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Mehrstufige Flüssigkeitsring-Gaspumpe Die Erfindung betrifft eine
Flüssigkeitsring-Gaspumpe in mehrstufiger Bauart.
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Sollen Flüssigkeitsring;G.aspumpen bei hohen Druckverhältnissen arbeiten,
dann werden sie, um einen vertretbaren Wirkungsgrad zu erreichen, mehrstufig ausgeführt.
Dabei ist es wichtig, daß die einzelnen Stufen bestmöglich aufeinander abgestimmt
werden. Diese Abstimmung muß sich nicht nur auf das sich von Stufe zu Stufe ändernde
Gasvolumen erstrecken, sondern es muß auch dafür gesorgt werden, daß der Flüssigkeitsring
aus seinem Energiegehalt die erforderliche Verdichtungsleistung aufbringen kann:
Bei den zurzeit bekannten Flüssigkeitsring-Gaspumpen mehrstufiger Bauart sind die
einzelnen hintereinandergeschalteten Stufen einfach wirkend ausgeführt, d. h. der
Flüssigkeitsring schwingt je Laufradumdrehung nur einmal aus der Laufradschaufelung
aus und wieder in diese ein. Zur Abstimmung der Stufen aufeinander werden dabei
verschiedene Wege beschritten.
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Es gibt Ausführungen, bei denen, die Hauptlaufradabmessungen bestehenbleiben
und eine Abstimmung der Stufen nur durch Veränderung der Radbreiten erfolgt, d.
h. die nachgeschalteten Stufen erhalten,, dem kleineren Gasvolumen entsprechend,
schmalere Räder, die übrigen Radabmessungen bleiben in allen Stufen gleich. Der
Nachteil einer solchen Ausführung liegt darin, daß mit der abnehmenden Radbreite
auch der Energiegehalt des Flüssigkeitsringes abnimmt, -womit das in den nachgeschalteten
Stufen erreichbare Druckverhäfnis
sehr klein wird. Derartige Ausführungen
werden: praktisch nur bis zu zwei Stufen ausgeführt, da schon ab drei Stufen der
Aufwand in keinem Verhältnis mehr zum Erfolg steht.
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Dieser Nachteil wird bei anderen. Konstruktionen dadurch vermieden,
daß, um in den nachgeschalteten Stufen eine höhere Ringenergie zur Verfügung zu
haben, deren Räder mit vergrößerten Durchmessern ausgeführt werden., die dann aber
wegen der volumenmäßigen Abstimmung sehr schmal sein müssen. Diese Ausführung hat
den Nachteil, daß sich einmal durch die großen Durchmesser ein hohes Pumpengewicht
ergibt und zum anderen durch die geringen Radbreiten, bei denen die Verluste relativ
groß sind, nur unbefriedigende Wirkungsgrade erreichen lassen.
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Von der Möglichkeit durch Veränderung der Schaufelwinkel in den einzelnen
Stufen die Ringenergie dem jeweiligen Energiebedarf anzupassen, kann nur selten
Gebrauch gemacht werden, da meistens schon in der ersten Stufe die spezifische Leistung
durch die Wahl der geeigneten Schaufelwinkel sehr hoch getrieben ist, eine weitere
Steigerung also erhebliche Schwierigkeiten bereitet.
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Allen. diesen oben beschriebenen Maßnahmen zur gegenseitigen Abstimmung
der Stufen haften, wie man sieht, zum Teil sehr starke Mängel an, die auch bei der
Kombination mehrerer dieser Maßnahmen nicht zu vermeiden sind.
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Nun sind außer den mehrstufigen einfach wirkenden Flüssigkeitsringpumpen
auch noch die sogenannten doppelt wirkenden Pumpen bekannt, bei denen der Flüssigkeitsring
während einer Laufradumdrehung zweimal aus der Laufradschaufelung aus- und wieder
in diese einschwingt.
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Theoretische Untersuchungen, die durch die Praxis bestätigt wurden,
haben ergeben, daß, auf gleiche Lauf radbaumasse bezogen, die Fördermenge einer
doppelt wirkenden Pumpe nicht größer ist als die einer einfach wirkenden Pumpe,
sofern es sich um Gebläse für Drücke bis etwa 15 m Wassersäule und um Vakuumpumpen
handelt und gleiche Wirkungsgrade zugrunde gelegt werden. Diese überraschende Feststellung
findet ihre Erklärung darin, daß die mittleren Relativgeschwindigkeiten des in radialer
Richtung aus- und einschwingenden Flüssigkeitsringes einer doppelt wirkenden Pumpe
kleiner sein müssen als es bei der einfach wirkenden Pumpe der Fall ist; denn die
Schaufelreibungsverlustleistungen wachsen mit der dritten Potenz der mittleren.
Relativgeschwindigkeit und sind proportional der benetzten Schaufelfläche. Eine
doppelt wirkende Pumpe mit relativ gutem Wirkungsgrad wird daher immer im Vergleich
mit einer, entsprechenden einfach wirkenden Maschine Laufräder mit ausgesprochen
kurzen Schaufeln aufweisen, und die Fördermenge dieser Bauart ist, bezogen auf den
Einbauraum des. Rades, relativ klein. Dagegen ist die doppelt wirkende Pumpe hinsichtlich
des Leistungsvermögens ihres Flüssigkeitsringes einer einfach wirkenden Pumpe gleicher
Umfangsgeschwindigkeit überlegen, denn der auf der Saugseite der doppelt wirkenden
Pumpe vom Laufrad auf den Flüssigkeitsring als Energieträger und auf die Masse dieses
Energieträgers bezogene abgegebene Impuls ist wegen des schnellen Austretens der
Flüssigkeitskolben auf dem kurzen Saugsektor und der damit verbundenen großen Geschwindigkeitszunahme
in Umfangsrichtung größer als bei der einfach wirkenden Pumpe. Die doppelt wirkende
Pumpe eignet sich also insbesondere für solche Betriebsfälle, bei denen eine im
Verhältnis' zur rotierenden Flüssigkeitsmenge große Verdichtungsleistung gefördert
wird. So gibt es z. B. einstufige doppelt wirkende Wasserringverdichter, die bei
vertretbaren Wirkungsgraden Gegendrücke von 3 atü und höher überwinden. Das Gewicht
dieser Maschine ist aber wegen der in der doppelt wirkenden Bauart begründeten geringen
»Radausnutzung« (kleine Fördermenge, bezogen auf den Einbauraum des Laufrades) unverhältnismäßig
hoch.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist, bei Ausnutzung der Vorteile
der bisher ausgeführten Konstruktionen von an sich bekannten mehrstufigen Flüssigkeitsring-Gaspumpen
in einfach wirkender Bauart und ebenfalls an sich bekannten einstufigen Pumpen.
doppelt wirkender Bauart deren Nachteile zu vermeiden. Dieses Ziel wird dadurch
erreicht, daß Stufen einfach wirkender Bauart und Stufen doppelt wirkender Bauart
hintereinandergeschaltet werden. Durch diese Maßnahme können die speziellen Vorteile
jeder dieser Bauarten voll ausgenutzt %verden. Diese beiden bekannten Bauarten sind
je einzeln für sich nicht .Gegenstand der Erfindung. die vielmehr in der Kombination
von einfach wirkenden mit doppelt wirkenden Stufen besteht.
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Bei mittleren Druckverhältnissen werden bei den doppelt wirkenden
Stufen die beiden Arbeitsräume zweckmäßig parallel geschaltet. Für größere Druckverhältnisse,
bei denen große Volumenänderungen auftreten" kann es auch vorteilhaft. sein, die
beiden Arbeitsräume der doppelt wirkenden Stufe hintereinanderzuschalten, wobei
dann die Verkleinerung des Gasvolumens in der nachgeschalteten Stufe durch Verkleinerung
der sogenannten Ausbauchung, d. h. indem man den Ring durch entsprechende Formgebung
des Mittelkörpers nicht soweit aus der Schaufelung austreten läßt, berücksichtigt
werden kann. Bei sehr großen Druckverhältnissen kann es vorteilhaft sein, sowohl
einfach wirkende Stufen als auch doppelt wirkende Stufen .mit Parallelschaltung
der Arbeitsräume als auch doppelt wirkende Stufen mit Hintereinanderschaltung der
Arbeitsräume in einer Pumpe zu vereinigen.
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Da durch die Verwendung von doppelt wirkenden Stufen mit parallel
geschalteten Arbeitsräumen die Radialdrücke auf die Welle sich aufheben, treten
.an der Pumpenseite, an der die doppelt wirkenden Stufen angeordnet sind, nur geringe
Wellen- und insbesondere Lagerbelastungen auf, so daß es in einzelnen Fällen möglich
sein wird, dort ein durch die Betriebsflüssigkeit geschmiertes Gleitlager im Innern
der Pumpe vorzusehen. Wichtig ist dies besonders für Verdichter mit hohen Drücken,
da durch eine derartige Anordnung die
Hochdruckstopfbuchse entfallen
kann. Dieser Vorteil wird sich ganz besonders bei Pumpen auswirken, bei denen die
Betriebsflüssigkeit aus Säuren besteht, gegen die eine einwandfreie Abdichtung der
Wellendurchführung besonders wichtig, aber sehr schwierig ist.