EP0071715A2 - Liquid ring vacuum pump for gaseous fluids - Google Patents

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EP0071715A2
EP0071715A2 EP82105132A EP82105132A EP0071715A2 EP 0071715 A2 EP0071715 A2 EP 0071715A2 EP 82105132 A EP82105132 A EP 82105132A EP 82105132 A EP82105132 A EP 82105132A EP 0071715 A2 EP0071715 A2 EP 0071715A2
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Wilfried Lübke
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C19/00—Rotary-piston pumps with fluid ring or the like, specially adapted for elastic fluids
    • F04C19/005—Details concerning the admission or discharge
    • F04C19/007—Port members in the form of side plates

Definitions

  • the invention relates to a liquid ring vacuum pump according to the preamble of claim 1.
  • Vacuum pumps with circulating liquid that have a passage in the control disk for the suction liquid (circulation water borehole) show noticeable erosion and / or cavitation damage in the area of the said passages on control disks and impellers, which can only be achieved through the use of high-quality material (CrNi steel). can be delayed for these machine parts.
  • liquid ring vacuum pumps of the type mentioned at the outset which, if appropriate, should also also convey liquids in the area of higher suction pressures in operation in addition to gaseous medium
  • a separate pre-separator is installed in the suction line in front of the vacuum pump, which separates any liquid that is also conveyed from the gaseous medium in front of the vacuum pump. With pure gas production, these measures result in reduced efficiency.
  • the object of the invention is to improve the operating properties with elimination in special cases of required complex and fault-prone auxiliary devices and to avoid erosion damage during circuit operation and / or conveyance of liquid accumulating on the suction side.
  • the impeller (not shown) with blades arranged on the circumference of its impeller hub is arranged eccentrically in a machine housing (not shown).
  • the impeller shaft penetrates shaft passages 4 from the machine housing, for example, on both sides covering flat control disks 1, which in turn are covered on the outside by end shields (not shown) for the impeller shaft and which, in the case of the double-flow pump described, each have separate inlets and outlets for the medium to be conveyed.
  • These inlets or outlets are connected via suction slits 2 or pressure slits 3 in the control disks 1 to the vane chambers which are closed on the circumference by the liquid ring which rotates within the machine housing with the impeller.
  • Liquid channels are provided in the end shields between the inlets and outlets, which are connected to a hydraulic fluid supply line located outside the machine and open into hydraulic fluid inlets 5 to hydraulic fluid passages 6 in the control disks 1.
  • the pressure fluid passage 6 is formed on the side 1A as an annular groove surrounding the shaft passage 4, into which an inflow channel 7 attached on the side 1A opens from the outer circumference.
  • the inflow channel 7 deflects the gap-sealing pressure fluid in the direction of the rotating liquid ring into it in a vortex-free manner, the inflow channel 8, viewed in the direction of rotation of the impeller, being arranged behind the suction slot 2 and below the shaft passage 4 parallel to a diameter axis running between the suction and pressure slots as a milling groove.
  • several inflow channels can also be provided.
  • a liquid ring vacuum pump is connected at the outlet of each end shield to a separator which is connected to the pressure fluid inlet 5 via a line (not shown) instead of, as is known, to a liquid return.

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Abstract

Zum verbesserten Betrieb bei niedrigeren Ansaugdrücken unter Vermeidung von Erosionsschäden bei Fortfall von Druckerhöhungspumpen oder Schöpfrohren im Kreisbetrieb sowie zur vereinfachten äußeren Führung der Betriebsflüssigkeit ist hinter dem Saugschlitz (2) in der Steuerscheibe (1) auf der dem Flügelrad zugewandten Seite (1A) eine Einströmrinne (7) eingefräst, die in Verbindung mit einem Druckflüssigkeitsdurchlaß (6) für spaltdichtende Druckflüssigkeit steht und es ist die Druckflüssigkeitszuleitung mit einem Abscheider oder dem Maschinensumpf verbunden. Zur Wirkungsgradverbesserung bzw. Flüssigkeitsförderung bei höheren Ansaugdrücken ist zusätzlich in der Steuerscheibe oberhalb des Druckschlitzes (3) ein Entlastungsdurchlaß (8) vorgesehen.To improve operation at lower intake pressures while avoiding erosion damage when pressure booster pumps or scoop pipes are no longer used in circular operation, and to simplify the external routing of the operating fluid, there is an inlet channel behind the suction slot (2) in the control disc (1) on the side (1A) facing the impeller ( 7) milled, which is in connection with a hydraulic fluid passage (6) for gap-sealing hydraulic fluid and the hydraulic fluid supply line is connected to a separator or the machine sump. A relief passage (8) is additionally provided in the control disc above the pressure slot (3) in order to improve the efficiency or to convey liquid at higher suction pressures.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a liquid ring vacuum pump according to the preamble of claim 1.

Bei verschiedenen Betriebsbedingungen und Betriebsarten von Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen treten eine Reihe von Nachteilen auf, die bisher entweder nicht oder nur zum Teil beseitigt oder gemildert werden können. So sind bei Vakuumpumpen, die mit ihrer Betriebsflüssigkeit im Kreisbetrieb arbeiten, im besagten Flüssigkeitskreislauf entweder gesonderte Druckerhöhungspumpen oder statt dessen im Maschinengehäuse Schöpfrohre auf der Saugseite eingeschraubt, die in den rotierenden Flüssigkeitsring eintrauchen. Im letzteren Fall können am Maschinengehäuse im Bereich des in den Flüssigkeitsring eintauchenden Schöpfrohres Erosionsschäden auftreten, die die Lebensdauer und das einwandfreie Arbeiten der Vakuumpumpe nachteilig beeinflussen.Under various operating conditions and operating modes of liquid ring vacuum pumps, there are a number of disadvantages which, up to now, have either not been able to be eliminated or only partially. For example, in vacuum pumps that work with their operating fluid in a circular mode, either separate booster pumps are screwed into the liquid circuit or, instead, scoop pipes are screwed into the machine housing on the suction side and are immersed in the rotating liquid ring. In the latter case, erosion damage can occur on the machine housing in the area of the scoop tube immersed in the liquid ring, which adversely affects the service life and the proper functioning of the vacuum pump.

Außerdem treten bei sämtlichen Betriebsarten bis etwa 60 mbar Ansaugdruck den Wirkungsgrad der Vakuumpumpe verschlechternde Spaltverluste auf, die durch eine Verkleinerung der Axialspiele des Laufrades nur sehr begrenzt herabgesetzt werden können, da zu kleine Axialspiele die Betriebssicherheit einschränken.In addition, in all operating modes up to about 60 mbar suction pressure, the efficiency of the vacuum pump deteriorates gap losses, which can be reduced only to a very limited extent by reducing the axial play of the impeller, since too small axial play limits operational safety.

Bei Vakuumpumpen mit Umlaufflüssigkeit, die einen Durchlaß in der Steuerscheibe für die Saugflüssigkeit (Umlaufwasserbohrung) haben, treten merkliche Erosions- und/oder Kavitationsschäden im Bereich der besagten Durchlässe an Steuerscheiben und Laufrädern auf, die nur durch die Verwendung hochwertigen Werkstoffes (CrNi-Stahl) für diese Maschinenteile hinausgezögert werden können.Vacuum pumps with circulating liquid that have a passage in the control disk for the suction liquid (circulation water borehole) show noticeable erosion and / or cavitation damage in the area of the said passages on control disks and impellers, which can only be achieved through the use of high-quality material (CrNi steel). can be delayed for these machine parts.

Bei Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen der eingangs genannten Art, die im Bereich höherer Ansaugdrücke im Betrieb außer gasförmigem Medium gegebenenfalls auch noch Flüssigkeiten mitfördern sollen, ergibt sich bei Mitförderung von Flüssigkeiten ein erhöhter Leistungsbedarf und eine Verschlechterung der Laufeigenschaften des Laufrades, die zu einer beschleunigten Abnutzung der Lager des Laufrades führen können. Zur Verminderung des Leistungsbedarfanstieges und Beibehaltung der normalen Laufeigenschaften werden in die Saugleitung vor der Vakuumpumpe ein, gesonderter Vorabscheider eingebaut, der eventuell mitgeförderte Flüssigkeit vom gasförmigen Medium schon vor der Vakuumpumpe absondert. Diese Maßnahmen ergeben bei reiner Gasförderung einen verminderten Wirkungsgrad.In the case of liquid ring vacuum pumps of the type mentioned at the outset, which, if appropriate, should also also convey liquids in the area of higher suction pressures in operation in addition to gaseous medium, there is an increased power requirement and a deterioration in the running properties of the impeller when liquids are conveyed, which leads to accelerated wear of the bearings of the impeller. To reduce the increase in power requirements and maintain normal running properties, a separate pre-separator is installed in the suction line in front of the vacuum pump, which separates any liquid that is also conveyed from the gaseous medium in front of the vacuum pump. With pure gas production, these measures result in reduced efficiency.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung der Betriebseigenschaften unter Fortfall in besonderen Fällen erforderlicher aufwendiger und störungsanfälliger Hilfseinrichtungen sowie die Vermeidung von Erosionsschäden bei Kreisbetrieb und/oder Mitförderung von saugseitig anfallender Flüssigkeit.The object of the invention is to improve the operating properties with elimination in special cases of required complex and fault-prone auxiliary devices and to avoid erosion damage during circuit operation and / or conveyance of liquid accumulating on the suction side.

Die Lösung der gestellten Aufgabe zur Beseitigung von Erosionsschäden an Steuerscheiben und Laufrädern durch Teile der Betriebsflüssigkeit und verbesserte Einströmbedingungen für diese bei verbessertem Wirkungsgrad durch verringerte Spaltverluste im unteren Bereich des Ansaugdruckes für das zu fördernde Gas gelingt bei Kreisbetrieb ohne Druckerhöhungspumpe bzw. Schöpfrohr durch die kennzeichenden Merkmale des Patentanspruchs 1.The solution to the problem of eliminating erosion damage to control disks and impellers by parts of the operating fluid and improved inflow conditions for them with improved efficiency due to reduced gap losses in the lower area of the suction pressure for the gas to be conveyed is achieved in circular operation without a booster pump or scoop pipe due to the characteristic features of claim 1.

Bei Pumpenbetrieb im höheren Bereich der Ansaugdrücke gelingt bei Mitförderung von Betriebsflüssigkeit die Lösung der gestellten Aufgabe, nämliche ohne Vorabscheider in der Saugleitung eine Verringerung der Leistungsaufnahme unter verbesserten Laufeigenschaften bzw. ohne Mitförderung von Betriebsflüssigkeit eine Verbesserung des Wirkungsgrades zu erhalten, durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 3.In pump operation in the higher range of the suction pressures, the task is solved if operating fluid is also conveyed, namely, without a pre-separator in the suction line, a reduction in power consumption with improved running properties or without conveying Operating fluid to obtain an improvement in efficiency by the characterizing features of claim 3.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von zusätzlichen Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the invention are the subject of additional subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß verbesserten Steuerscheibe für eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe der eingangs genannten Art ist anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

  • Fig. 1 die Draufsicht auf die dem Lagerschild mit Ein- und Auslaß zugewandte Seite der Steuerscheibe und
  • Fig. 2 die Draufsicht auf die dem Läuferrad zugewandte Seite der Steuerscheibe.
An embodiment of an improved control disk according to the invention for a liquid ring vacuum pump of the type mentioned is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows
  • Fig. 1 is a plan view of the side facing the control plate with the inlet and outlet of the control disc and
  • Fig. 2 is a plan view of the side of the control disk facing the rotor.

Bei Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen der hier in Betracht gezogenen Art ist das nicht dargestellte Laufrad mit am Umfang seiner Laufradnabe angeordneten Schaufeln exzentrisch in einem nicht dargestellten Maschinengehäuse angeordnet. Die Laufradwelle durchdringt Wellendurchlässe 4 von das Maschinengehäuse beispielsweise beidseitig abdeckenden ebenen Steuerscheiben 1, die ihrerseits nach außen von nicht dargestellten Lagerschilden für die Laufradwelle abgedeckt sind und die im Falle der geschilderten doppelflutigen Pumpe jeweils getrennte Ein- und Auslässe für das zu fördernde Medium haben. Diese Einlässe bzw. Auslässe stehen über Saugschlitze 2 bzw. Druckschlitze 3 in den Steuerscheiben 1 mit den vom innerhalb des Maschinengehäuses mit dem Flügelrad mitrotierenden Flüssigkeitsring umfangsseitig abgeschlossenen Schaufelkammern in Verbindung. In den Lagerschilden sind zwischen den Einlässen und Auslässen jeweils Flüssigkeitskanäle vorgesehen, die mit einer außerhalb der Maschine befindlichen Druckflüssigkeitszuleitung verbunden sind und in Druckflüssigkeitseinläufe 5 zu Druckflüssigkeitsdurchlässen 6 in den Steuerscheiben 1 münden.In liquid ring vacuum pumps of the type under consideration here, the impeller (not shown) with blades arranged on the circumference of its impeller hub is arranged eccentrically in a machine housing (not shown). The impeller shaft penetrates shaft passages 4 from the machine housing, for example, on both sides covering flat control disks 1, which in turn are covered on the outside by end shields (not shown) for the impeller shaft and which, in the case of the double-flow pump described, each have separate inlets and outlets for the medium to be conveyed. These inlets or outlets are connected via suction slits 2 or pressure slits 3 in the control disks 1 to the vane chambers which are closed on the circumference by the liquid ring which rotates within the machine housing with the impeller. Liquid channels are provided in the end shields between the inlets and outlets, which are connected to a hydraulic fluid supply line located outside the machine and open into hydraulic fluid inlets 5 to hydraulic fluid passages 6 in the control disks 1.

Der Druckflüssigkeitsdurchlaß 6 ist auf der Seite 1A als eine den Wellendurchlaß 4 umgebende Ringnut ausgebildet, in die vom äußeren Umfang her eine auf der Seite 1A angebrachte Einströmrinne 7 mündet. Die Einströmrinne 7 lenkt die spaltabdichtende Druckflüssigkeit in Richtung des rotierenden Flüssigkeitsringes in diesen wirbelfrei ein, wobei die Einströmrinne 8 in Laufraddrehrichtung gesehen hinter dem Saugschlitz 2 und unterhalb des Wellendurchlasses 4 parallel zu einer zwischen Saug- und Druckschlitz verlaufenden Durchmesserachse als Fräsnut angebracht ist. Unter Umständen können auch mehrere Einströmrinnen vorgesehen sein.The pressure fluid passage 6 is formed on the side 1A as an annular groove surrounding the shaft passage 4, into which an inflow channel 7 attached on the side 1A opens from the outer circumference. The inflow channel 7 deflects the gap-sealing pressure fluid in the direction of the rotating liquid ring into it in a vortex-free manner, the inflow channel 8, viewed in the direction of rotation of the impeller, being arranged behind the suction slot 2 and below the shaft passage 4 parallel to a diameter axis running between the suction and pressure slots as a milling groove. Under certain circumstances, several inflow channels can also be provided.

In vielen Fällen ist eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe am Auslaß jedes Lagerschildes mit einem Abscheider verbunden, der über eine nicht dargestellte Leitung mit dem Druckflüssigkeitseinlauf 5 verbunden ist, statt wie bekannterweise mit einem Flüssigkeitsrücklauf.In many cases, a liquid ring vacuum pump is connected at the outlet of each end shield to a separator which is connected to the pressure fluid inlet 5 via a line (not shown) instead of, as is known, to a liquid return.

Bei Wegfall eines Abscheiders ist dagegen der Sumpf der Maschine mit dem Druckflüssigkeitseinlauf 5 zu verbinden.If there is no separator, however, the sump of the machine must be connected to the pressure fluid inlet 5.

Mit einer solchen Vakuumpumpe können bei niedrigen Ansaugdrücken bis etwa 60 mbar im Kreisbetrieb ohne erosionsgefährdete Schöpfröhre und ohne gesonderte Druckerhöhungspumpen größere Ansaugvolumenströme unter Verringerung der Spaltverluste und mit besserem Wirkungsgrad gefördert werden, wobei die äußere Betriebsflüssigkeitsführung vereinfacht ist. Außerdem können die sonst im Bereich von "Umlaufflüssigkeitsbohruhgen" der Steuerscheiben auftretenden Erosionsschäden durch den'Wegfall solcher Umlaufflüssigkeitsbohrungen infolge Wegfalls der Saugflüssigkeitsleitung erst gar nicht auftreten.With such a vacuum pump, large suction volume flows can be promoted at low suction pressures of up to about 60 mbar in circular operation without a scoop tube at risk of erosion and without separate pressure booster pumps, with a reduction in the gap losses and with better efficiency, the external operating fluid management being simplified. In addition, the erosion damage otherwise occurring in the area of "circulating fluid bores" of the control disks cannot occur at all due to the fact that such circulating fluid bores are omitted due to the absence of the suction fluid line.

Bei Vakuumpumpen, die im Bereich höherer Ansaugdrücke etwa ab 180 mbar arbeiten, ist eine Verbesserung des Wirkungsgrades ohne Mitförderung von Flüssigkeiten bzw. eine Verbesserung der Laufeigenschaften und eine Verminderung des Leistungsgedarfes bei Mitförderung von Flüssigkeiten durch die Anbringung von zusätzlichen Entlastungsdurchlässen 8 in den Steuerscheiben 1 erreichbar.With vacuum pumps that work in the range of higher suction pressures from about 180 mbar, there is an improvement in efficiency without the addition of liquids or a Improvement of the running properties and a reduction in the power requirement with the conveyance of liquids can be achieved by attaching additional relief passages 8 in the control disks 1.

Jeweils oberhalb des Druckschlitzes 3, getrennt von diesem, ist dessen Außenkontur benachbart ein Entlastungsdurchlaß 8 als Bohrung oberhalb des Druckschlitzendes angeordnet, der bei Mitförderung von Flüssigkeit vom rotierenden Flüssigkeitsring überdeckt wird.Each above the pressure slot 3, separated from it, the outer contour of which is arranged adjacent to a relief passage 8 as a bore above the end of the pressure slot, which is covered by the rotating liquid ring when liquid is carried along.

Claims (4)

1. Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe für gasförmige Medien mit einem ein Laufrad exzentrisch umgebenden Maschinengehäuse, das stirnseitig:von Lagerschilden für die Laufradwelle abgeschlossen ist, von denen wenigstens ein Lagerschild getrennte Ein- und Auslässe für das Medium aufweist, die über Saug- und Druckschlitze in einer zwischen einem solchen Lagerschild und dem Maschinengehäuse angeordneten ebenen Steuerscheibe mit vom Flüssigkeitsring umfangsseitig abgeschlossenen Schaufelkammern des Laufrades in Verbindung stehen, daß ferner zwischen den Ein- und Auslässen im betreffenden Lagerschild ein an eine Druckflüssigkeitszuleitung angeschlossener Druckflüssigkeitskanal vorgesehen ist, der mit einem unterhalb des Wellendurchlasses der Steuerscheibe stirnseitig vor der Laufradnabe angeordneten Druckflüssigkeitsdurchlaß der Steuerscheibe korrespondiert, so daß die Druckflüssigkeit spaltabdichtend in den Flüssigkeitsring abfließt, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerscheibe (1) auf der dem Laufrad zugewandten Seite (1A) mindestens eine Einströmrinne (7) in Laufraddrehrichtung gesehen hinter dem Saugschlitz (2) und unterhalb des Wellendurchlasses (4) aufweist, die sich über den Laufradnabenbereich bis in den Schaufelkammerbereich erstreckt und mit dem Druckflüssigkeitsdurchlaß (6) in Verbindung steht und daß der Sumpf der Vakuumpumpe bzw. bei Vorhandensein eines dem Auslaß im Lagerschild nachgeordneten Abscheiders dieser ausschließlich mit der Druckflüssigkeitszuleitung zum Druckflüssigkeitseinlauf (5) in der Steuerscheibe (1) verbunden ist.1.Liquid ring vacuum pump for gaseous media with a machine housing which surrounds an impeller eccentrically and which is closed at the end: by end shields for the impeller shaft, of which at least one end shield has separate inlets and outlets for the medium, which are in one via suction and pressure slots between such a bearing plate and the machine housing arranged flat control disk with blade chambers of the impeller which are circumferentially sealed off from the liquid ring, in connection with the fact that between the inlets and outlets in the relevant bearing plate there is provided a hydraulic fluid channel connected to a hydraulic fluid supply line, which with a below the shaft passage of the control disk arranged on the end face in front of the impeller hub corresponds to the pressure fluid passage of the control disk, so that the pressure fluid flows in a gap-sealing manner into the fluid ring, characterized in that the control disk (1) on the L on the impeller-facing side (1A) has at least one inflow channel (7), viewed in the direction of impeller rotation, behind the suction slot (2) and below the shaft passage (4), which extends over the impeller hub area into the blade chamber area and is connected to the hydraulic fluid passage (6) and that the sump of the vacuum pump or, in the presence of a separator arranged downstream of the outlet in the end shield, is connected exclusively to the pressure fluid supply line to the pressure fluid inlet (5) in the control disk (1). 2. Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet , daß eine einzige Einströmrinne (7) einer zwischen Saug- und Druckschlitz (2, 3) liegenden Durchmesserachse der Steuerscheibe (1) parallel längserstreckt angeordnet und als Fräsnut ausgebildet ist.2. Liquid ring vacuum pump according to claim 1; characterized in that a single inflow channel (7) of a diameter axis of the control disk (1) lying between the suction and pressure slits (2, 3) is arranged in a parallel longitudinal direction and is designed as a milling groove. 3. Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe für gasförmige Medien nach Anspruch 1 oder 2 zur wahlweisen Mitförderung von Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerscheibe (1) oberhalb des Druckschlitzes (3) und dessen Außenkontor benachbart mindestens einen zusätzlichen vom Druckschlitz (3) getrennten Entlastungsdurchlaß (8) für den Flüssigkeitsring aufweist.3. liquid ring vacuum pump for gaseous media according to claim 1 or 2 for the optional conveyance of liquids, characterized in that the control disc (1) above the pressure slot (3) and its outer contour adjacent at least one additional from the pressure slot (3) separate relief passage (8 ) for the liquid ring. 4. Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Entlastungsdurchlaß (8) als Bohrung oberhalb des Druckschlitzendes vorgesehen ist.4. Liquid ring vacuum pump according to claim 3, characterized in that the relief passage (8) is provided as a bore above the pressure slot end.
EP82105132A 1981-06-24 1982-06-11 Liquid ring vacuum pump for gaseous fluids Expired EP0071715B1 (en)

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