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Verfahren zum Erzeugen hoher Drücke bei flüssigen oder gasförmigen
Arbeitsmitteln Die bekannten, schnell umlaufenden Pumpen und Kompressoren mit zahlreichen
Laufrädern besitzen eine verwickelte Bauart, welche dadurch bedingt ist, daß in
jeder der zahlreichen Druckstufen nur ein Teil des zu erzielenden Gesamtdruckes
erzeugt wird. Die Herstellung solcher Maschinen ist kostspielig und erfordert eine
lange Bauzeit. Wenn es gelingt, den gewünschten Enddruck in nur einer Druckstufe
oder einer geringen Zahl von Druckstufen zu erreichen, dann wird hierdurch eine
wesentliche Vereinfachung der Rauart und eine Verbilligung der Kreiselpumpen und
Kreiselkompressoren erreicht. Die Ursache der umständlichen Bauart der bisherigen
:Maschinen mit ihren zahlreichen Läufern liegt darin, daß diese Pumpen hauptsächlich
das Schleuderprinzip zum Verdichten benutzen, wobei gewöhnlich durch ein Laufrad
jeweils nur in Teil einer Atmosphäre Druck in einer Stufe geleistet werden kann.
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Das Neue besteht in einem Verfahren zum Erzeugen von hohen Drücken
von Flüssigkeiten, Luft, Gasen, Dämpfen o. dgl. in Kreiselpumpen oder Kreiselverdichtern,
das besonders dadurch gekennzeichnet ist, daß die Arbeitsmittel in spiralige Rohrleitungen
oder in spiralige Kanäle von umlaufenden Maschinenteilen der Pumpe oder des Verdichters
eingeführt werden, wobei die Rohre oder Kanäle derartig geformt sind, daß sie den
in ihnen befindliehen
Mitteln eilte möglichst große Berührungsoherfläche
bieten, so ciaß diese Medien durch Vlä chenreibung mitgenommen und durch Stauung
zusammengepreßt werden.
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In der Zeichnung ist \111r. i eitle schematische Darstellung zur Erläuterung
der grundsätzlichen Wirkungsweise des -_erfahrens in einem Querschnitt, in welchem
ein Rohr in Schneckenform um eilte Drehachse gewickelt ist, wobei der Kreiscluerschiiitt
des Rohres flachgedrückt wurde; .\111r. 2 ist eine Vorderansicht der gleichen Anordnung
in Achsrichtung gesehen zur Erläuterung der Schneckenforin des Rohres. In beiden
Darstellungen ist durch Pfeile die Drehrichtung des umlaufenden Körpers sowie der
Eintritt und Austritt der Betriebsmittel gekennzeichnet; :\1)1i.3 ist ein Querschnitt
durch eilte Kreiselpumpe oder einen Kreiselverdichter im Sitine der vorliegenden
Erfindung in einer beispielhaften Ausführung; Alb. 4 eilte Vorderansicht des Läufers
der :11r11. 3, welche die Spiralform der Kanäle zeigt: :\1r11.5 die Vorderansicht
einer Gesamtanlage eines Kreiselverdichters, insbesondere zum Verdic'hteil von gasförmigen
'Mitteln, wobei die hei Betrieb unter Druck stehenden flüssigen Mittel einen Kreislauf
vollführen.
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In den Abbildungen bezeichnen die Buchstaben a ein flachgedrücktes
Rohr, welches zii einer Schnecke c- aufgewickelt wurde, b eine Drehachse. auf welcher
das Rohrsystem befestigt ist, c- di° Rohrschnecke. d den Läufer, e Kanäle
iin Läufer d,
f Hohlräume ini Läufer zur Einführung der BetriebsinIttel in
die Kanäle des Läufers, g ein Zwei , -
t 'li-es Gehäuse, li die schneckenförmi-en
Kanäle el I im Läufer d, i den Eintritt der gasförmigen Mittel, welche verdichtet
werden sollen, in das Innere eines Gehäuses in der Nähe der Drehachse, k Abstreifer,
welche verhindern sollen, daß ein flüssiges Hilfsrnittel, welches unter Druck stellt
und in der Maschinenanordnung umläuft, dNri ihm zugeteilten Sektor der Hohlräume
f überschreitet, I den Austritt der unter Druck stehenden Mischung
von gasf('irinigen und flüssigen Arbeitsmitteln aus dem Gehäuse und Leitung derselben
in den Abscheidet in, in einen Abscheidet, ein geschlossenes Gefäß, in dessen unterem
Teil sich die flüssigen -Mittel unter Druck sammeln und die gasförmigen Mittel unter
Druck nach oben entweichen, )t einen Kühler, in tvclclieni'den flüssigen, umlaufenden
Mitteln durch Abkühlung die Kompressionswärme genommen wird. o eilte Leitung zum
Wiedereinführen der flüssigen, gekühlten -Mittel in den durch die Abstreifer k für
Flüssigkeitseinspritzung abgegrenzteil Teil der Hohlräume f im Läufer
d, p den Eintritt der Kühlmittel in den Kühler n, q den Austritt der
Kühlmittel aus dem Kühler st, r die Entnahmestelle des verdichteten gasförmigen
-Mediums, s einen Wasserstandsanzeiger am Abscheidet )1t, t Prallbleche im
Abscheidet »i, die das Mitreißen von Flüssigkeit in den gasförtnigen Mitteln verhindern.
Die vorliegende Erfindung geht davon aus, nach Mög=lichkeit nur mit einem einzigen
Laufrad die erforderliche Drucksteigerung zu bewirken.
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Die prinzipielle Anordnung zur Steigerung des Druckes eines Arbeitsmittels
nach der vorliegenden Erfindung besteht darin. dafll beispielsweise ein flachgedrücktes
Rohr u lrrri eilte Achse fr zu einer Schnecke c aufgewickelt wid in sehr schnelle
Umdrehungen versetzt wird, wolle i die Betriebsmittel in der Nähe der Drehachse
iii die Rohrschnecke eintreten, die vielfachen Windungen derselben durchlaufen und
am Umfang, etrtgegengesetzt zur Drehrichtung, mit Druck austreten. 1)1e Drucksteigerung
durch diese Anordnung hat ihre Ursache darin, daß die einzelnen Partikel des Mittels
infolge Flächenreibung mit der grollen inneren Berührungsfläche des Rohres oder
des Kanals mitgerissen und durch Stauung zusammengepreßt werden.
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Der Beweis dafür, daß diese Drucksteigerung nicht von der Sclileuderivirkung
abltärlgig ist, ergibt sich aus der Tatsache. dall beislrielsweise ein Rohr im Sinne
der vorliegenden I?rhndung in Schraubenform um eilte zylindrische Walze gewickelt
werden kann, was bei seht- schnellen Umdrehungen dieses Systems zur Folge hat. daß
die in die Rohrschraube eingeführte Flüssigkeit infolge Wandreibung mit der Rohrschraube
starke Drucksteigerung erfährt und die Flüssigkeit mit Druck das Rohr verläßt, wenn
(las Sestein in geeigneter Drehrichtung umläuft.
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Bei den bisher üblichen 1ireiselpumpen und Kreiselkompressoren entsteht
die Schleuderwirkung und damit die Drucksteigerung des Betriebsmittels vornehmlich
durch die Zentrifugalkraft. Im Gegensatz hierzu wird die I )rucksteigerung bei der
vorgeschlagenen Anordnung jedoch hauptsächlich durch Flächenreihung iii Rohren oder
Kanälen hervorgerufen.
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Eine beispielsweise Abordnung der vorliegenden Erfindung besteht darin,
(lall die Betriebsmittel unweit der Drehachse eines Läufers d in Kanäle e
des Läufers gelangen. Diese l\'anäle c haben zli beiden Seiten des Läufers c>' für
die Arbeitsinittcl in den Kanälen nur kleine Berührutrgsflächen mit dem Gehäuse,
welches feststellt, dahingegen alter möglichst große Berührungsflächen rnit (lein
schnell umlaufenden Läufer d selbst. 1)e1 1_äufer d kann beliebige Gestalt besitzen,
beispielsweise die Form einer Walze, einer kegeligeii Walze. einer kegeligen Scheibe,
einer flachen Scheibe oder ähnlich. Das zweiteilig gezeichnete Geh:iuseg. welche:
den Läuferd einschließt. rntil.i eine entsprechen(le Gegenform zum Läufer besitzen.
1)1e Kanäle e im Läufer d finden sich in diesem in Forni vorn ein- oder mehrgängigen
Spiralen oder Schnecken h, in welchen die Betriebsmittel durch Wandreibung beschleunigt
werden.
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`'Fenn geringerer oller größerer Enddruck und! oder eilte größere
oder kleinere Durchflußmenge durch die Maschine gewünscht wird, darin kann der Rohr-
oder Karialduerschnitt e für den Durchtritt der Betriebsmittel im Läufer d gleichlrleihen
oder
sich sogar in Richtung auf den Austritt des Mediums erweitern
oder verengen. Diese Querschnittsveränderungen der Rohre oder Kanäle im Läufer können
stufenförmig oder allmählich erfolgen.
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Wenn das Laufrad d auf beiden Seiten durch gleichzeitig mit umlaufende
Deckscheiben versehen wird, die mit dem Läuferkörper d fest verbunden sind und die
Schneckenkanäle abschließen, dann ergeben sich im Läufer d geschlossene Rohrsysteme,
wie wenn Rohrschlangen auf den Läufer gewickelt worden wären.
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Die oben beschriebene Arbeitsweise gilt Hauptsächlich für Kreiselpumpen,
in welchen Flüssigkeiten auf Druck gebracht werden. Wenn aber Luft oder Gase möglichst
einstufig stark verdichtet werden sollen, dann kann grundsätzlich die gleiche vorgeschlagene
Anordnung benutzt werden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird Druckwasser in
die Rohr- oder Kanaleingänge des sich schnell drehenden Läufers h intermittierend
eingespritzt. Da Luft oder Gas sich im Gegensatz zu Wasser stark zusammendrücken
lassen, so findet in den Luft- oder Gaspolstern innerhalb der Kanäle des Läufers
Kompression statt. Diese Polster sind dadurch entstanden, daß etwa nur auf ein Drittel
jeder Umdrehung Druckwasser in die Läuferkanäle gespritzt wird, aber in etwa zwei
Drittel jeder Umdrehung Luft i oder Gas i in die Läuferkanäle eintreten kann. Durch
diese Anordnung wird eine Ventilwirkung hervorgebracht. Abstreifer k verhindern,
daß Druckwasser über etwa ein Drittel einer Umdrehung hinaus mitgerissen wird. Diese
Abstreifer k sind derartig gewölbt, daß überschüssiges Wasser zurückgeführt wird
und im Wasserdrittel verbleibt. Das Mischen der beiden Mittel kann auch auf andere
\'\'eise erfolgen, wie beispielsweise durch Nlischdüseii, welche den Eintrittsöffnungen
des Läufers vorgeschaltet werden.
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Das unter Druck befindliche Gemisch wird nach dem Austritt aus dem
Gehäuse g durch eine Rohrleitung l in einen Abscheider m geleitet,
in welchem die Trennung der beiden Mittel erfolgt. Im Unterteil des Abscheiders
in sammelt sich das Druckwasser. Dieses durchläuft einen Kühler ii, in welchem ihm
die Kompressionswärme genommen wird. Dann wird (las Druckwasser zum Kreiselverdichter
durch Rohr o zurückgeleitet, und zwar zum Einspritzen in die Läuferkanäle zu neuem
Umlauf innerhalb der :Maschine. Aus dem oberen Teil des Abstreifers entnimmt man
die Luft oder das Gas, welches auf Druck gebracht wurde, durch Rohrleitung
r zur praktischen Verwendung. Der Kühler n
wird durch Zuflußrohr
p und Abflußrohr q durch geeignete Kühlmittel gekühlt. Ein Wasserstandsanzeiger
s am Abscheider m läßt die Höhe des Wasserspiegels erkennen. Absperr- und Regelorgane
wurden nicht beschrieben und nicht dargestellt.