail.

In Fig. 9 ist eine Axialansicht auf die Innenseite des Gehäusedeckels 17 dargestellt. Der Gehäusedeckel 17 wird dicht an der Steuerscheibe 3 0 angebracht. In der Darstellung der Fig. 9 sind der Saugraum 15 und der Druckraum 16 gestrichelt dargestellt. Die Strömungsrichtung des zu fördernden Fluides ist jeweils durch einen Pfeil gekennzeichnet.

In Fig. 10 ist ein Schnitt entlang der Linie X-X der Fig. 9 dargestellt. Man erkennt den Druckraum 16 der oben in einem 0 Anschlußstutzen 18 endet. Der Druckraum wird motorseitig durch die Steuerscheibe 3 0 begrenzt. Aufgrund der besonders flachen und platzsparenden Ausführung der Klappe 34 der Entlastungsbohrungen 33 der Steuerscheibe 30, weist der Druckraum 18 so gut wie keine Strömungshindernisse auf und das komprimierte Fluid kann mit hohem Wirkungsgrad in den Druckraum 16 gefördert werden.

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Claims

SPECK PUMPEN 1 . M/37211 Schutzansprüche

1. Flüssigkeitsringpumpe mit mindestens einem Pumpengehäuse, mindestens einem im Inneren des Pumpengehäuses drehbar angeordneten, mit Schaufeln versehenen Laufrad, einem Antrieb für das Laufrad, einem Saugraum, einem Druckraum und mindestens einer zwischen dem Laufrad und dem Saug- und/oder Druckraum angeordneten Steuerscheibe, die einen Saugschlitz und einen Druckschlitz aufweist, wobei, in Drehrichtung des Laufrades betrachtet, vor dem Druckschlitz mit Ventilen versehene Drucköffnungen in der Steuerscheibe ausgespart sind, dadurch gekennzeichnet, daß

das Laufrad (20) auf der von der Steuerscheibe (30) abgewandten Seiten eine Deckscheibe (22) aufweist, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Laufrades (20) ist,

und daß die Ventile der Drucköffnungen (33) als Zungenoder Klappenventile (34, 35) ausgebildet sind.

2. Flüssigkeitsringpumpe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Deckscheibe (22) 40 bis 96 % des Durchmessers des Laufrades (20) ausmacht.

3. Flüssigkeitsringpumpe gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Deckscheibe (22) 50 bis 70 % des Durchmessers des Laufrades (2 0) ausmacht.

4. Flüssigkeitsringpumpe gemäß einem der vorhergehenden 0 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen- oder Klappenventile (34, 35) ein Anschlagblech (38) als Hubbegrenzung aufweisen.

5. Flüssigkeitsringpumpe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen- oder Klappenventile (34, 35) aus einem chemisch inerten, flexiblen Material bestehen.

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Flüssigkeitsringpumpe gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen- oder Klappenventile (34, 35) aus einem fluorierter Kunstoff, insbesondere Polytetrafluorethylen bestehen.

Flüssigkeitsringpumpe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe (30) in ihrem Umfang eine Radialbohrung (36) aufweist, die über eine axiale Öffnung (37) in den äußeren Saugbereich der Laufradkammer (19) mündet.

8. Flüssigkeitsringpumpe gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialbohrung (36) im ersten Drittel des Saugbereichs der Steuerscheibe (30) in Drehrichtung des Laufrades angeordnet ist.

9. Flüssigkeitsringpumpe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (20) aus Bronze besteht.

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