EP0179311A1 - Flüssigkeitsring-Verdichter - Google Patents

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EP0179311A1
EP0179311A1 EP85112413A EP85112413A EP0179311A1 EP 0179311 A1 EP0179311 A1 EP 0179311A1 EP 85112413 A EP85112413 A EP 85112413A EP 85112413 A EP85112413 A EP 85112413A EP 0179311 A1 EP0179311 A1 EP 0179311A1
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Sihi GmbH and Co KG
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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
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/12—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • F04C29/122—Arrangements for supercharging the working space
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a liquid ring compressor, in particular for the operating range of intake pressures below 1 bar, with a control disk arranged closely adjacent to at least one end face of the impeller of the possibly last compressor stage, with a pressure passage for the pumped medium.
  • the minimum intake pressures that can be achieved by the compressors depend on the design of such compressors, but also on the vapor pressure of the medium used as the operating fluid. If * compressors are operated with suction-side pressure that is close to the vapor pressure of the operating fluid, the mass flow of gas that is pumped by the pump becomes correspondingly low and the proportion of steam on the compressor suction side is correspondingly large. Cavitation in the compressor then occurs, which is particularly evident on the control disc in the area of the pressure passage of the last compressor stage, if any, and on the impellers. The reason for this is that with such minimal mass flows in the vane cells shortly before opening against the pressure chamber of the compressor of the possibly last compressor stage, there is still a relatively high negative pressure.
  • Liquid accumulates in the pressure chamber itself - since there is hardly any mass flow - and this finally also covers the initial area of the pressure passage, so that when the impeller cells are opened towards the pressure chamber, there is an abrupt return flow of liquid into the cell, so high Speeds are reached that erosion damage occurs at the wing and pressure passage edges and that evaporation occurs and the vapor bubbles then collapse again when they enter the wing cells and the subsequent rise in pressure and cause the undesirable cavitation damage.
  • the opening in the pressure passage of the last compressor stage if any, at a distance from the end face of the impeller which corresponds approximately to a thickness of the impeller in the region of the pressure passage or somewhat less. If the opening on the impeller end face is too tight, disturbing flow noises will appear. If the opening is too far from the end face, part of the cavitation and erosion-inhibiting effect will be lost.
  • a preferred location for opening the opening in the pressure passage of the last compressor stage, if applicable, is the radially outer limitation of the pressure passage of the control disk. From here, si.ch allows the opening to pass through the control disk to the outside in a particularly simple form and from there via an external connection to a room in which the final pressure of the compressor prevails.
  • a further preferred embodiment of the invention is the arrangement of the opening in the pressure passage of the optionally last compressor stage gf g in this area in.
  • Existing slope of the running about straight or also bent radial pressure passage limitation On the one hand, with this arrangement, the opening comes very close to the start of the pressure passage and, on the other hand, the distance to the end face of the impeller can be precisely determined by the corresponding position of the opening.
  • a particularly simple embodiment of the invention is to be seen in the fact that the opening in the pressure passage of the last compressor stage, if any, is designed as a simple bore. As is easy to see, this poses the least difficulties in terms of production technology.
  • control disk 4 there is the pressure passage 5 which connects the impeller cells to the pressure chamber 6, which is delimited by the pressure housing 7.
  • the shaft passage to the outside is sealed by a packing 8.
  • the opening 9 is arranged in the control disk 4 at a distance a from the end face of the impeller, this distance corresponding approximately to an impeller width in the pressure passage area or less.
  • FIGS. III to V show partial sections of a compressor in which the suction and pressure ports are arranged on one side of the compressor.
  • the impeller 2 is fastened again on the shaft 1 and the pump delivery space is limited once by the housing 3 and the impeller end face by the control disk 4.
  • the compressor housing 7 contains both the suction port 13 and the pressure port 10 of the compressor and is through the rib 12 in the Suction chamber 14 and the pressure chamber 6 divided ..
  • the suction passage 11 Through the suction passage 11, the gas flows into the impeller cells and leaves them again through the pressure passage 5.
  • the beginning of the pressure passage 5 is designed as a slope 14 and the opening 9 according to the invention opens here , which is guided through a corresponding housing cam 15 to the outside.
  • a check valve can then be arranged in the bore 9 or also in the connecting line adjoining it, which is not shown, which prevents the escape of liquid from the pump cells to the outside when the pump is pumping in operating areas with larger mass flows.

Abstract

In einem Flüssigkeitsring-Verdichter wird durch Zugabe von Luft bzw. Gas von aussen mittels Kanälen (9), mit einem Druck der etwa dem Verdichtungsdruck entspricht, in bestimmten Druckschlitzbereichen (5) erreicht, daß die unter bestimmten Betriebsbedingungen auftretenenden Erosions und Kavitationsschäden vermieden werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsring-Verdichter insbesondere für den Betriebsbereich von Ansaugdrücken unter 1 bar mit mindestens an einer Stirnseite des Flügelrades der ggf. letzten Verdichterstufe eng angrenzend angeordneter Steuerscheibe mit einem Druckdurchlass für das Fördermedium.
  • Die von den Verdichtern minimal zu erreichenden Ansaugdrücke hängen einmal ab von der konstruktiven Gestaltung solcher Verdichter, zum anderen aber auch von dem Dampfdruck des als Betriebsflüssigkeit verwendeten Mediums. Wird *Verdichtermit saugseitigem Druck betrieben, der nahe an dem Dampfdruck der Betriebsflüssigkeit liegt, so wird der Massenstrom an Gas, der von der Pumpe gefördert wird, entsprechend gering und der auf der Verdichtersaugseite anfallende Dampfanteil ensprechend groß. Es kommt dann schließlich zu Kavitationserscheinungen im Verdichter, die sich insbesondere an der Steuerscheibe im Bereich des Druckdurchlasses der ggf. letzten Verdichterstufe und an den Flügelrädern zeigen. Ursache dafür ist, daß bei solchen minimalen Massenströmen in den Flügelzellen kurz vorm Öffnen gegen den Druckraum des Verdichters der ggf. letzten Verdichterstufe noch ein relativ hoher Unterdruck herrscht. Im Druckraum selbst - da kaum Massenstrom herrscht - sammelt sich Flüssigkeit an und diese bedeckt schließlich auch den Anfangsbereich des Druckdurchlasses, so daß beim öffnen der Flügelradzellen zum Druckraum hin es durch den Druckdurchlass zu einem schlagartigen Rückstrom von Flüssigkeit in die Zelle kommt, hierbei so hohe Geschwindigkeiten erreicht werden, daß einmal an den Flügel - und Druckdurchlasskanten Erosionsschäden auftreten und daß Verdampfungen auftreten und die Dampfblasen dann beim Eintritt in die Flügelzellen und beim dann folgenden Druckanstieg wieder zusammenfallen und die unerwünschten Kavitationsschäden hervorrufen.
  • Bisher hat man versucht das zu verhindern, indem man beispielsweise auf der Verdichtersaugseite oder aber bei mehrstufigen Verdichtern zwischen den Stufen Luft oder Gas von außen zugibt, was jedoch den Nachteil hat, daß dadurch die Verdichterleistung bei Zugabe dieses Gases oder dieser Luft nachteilig beeinflußt wird.
  • Darüberhinaus ist es sehr schwierig,die Zugabe von loft bzw. Gas richtig zu steuern, da die Zugabe bei ganz bestimmten Ansaugdrücken des Verdichters einsetzen muß und entsprechend empfindliche Ventile, die in engen Druckbereichen ansprechen, sehr kostspielig und aufwendig und darüberhinaus auch sehr empfindlich sind.
  • Man hat weiter versucht Kavitations- und Erosionsschäden bei diesen Verdichtern zu vermeiden, indem man insbesondere bei hohen Unterdrücken, aus dem Druckraum der Verdichter Flüssigkeit und Gas getrennt abführt und somit den Druckdurchlass auch bei niedrigen Ansaugdrücken des Verdichters, d. h. bei niedrigen Massenströmen vollkommen flüssigkeitsfrei hält. Nachteilig ist hierbei, daß die getrennte Abführung von Gas und Flüssigkeit aus dem Druckraum des Verdichters entsprechend aufwendig ist und auch eine Regelung vorgesehen sein muß, die die getrennte Abführung eben insbesondere bei niedrigen Ansaugdrücken des Verdichers wirksam werden läßt.
  • Bei einer weiteren Ausführung in einem speziellen Verdichter mit vertikaler Welle ist die Rückführung von Gas bzw. Luft in den Druckraum des Verdichters bekannt eine Maßnahme,die jedoch nur einen Teilerfolg gebracht hat bzw. sich bei anderen Verdichtern als völlig wirkungslos erwiesen hat.
  • Um die Nachteile zu vermeiden wird erfindungsgemäß deshalb vorgeschlagen, bei dem Flüssigkeitsring-Verdichter, in Drehrichtung gesehen, im ersten Viertel des nicht durch Ventile oder Klappen abdeckbaren Teiles des Druckdurchlasses der ggf. letzten Verdichterstufe eine öffnung anzuordnen, die direkt verbunden ist mit einem Gas- /Luftraum in dem etwa der Verdichtungsdruck des Verdichters herrscht. Bei niedrigen Massenströmen des Verdichters herrscht in diesem Bereich des Druckdurchlasses ein geringfügiger Unterdruck, hervorgerufen durch das laufende öffnen der Flügelradzellen, in denen der Verdichterendruck noch nicht erreicht ist. Das durch den Unterdruck einströmende Gas bzw. die einströmende Luft verhindert dann, daß Flüssigkeit in diesem Bereich in die Flügelradzellen zurückströmt und verhindert damit natürlich auch die oben beschriebenen Kavitations- und Erosionsschäden.
  • Weiter wird vorgeschlagen, die in den Druckdurchlass der Verdichterstufe mündende Öffnung mit dem Gasraum des dem Verdichter nachgeschalteten Abscheidebehälters zu verbinden. Hierdurch läßt sich in besonders einfacher Weise erreichen, daß an dieser Stelle im Druckdurchlass ein Druck zur Verfügung steht, der etwa dem Verdichtungsdruck des Verdichters entspricht.
  • Es hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, die Öffnung im Druckdurchlass der ggf. letzten Verdichterstufe in einem Abstand von der Stirnfläche des Flügelrades entfernt anzuordnen, der etwa einer Stärke des Flügelrades im Bereich des Druckdurchlasses oder etwas weniger entspricht. Bei einer zu dichten Anordnung der Öffnung an der Flügelradstirnseite zeigen sich störende Strömungs- geräusche.Bei zu großer Entfernung von der Stirnseite des Flügelrades geht ein Teil der kavitations- und erosionshemmenden Wirkung verloren.
  • Eine bevorzugte Stelle zur Mündung der Öffnung im Druckdurchlass der ggf. letzten Verdichterstufe ist die radial äußere Begrenzung des Druckdurchlasses der Steuerscheibe. Von hier aus läßt si.ch in besonders einfacher Form die Öffnung durch die Steuerscheibe hindurch nach außen führen und von dort aus über eine externe Verbindung zu einem Raum in dem etwa der Enddruck des Verdichters herrscht.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung der Öffnung im Druckdurchlass der ggf. letzten Verdichterstufe in der in diesem Bereich ggf. vorhandenen Schräge der etwa geraden oder aber auch gebogen ausgeführt radialen Druckdurchlassbegrenzung. Einmal kommt man bei dieser Anordnung mit der Öffnung sehr nahe an den Druckdurchlassbeginn und zum anderen kann man durch die entsprechende Lage der Öffnung auch die Entfernung zur Stirnseite des Flügelrades hin genau festlegen.
  • Eine besonders einfache Ausführung der Erfindung ist weiter darin zu sehen, die Öffnung im Druckdurchlass der ggf. letzten Verdichterstufe als einfache Bohrung auszuführen. Wie leicht einzusehen, bereitet das fertigungstechnisch die geringsten Schwierigkeiten.
  • Um ein Austreten von Flüssigkeit und Gas beim Betrieb des Verdichters mit größeren Massenströmen durch die öffnung im Druckdurchlass der ggf. letzten Verdichterstufe zu verhindern, wird vorgeschlagen, in die Verbindungsleitung nach außen ein Rückschlagventil einzubauen. Dieses würde den Weg für Gas oder Luft in den Verdichter dann jeweils bei entsprechenden Betriebsverhältnissen, d. h. bei entsprechend niedrigen Ansaugdrücken des Verdichters freigeben.
  • Die Erfindung sei beispielsweise an hand der beigefügten Zeichnungen erläutert.
    • Figur I zeigt einen Teilquerschnitt durch einen Verdichter gemäß Schnittlinie BB aus Figur II.
    • Figur IIzeigt eine Teildraufsicht auf die Steuerscheibe des Verdichters gemäß Schnittlinie AA aus Figur I.
    • Figur in zeigt den Teilquerschnitt durch einen Verdichter mit Saug- und Druckstutzen auf einer Verdichterseite angeordnet gemäß Schnittlinie EE aus Figur IV.
    • Figur IV zeigt eine Teildraufsicht auf die Steuerscheibe gemäß Schnittlinie CC aus Figur III.
    • Figur V zeigt eine Detailvergrößerung gemäß Schnittlinie DD aus Figur IV.
  • In Figur I ist auf der Welle 1 das Flügelrad 2 befestigt, das sich im Gehäuse 3 dreht und an der Stirnseite durch die Steuerscheibe 4 begrenzt wird.
  • In der Steuerscheibe 4 befindet sich der Druckdurchlass 5 der die Flügelradzellen mit dem Druckraum 6 verbindet, der durch das Druckgehäuse 7 begrenzt wird. Der Wellendurchtritt nach außen wird durch eine Packung 8 abgedichtet. Erfindungsgemäß ist in der Steuerscheibe 4 die öffnung 9 angeordnet im Abstand a von der Stirnseite des Flügelrades wobei diese Entfernung etwa einer Flügelradbreite im Druckdurchlassbereich oder weniger entspricht.
  • In Figur IIist wiederum die Welle 1 erkennbar, sowie auch in Draufsicht die Steuerscheibe 4 mit dem darin angeordneten Druckdurchlass 5. Gestrichelt ist die in der Steuerscheibe zum Druckdurchlass führende Bohrung 9 gezeigt, die wie hier erkennbar, im ersten Viertel des Druckdurchlasses mündet. Durch den Druckstutzen 10 verlassen sowohl aus den Flügelradzellen ausgestoßene Flüssigkeiten wie auch das Gas den Verdichter.
  • In den Figuren III bis V werden Teilschnitte eines Verdichters dargestellt, bei dem Saug- und Druckstutzen auf einer Verdichterseite angeordnet sind. Das Flügelrad 2 ist wieder auf der Welle 1 befestigt und der Pumpenförderraum wird begrenzt einmal durch das Gehäuse 3 und flügelradstirnseitig durch die Steuerscheibe 4. Das Verdichtergehäuse 7 enthält sowohl den Saugstutzen 13 wie auch den Druckstutzen 10 des Verdichters und ist durch die Rippe 12 in den Saugraum 14 und den Druckraum 6 unterteilt..Durch den Saugdurchlass 11 strömt das Gas in die Flügelradzellen ein und verläßt sie wieder durch den Druckdurchlass 5. Der Beginn des Druckdurchlasses 5 ist dabei als Schräge 14 ausgeführt und hier hinein mündet di.e erfindungsgemäße öffnung 9, die durch einen entsprechenden Gehäusenocken 15 nach außen geführt wird. In die Bohrung 9 bzw. auch in die daran anschließende Verbindungsleitung kann man dann noch,was nicht dargestellt ist, ein Rückschlagventil anordnen, das den Austritt von Flüssigkeit aus den Pumpenzellen nach außen verhindert, wenn die Pumpe in Betriebsbereichen mit größeren Massenströmen fördert.

Claims (7)

1. Flüssigkeitsring-Verdichter, insbesondere für den Be-triebsbereich von Ansaugdrücken unter 1 bar mit mindestens an einer Stirnseite des Flügelrades der ggf. letzten Verdichterstufe eng angrenzend angeordneter Steuerscheibe mit einem Druckdurchlass für das Fördermedium, dadurch gekennzeichnet, daß in Drehrichtung gesehen in ersten Viertel des nicht durch Ventile oder Klappen abdeckbaren Teiles des Druckdurchlasses der ggf. letzten Verdichterstufe eine Öffnung angeordnet ist die direkt verbunden ist mit einem Gas- /Luftraum in dem etwa der Verdichtungsdruck des Verdichters herrscht.
2. Flüssigkeitsring-Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Druckdurchlass der ggf. letzten Verdichterstufe mündende öffnung verbunden ist mit dem Gasraum des dem Verdichter nachgeschalteten Abscheidebehälters.
3. Flüssigkeitsring-Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung im Druckdurchlass der ggf. letzten Verdichterstufe in einem Abstand der ca. einer Flügelstärke des Flügelrades im Bereich des Druckdurchlasses oder weniger entspricht von der Stirnfläche des Flügelrades entfernt angeordnet ist.
4. Flüssigkeitsring-Verdichter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung im Druckdurchlass der ggf. letzten Verdichterstufe in der radial äußeren Begrenzung des Druckdurchlasses in der Steuerscheibe mündet.
5. Flüssigkeitsring-Verdichter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung im Druckdurchlass der ggf. letzten Verdicherstufe in der in diesem Bereich ggf. vorhandenen Schräge der etwa geraden oder auch gebogenen ausgeführten radialen Druckschlitzbegrenzung mündet.
6. Flüssigkeitsring-Verdichter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung im Druckdurchlass der ggf. letzten Verdichterstufe als einfache Bohrung ausgeführt ist.
7. Flüssigkeitsring-Verdichter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuführungsleitung zur öffnung im Druckdurchlass der ggf. letzten Verdichterstufe ein Rückschlagventil eingebaut ist.
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