EP0090208A2 - Liquid ring compressor for gases - Google Patents

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EP0090208A2 EP83102234A EP83102234A EP0090208A2 EP 0090208 A2 EP0090208 A2 EP 0090208A2 EP 83102234 A EP83102234 A EP 83102234A EP 83102234 A EP83102234 A EP 83102234A EP 0090208 A2 EP0090208 A2 EP 0090208A2
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    • 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 compressor for gases according to the preamble of patent claim 1.
  • the position of the inner contour of the housing relative to the pressure outlet must be adjusted according to the respective desired pressure ratio.
  • the holes in the hole area which are in the final pressure area, allow the compressed gas to penetrate more easily from the front of the control disk facing the impeller wheel to the rear of the control disk than the holes further away from the final pressure area, since the liquid located on the rear side of the control disk increasingly seals the less pressurized holes on the other side, so that it is practical there is a kind of liquid valve effect.
  • the diameter of the bores must be adapted to the blade thickness and the ratio should not exceed 1.2: 1, a flow limit speed cannot be undercut, so that corresponding flow losses have to be accepted.
  • the said ratio of bore diameter to blade thickness is selected with regard to harmful backflows via bore to bore from the blade chamber to the blade chamber, since backflows that are too large nullify the possible efficiency improvement by decreasing the flow losses due to smaller flow resistances.
  • An increase in the number of bores spaced apart from one another in order to reduce the flow speed is neither possible in the radial extension nor in the circumferential direction, since in the former case the rotating liquid ring would be impaired and in the second case the pressure ratio would be reduced.
  • the invention has for its object to achieve a reduction in the required power consumption and improvement in efficiency for widely varying pressure ratios while eliminating the need for a housing adjustment.
  • the outlet cross sections are increased while the passage area remains the same and the flow velocities or flow losses are thus reduced. If necessary, the area can even be shortened to increase the pressure ratio without reducing the entire outflow cross section of the area and pressure slot (pressure outlet).
  • a noticeably increased intake volume flow increase on average about 10 s
  • a noticeably reduced power consumption on average about $ 15
  • the improvement effect can be intensified, ie a reduction in power consumption over 15 and an intake volume flow higher than 10 can be obtained.
  • the radial slots have a correspondingly curved contour.
  • At least one end-shield is equipped with inlet and outlet connections for the gas to be conveyed and compressed and a pressure fluid supply line, in front of which a flat circular control disk 1 according to FIGS. 1 and 2 is equipped with a Sickle-shaped "suction slit 2 and a crescent-shaped pressure slit 3, along with radial slits 3B arranged in the direction of rotation of the impeller, can be assigned to the other end plate with the same design, the same control disk or a simple circular disk with a bearing plate used exclusively for shaft support.
  • an arcuate region 3A in front of the pressure slot 3 there are a number of radial slots 3B of approximately the same length at a distance from one another, the slot width of which is adapted to the blade thickness of the blade wheel (not shown).
  • the slot length is dimensioned more than twice the slot width and is longer than the radially extending start of the suction slot 3.
  • the total extent of the pressure outlet 3 and 3B in the circumferential direction corresponds approximately to that of the suction slot 2.
  • FIG. 5 shows the comparable arrangement of radial slots 3B for a control disk with a circulating liquid bore 8 behind the suction slot 2.

Abstract

Bei einem Flüssigkeitsringkompressor für Gase weist die Steuerscheibe vor dem sichelförmigen Druckschlitz (3) einen bogenförmigen Bereich (3A) auf, in dem voneinander beabstandet Radialschlitze (3B) liegen, deren Breite und deren Kontur an die Schaufeldicke angepaßt sind, so daß eine Scheibe für unterschiedliche Druckverhältnisse bei unverändert bleibender relativer Gehäuselage brauchbar ist.In the case of a liquid ring compressor for gases, the control disk has an arcuate region (3A) in front of the crescent-shaped pressure slot (3), in which there are radial slots (3B) spaced apart from one another, the width and contour of which are adapted to the blade thickness, so that one disk for different purposes Pressure ratios are usable with the relative housing position remaining unchanged.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsringkompressor für Gase nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a liquid ring compressor for gases according to the preamble of patent claim 1.

Zu dem einschlägigen Stand der Technik gehörten Kompressoren nach der Siemens-Preisliste P 20 I. Teil, Juli 64, Seiten 4 und 5 und der Siemens-Druckschrift E 725/1013 "Vakuumpumpen und Verdichter Siemens-System ELMO-F", d.h. Kompressoren mit Umlaufwasserzuführung hinter dem Saugschlitz bzw. Druckflüssigkeitsdurchlaß für Spaltdichtflüssigkeit, sowie einem dem sichelförmigen Druckschlitz vorgeordneten Lochbereich, die den gesamten Druckauslaß bilden. Die Größe des Druckauslasses und insbesondere des Druckschlitzes wird vom Druckverhältnis des Enddruckes zum Ansaugdruck bestimmt, d.h. der Anfang des Druckauslasses in Umlaufrichtung des Schaufelrades gesehen ist dem jeweiligen Druckverhältnis anzupassen. Zu diesem Zweck muß die Lage der Gehäuseinnenkontur zum Druckauslaß entsprechend dem jeweiligen gewünschten Druckverhältnis verstellt werden. Die Bohrungen des Lochbereiches, die im Enddruckbereich liegen, lassen das komprimierte Gas leichter von der dem Schaufelrad zugewandten Steuerscheibenvorderseite zur Steuerscheibenrückseite dringen als die vom Enddruckbereich weiter entfernten Bohrungen, da die an der Steuerscheibenrückseite befindliche Flüssigkeit den vqrderseitigweniger druckbeaufschlagten Bohrungen zunehmend mehr abschließt, so daß praktisch eine Art Flüssigkeitsventilwirkung vorliegt.The relevant state of the art included compressors according to the Siemens price list P 20 I. part, July 64, pages 4 and 5 and the Siemens publication E 725/1013 "Vacuum pumps and compressors Siemens system ELMO-F", i.e. Compressors with circulating water supply behind the suction slit or hydraulic fluid passage for gap sealing fluid, as well as a perforated area upstream of the crescent-shaped pressure slit, which form the entire pressure outlet. The size of the pressure outlet and in particular the pressure slot is determined by the pressure ratio of the final pressure to the suction pressure, i.e. The beginning of the pressure outlet in the direction of rotation of the impeller is to be adapted to the respective pressure ratio. For this purpose, the position of the inner contour of the housing relative to the pressure outlet must be adjusted according to the respective desired pressure ratio. The holes in the hole area, which are in the final pressure area, allow the compressed gas to penetrate more easily from the front of the control disk facing the impeller wheel to the rear of the control disk than the holes further away from the final pressure area, since the liquid located on the rear side of the control disk increasingly seals the less pressurized holes on the other side, so that it is practical there is a kind of liquid valve effect.

Bei größeren Druckverhältnissen ist vielfach zur Unterstützung der Flüssigkeitsventilwirkung noch ein rückseitiges Plattenventil vorgesehen.In the case of larger pressure ratios, a plate valve on the back is often provided to support the liquid valve effect.

Da der Durchmesser der Bohrungen an die Schaufeldicke angepaßt sein muß und das Verhältnis 1,2 : 1 nicht überschreiten soll, ist eine Strömungsgrenzgeschwindigkeit nicht unterschreitbar, so daß entsprechende Strömungsverluste hingenommen werden müssen. Das besagte Verhältnis von Bohrungsdurchmesser zu Schaufeldicke ist im Hinblick auf schädliche Rückströmungen über Bohrung zu Bohrung von Schaufelkammer zu Schaufelkammer gewählt, da zu große Rückströmungen die an sich mögliche Wirkungsgradverbesserung durch Abnahme der Strömungsverluste infolge kleinerer Strömungswiderstände wieder zunichte machen. Eine Vergrößerung der Zahl der voneinander beabstandeten Bohrungen zwecks Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit ist weder in radialer Erstreckung noch in Umfangsrichtung möglich, da im ersteren Fall der rotierende Flüssigkeitsring beeinträchtigt und im zweiten Fall das Druckverhältnis verringert würde.Since the diameter of the bores must be adapted to the blade thickness and the ratio should not exceed 1.2: 1, a flow limit speed cannot be undercut, so that corresponding flow losses have to be accepted. The said ratio of bore diameter to blade thickness is selected with regard to harmful backflows via bore to bore from the blade chamber to the blade chamber, since backflows that are too large nullify the possible efficiency improvement by decreasing the flow losses due to smaller flow resistances. An increase in the number of bores spaced apart from one another in order to reduce the flow speed is neither possible in the radial extension nor in the circumferential direction, since in the former case the rotating liquid ring would be impaired and in the second case the pressure ratio would be reduced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Herabsetzung der erforderlichen Leistungsaufnahme und Verbesserung des Wirkungsgrades für im weiten Bereich unterschiedliche Druckverhältnisse unter Wegfall der Notwendigkeit einer Gehäuseverstellung zu erreichen.The invention has for its object to achieve a reduction in the required power consumption and improvement in efficiency for widely varying pressure ratios while eliminating the need for a housing adjustment.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruchs 1.The problem is solved by the characterizing measures of claim 1.

Durch die Anbringung von Radialschlitzen mit an die Schaufeldicke angepaßter Schlitzbreite werden die Austrittsquerschnitte bei gleichbleibendem Durchlaßbereich vergrößert und damit die Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Strömungsverluste verringert. Gegebenenfalls kann sogar eine Verkürzung des Bereiches zur Erhöhung des Druckverhältnisses vorgesehen werden, ohne daß der gesamte Ausströmquerschnitt von Bereich und Druckschlitz (Druckauslaß) herabgesetzt wird. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen läßt sich ein merklich erhöhter Ansaugvolumenstrom (Erhöhung im Mittel etwa 10 s) und eine merklich verringerte Leistungsaufnahme (im Mittel etwa 15 $) bei Radialschlitzen erreichen, die die Steuerscheibe quer (α= 90) durchdringen. Bei einer Verringerung des Durchdringungswinkels α auf eine Neigung von α im Grenzfall gegen 0° läßt sich der Verbesserungseffekt noch verstärken, d.h. eine Leistungsaufnahmeminderung über 15 und ein über 10 höherer Ansaugvolumenstrom erhalten.By providing radial slots with a slot width adapted to the blade thickness, the outlet cross sections are increased while the passage area remains the same and the flow velocities or flow losses are thus reduced. If necessary, the area can even be shortened to increase the pressure ratio without reducing the entire outflow cross section of the area and pressure slot (pressure outlet). With the measures according to the invention, a noticeably increased intake volume flow (increase on average about 10 s) and a noticeably reduced power consumption (on average about $ 15) with radial slots that penetrate the control disc across (α = 90). If the penetration angle α is reduced to an inclination of α in the limit case towards 0 °, the improvement effect can be intensified, ie a reduction in power consumption over 15 and an intake volume flow higher than 10 can be obtained.

Bei gekrümmten Schaufeln ist es vorteilhaft, wenn die Radialschlitze entsprechend in ihrer Kontur gekrümmt ausgebildet sind.In the case of curved blades, it is advantageous if the radial slots have a correspondingly curved contour.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend erläutert. Es zeigen

  • Fig. 1 die Rückseite einer Steuerscheibe für ein.Maschinengehäuse mit kreisförmiger Kontur,
  • Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 von der Schaufelradseite gesehen,
  • Fig. 3 und 4 Querschnitte durch die die Radialschlitze enthaltenden Teile der Steuerscheibe,
  • Fig. 5 die Vorderseite einer anderen kreisförmigen Steuerscheibe.
Two embodiments of the invention are shown in the drawing and explained below. Show it
  • 1 shows the back of a control disk for a machine housing with a circular contour,
  • 2 seen the subject of FIG. 1 from the impeller side,
  • 3 and 4 cross sections through the parts of the control disk containing the radial slots,
  • Fig. 5 shows the front of another circular control disc.

In einem nicht dargestellten Maschinengehäuse mit kreisförmiger Innenkontur und stirnseitigen Lagerschilden für die Schaufelradwelle ist zumindest ein Lagerschild mit Ein-und Auslaßstutzen für das zu fördernde und komprimierende Gas und einer Druckflüssigkeitszuleitung ausgestattet, vor dem eine ebene kreisförmige Steuerscheibe 1 gemäß Fig. 1 und 2 mit einem sichelförmigen "Saugschlitz 2 und einem sichelförmigen Druckschlitz 3 nebst diesem in Drehrichtung des Schaufelrades gesehen vorgeordneten Radialschlitzen 3B liegt. Dem anderen Lagerschild kann bei gleicher Ausbildung eine gleiche Steuerscheibe oder aber bei einem ausschließlich der Wellenlagerung dienenden Lagerschild eine einfache Kreisscheibe zugeordnet sein. Die Wellendurchlässe 4 in den Lagerschilden und den Steuer- bzw. Kreisscheiben 1 sind exzentrisch angeordnet und von einem ringförmigen Druckflüssigkeitsdurchlaß 6 mi.t einer Einströmrinne 7 hinter dem Saugschlitz umgeben; der Durchlaß 6 ist mit dem Druckflüssigkeitseinlauf 5 in Verbindung stehend. In einem bogenförmigen Bereich 3A vor dem Druckschlitz 3 liegen eine Anzahl von Radialschlitzen 3B etwa gleicher Länge mit Abstand voneinander, deren Schlitzbreite an die Schaufeldicke des nicht dargestellten Schaufelrades angepaßt ist. Die Schlitzlänge ist mehr als das Doppelte der Schlitzbreite bemessen und ist länger als der radial erstreckte Anfang des Saugschlitzes 3. Die Gesamtausdehnung des Druckauslasses 3 und 3B in Umlaufrichtung gesehen entspricht etwa der des Saugschlitzes 2.In a machine housing (not shown) with a circular inner contour and end-side end shields for the impeller shaft, at least one end-shield is equipped with inlet and outlet connections for the gas to be conveyed and compressed and a pressure fluid supply line, in front of which a flat circular control disk 1 according to FIGS. 1 and 2 is equipped with a Sickle-shaped "suction slit 2 and a crescent-shaped pressure slit 3, along with radial slits 3B arranged in the direction of rotation of the impeller, can be assigned to the other end plate with the same design, the same control disk or a simple circular disk with a bearing plate used exclusively for shaft support. The shaft passages 4 in the end shields and the control or circular disks 1 eccentrically arranged and surrounded by an annular pressure fluid passage 6 with an inflow channel 7 behind the suction slot; the passage 6 is connected to the pressure fluid inlet 5. In an arcuate region 3A in front of the pressure slot 3 there are a number of radial slots 3B of approximately the same length at a distance from one another, the slot width of which is adapted to the blade thickness of the blade wheel (not shown). The slot length is dimensioned more than twice the slot width and is longer than the radially extending start of the suction slot 3. The total extent of the pressure outlet 3 and 3B in the circumferential direction corresponds approximately to that of the suction slot 2.

Aus fertigungstechnischen Gründen sind gemäß Fig_. 4 quer (α= 90) zur Steuerscheibe 1 von der Schaufelradseite 1A zur Rückseite 1B gerichtete Radialschlitze 3B einfach herzustellen und zu kalibrieren. Für ein möglichst strömungswiderstandsarmes Fließen des Gases von den Schaufelkammern hin zum Druckauslaß ist es gemäß Fig. 3 vorteilhaft, in der Drehrichtung von innen nach außen unter einem Winkel α geneigte Radialschlitze 3B vorzusehen, wobei der Neigungswinkel α kleiner als 90° sein kann. Dadurch steht effektiv ein maximaler Ausströmquerschnitt zur Verfügung.For manufacturing reasons, according to FIG. 4 radial slots 3B directed transversely (α = 90) to the control disk 1 from the impeller side 1A to the rear 1B are simple to produce and to calibrate. 3, it is advantageous to provide radial slots 3B inclined in the direction of rotation from the inside to the outside at an angle .alpha., Where the angle of inclination .alpha. Can be less than 90.degree. This means that a maximum outflow cross-section is effectively available.

In Fig. 5 ist für eine Steuerscheibe mit Umlaufflüssigkeitsbohrung 8 hinter dem Saugschlitz 2 die vergleichbare Anordnung von Radialschlitzen 3B gezeigt.5 shows the comparable arrangement of radial slots 3B for a control disk with a circulating liquid bore 8 behind the suction slot 2.

Claims (5)

1. Flüssigkeitsringkompressor für Gase mit einem ein Schaufelrad exzentrisch umgebenden Maschinengehäuse zumindest annähernd kreisförmiger Innenkontur, das stirnseitig von Lagerschilden für die Schaufelradwelle abgeschlossen ist, von denen wenigstens ein Lagerschild getrennte Saug- und Druckstutzen aufweist, die über Saug- und Druckschlitze in einer jeweils zwischen Lagerschild und Gehäuse angeordneten ebenen Steuerscheibe mit Schaufelkammern des Schaufelrades in Verbindung stehen, einem Druckflüssigkeitsdurchlaß und/ oder einer Umlaufwasserbohrung im Schaufelkammerbreich hinter dem Saugschlitz, wobei vor dem sichelförmigen Druckschlitz innerhalb eines bogenförmigen Bereiches noch eine Mehrzahl von kleineren Druckdurchlässen verteilt angeordnet sind und dieser Bereich in radialer Richtung über die anfängliche Druckschlitzbreite hinausragt, wobei die Abmessungen der Druckdurchlässe in Umfangsrichtung an die sie überstreichende Schaufeldicke angepaßt sind, dadurch gekennzeichnet , daß in dem bogenförmigen Bereich (3A) der Steuerscheibe (1) vor dem radialgerichteten Druckschlitzanfang eine Anzahl von Radialschlitzen (3B) mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind, deren Schlitzbreite an die Schaufeldicke angepaßt ist.1. Liquid ring compressor for gases with a machine housing at least approximately circular inner contour surrounding an impeller eccentrically, which is closed at the end by end shields for the impeller shaft, at least one end shield of which has separate suction and pressure ports, which have suction and pressure slots in each between end shields and housing arranged planar control disc are connected to vane chambers of the vane wheel, a hydraulic fluid passage and / or a circulating water bore in the vane chamber area behind the suction slot, with a plurality of smaller pressure passages being arranged in front of the crescent-shaped pressure slot within an arcuate area and this area in the radial direction protrudes beyond the initial pressure slot width, the dimensions of the pressure passages being adapted in the circumferential direction to the blade thickness sweeping over them, characterized in that in a number of radial slots (3B) are arranged at a mutual distance from the arcuate region (3A) of the control disk (1) before the radially directed pressure slot start, the slot width of which is adapted to the blade thickness. 2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der bogenförmige Bereich (3A) eine einheitliche radiale Breite hat.2. Compressor according to claim 1, characterized in that the arcuate region (3A) has a uniform radial width. 3. Kompressor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge jedes Radialschlitzes (3B) mehr als doppelt so groß wie seine Breite gewählt ist.3. Compressor according to claim 1 and 2, characterized in that the length of each radial slot (3B) is selected more than twice as large as its width. 4. Kompressor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Neigung der Radialschlitze (3B) von der Steuerscheibenvorderseite zur Steuerscheibenrückseite in Umlaufrichtung einen Winkel α gegen die Steuerscheibenebene einschließt, der ≤ 90° ist.4. Compressor according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the inclination of the radial slots (3B) from the front of the control disc to the rear of the control disc in the circumferential direction enclose an angle α against the control disc plane which is ≤ 90 °. 5. Kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontur der Radialschlitze (3B) an die Schaufelkrümmung angepaßt gekrümmt ist.5. Compressor according to one of the preceding claims, characterized in that the contour of the radial slots (3B) is curved to match the blade curvature.
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Inventor name: LUEBKE, WILFRIED