DE4123938A1

DE4123938A1 - Fluessigkeitsring-vakuumpumpe

Info

Publication number: DE4123938A1
Application number: DE19914123938
Authority: DE
Inventors: Friedrich Gugel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-07-19
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1993-01-21

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkeits ring-Vakuumpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen werden den sog. Strömungsmaschinen zugeordnet. Durch das Laufrad, welches innerhalb des Exzentergehäuses exzentrisch ange ordnet ist, wird ein sog. Flüssigkeitsring erzeugt, welcher einen Verdichtungsbereich bzw. Entspannungs bereich an der Druck- bzw. Saugseite des Exzenterge häuses aufweist. Während des Betriebes der Pumpe wird über den Auslaß ein Flüssigkeits/Luftgemisch ausge schieden, welches in üblicher Weise nachfolgend durch Flüssigkeitsabscheidung aufgetrennt wird. Derartigen Pumpen muß daher ständig Betriebsflüssigkeit zugeführt werden.

Bisher bekannte Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen in Block bauweise besitzen ein einseitig geschlossenes Laufrad, derart daß die jeweiligen Schaufelkammern einseitig begrenzt sind. Das Laufrad ist mit seiner geschlossenen Seite unter Bildung eines Spalts an der Rückwand des Exzentergehäuses angeordnet. Die Zufuhr der Betriebs flüssigkeit erfolgt ausschließlich über die Einlaßseite des Gehäuses d. h. über die Anschlußgehäuseseite, wobei der Betriebsdruck der Pumpe den Anpreßdruck der Be triebsflüssigkeit auf die Laufringdichtung gewähr leistet. Dies hat zur Folge, daß einerseits bei Schwankungen des Betriebsdrucks die Dichtwirkung der Saufringdichtung nachläßt und es hierdurch zu Störungen kommen kann, zum anderen derartige Pumpen relativ groß sind d. h. mit einer ausreichend großen Pumpenkammer ausgestattet sein müssen, um durch die dadurch erzielte höhere Leistung einen ausreichenden Betriebsdruck auf die Laufringdichtung auszuüben.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine bei gleichbleibender oder sogar erhöhter Leistung möglichst kleine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe mit hoher Leistung zu schaffen. Die neuartige Pumpe soll darüber hinaus eine erhöhte Laufruhe besitzen, betriebssicher sein sowie einfach und kostengünstig herstellbar sein.

Die vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) ein zu beiden Seiten offenes Laufrad mit seit lich offenen Schaufelkammern vorgesehen ist, welches mit einer Seite unmittelbar an die Stirnseite des Exzentergehäuses angrenzt,
b) Betriebsflüssigkeit unter Druck von außen direkt dem Gleitringdichtungsraum zugeführt wird, wo durch sich innerhalb des Gleitringdichtungsraums ein die Gleitringdichtung beaufschlagender Über druck aufbaut und
c) daß zwischen Laufrad und der Stirnseite des Exzentergehäuses ein Spalt vorgesehen ist, durch den die unter Überdruck stehendes Betriebs flüssigkeit direkt der jeweiligen Schaufelkammer zugeführt wird.

Die Erfindung gewährleistet den Vorteil, daß durch diese Maßnahme der Wirkungsgrad der Pumpe erheblich verbessert werden kann, wodurch die Abmessungen konsequenterweise verkleinert werden können. Die von außen unter Druck zugeführte Betriebsflüssigkeit gewährleistet zum einen eine optimale Dichtwirkung der Laufringdichtung, zum anderen eine hydrodynamische Schmierung des zwischen Laufrad und der Stirnseite des Exzentergehäuses und der Steuerscheibe gebildeten Spalts. Darüber hinaus besitzt die von außen zugeführte Betriebsflüssigkeit - im Gegen satz zu der über das Anschlußgehäuse sowie der Pumpen kammer dem Gleitringdichtungsraum zugeführten und da durch erwärmten Betriebsflüssigkeit - eine wesentlich niedrigere Temperatur, die der Bildung von Kavitation innerhalb der Pumpenkammer entgegenwirkt, so daß die Pumpe mit einem vergleichsweise höheren Wirkungsgrad betrieben werden kann. Die Erfindung gewährleistet darüber hinaus ein äußerst niedriges Geräuschverhalten.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsge mäßen Pumpe wird die Betriebsflüssigkeit über mindestens eine im Exzentergehäuse oder an der Rückseite desselben angeordnete Bohrung dem Gleitringdichtungsraum zuge führt. Diese Maßnahme ist demnach konstruktiv besonders einfach durchzuführen. Zweckmäßigerweise weist das Exzentergehäuse einen entsprechenden Anschlußstutzen auf, welcher mit einem Druckschlauch oder dergleichen verbunden werden kann.

Testergebnisse haben gezeigt, daß die Betriebsflüssig keit mit einem Druck von 0,2-6 bar, vorzugsweise 1-4 bar dem Gleitringdichtungsraum zugeführt werden soll, da hierbei zum einen eine optimale Dichtwirkung der Gleit ringdichtung zum anderen ein besonders wirksamer hydrodynamischer Schmierfilm im Bereich des Spalts zwischen Laufrad und der Stirnseite des Exzentergehäuses geschaffen wird. Im übrigen ist der Bedarf an Betriebs flüssigkeit bis zum Einsetzen von aufgrund zu hoher Drücke erfolgenden Kavitationserscheinungen nahezu konstant.

Versuche haben weiter gezeigt, daß die Breite des Spalts im Bereich von 0,01-0,2 mm, vorzugsweise 0,075-0,125 mm betragen soll.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungs gemäßen Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, daß das Lauf rad an dessen Habe mindestens einen Kanal aufweist, welcher gewährleistet, daß die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit in dem Gleitringdichtungsraum über den Kanal auf direktem Wege der Schaufelkammer zuführbar ist. Der Kanal bewirkt somit in vorteilhafter Weise, daß die Betriebsflüssigkeit nicht erst entlang der Seiten fläche der Habe des Laufrads in die Schaufelkammer strömen muß, sondern den durch den Kanal vorgebenen direkten Weg nimmt, wodurch unter Überdruck stehende Betriebsflüssigkeit aus dem Gleitringdichtungsraum un mittelbar dem Inneren der Schaufelkammer zuführbar ist. Die direkte Zuführung der relativ kühlen Betriebs flüssigkeit in die Schaufelkammer vermeidet ein Ansteigen der Temperatur des Flüssigkeitsrings und damit eine wirksame Vermeidung von Kavitationserscheinungen bzw. daraus resultierend eine Erhöhung der Leistungs fähigkeit der Pumpe.

Zweckmäßigerweise ist der Kanal als Bohrung ausgebildet, welche in unmittelbarer Verbindung mit dem Gleitring dichtungsraum von der Seitenfläche der Habe nach innen verlaufend in den Innenbereich der Schaufelkammer mündet. Diese Bohrung kann entweder geradlinig oder in Form zweier rechtwinklig zueinander verlaufender Bohrungen realisiert werden.

Dadurch, daß die Saug- sowie Drucköffnung am Anschlußge häuse in Längsrichtung zur Pumpe angeordnet sind, kann die Baugröße bzw. Bauhöhe der Pumpe niedrig gehalten werden.

Gleiches gilt für die weitere zweckmäßige Ausgestaltung, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die dem Laufrad abgewandte Seite des Exzentergehäuses offen ist und das Exzentergehäuse über Verbindungsmittel unmittelbar mit dem Antrieb mit einseitig offenem Gehäuse ohne Zwischen flansch verbunden ist.

In weiterer Ausgestaltung davon ist bei der Verwendung eines Elektromotors als Antrieb vorgesehen, daß dessen Wicklung in einem im Exzentergehäuse vorgesehenen Ring spalt hineinragt. Diese Bauweise gewährleistet eine zusätzliche Reduzierung der Gesamtabmessungen der er findungsgemäßen Pumpe.

Weiterhin ist vorgesehen, daß das Exzentergehäuse ein stückig ausgebildet ist und mindestens eine angeformten Fuß aufweist. In Kombination mit den Ausgestaltungen der Ansprüche 8 und 9 wird hierdurch erreicht, daß der An trieb keinen Fuß oder keine Grundplatte aufweisen muß.

Zur Vermeidung von Kavitation d. h. Hohlraumbildung durch Entgasung oder Dampfbildung innerhalb des Flüssig keitsrings ist am Sauganschluß ein Kavitationsschutz ventil in Form eines Ventils vorgesehen, welches eine Veränderung des Saugquerschnitts im Sauganschluß gewähr leistet. Hierdurch wird zwar ein gewisser Leistungsver lust der Pumpe hervorgerufen, jedoch sichergestellt, daß der physikalisch erreichbare, von der jeweiligen Betriebsflüssigkeit abhängige Grenzdruck, bei dem regel mäßig Kavitation auftritt, nicht erreicht werden kann. Es handelt sich hierbei um eine konstruktiv überraschend einfache Maßnahme.

Zweckmäßigerweise wird als Kavitationsschutzventil ein herkömmliches Nadelventil verwendet.

Zur Vermeidung des Eindringens von Betriebsflüssigkeit in den Antriebsbereich ist gemäß einer weiteren Ausge staltung der Erfindung im Exzentergehäuse eine Leckage- Bohrung vorgesehen, die von der dem Laufrad abgewandten Seite der Gleitringdichtung nach außen verläuft. Sollte der Fall eintreten, daß Betriebsflüssigkeit entlang der Dichtfläche der Gleitringdichtung hindurch diffundiert bzw. eine Undichtigkeit auftritt, fließt diese Betriebs flüssigkeit über die Leckage-Bohrung ab und bewirkt keinerlei Beeinträchtigung des Antriebs bzw. antriebs seitiger Lager etc.

Besonders gute Ergebnisse werden erreicht, wenn man als Betriebsflüssigkeit Wasser verwendet.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung wird anhand der Zeichnung, welche eine komplette Flüssigkeitsring- Vakuumpumpe im Teilschnitt darstellt, näher erläutert.

Bezugsziffer 1 steht für die Pumpe in ihrer Gesamtheit. Die Pumpe besitzt ein Exzentergehäuse 3 mit einer Stirn wand 4 sowie einer Rückseite 5. An der Vorderseite des Exzentergehäuses 3 ist die Pumpenkammer 10 vorgesehen, welche durch eine Steuerscheibe 13 zum Anschlußgehäuse hin 16 begrenzt ist. Innerhalb des Pumpengehäuses 10, welches einen exzentrischen Querschnitt aufweist, ist ein mit einer Vielzahl vorzugsweise gekrümmter Schaufeln 32 versehenes Laufrad 6 exzentrisch angeordnet. Das Laufrad 6 wird angetrieben über eine Welle 31, die sich durch eine Längsbohrung 8 im Gehäuse erstreckt.

Mit Bezugsziffer 11 ist die Hochdruckseite mit Bezugs ziffers 12 die Niederdruckseite der Pumpenkammer 10 gekennzeichnet.

Im Bereich der Hochdruckseite ist an der Steuerscheibe 13 eine Auslaßöffnung 15 vorgesehen, durch die die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit über das Anschlußge häuse 16 in den Druckanschluß gelangen kann. Der (in Fig. 1 nicht dargestellte) Druckanschluß ist in Fig. 1 entsprechend dem Sauganschluß 23 am Anschlußgehäuse 16 angeordnet.

Der jeweilige Saug- (23) bzw. der dahinter (und deshalb in Fig. 1 nicht dargestellte) angeordnete Druckanschluß können gemäß Fig. 1 entweder axial oder radial am An schlußgehäuse 16 angeordnet sein.

In der Steuerscheibe 13 ist weiterhin eine Einlaßöffnung 14 vorgesehen, welche dazu dient, die Niederdruckseite 12 der Pumpenkammer 10 mit der Saugseite zu verbinden.

In einer axial angeordneten Ausnehmung entlang der Längsbohrung 8 ist eine Gleitringdichtung 7 vorgesehen, um eine Dichtwirkung zwischen Pumpenkammer 10 und der Antriebsseite des Exzentergehäuses 3 zu gewährleisten. Die Ausnehmung wird axial begrenzt durch die Habe 21 des Laufrads 6, wobei zwischen Habe 21 und der Stirnwand 4 des Exzentergehäuses ein Spalt 17 vorgesehen ist.

Der von der Habe 21 sowie dem Exzentergehäuse 3 ge bildete Raum, in dem sich die Gleitringdichtung 7 be findet, ist mit Bezugsziffer 9 gekennzeichnet und stellt den sog. Gleitringdichtungsraum dar.

Dieser Gleitringdichtungsraum 9 steht mit einem Anschlußstutzen 30 über eine Bohrung 18 mit der Außen seite des Exzentergehäuses 3 in Verbindung.

Über diese Bohrung 18 wird dem Gleitringdichtungsraum 9 über einen Druckschlauch 19 Betriebsflüssigkeit z. B. Wasser mit einem Druck von 0,2-6 bar, vorzugsweise 1-4 bar zugeführt.

Innerhalb der Habe 21 des Laufrads 6 ist eine aus zwei zueinander senkrechten Bohrungen gebildete Durchführung 22 vorgesehen, welche in unmittelbarer Verbindung mit dem Gleitringdichtungsraum 9 von der Seitenfläche der Habe 21 nach innen verlaufend in den Innenbereich einer durch zwei benachbarte Schaufeln 32 gebildete Schaufel kammer 20 mündet.

Der rückwärtige Teil 5 des Exzentergehäuses 3 ist an seiner Stirnseite offen ausgebildet und unmittelbar mit dem Gehäuse eines Elektromotors verbunden, wobei die Wicklung 28 des Elektromotors in einen in der Rückseite 5 des Exzentergehäuses 3 vorgesehenen Ringspalt 29 teil weise eintaucht.

Ferner ist im Exzentergehäuse 3 eine Leckage-Bohrung 27 vorgesehen, die von der dem Laufrad 6 abgewandten Seite der Gleitringdichtung 7 zur Außenseite hin verläuft.

An der Unterseite des Exzentergehäuses 3 befindet sich ein Fuß 25, auf dem die gesamte Pumpe einschließlich des Antriebs 2 aufliegt.

Während des Betriebs der Pumpe 1 wird über den Druck schlauch 19 Betriebsflüssigkeit, z. B. Wasser unter einem Druck von 0,2-6 bar, vorzugsweise 1-4 bar dem Gleitringdichtungsraum 9 zugeführt, wodurch die Gleit ringdichtung 7 geschmiert und gekühlt wird.

Die unter Überdruck im Gleitringdichtungsraum 9 be findliche Betriebsflüssigkeit verläßt den Gleitring dichtungsraum zum einen über den zwischen Laufrad 6 und der Stirnseite 4 des Exzentergehäuses 3 vorgesehenen Spalt 17 und gelangt über den Seitenbereich der Habe 21 in die jeweiligen Schaufelkammern 20. Diese ständige Speisung des Spalts 17, welcher eine Breite von 0,05- 0,2 vorzugsweise 0,075-0,125 mm betragen kann, bewirkt eine hydrodynamische Schmierung von Laufrad 6 und Stirn wand 4 des Exzentergehäuses 3.

Darüber hinaus wird über die Durchführung 22 einer be stimmten Schaufelkammer 20 laufend Betriebsflüssigkeit zugeführt.

Sollte - aus welchen Gründen auch immer - Betriebs flüssigkeit die Gleitringdichtung 7 passiert haben, sorgt die Leckage-Bohrung 27 dafür, daß diese Betriebs flüssigkeit nach außen abfließt.

Bezugszeichenliste

1 Pumpe
2 Antrieb
3 Exzentergehäuse
4 Stirnwand des Exzentergehäuses
5 Rückseite des Exzentergehäuses
6 Laufrad
7 Gleitringdichtung
8 Längsbohrung
9 Gleitringdichtungsraum
10 Pumpenkammer
11 Hochdruckseite
12 Niederdruckseite
13 Steuerscheibe
14 Einlaßöffnung
15 Auslaßöffnung
16 Anschlußgehäuse
17 Spalt
18 Durchführung
19 Hochdruckschlauch
20 Schaufelkammer
21 Nabe
22 Bohrung
23 Sauganschluß
24 Sauganschluß
25 Fuß
26 Nadelventil
27 Leckage-Bohrung
28 Wicklung
29 Ringspalt
30 Anschlußstutzen
31 Welle
32 Schaufel

Claims

1. Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe in Blockbauweise mit einem Antrieb, z. B. Elektromotor mit einem vom Antrieb über eine Antriebswelle angetriebenen, auf die Betriebsflüssigkeit einwirkenden Laufrad, welches innerhalb eines Exzentergehäuses angeordnet ist und eine Vielzahl von insbesondere asymmetrisch angeordneten Schaufeln aufweist, die einzelne Schaufelkammern bilden, mit einer Steuerscheibe, deren eine Seite das Exzentergehäuse verschließt und jeweils mindestens eine Ein- und Auslaßöffnung sowie Ventilanordnung zur Steuerung der Druckverhältnisse im Exzenterraum, insbesondere an der Hochdruckseite des Exzenterraums, mit einem weiteren Gehäuseteil oder Anschlußgehäuse, welche von der anderen Seite der Steuerscheibe begrenzt wird und einen Saug- sowie Druckanschluß aufweist, wobei der Sauganschluß mit der Einlaßöffnung und der Druckanschluß mit der Auslaßöffnung der Steuerscheibe in Verbindung steht, mit einer im Exzentergehäuse vorgesehenen Längs bohrung, durch die hindurch die Antriebswelle ver läuft sowie mit einer in einer Aussparung der Längs bohrung angeordneten, mit Betriebsmittel ge schmierten Gleitringdichtung zur Abdichtung der Antriebswelle, wobei die Aussparung den Gleitring dichtungsraum bildet, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein zu beiden Seiten offenes Laufrad (6) mit seitlich offenen Schaufelkammern (20) vorgesehen ist, welches mit einer Seite unmittelbar an die Stirnseite (4) des Exzentergehäuses (3) an grenzt,
b) Betriebsflüssigkeit unter Druck direkt dem Gleitringdichtungsraum (9) von außen zugeführt wird, wodurch sich innerhalb des Gleitring dichtungsraums (9) ein die Gleitringdichtung (7) beaufschlagender Überdruck aufbaut und
c) daß zwischen Laufrad (6) und der Stirnseite (4) des Exzentergehäuses (3) ein Spalt (17) vorge sehen ist, durch den unter Druck stehendes Be triebsmittel direkt der jeweiligen Schaufel kammer (20) zugeführt wird.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsflüssigkeit über mindestens eine im Exzentergehäuse (3) oder der Rückseite (5) desselben angeordnete Bohrung (18) dem Gleitringdichtungsraum (9) zugeführt wird.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsflüssigkeit mit einem Druck von 0,2-6 bar, vorzugsweise 1-4 bar dem Gleitring dichtungsraum (9) zugeführt wird.

4. Pumpe nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Spalts (17) im Bereich von 0,05- 0,2 mm, vorzugsweise 0,075-0,125 mm beträgt.

5. Pumpe nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (6) an dessen Habe (20) mindestens einen Kanal aufweist, welcher gewährleistet, daß die unter Druck stehende Betriebsflüssigkeit in dem Gleitringdichtungsraum (9) über den Kanal auf direktem Wege der Schaufelkammer (20) zuführbar ist.

6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal als Bohrung oder Durchführung (22) ausgebildet ist, welche in unmittelbarer Verbindung mit dem Gleitringdichtungsraum von der Seitenfläche der Habe (21) nach innen verlaufend in den Innen bereich der Schaufelkammer (20) mündet.

7. Pumpe nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Saug- (23) sowie Drucköffnung (24) am An schlußgehäuse (9) in Längsrichtung zur Pumpe ange ordnet sind.

8. Pumpe nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Laufrad (6) abgewandte Seite des Exzentergehäuses (3) offen ist und das Exzenter gehäuse (3) über Verbindungsmittel unmittelbar mit dem Antrieb, welcher ein einseitig offenes Gehäuse aufweist ohne Zwischenflansch verbunden ist.

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb ein Elektromotor verwendet wird, dessen Wicklung (28) in einen im Exzentergehäuse (3) vorgesehenen Ringspalt (29) hineinragt.

10. Pumpe nach den Ansprüchen 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß das Exzentergehäuse (3) einstückig ausgebildet ist und mindestens einen angeformten Fuß (25) auf weist.

11. Pumpe nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß als Sauganschluß (23) ein Kavitationsschutz ventil in Form eines Ventils vorgesehen ist, welches eine Veränderung des Saugquerschnitts im Saugan schluß gewährleistet.

12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Kavitationsschutzventil ein herkömmliches Nadelventil (26) verwendet wird.

13. Pumpe nach den Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß im Exzentergehäuse (3) eine Leckagebohrung (27) vorgesehen ist, die von der dem Laufrad (6) abge wandten Seite der Gleitringdichtung (7) nach außen verläuft.

14. Pumpe nach den Ansprüchen 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsflüssigkeit eine Flüssigkeit mit einer kinematischen Viskosität bis max. 20 Cst, insbesondere Wasser vorgesehen ist.