EP0401397B1 - Liquid-ring compressor - Google Patents
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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 compressor according to the preamble of claim 1.
- Such a liquid ring compressor is known from DE-C-32 10 161.
- a plurality of additional openings of the same size designed as slots are provided in front of the pressure opening.
- the invention is therefore based on the object of developing a liquid ring compressor according to the preamble of claim 1 in such a way that the pressure losses of the type mentioned above are further reduced.
- the additional openings In the case of a liquid ring compressor with a flat control disk, it is particularly advantageous for the additional openings to extend in the radial direction up to the liquid ring extend that the envelope curve over the radially outer ends of the additional openings corresponds at least approximately to the course of the liquid ring which occurs at the nominal pressure ratio of the compressor. As a result, better compatibility of liquid-side liquid conveyance is also achieved. Excess liquid can be expelled through the additional openings reaching to the liquid ring even before the actual pressure opening, so that there are no longer any undesirable pressures causing loss of performance in the area of the apex of the compressor.
- the desired dimensioning of the passage area of the additional openings is achieved in a liquid ring compressor with a conically shaped control element in that the additional openings are designed as straight-line slots, the length of which decreases towards the pressure opening.
- the compressor housing which surrounds a blade wheel 5 which is offset eccentrically with respect to the housing axis 4 with its shaft axis 3.
- the impeller 5 is mounted in bearing plates 6 attached to the compressor housing 2.
- a suction and pressure port is arranged, of which only the suction port 7 is visible in the sectional view, for example.
- a flat control disk 8 is inserted between the end shield 6 and the compressor housing 2.
- This control disk 8 has at least one suction opening 9 and one pressure opening 10. Via these suction and pressure openings 9 and 10, the suction and pressure ports are connected to the respective vane chambers, which overlap with the suction and pressure openings 9 and 10.
- gas can be sucked into the relevant blade chambers via the suction nozzle 7 and the suction opening 9 and gas can be expelled from the respective blade chambers via the pressure opening 10 and the pressure nozzle.
- FIGS. 2 and 3 show several additional openings 12 are provided on the flat control disk 8 in relation to the compression direction (arrow 11) in front of the pressure opening 10. These additional openings 12 are covered on the side of the control disk 8 facing away from the impeller 5 by check valves. These check valves open the respective additional opening 12 as soon as there is a slightly higher pressure in the blade chamber passing by than at the pressure port. The gas compressed in the relevant vane chamber can thus flow out.
- the additional openings 12 are formed in the radial direction with different lengths, the length of the additional openings 12 decreasing towards the pressure opening 10.
- additional openings 12 thus have a passage area which decreases towards the pressure opening, since their width remains constant and is only slightly wider or equal to or smaller than the thickness of the blades of the impeller 5 is dimensioned.
- the additional openings 12 are adapted in their radial course to the radial course of the blades, so that the respective additional opening 12 is completely covered when a blade passes by. In this way, backflows through the additional openings 12 between two different blade chambers can be avoided.
- the additional openings 12 are dimensioned in their radial length such that they extend with their radially outer end 16 up to the course 13 or 14 or 15 of the liquid ring which is set in accordance with the nominal pressure ratio of the liquid ring compressor. This achieves a maximum passage area for each individual additional opening 12 as well as a maximum total passage area for the additional openings 12 released by the check valves at the respective pressure conditions.
- the passage area available in each case is therefore in a first approximation proportional to the gas mass present in the blade chambers, so that the pressure losses are significantly reduced as a result of this adaptation.
- a cone-like control element 17 is provided instead of a flat control disk 8.
- This control element extends coaxially to the shaft 18 of the compressor and engages under the impeller 19 over an axial partial length.
- a suction and a pressure opening 9 and 10 are again provided on the conical surface 20 of this control element 17, as shown in the development according to FIG. 5, a suction and a pressure opening 9 and 10 are again provided on the conical surface 20 of this control element 17, as shown in the development according to FIG. 5, a suction and a pressure opening 9 and 10 are again provided.
- a plurality of additional openings 22 are connected upstream of the pressure opening.
- the width 21 of these additional openings 22 is either slightly wider or the same or smaller than the thickness of the blades on the blade base, so that again a complete coverage of the individual additional openings 22 is achieved by the passing blades.
- the individual additional openings 22 are shortened toward the pressure opening 10 in relation to the previous additional opening 22.
- the necessary reduction in the passage area of the additional openings 22 closer to the pressure opening 10 is thus achieved.
- the reduction from the additional opening to the additional opening is selected such that the total passage area of the additional openings 22, respectively opened by the check valves, is approximately proportional to the gas mass present in the respective vane chambers.
- the degree of reduction from additional opening to additional opening is determined by the nominal pressure ratio of the compressor.
- each additional opening 22 opens into a channel 24 formed in the cone body 23 of the cone-shaped control element 17.
- the channels 24 are closed in themselves except for their outlet opening 26 lying on the end face 25 of the cone-like control element 17 and against each other delimited. A sufficient flow cross-section is available through these channels 24 for the gas mass to be discharged, so that no additional pressure losses occur.
- this check valve consists of an elastic valve plate 27 resting on the outlet opening 26.
- a catch plate 28 is arranged at a certain distance from the valve plate 27, against which the valve plate 27 comes to rest ( shown in dashed lines) when gas and / or liquid is expelled via the relevant additional opening 22 and the channel 24.
- an arrangement is also possible in which the valve tongues protrude into the cone and directly cover the additional openings. This eliminates the gas-filled space between the additional openings and the valve tongues, in accordance with the arrangement shown in FIG.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsringverdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a liquid ring compressor according to the preamble of claim 1.
Ein solcher Flüssigkeitsringverdichter ist durch die DE-C-32 10 161 bekannt. Bei diesem Verdichter sind vor der Drucköffnung mehrere, gleich große als Schlitze ausgebildete Zusatzöffnungen vorgesehen.Such a liquid ring compressor is known from DE-C-32 10 161. In the case of this compressor, a plurality of additional openings of the same size designed as slots are provided in front of the pressure opening.
Es hat sich gezeigt, daß es bei einer solchen Ausbildung der Zusatzöffnungen insbesondere bei höheren Ansaugdrücken und im Überdruckbereich, d.h. bei einem gegenüber dem Atmosphärendruck höheren Verdichtungsdruck, doch noch zu nennenswerten Druckverlusten beim Durchströmen der Zusatzöffnungen kommt.It has been shown that with such a configuration of the additional openings, in particular at higher intake pressures and in the overpressure range, i.e. at a compression pressure that is higher than atmospheric pressure, but there is still significant pressure loss when flowing through the additional openings.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsringverdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß die Druckverluste der vorstehend genannten Art weiter reduziert werden.The invention is therefore based on the object of developing a liquid ring compressor according to the preamble of claim 1 in such a way that the pressure losses of the type mentioned above are further reduced.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch die beschriebene Bemessung der Durchtrittsfläche der einzelnen Zusatzöffnungen steht an jeder Stelle des Auslaßbereiches eine jeweils den an dieser Stelle vorliegenden Verhältnissen (Gasmasse, Verdichtungsdruck) entsprechende Durchtrittsfläche zur Verfügung, so daß sich nur noch minimale Verluste ergeben.The problem is solved by the features specified in the characterizing part of claim 1. Due to the described dimensioning of the passage area of the individual additional openings, a passage area corresponding to the prevailing conditions (gas mass, compression pressure) is available at each point of the outlet area, so that there are only minimal losses.
Bei einem Flüssigkeitsringverdichter mit einer ebenen Steuerscheibe ist es besonders vorteilhaft, daß sich die Zusatzöffnungen in radialer Richtung derart bis zu dem Flüssigkeitsring erstrecken, daß die Hüllkurve über die radial außenliegenden Enden der Zusatzöffnungen zumindest angenähert dem sich bei dem Nenndruckverhältnis des Verdichters einstellenden Verlauf des Flüssigkeitsringes entspricht. Hierdurch wird ferner eine bessere Verträglichkeit von saugseitiger Flüssigkeitsmitförderung erreicht. Überschüssige Flüssigkeit kann durch die bis zum Flüssigkeitsring reichenden Zusatzöffnungen bereits vor der eigentlichen Drucköffnung ausgestoßen werden, so daß es im Bereich des Scheitelpunktes des Verdichters nicht mehr zu unerwünschten, Leistungsverluste verursachenden Pressungen kommt.In the case of a liquid ring compressor with a flat control disk, it is particularly advantageous for the additional openings to extend in the radial direction up to the liquid ring extend that the envelope curve over the radially outer ends of the additional openings corresponds at least approximately to the course of the liquid ring which occurs at the nominal pressure ratio of the compressor. As a result, better compatibility of liquid-side liquid conveyance is also achieved. Excess liquid can be expelled through the additional openings reaching to the liquid ring even before the actual pressure opening, so that there are no longer any undesirable pressures causing loss of performance in the area of the apex of the compressor.
Die gewünschte Bemessung der Durchtrittsfläche der Zusatzöffnungen wird bei einem Flüssigkeitsringverdichter mit einem konusförmig ausgebildeten Steuerelement dadurch erreicht, daß die Zusatzöffnungen als geradlinige Schlitze ausgebildet sind, deren Länge zur Drucköffnung hin abnimmt.The desired dimensioning of the passage area of the additional openings is achieved in a liquid ring compressor with a conically shaped control element in that the additional openings are designed as straight-line slots, the length of which decreases towards the pressure opening.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird der Anmeldungsgegenstand nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:
- FIG 1
- in einem Teilschnitt einen Flüssigkeitsringverdichter mit einer ebenen Steuerscheibe,
- FIG 2
- eine für bestimmte Nenndruckverhältnisse ausgebildete ebene Steuerscheibe in Draufsicht,
- FIG 3
- eine für ein anderes Nenndruckverhältnis ausgebildete ebene Steuerscheibe in Draufsicht,
- FIG 4
- in einem Teilschnitt einen Flüssigkeitsringverdichter mit einem konusförmig ausgebildeten Steuerelement,
- FIG 5
- ein konusförmiges Steuerelement in abgewickelter Darstellung,
- FIG 6
- ein konusförmiges Steuerelement in Stirnansicht,
- FIG 7
- einen Teilschnitt des konusförmigen Steuerelementes entlang der Linie VII-VII in FIG 6.
- FIG. 1
- in a partial section a liquid ring compressor with a flat control disk,
- FIG 2
- a planar control disk designed for certain nominal pressure ratios in plan view,
- FIG 3
- a planar control disk designed for a different nominal pressure ratio in plan view,
- FIG 4
- in a partial section a liquid ring compressor with a conical control element,
- FIG 5
- a conical control element in a developed representation,
- FIG 6
- a conical control element in front view,
- FIG 7
- 6 shows a partial section of the conical control element along the line VII-VII in FIG. 6.
Bei dem in einem Teilschnitt dargestellten Flüssigkeitsringverdichter 1 ist mit 2 das Verdichtergehäuse bezeichnet, das ein mit seiner Wellenachse 3 exzentrisch gegenüber der Gehäuseachse 4 versetztes Schaufelrad 5 umschließt. Die Lagerung des Schaufelrades 5 erfolgt in an dem Verdichtergehäuse 2 angebauten Lagerschilden 6. An dem in der Zeichnung dargestellten einen Lagerschild 6 ist jeweils ein Saug- und Druckstutzen angeordnet, von denen in der Schnittdarstellung beispielsweise nur der Saugstutzen 7 sichtbar ist. Zwischen dem Lagerschild 6 und dem Verdichtergehäuse 2 ist eine ebene Steuerscheibe 8 eingefügt. Diese Steuerscheibe 8 weist mindestens eine Saugöffnung 9 und eine Drucköffnung 10 auf. Über diese Saug- und Drucköffnung 9 und 10 stehen der Saug- und der Druckstutzen mit den jeweiligen, sich mit der Saug- und Drucköffnung 9 und 10 deckenden Schaufelkammern in Verbindung. Dadurch kann über den Saugstutzen 7 und die Saugöffnung 9 Gas in die betreffenden Schaufelkammern eingesaugt und über die Drucköffnung 10 und den Druckstutzen Gas aus den jeweiligen Schaufelkammern ausgestoßen werden.In the case of the liquid ring compressor 1 shown in a partial section, 2 denotes the compressor housing, which surrounds a
Wie die Darstellung in den FIG 2 und 3 zeigt, sind an der ebenen Steuerscheibe 8 in bezug auf die Verdichtungsrichtung (Pfeil 11) vor der Drucköffnung 10 mehrere Zusatzöffnungen 12 vorgesehen. Diese Zusatzöffnungen 12 sind auf der dem Schaufelrad 5 abgewandten Seite der Steuerscheibe 8 durch Rückschlagventile abgedeckt. Diese Rückschlagventile geben die jeweilige Zusatzöffnung 12 frei, sobald in der an ihr vorbeistreichenden Schaufelkammer ein geringfügig höherer Druck als am Druckstutzen herrscht. Damit kann das in der betreffenden Schaufelkammer verdichtete Gas ausströmen. Die Zusatzöffnungen 12 sind in radialer Richtung mit unterschiedlicher Länge ausgebildet, wobei die Länge der Zusatzöffnungen 12 zu der Drucköffnung 10 hin abnimmt. Damit weisen diese Zusatzöffnungen 12 eine zur Drucköffnung hin abnehmende Durchtrittsfläche auf, da nämlich ihre Breite konstant bleibt und nur geringfügig breiter bzw. gleich oder kleiner als die Dicke der Schaufeln des Schaufelrades 5 bemessen ist. Desgleichen sind die Zusatzöffnungen 12 in ihrem radialen Verlauf dem radialen Verlauf der Schaufeln angepaßt, so daß beim Vorbeistreichen einer Schaufel die jeweilige Zusatzöffnung 12 vollständig abgedeckt wird. Auf diese Weise lassen sich Rückströmungen über die Zusatzöffnungen 12 zwischen zwei verschiedenen Schaufelkammern vermeiden.As the illustration in FIGS. 2 and 3 shows, several
Mit 13,14 und 15 ist in den FIG 2 und 3 der sich bei verschiedenen Nenndruckverhältnissen einstellende Verlauf des Flüssigkeitsringes in dem Verdichter angedeutet. Bei einem Flüssigkeitsringverdichter mit einem niedrigen Nenndruckverhältnis, beispielsweise 2:1, ergibt sich der mit 13 bezeichnete Verlauf. Ein Verdichter mit einem mittleren Nenndruckverhältnis von etwa 5:1 weist den mit 14 angedeuteten Verlauf des Flüssigkeitsringes auf. Bei einem für hohe Druckverhältnisse ca. 30-40:1 ausgelegten Flüssigkeitsringverdichter stellt sich der mit 15 bezeichnete Verlauf des Flüssigkeitsringes ein.2, 3 indicate the course of the liquid ring in the compressor that occurs at different nominal pressure ratios. In the case of a liquid ring compressor with a low nominal pressure ratio, for example 2: 1, the course designated 13 results. A compressor with an average nominal pressure ratio of approximately 5: 1 has the course of the liquid ring indicated by 14. In the case of a liquid ring compressor designed for high pressure ratios of approximately 30-40: 1, the course of the liquid ring denoted by 15 is established.
Die Zusatzöffnungen 12 sind in ihrer radialen Länge so bemessen, daß sie sich mit ihrem radial außenliegenden Ende 16 bis zu dem sich entsprechend dem Nenndruckverhältnis des Flüssigkeitsringverdichters einstellenden Verlauf 13 bzw.14 bzw.15 des Flüssigkeitsringes erstrecken. Hierdurch wird eine maximale Durchtrittsfläche sowohl für jede einzelne Zusatzöffnung 12 als auch eine maximale Gesamtdurchtrittsfläche für die bei den jeweiligen Druckverhältnissen durch die Rückschlagventile freigegebenen Zusatzöffnungen 12 erreicht. Die jeweils zur Verfügung stehende Durchtrittsfläche ist damit in erster Näherung zu der in den Schaufelkammern vorhandenen Gasmasse proportional, so daß infolge dieser Anpassung die Druckverluste wesentlich vermindert sind.The
Dadurch, daß sich die Enden 16 der Zusatzöffnungen 12 bis zu dem eine Hüllkurve für diese Enden 16 bildenden Flüssigkeitsring erstrecken, kann eventuell überschüssige Flüssigkeit bereits durch die von der Drucköffnung weiter entfernt liegenden Zusatzöffnungen 12 ausgestoßen werden. Damit wird ein entsprechender Flüssigkeitsstau vor dem Scheitelpunkt des Verdichters und der damit verbundene Leistungsverlust vermieden.Because the
Bei dem in der FIG 4 dargestellten Flüssigkeitsringverdichter 1 ist statt einer ebenen Steuerscheibe 8 ein konusartiges Steuerelement 17 vorgesehen. Dieses Steuerelement erstreckt sich koaxial zur Welle 18 des Verdichters und untergreift das Schaufelrad 19 auf einer axialen Teillänge. An der Konusfläche 20 dieses Steuerelementes 17 sind, wie die Abwicklung nach FIG 5 zeigt, wiederum je eine Saug- und eine Drucköffnung 9 und 10 vorgesehen. Der Drucköffnung sind mehrere Zusatzöffnungen 22 vorgeschaltet. Die Breite 21 dieser Zusatzöffnungen 22 ist entweder geringfügig breiter oder gleich bzw. kleiner als die Dicke der Schaufeln am Schaufelgrund gewählt, so daß wiederum eine vollständige Überdeckung der einzelnen Zusatzöffnungen 22 durch die vorbeistreichenden Schaufeln erreicht wird. In axialer Richtung sind die einzelnen Zusatzöffnungen 22 zu der Drucköffnung 10 hin gegenüber der jeweils vorhergehenden Zusatzöffnung 22 verkürzt. Damit wird die notwendige Verkleinerung der Durchtrittsfläche der näher zur Drucköffnung 10 liegenden Zusatzöffnungen 22 erreicht. Die Verkleinerung von Zusatzöffnung zu Zusatzöffnung ist so gewählt, daß die Gesamtdurchtrittsfläche der jeweils durch die Rückschlagventile freigegebenen Zusatzöffnungen 22 der in den jeweiligen Schaufelkammern vorhandenen Gasmasse annähernd proportional ist. Durch das Nenndruckverhältnis des Verdichters wird das Maß der Verkleinerung von Zusatzöffnung zu Zusatzöffnung bestimmt.In the liquid ring compressor 1 shown in FIG. 4, a cone-
Wie aus den FIG 6 und 7 zu ersehen ist, mündet jede Zusatzöffnung 22 in einen im Konuskörper 23 des konusförmigen Steuerelementes 17 ausgebildeten Kanal 24. Die Kanäle 24 sind bis auf ihre auf der Stirnseite 25 des konusartigen Steuerelementes 17 liegende Auslaßöffnung 26 in sich geschlossen und gegeneinander abgegrenzt. Durch diese Kanäle 24 steht für die abzuführende Gasmasse ein ausreichender Strömungsquerschnitt zur Verfügung, so daß keine zusätzlichen Druckverluste auftreten.As can be seen from FIGS. 6 and 7, each
Es besteht ferner die Möglichkeit die auf der Stirnseite 25 liegenden Auslaßöffnungen 26 durch ein Rückschlagventil abzudecken. Gemäß der Darstellung in FIG 7 besteht dieses Rückschlagventil aus einer auf der Auslaßöffnung 26 aufliegenden elastischen Ventilplatte 27. Um die Auslenkung der Ventilplatte 27 zu begrenzen, ist in einem bestimmten Abstand zu dieser eine Fangplatte 28 angeordnet, an der die Ventilplatte 27 zur Anlage kommt (gestrichelt dargestellt), wenn über die betreffende Zusatzöffnung 22 und den Kanal 24 Gas und/oder Flüssigkeit ausgestoßen wird. Anstelle der in FIG 7 dargestellten Anordnung des Rückschlagventiles ist auch eine Anordnung möglich, bei der die Ventilzungen in den Konus hineinragen und die Zusatzöffnungen direkt abdecken. Hierdurch entfällt der zwischen den Zusatzöffnungen und den Ventilzungen liegende, von Gas ausgefüllte Raum gemäß der in FIG 7 gezeigten Anordnung.There is also the possibility of covering the
Mit einer solchen Ausgestaltung des konusartigen Steuerelementes 17 gelingt eine stetige, feingestufte Anpassung an wechselnde Verdichtungsverhältnisse trotz nur einer Konstruktionsform des Steuerelementes. Unterschiedliche Konusausführungen für unterschiedliche Druckverhältnisse sind nicht erforderlich.With such a configuration of the cone-
Claims (5)
- Liquid ring compressor, having a housing (2) surrounding an impeller (5), on the end faces of which housing bearing brackets (6) are arranged, in which the impeller (5) is mounted eccentrically opposite the housing (2), in which compressor (1) there is provided at least on one bearing bracket (6) in each case a suction and pressure connecting piece and between this bearing bracket (6) and the impeller (5) a control element (8,17) is provided, which has at least one suction opening (9) for connecting the suction connecting piece (7) to the vane chambers of the impeller (5), each time the vane chambers are located in the suction region, and a pressure opening (10) for connecting the pressure connecting piece to the vane chambers each time the vane chambers are located in the compression region, as well as several additional openings (12 and 22) connected in series with respect to the compression direction of the pressure opening (10) and provided with non-return valves, characterized in that in the direction of the pressure opening (10) the passage area of the individual additional openings (12 and 22) is reduced in such a way that the entire passage area of the additional openings (12 and 22) in each case opened by the non-return valves during the compression process is at least approximately proportional to the quantity of gas present in the vane chambers with respect to the respective nominal pressure ratio of the compressor (1).
- Liquid ring compressor according to claim 1, having a control element constructed as a flat control disc (8), characterized in that the additional openings (12) extend in a radial direction up to the liquid ring (13,14,15) in such a way that the envelope curve over the radially external ends (16) of the additional openings (12) corresponds at least approximately with the shape (13,14,15) of the liquid ring adjusted with the nominal pressure ratio of the compressor (1).
- Liquid ring compressor according to claim 1, having a conically constructed control element (17) concentrically surrounding the shaft (8) of the compressor (1) on an axial partial length, characterized in that the additional openings (22) are constructed as straight slots, the length of which decreases towards the pressure opening (10).
- Liquid ring compressor according to claim 3, characterized in that each additional opening (22) opens into a duct (24) which is closed apart from an outlet opening (26) lying on the end face (25) of the conical control element (17), the duct being covered by a non-return valve (27).
- Liquid ring compressor according to claim 4, characterized in that the non-return valve is constructed as a plate valve (27).
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