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Flüssigkeitsring-Gaspumpe Die Erfindung betrifft Flüssigkeitsring-Gaspumpen
mit die Einlaß- und die Auslaßöffnungen enthaltendem, innerhalb des Radschaufe:kranzes
angeordnetem, am Gehäusedeckel angebrachtem, kegelförmigem Steuerkörper.
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Frühere Pumpen dieser Art hatten eine Reihe von Mängeln.
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Der kegelige Steuerkörper war von außen durch den Deckel hindurchgeführt
und außen an ihn angeflanscht. Um den Steuerkörper in Richtung der Pumpenachse in
die Lage, die das Spiel zwischen Kegel und Laufrad erforderte, einzustellen, legte
man Dichtungsringe geeigneter Zahl oder Stärke zwischen Deckel und Gehäusemantel
ein. Da die üblicherweise papierene Dichtung, wenn sie dick zwar, nachgab, so wurde,
wenn sie nicht ringsherum gleichmaßig angepreßt wurde, der Deckel und daher auch
der Kegel schief zur Gehäuseachse und damit zur Laufradachse, wurde also das Spiel
zwischen Kegel und Laufrad ungleichmäßig.
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Ferner konnte, da der Steuerkörper von außen am Gehäuse angeflanscht
war, das Wellenlager nicht im Deckel selbst liegen, sondern mußte auf einem Bock,
der außen am Deckel angeflanscht war, angeordnet werden. Daher war der Abstand zwischen
den Lagern weit, die Wellendurchbiegung groß, das notwendige Spiel zwischen Kegel
und Laufrad groß und die Pumpe schwer.
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Ferner ließ sich, weil Deckel, Steuerkörper und Lagerbock voneinander
getrennt hergestellt waren, infolge der Addition von Maßabweichungen das Spiel zwischen
Laufrad und Steuerkörper nur schwer einstellen.
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Ferner gabelte sich früher bei solchen Pumpen mit zwei in Umfangsrichtung
hintereinander angeordneten Arbeitsräumen der Kanal, der von dem
im
Deckel angeordneten Einlaßstutzen zu den beiden in der Kegelfläche des Steuerkörpers
angeordneten Einlaßöffnungen führte, schon im Deckel und vereinigten sich die beiden
Kanäle, die von den beiden in der Kegelfläche des Steuerkörpers angeordneten Auslaßöffnungen
zu dem im Deckel angeordneten Auslaßstutzen führen, erst im Deckel; da sich also
im Deckel Kanäle kreuzten, war der Deckel in Achsrichtung unerwünscht breit.
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Ferner waren solche Pumpen mit ihren Deckeln und Steuerkörpern bisher
darauf eingerichtet, nur jeweils ein einziges Gas, aber nicht, wie mitunter wünschenswert,
zwei voneinander verschiedene Gase gleichzeitig fördern.
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Diese Mängel behebt die Erfindung.
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Sie besteht wesentlich darin, daß der kegelige Steuerkörper aus zwei
zueinander konzentrischen Teilen besteht, deren kegeliger, äußerer Teil auf den
inneren, zylindrischen Teil in Achsrichtung und in Umfangsrichtung verstellbar aufsitzt.
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Der kegelförmige Teil des Steuerkörpers erstreckt sich also nicht
mehr durch den Deckel hindurch. Er liegt an dem Deckel nur an, und zwar an der inneren
Stirnseite des Deckels; hier ist zwischen ihm und dem Deckel,ein Dichtungsring von
solcher Stärke eingelegt, daß sich das richtige Spiel zwischen dem kegeligen Teil
des Steuerkörpers und dem Laufrad ergibt; dieser Ring kann aus Papier, Blech oder
Kunststoffolie gestanzt sein. Der zwischen Deckel und Gehäusemantel nötige Dichtungsring
braucht also nicht mehr dem Spiel zwischen dem Steuerkörper und dem Laufrad entsprechend
stark gemacht zu werden, kann also dünn bleiben und nicht mehr nennenswert einseitig
verspannt werden; der Deckel und der Steuerkörper bleiben also besser koaxial zum
Laufrad. Der Dichtungsring, dessen Stärke dem Spiel zwischen Steuerkörper und Laufrad
angepaßt werden müß, ist jetzt viel kleiner als früher; auch kann er ohne Gefahr
viel dicker sein als früher und gestattet daher größeren Einstellungsbereich. Der
Steuerkörper läßt sich auch leichter gießen.
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Ferner kann nach der Erfindung der innere Teil des Steuerkörpers und
auch der Lagerbock mit dem Deckel aus einem einzigen Stück bestehen. Dadurch wird
die Addition von Maßabweichungen verhindert.
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Ferner können sich nach der Erfindung bei solchen Pumpen mit mehreren
in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Arbeitsräumen die Auslaßkanäle, die
von den in der Kegelfläche des Steuerkörpers angeordneten Auslaßöffnungen zum gemeinsamen
Auslaßstutzen des Deckels führen, innerhalb des kegeligen, äußeren Teils des Steuerkörpers
vereinigen. Dann brauchen sie sich nicht mehr im Deckel mit den Einlaßkanälen zu
kreuzen, braucht also der Deckel nicht mehr so breit in Achsricntung zu sein; der
Deckel ist einfacher in der Bauart, und das Wellenlager findet innerhalb der Deckelbreite
Platz.
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Ferner kann nach der Erfindung der Deckel auch mit dem die Laufradwelle
tragenden Lagerbock ein einziges Stück bilden. Dadurch werden der Abstand der Wellenlager
und das Gewicht der Pumpe sehr vermindert.
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Bei Pumpen, die je einen solchen Steuerkörper an jeder Stirnseite
des Gehäuses aufweisen, können die Einlaß- und Auslaßstutzen der einen Stirnseite
besonders vorteilhaft an ein anderes Leitungsnetz geschaltet werden als diejenigen
der anderen Stirnseite, so daß zwei voneinander verschiedene Gase gleichzeitig gefördert
werden können.
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Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist der Auslaßflansch
unterhalb der Pumpenachse angeordnet, so daß beim Stillsetzen der Pumpe der größte
Teil der Flüssigkeit des Flüssigkeitsringes von selbst durch den Auslaß ablaufen
kann. Durch dieses selbsttätige Ablaufen wird das Anlassen der Pumpe sehr erleichtert,
so daß man dafür Synchronmotoren mit begrenztem Anlaufdrehmoment verwenden kann.
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Wenn die Erfindung auch nachstehend an einer doppelt wirkenden Pumpe,
d. h. einer Pumpe mit mehreren in Umfangsrichtung hinterei:iander angeordneten Arbeitsräumen
beschrieben ist, so können natürlich ihre kennzeichnenden Merkmale vorteilhaft auch
bei anderen Pumpen, z. B. einer nur einfach wirkenden, verwendet werden.
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Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung. In dieser ist Fig. i ein senkrechter
Längsschnitt nach Linie i-i der Fig. 2, in Richtung der Pfeile gesehen, Fig. 2 ein
senkrechter Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. i, in Richtung der Pfeile gesehen, Fig.
3 ein waagerechter Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2, in Richtung der Pfeile gesehen,
Fig. q. ein senkrechter Schnitt nach Linie 4-4. der Fig. i, in Richtung der Pfeile
gesehen, Fig.5 eine Seitenansicht des kegelförmigen äußeren Teiles des linken Steuerkörpers
der Fig. i, von links aus gesehen, Fig.6 ein senkrechter Schnitt durch denselben
Teil nach Linie 6-6 der Fig. 5, in Richtung der Pfeile gesehen, Fig. 7 eine Seitenansicht
desselben Teiles Fig. 5 und 6, von rechts gesehen, Fig.8 ein Schnitt durch denselben
Teil nach Linie 2-2 der Fig. i, in Richtung der Pfeile gesehen, Fig. g eine Seitenansicht
des in Fig. 5 bis 8 gezeigten Teiles, Fig. io ein teilweise abgebrochener Schnitt
nach Linie io-io der Fig. 8, in Richtung der Pfeile gesehen, Fig. i i ein teilweise
abgebrochener Schnitt nach Linie i i-i i der Fig. 8, in Richtung der Pfeile gegesehen.
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Die als Ausführungsbeispiel dargestellte Pumpe ruht in ihrer Gesamtheit
auf den Füßen i, die vorzugsweise mit den Deckeln 2 aus einem Stück bestehen. Zwischen
den Deckeln wird ein Gehäusemantel 3 mit oberen und unteren halbzylindrischer. Wänden
q. und 5 und dazwischenliegenden Verbindungsstücken 6 und 7 getragen. Ein sich im
Pumpenkörper drehendes Laufrad 8 hat eine Nabe 9, die auf einer Antriebswelle To
durch einen Keil
i i" befestigt ist. Das Laufrad hat weiter eine
Reihe von in gleichen Abständen voneinander angeordneten gleichartigen Schaufeln
i i, die durch Seitenwände 12, 13, Verbindungsstege 14, 15 sowie eine Zwischenwand
16 miteinander verbunden sind. Die Zwischenwand 16 trifft auf eine sich nach innen
erstreckende Zwischenwand 17 des Gehäuses 3, wodurch der Arbeitsraum in einen rechten
und einen linken Raum geteilt wird. Die innere Grenzfläche des Laufrades ist doppelkegelig
ausgebildet und liegt in fein eingestelltem Abstand von den mit Durchlaßkanälen
versehenen kegelförmigen Steuerkörpern 18, i9. Jeder Steuerkörper hat zwei sich
diametral gegenüberliegende Auslaßöffnungen 21. Während des Betriebes bildet sich
in iedem Arbeitsmittel ein als Treibmittel wirkender Flüssigkeitsring. Die inneren
Grenzen eines der Ringe sind durch die strichpunktierte Linie 22 -in Fig. 2 gezeigt.
Die Betriebsweise der Pumpe ist im allgemeinen die gleiche wie bei den bekannten
Flüssigkeitsring-Gaspumpen. Während das Laufrad sich nach links (wie in Fig. 2 gesehen)
dreht, nimmt es die Flüssigkeit, z. B. Wasser, mit, wobei die im sich bildenden
Wasserring auftretende Fliehkraft das Wasser nach außen bis an die Innenwand des
Gehäuses schleudert. Während das Wasser die Einlaßöffnung 2o durchläuft, bewegt
es sich schon von der Mitte weg und saugt das Gas durch die Einlaßöffnung 2o nacheinander
in die aufeinanderfolgenden Zellen zwischen den Schaufeln i i. Sowie das Wasser
die Hauptachse des Gehäuses, die in der Zeichnung als senkrechte Mittellinie gezeigt
ist, überschreitet, beginnt es, das Gas zusammenzudrücken und durch die Auslaßöffnung
21 in den Auslaß zu drücken.
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Gemäß der Erfindung hat jeder der kegelförmigen Steuerkörper 18, i9
einen äußeren Teil 23, in dem sich die Öffnungen 2o und 21 befinden, und einen entsprechenden
inneren Teil 24, der ein Stück mit dem zugehörigen Deckel 2 bildet. Die rechten
und linken Hälften der Pumpe sind gleichartig gebaut; ihre Teile haben entweder
gleiche oder spiegelbildliche Form, mit Ausnahme von kleinen Unterschieden hinsichtlich
der Wellensitze und Lager. Die nun folgende Beschreibung der linken Seite bezieht
sich deshalb auch auf die rechte, außer wenn das Gegenteil ausdrücklich hervorgehoben
wird.
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Der kegelige äußere Teil 23 hat zwei einander diametral gegenüberliegende
Einlaßschlitze 25 (Fig. lo), die sich mit den Einlaßschlitzen 26, 27 des Deckels
2 (Fig. 4) decken. Ein einen Teil des Deckels bildendes Einlaßrohr 28 hat einen
Flansch 29 zum Anschluß an eine Gaszufuhrleitung: Das Rohr 28 steht über die im
Deckel befindlichen Zweigleitungen 30, 31 mit den zugehörigen Einlaßschlitzen 26,
27 in Verbindung.
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Die Auslaßöffnungen 2i des Steuerkörpers 18 sind durch einen Kanal,
der mitten durch den Steuerkörper führt (Fig. 2), unmittelbar miteinander verbunden.
Der Kanal mündet durch einen Schlitz 32 des Deckels (Fig. a), in eire einzige Auslaßleitung
33 des Deckels. Die Auslaßleitung 33 ist an die Unterseite des Steuerkörpers angeschlossen,
so. daß beim Abstellen der Pumpe ein wesentlicher Teil der Flüssigkeit aus dem Ring
in die Auslaßleitung 33 abfließt.
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Jede Seite der Pumpe hat eigene Ein- und Auslaßflanschen 29 und 35,
so daß die zwei Seiten der Pumpe wahlweise an ein gemeinsames oder an voneinander
getrennte Leitungssysteme angeschlossen werden können.
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Die Endfläche am größeren Ende des kegeligen äußeren Teils 23 des
Steuerkörpers ist eben und liegt gegen eine Sitzfläche des Deckels an. Der innere,
ein Stück mit dem Deckel bildende Teil 24 erstreckt sich in den kegeligen Teil 23
hinein und ist an seinem inneren Ende mit einem außenliegenden zylindrischen Vorsprung
36 versehen, der genau in die innere zylindrische Fläche 37 des Teiles 23 eingepaßt
ist, Dichtungsringe 38 sind zwischen dem Deckel 2 -und der Endfläche des kegeligen
Teiles 23 eingesetzt. Ein Ring 39 liegt gegen einen Absatz 4o des Teiles 23 und
wird durch in den Vorsprung 36 des Teiles 24 eingesetzte Schrauben 41 gegen den
Absatz gedrückt.
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Die Teilung des kegeligen Steuerkörpers 18 in den kegeligen äußeren
Teil23 und den zylindrischen inneren Teil 24 ist von großem Vorteil. Das erforderliche
Spiel zwischen Kegel und Laufrad wird durch entsprechende Längseinstellung des kegeligen
Teiles 23 gegenüber dem Deckel 2 hergestellt. Bei den bisherigen Pumpen war der
kegelige Steuerkörper einteilig und unverstellbar mit dem Deckel verbunden, so daß
er nur dadurch verstellt werden konnte, daß der Deckel in bezug auf den Pumpenkörper
verstellt wurde. Dabei mußte die Stärke der Dichtungsringe zwischen Deckel und Gehäuse
eingestellt werden, indem mehr oder weniger Schichten der Dichtungsringe eingelegt
wurden. Das war wegen des großen Durchmessers der Dichtungsringe mühsam und schwierig.
Auch konnte kein großer Einstellungsbereich vorgesehen werden, da die Dichtungsringe
zwischen Deckel und Gehäuse nicht sehr stark sein durften, weil gerade hier die
Flüssigkeit durch die Fliehkraft mit größter Stärke auftrifft.
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Bei der neuen Bauart kann der Dichtungsring zwischen dem Teil 18 und
dem Deckel wesentlich stärker und daher handlicher sein. Die Einstellung ist bequemer
und schneller möglich als bisher, was hauptsächlich auf den kleineren Durchmesser
der Dichtungsringe zurückzuführen ist.
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Ein weiterer Vorteil des geteilten Steuerkörpers besteht darin, daß
dieser verhältnismäßig untergeordnete Teil fast der einzige ist, der einem Verschleiß
ausgesetzt ist und mit verhältnismäßig geringen Kosten ersetzt werden kann.
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Noch ein weiterer Vorteil der Teilung des Steuerkörpers besteht darin,
daß der Teil 23 in Drehrichtung in bezug auf den Teil --4 verstellt werden
kann zur Veränderung der Winkelstellung der Ein- und Auslaßöffnungen 2o, 21 irr
bezug auf die Seitenwände. In manchen Fällen, wo besondere Verdichtungsgrade verlangt
werden, ist es vaü-?-sehenswert,
daß man diese Öffnungen in anormale
Stellungen bringen kann.
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Die Tatsache, daß die Verbindung der Auslaßöffnungen 21 des Steuerkörpers
zu einem gemeinsamen Auslaßkanal innerhalb des kegeligen Steuerkörpers selbst und
somit auch innerhalb des Längsbereichs des Gehäuses angeordnet ist, wird dazu ausgenutzt
die Welle io innerhalb der Deckel zugänglich zu machen, damit die Wellenlager näher
zusammengebracht werden, als es bisher der Fall war, und unmittelbar oberhalb der
Füße i (Fig. i) zu liegen kommen.
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Die Welle io trägt eine gegen einen inneren Flansch 43 des Teils 24
liegende Hülse 4.2, die durch eine Schraube 44 an der Welle befestigt ist. Packungsringe
45 liegen eingeklemmt zwischen dem Flansch 44 und einer Stopfbuchsbrille 46. Die
Packung liegt innerhalb des Teils 24 und zum größten Teil innerhalb des Längsbereiches
des Gehäuses. Die im Deckel 2 angeordneten Kanäle sind so angeordnet, daß ein freier
Raum um die Welle io innerhalb des Deckels übrigbleibt. Ein Lagerbock 47, der aus
einem Stück mit dem Deckel besteht, dient als Lagerträger. Die Lagerböcke 47 und
51 liegen gleich oberhalb der Füße i, auf denen der ganze Aufbau ruht. Hierdurch
wird ein besserer Gleichgewichtszustand und eine Verminderung der auftretenden Vibrationen
erzielt. Die Lager an den- beiden Enden der Pumpe sind nicht gleichartig gestaltet.
Das vom Antriebsmotor abgelegene Lagergehäuse besteht aus einer schalenförmigen
Hülse 48 und einem Deckel 49, der einen durch Schrauben 49" am Lagerbock 47 befestigten
Flansch besitzt. Das Lager So selbst ist ein normales Kegelwälzlager.
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Der innere Laufring 5o" ist axial fest auf der Welle gehalten, da
er auf einer konischen Hülse 50b sitzt und gegen einen Wellenbund So, durch eine
auf die Hülse geschraubte Mutter Sod gedrückt wird. Eine Sicherungsscheibe 5o, liegt
zwischen der Mutter Sod und dem inneren Laufring So, Der äußere Laufring ist zwischen
dem Deckel 49 und der Hülse 48 eingeklemmt und gegen axiale Verschiebung durch die
Befestigung des Deckels 49 am Lagerbock 47 geschützt.
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Der Deckel 49 ist vom Lagerbock 47 durch Einlagen 49b getrennt. Das
Laufrad 8 kann zwischen den kegeligen Steuerkörper 18, i9 auf Mitte eingestellt
werden, und zwar durch axiale Einstellung der Welle io selbst. Die Lage der Welle
io, des Lagers So und der Lagerhülse 48 als einer Einheit wird in Achsrichtung eingestellt
durch Abnehmen des Deckels 49 und Änderung der Stärke der Einlagen 49b zwischen
dem Deckel und dem Lagerbock 47.
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Am Antriebsende der Welle io ist ein dem Lager So äl:nlicnes Lager
5of unmittelbar im Lagerbock 5 1 und zwischen Halteringen 52, 53 angeordnet,
die ari i.a.;erbeck befestigt sind. Das Lager 5of ist axial innerhalb des Lagerbocks
und in Bezug auf die 52, 5 3 frei beweglic:i. Der innere Laufring 5oj sitzt auf
eine- konischer. Hülse 50f" die diir^b eine Nflitter roi ur!d ein Sieherungsblech
5ok auf die Welle geklemmt ist. Durch Zurückschrauben der Mutter kann die Hülse
5ok zur Ermöglichung des Ausbaus von der Welle gelöst werden. In normalem Zustande
ist das Lager Sof fest eingestellt in bezug auf die Welle, und das Laufrad und kann
mit diesem durch Veränderung der Stärke der Einlagen 49a seitlich verschoben werden.
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Dadurch, daß die kegeligen Steuerkörper, die Deckel und Lagerböcke
so abgeändert sind, daß die Lager viel näher aneinander gebracht werden können,
als es bisher der Fall war, wird das Gewicht der Pumpe, bezogen auf die Förderluftmenge,
erheblich vermindert.
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Die Ausführung des Deckels in einem Stück mit dem zylindrischen Teil
24 und dem Lagerbock 47 vereinfacht den Pumpenaufbau und erleichtert die Einhaltung
des richtigen Spiels zwischen den beweglichen und den festen Pumpenteilen, indem
es Addition von Maßabweichungen vermindert. Eines der wichtigsten Spiele, das bei
Pumpen dieser Art unbedingt eingehalten werden muß, ist dasjenige zwischen dem Laufrad
und dem Kegel des Steuerkörpers; dies hängt ab von der Genauigkeit der Passung und
Zahl der zusammenzufügenden Teile. Diese Teile können natürlich nur mit gewissen
Toleranzen hergestellt werden. Auf jeden Fall kann der Spielraum zwischen dem Kegel
und dem Laufrade nicht mit Sicherheit kleiner sein als die Summe der Toleranzen
der verschiedenen in Frage kommenden Teile.
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Bei der neuen Ausführung ist die Zahl der Passungen erheblich verringert
worden. Ferner bestehen bei dieser Konstruktion der innere Teil des kegeligen Steuerkörpers
der Deckel und der Lagerbock aus einem Stück und können in einer Einspannung bearbeitet
werden. Hierdurch wird nicht nur die Zahl der Passungen bei der vorliegenden Ausführung
verringert, sondern es wird auch, da sie aus einem Stück sind und in einer Einspannung
bearbeitet werden können, die Konzentrizität dieser Teile zueinander stets automatisch
gesichert. Zu diesen Vorzügen kommt noch, daß die Bearbeitungskosten infolge der
geringeren Zahl der Teile viel niedriger sind, da entsprechend weniger Einspannungen
nötig sind.
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Die unteren Teile der Arbeitsräume sind miteinander durch die Öffnungen
55 und einen gemeinsamen Kanal 56 verbunden. Diese Art der Verbindung zwischen
den Arbeitsräumen einer Duplexpumpe ist ein altbekanntes Mittel zur Entleerung in
einen gemeinsamen Auslaß 57.
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Im vorliegenden Falle kam, diese Verbindung noch einen weiteren Zweck
erfüllen; sie dient nämlich als Ausgleichkanal für die Verteilung des abdichtenden
Wasserrings, wenn eine Hälfte der Pumpe mit einem anderen Unterdruck arbeitet als
die andere, beide Hälften aber auf gleichen Druck, z. B. den atmosphärischen, fördern.
Die V e: Bindung untereinander stellt eine selbsttätige Vorrichtung zur Verteilung
der Flüssigkeit im Flüssigkeitsring atif beide Seiten dar, indem von der ?u@rpense;te
höheren absoluten Druckes Flüssigkeit
zur Seite geringeren absoluten
Druckes, die eine geringere Arbeitsleistung zu bewältigen hat, überströmt, ohne
daß die Seite mit niedrigerem Unterdruck hierdurch irgendwie benachteiligt wird.
Die Zwischenverbindung der Kammern kann auch von der Entleerungsvorrichtung getrennt
sein.