DE4036698A1 - Verfahren zum betrieb einer waelzkolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Wälz­ kolbenpumpe.

Wälzkolbenpumpen werden unter anderem zum Absaugen großer Gas- oder Dampfmengen bei der Vakuumerzeugung und zum Umwälzen von Gasen und Dämpfen bei relativ kleinen Druckdifferenzen verwen­ det. Ursprünglich wurden diese Pumpen im Grob- und Feinvakuum­ bereich eingesetzt. Sie mußten in Verbindung mit Vorvakuumpum­ pen, wie z. B. Drehschieberpumpen, betrieben werden, da sie nicht gegen Atmosphäre verdichteten.

Bei Wälzkolbenpumpen ist der Pumpenraum von der Antriebs- und Getriebeseite getrennt, und sie zählen deshalb zu den trockenen Vakuumpumpen. Angesaugte Gase und Dämpfe werden hierbei durch die Betriebsflüssigkeit nicht verunreinigt und umgekehrt. Daher sind Wälzkolbenpumpen für den Einsatz in der Chemie und in der Verfahrenstechnik bestens geeignet. Der große Vorteil als trocke­ ne Vakuumpumpen kommt aber erst dann voll zum Tragen, wenn auf den Betrieb von ölgedichteten Vorpumpen verzichtet werden kann. Die Einsatzgebiete können dann noch beträchtlich erweitert wer­ den. Um dies zu erreichen, wurden Wälzkolbenvakuumpumpen kon­ struiert, welche bis auf Atmosphärendruck verdichten.

Solche Pumpen müssen ein höheres Druckverhältnis aufweisen, als es sonst für Wälzkolbenpumpen üblich ist, um das angesaug­ te Gas auf den erforderlichen Druck komprimieren zu können. Dadurch ist aber eine größere Wärmeentwicklung bedingt, und es kann zur thermischen Überlastung kommen. Um dies zu vermeiden, wurden Wälzkolbenpumpen mit Gasumlaufkühlung entwickelt (siehe Vakuumtechnik 24, 5 Seite 129 ff). Bei diesen wird ein Teil des abgepumpten Gases mittels Wärmetauscher gekühlt und dann über spezielle Seitenflansche dem Pumpenraum wieder zugeführt. Eine solche Konstruktion erlaubt den Einsatz von Wälzkolbenpumpen in höheren Druckbereichen und ermöglicht deren Betrieb ohne Vorpumpe.

Diese bekannte Lösung ist jedoch mit Nachteilen behaftet, wel­ che insbesondere durch den Einsatz eines Wärmetauschers bedingt sind. Neben dem nötigen Aufwand für Rohrleitungssysteme und Zusatzgeräte, wie z. B. Schalldämpfer, bedeutet der Wärmetau­ scher selbst eine unrentable Erweiterung der Ausstattung, wel­ che sich nicht zuletzt negativ auf die Kosten niederschlägt.

Ein noch weit größerer Nachteil beim Einsatz von Wärmetauschern besteht darin, daß die Wärmemenge, welche durch das Kühlgas an jenen abgegeben wird, nicht zurückgewonnen werden kann. Somit resultiert beim Betrieb mit einer derart ausgestatteten Pump­ einheit ein unerwünschter Energieverlust.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Küh­ lung von Wälzkolbenpumpen anzugeben, bei welchem die oben be­ schriebenen Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll die Wärmemenge, welche während des Pumpvorganges von der Pum­ pe abgeführt wird, zurückgewonnen und der apparative Aufwand in Grenzen gehalten werden.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Pa­ tentansprüche gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß Anlagen, bei denen mit Hilfe von Wälzkolbenpumpen Gase oder Dämpfe abgepumpt oder umgewälzt werden, einfacher und billiger gebaut werden können und dazu die während der Pumpprozesses entstehende und abgeführte Wärmemenge in einen nachgeschal­ teten Wärmeprozeß, wie z. B. einem Trocknungsverfahren, zurück­ gewonnen werden kann. Die Zuführung von Flüssigkeit anstelle von Gasen zur Kühlung erlaubt es, das Rohrleitungssystem einfacher zu gestalten. Zusatzgeräte, wie z. B. Wärmetauscher und Schalldämpfer, entfallen.

Die eingespritzte Flüssigkeit wird im Kompressionsraum der Pumpe verdampft. Die Verdampfungswärme steht zur Kühlung der Pumpe zur Verfügung. Sie ist nicht verloren, sondern kann anschließend durch Kondensation in einem weiteren Prozeß, wie z. B. in einem Trocknungsverfahren, zu Heizzwecken zurück­ gewonnen werden. Da die Flüssigkeit an Stellen, welche von der Saugseite getrennt sind, eingespritzt wird, belastet die ent­ stehende Dampfmenge das Saugvermögen der Pumpe nicht.

Durch das Verdampfen der eingespritzten Flüssigkeit kann es im Pumpenraum zu Kavitationserscheinungen kommen. Diese können dazu führen, daß Material von der Oberfläche der Rotoren oder des Gehäuses abgetragen wird. Um zu vermeiden, daß die Oberflächen durch solche Effekte angegriffen werden, können diese aus verschleißfestem Material hergestellt oder mit einem verschleißfesten Material überzogen werden. Das gleiche Ergebnis kann auch durch eine Oberflächenbehandlung, wie z. B. Härtung, erreicht werden.

Durch ein vorgeschaltetes automatisch gesteuertes Absperrven­ til wird erreicht, daß die Flüssigkeit nur bei Bedarf, z. B. bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur, eingelassen wird.

Als zu verdampfende Flüssigkeit kann in einfachsten Fällen Wasser verwendet werden. Das Verfahren bietet jedoch die Möglichkeit, auch andere Flüssigkeiten zu verwenden, welche zum Beispiel mit dem jeweils ablaufenden Prozeß am besten in Einklang stehen.

Anhand der Fig. 1 bis 5 soll das in der Erfindung dargestellte Verfahren näher erläutert werden.

In dem Gehäuse 1 einer Wälzkolbenpumpe befinden sich die bei­ den Rotoren 2. Der Kompressionsraum 3 wird von dem Gehäuse und den Rotoren umschlossen. Der Ansaugstutzen ist mit 4 und der Druckstutzen mit 5 bezeichnet. Die für den Kühlvorgang vorge­ sehene Flüssigkeit wird über die Düsen 6 eingespritzt. Durch automatisch gesteuerte Absperrventile 7 wird die Flüssigkeits­ zufuhr geregelt.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens in 5 Arbeitsphasen.

Fig. 1 Der Kompressionsraum 3 steht mit dem Saugstutzen 4 in Verbin­ dung und saugt bei Drehung der Rotoren 2 Gas mit dem Druck P₁ an.

Fig. 2 Der Kompressionsraum 3 ist sowohl gegen den Saugstutzen 4 als auch gegen die Düsen 6 abgeschlossen.

Fig. 3 Über die Düsen 6 tritt Flüssigkeit in den abgeschlossenen Kompressionsraum ein. Die Verdampfungswärme senkt die Rotor­ temperatur. Der Dampf kann nicht zum Saugstutzen 4 zurück­ gelangen. Dadurch wird das Saugvermögen nicht durch die Flüssigkeitseinspritzung gemindert.

Fig. 4 Der Kompressionsraum 3 ist sowohl gegen die Düsen 6 als auch gegen den Druckstutzen 5 verschlossen. Die Flüssigkeit verdampft vollständig. Es entsteht zwischen dem Dampf und den Rotoren bzw. dem Gehäuse ein intensiver Temperaturausgleich. Gas kann weder durch den Saugstutzen 4 noch durch den Druckstutzen 5 ein­ treten und den Temperaturausgleich negativ beeinflussen.

Fig. 5 Der Kompressionsraum 3 steht mit dem Druckstutzen 5 in Ver­ bindung, und das am Saugstutzen 4 angesaugte Gas wird mit dem durch die Verdampfung der eingespritzten Flüssigkeit an den Düsen 6 entstandenen Dampf gegen den Druck P₂ ausgestoßen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betrieb einer Wälzpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kompressionsraum (3) an Stellen, die durch die Kolben (2) sowohl vom Ansaug­ stutzen (4) als auch vom Druckstutzen (5) getrennt sind, Flüssigkeit eingespritzt wird, welche verdampft und die Verdampfungswärme somit zur Pumpenkühlung benutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Dampf abgeführte Verdampfungswärme in einem nachgeschalteten Wärmeprozeß durch Kondensation des Dampfes wiedergewonnen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit Hilfe eines durch Wärmesensoren gesteu­ erten Absperrventiles nur dann Flüssigkeit in den Kompres­ sionsraum eingespritzt wird, wenn die Temperatur einen vor­ gegebenen Wert überschritten hat.

4. Wälzkolbenpumpe, welche nach einem der Verfahren in den Ansprüchen 1 bis 3 betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren und/oder die inneren Gehäuseteile aus verschleißfestem Material hergestellt sind.

5. Wälzkolbenpumpe, welche nach einem der Verfahren in den Ansprüchen 1 bis 3 betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren und/oder die inneren Gehäuseteile mit verschleißfestem Material überzogen sind.

6. Wälzkolbenpumpe, welche nach einem der Verfahren in den Ansprüchen 1 bis 3 betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Rotoren und/oder der inneren Gehäuseteile einer Härtebehandlung unterzogen wurden.