EP0486726B1 - Flüssigkeitsringpumpe - Google Patents

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EP0486726B1
EP0486726B1 EP19900122405 EP90122405A EP0486726B1 EP 0486726 B1 EP0486726 B1 EP 0486726B1 EP 19900122405 EP19900122405 EP 19900122405 EP 90122405 A EP90122405 A EP 90122405A EP 0486726 B1 EP0486726 B1 EP 0486726B1
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EP
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separator
ring pump
liquid ring
condensate
liquid
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Günter Dipl.-Ing. Holzheimer (FH)
Kurt-Willy Dipl.-Ing. Mugele
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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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
    • F04C19/004—Details concerning the operating liquid, e.g. nature, separation, cooling, cleaning, control of the supply
    • 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
    • F04C29/04—Heating; Cooling; Heat insulation
    • F04C29/042—Heating; Cooling; Heat insulation by injecting a fluid

Definitions

  • the invention relates to a liquid ring pump according to the preamble of claim 1 and claim 4.
  • liquid ring pump In the liquid ring pump, a liquid ring of operating liquid circulates through an impeller in a housing.
  • the liquid ring stands out on the suction side of the impeller hub so that the gas to be pumped can enter. On the pressure side, the liquid ring approaches the impeller hub again, whereby the now compressed delivery gas is pushed out.
  • the liquid ring pump works with a downstream separator for the recovery of operating fluid.
  • the return line of the separator is optionally passed through a heat exchanger to cool down the operating fluid.
  • Liquid ring pumps are particularly suitable for the oil-free compression of dry gases that are partially or completely saturated with water vapor.
  • the pumping speed and the suction pressure change with the temperature of the operating liquid, since the vapor pressure is temperature-dependent.
  • Usual operating characteristics are recorded for the suction of air with 100% relative humidity and a temperature of 20 ° C as well as for water as operating liquid at a temperature of 15 ° C.
  • the operating fluid also has another function, namely to dissipate the compression heat and, if necessary, to seal gaps between the impeller and control discs and, if necessary, also to cool internal parts of a shaft seal.
  • the extracted operating fluid can be separated from the conveying gas in a downstream separator.
  • the invention has for its object to develop a liquid ring pump that works more economically and less sensitive to changes in temperature and relative humidity of the conveying gas.
  • the operating liquid present in the exhaust air is recovered by a heat exchanger arranged in the exhaust air line of the separator.
  • the cooling capacity of the heat exchanger is regulated as a function of a level sensor on the condensate of the separator in such a way that the cooling capacity increases as the condensate level drops and the cooling capacity decreases as the condensate level increases.
  • the recovered operating fluid in the heat exchanger should be cooled down to a temperature in the order of 5 ° C for an operating fluid made of water.
  • liquid ring pump If you want to make compromises for special reasons, you can train the liquid ring pump according to claim 2 and arrange a drain valve and an inlet valve in the return line between the separator and the heat exchanger. So that can the liquid ring pump also work in a superimposed mode with operating liquid to be supplied and drained.
  • a liquid ring pump according to claim 3 offers, due to an air cooler connected to the return line of the separator, a further improved cooling capacity and thus a further improved pumping speed. All operating fluid in the circuit is cooled by the air cooler. The operating fluid is recovered from the exhaust air via the heat exchanger located in the exhaust air line.
  • a gas ring compressor or fan which presses air into the separator, can also be arranged in liquid ring pumps in which heat exchangers are arranged in the exhaust air line and, if appropriate, in the return line as well.
  • a liquid ring pump is then obtained according to claim 5.
  • the gas ring compressor or the fan can be arranged in such a way that the air is introduced either through the condensate or above the condensate into the separator.
  • Both the regulation of the supply of operating fluid and the regulation of the cooling capacity of the heat exchanger should preferably be carried out via a level sensor which e.g. can be formed according to claim 13 or 14.
  • a level sensor which e.g. can be formed according to claim 13 or 14.
  • Advantageous exemplary embodiments are specified in claims 11 and 12 for regulating the supply of operating fluid.
  • liquid ring pump In a liquid ring pump according to claim 15, the pumping speed and the achievable vacuum is further improved. A liquid ring pump designed in this way is thus even more economical.
  • 1 denotes a liquid ring pump, which is followed by a separator 3 via a connecting line 2.
  • the separator 3 has an exhaust air line 4 which opens into the atmosphere. Furthermore, the separator 3 is connected to the liquid ring pump 1 via a return line 5.
  • a heat exchanger 6 is arranged in the exhaust air line 4 and is connected to the return line 5 via a pipe 7.
  • the separator 3, together with the heat exchanger 6, serves to recover operating liquid which, after compression of the gas to be conveyed, is partially pressed out of the liquid ring pump 1.
  • the recovered operating fluid from the separator 3 is returned to the liquid ring pump 1 via the return line 5 and from the heat exchanger 6 via the pipeline 7.
  • the level of the condensate 9 formed by the operating liquid in the separator 3 is detected by a level sensor 10, which preferably comprises a Peltier element.
  • the level sensor 10 is functionally part of a controller 11.
  • the controller 11 therefore regulates the cooling capacity of the heat exchanger 6 as a function of the level of the condensate 9.
  • the regulation is carried out in such a way that the cooling capacity is increased when the condensate level drops and the cooling capacity is reduced when the condensate level increases .
  • the condensate level drops, the condensate gain increases and, when the condensate level is high, discharge through evaporation.
  • water is used as the operating fluid.
  • an amount of heat exchanger 6 is required Handling operating fluid in the order of 450 kg per hour.
  • a drain valve 12 and / or an inlet valve 13 can be provided in the return line 5 between separator 3 and air cooler 8.
  • a gas ring compressor 14 is arranged on the separator 3.
  • the gas ring compressor 14 blows air from the atmosphere into the separator 3.
  • the air is introduced through the condensate 9 into the separator 3. This results in a particularly high degree of saturation of the air introduced.
  • the heat of vaporization required to saturate the air with water is extracted from the water, which is thereby cooled.
  • the water loss that occurs here leads to a lowering of the condensate 9.
  • the lowering of the condensate 9 is detected by a level sensor 15, which is designed as a float switch and automatically connects a water-carrying supply line 16.
  • the supply line 16 can in turn be connected via an inlet valve 17.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsringpumpe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4.
  • In der Flüssigkeitsringpumpe läuft durch ein Laufrad in einem Gehäuse ein Flüssigkeitsring aus Betriebsflüssigkeit um. Der Flüssigkeitsring hebt sich auf der Saugseite von der Laufradnabe ab, so daß das zu fördernde Gas eintreten kann. Auf der Druckseite nähert sich der Flüssigkeitsring der Laufradnabe wieder an, wodurch das nunmehr verdichtete Fördergas ausgeschoben wird. Die Flüssigkeitsringpumpe arbeitet mit einem nachgeschalteten Separator zur Rückgewinnung von Betriebsflüssigkeit. Die Rücklaufleitung des Separators wird gegebenenfalls durch einen Wärmetauscher zum Herunterkühlen der Betriebsflüssigkeit geführt. Flüssigkeitsringpumpen eignen sich insbesondere zur ölfreien Verdichtung von trockenen, teilweise oder vollständig mit Wasserdampf gesättigten Gasen.
  • Bei Flüssigkeitsringpumpen ändert sich das Saugvermögen und der Ansaugdruck mit der Temperatur der Betriebsflüssigkeit, da der Dampfdruck temperaturabhängig ist. Übliche Betriebskennlinien sind für ein Ansaugen von Luft mit 100 % relativer Feuchte und einer Temperatur von 20 °C sowie für Wasser als Betriebsflüssigkeit bei einer Temperatur von 15 °C aufgenommen. Die Betriebsflüssigkeit hat außer der eigentlichen Arbeitsfunktion auch noch eine weitere Funktion, nämlich die Verdichtungswärme abzuführen und gegebenenfalls Spalte zwischen Laufrad und Steuerscheiben abzudichten und gegebenenfalls auch innere Teile einer Wellendichtung zu kühlen. Die ausgeschobene Betriebsflüssigkeit kann in einem nachgeschalteten Separator vom Fördergas getrennt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitringpumpe zu entwickeln, die wirtschaftlicher und gegen Änderungen der Temperatur und der relativen Feuchte des Fördergases unempfindlicher arbeitet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 bzw. Anspruch 4 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 sowie 5 bis 15 beschrieben.
  • Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringpumpe nach Anspruch 1 wird durch einen in der Abluftleitung des Separators angeordneten Wärmetauscher die in der Abluft vorhandene Betriebsflüssigkeit, üblicherweise Wasser, zurückgewonnen. Der Wärmetauscher ist in seiner Kühlleistung in Abhängigkeit von einem Niveausensor am Kondensat des Separators derart geregelt, daß bei sinkendem Kondensatstand die Kühlleistung erhöht und bei steigendem Kondensatstand die Kühlleistung verringert wird. Bei entsprechend empfindlicher Regelung treten hinsichtlich der Betriebsflüssigkeit keine Leckverluste und keine zu beseitigenden Mengen auf. Wenn man üblicherweise bei dem Fördergas von 20 °C und einer relativen Feuchte von 50 % auf der Ansaugseite sowie bei einer Temperatur von 25 °C und einer relativen Feuchte von 100 % auf der Förderseite trotz eines Separators einen Verlust an Betriebsflüssigkeit in der Größenordnung von 90 kg pro Stunde hinnehmen muß, kann man erfindungsgemäß im Prinzip in einem echten geschlossenen Kreislauf ohne Leckverlust arbeiten. Hierzu ist die rückgewonnene Betriebsflüssigkeit im Wärmetauscher bei einer Betriebsflüssigkeit aus Wasser auf eine Temperatur in der Größenordnung von 5 °C herunterzukühlen.
  • Wenn man aus besonderen Gründen Kompromisse eingehen möchte, kann man die Flüssigkeitsringpumpe gemäß Anspruch 2 ausbilden und in der Rücklaufleitung zwischen Separator und Wärmetauscher ein Ablaßventil sowie ein Einlaßventil einordnen. Damit kann die Flüssigkeitsringpumpe auch in einem überlagerten Betrieb mit zuzuführender und abzulassender Betriebsflüssigkeit arbeiten.
  • Eine Flüssigkeitsringpumpe gemäß Anspruch 3 bietet aufgrund eines in die Rücklaufleitung des Separators geschalteten Luftkühlers eine nochmals verbesserte Kühlleistung und damit ein nochmals verbessertes Saugvermögen. Die gesamte im Kreislauf befindliche Betriebsflüssigkeit wird durch den Luftkühler gekühlt. Die Rückgewinnung der Betriebsflüssigkeit aus der Abluft erfolgt über den in der Abluftleitung angeordneten Wärmetauscher.
  • Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringpumpe nach Anspruch 4 steht durch Einblasen von Luft in den Separator mehr Luft zur Verfügung, die sich mit der Betriebsflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, sättigen kann. Die zur Sättigung der Luft mit der Betriebsflüssigkeit notwendige Verdampfungswärme wird der Betriebsflüssigkeit entzogen, die Betriebsflüssigkeit wird dadurch gekühlt. Der dabei auftretenden Verlust an Betriebsflüssigkeit muß jedoch ersetzt werden. Dies kann über Versorgungsleitungen erfolgen, die z.B. gemäß den Ansprüchen 8 bis 10 angeordnet sind. Eine andere Möglichkeit ist die Kondensation der Betriebsflüssigkeit über einen in die Abluftleitung geschalteten Wärmetauscher.
  • Die Anordnung eines Gasringverdichters bzw. Ventilators, der Luft in den Separator drückt, kann auch bei Flüssigkeitsringpumpen erfolgen, bei denen in der Abluftleitung und ggf. zusätzlich in der Rücklaufleitung Wärmetauscher angeordnet sind. Man erhält dann eine Flüssigkeitsringpumpe gemäß Anspruch 5.
  • Der Gasringverdichter bzw. der Ventilator kann hierbei so angeordnet sein, daß die Luft entweder durch das Kondensat hindurch oder oberhalb des Kondensats in den Separator eingebracht wird.
  • Sowohl die Regelung der Zufuhr von Betriebsflüssigkeit als auch die Regelung der Kühlleistung des Wärmetauschers sollte vorzugsweise über einen Niveausensor erfolgen, der z.B. nach Anspruch 13 oder 14 ausgebildet sein kann. Für die Regelung der Zufuhr von Betriebsflüssigkeit sind in den Ansprüchen 11 und 12 vorteilhafte Ausführungsbeispiele angegeben.
  • Bei einer Flüssigkeitsringpumpe gemäß Anspruch 15 ist das Saugvermögen sowie das erreichbare Vakuum nochmals verbessert. Eine derart ausgebildete Flüssigkeitsringpumpe ist somit noch wirtschaftlicher.
  • Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im folgenden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; darin Zeigen:
    • FIG 1
    eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringpumpe mit einem Wärmetauscher,
    FIG 2
    eine zweite Ausführungsform, die gegenüber einer Flüssigkeitsringpumpe nach FIG 1 zusätzlich einen Luftkühler aufweist,
    FIG 3
    eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringpumpe mit einer in den Separator mündenden Gasringpumpe.
  • In den FIG 1 bis 3 ist mit 1 eine Flüssigkeitsringpumpe bezeichnet, der über eine Verbindungsleitung 2 ein Separator 3 nachgeschaltet ist. Der Separator 3 weist eine Abluftleitung 4 auf, die in die Atmosphäre mündet. Weiterhin ist der Separator 3 über eine Rücklaufleitung 5 mit der Flüssigkeitsringpumpe 1 verbunden.
  • Bei den in den FIG 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist in der Abluftleitung 4 ein Wärmetauscher 6 angeordnet, der über eine Rohrleitung 7 an die Rücklaufleitung 5 geschaltet ist.
  • Der Separator 3 dient zusammen mit dem Wärmetauscher 6 der Rückgewinnung von Betriebsflüssigkeit, die nach der Verdichtung des zu fördernden Gases teilweise mit diesem aus der Flüssigkeitsringpumpe 1 hinausgedrückt wird. Die Zurückgewonnene Betriebsflüssigkeit aus dem Separator 3 wird über die Rücklaufleitung 5 sowie aus dem Wärmetauscher 6 über die Rohrleitung 7 in die Flüssigkeitsringpumpe 1 zurückgeführt.
  • Eine besonders gute Kühlung der Betriebsflüssigkeit wird bei dem in FIG 2 dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen in der Rücklaufleitung 5 angeordneten Luftkühler 8 erreicht.
  • Das Niveau des von der Betriebsflüssigkeit im Separator 3 gebildeten Kondensats 9 wird durch einen Niveausensor 10 erfaßt, der vorzugsweise ein Peltier-Element umfaßt. Der Niveausensor 10 ist funktionell Teil eines Reglers 11. Der Regler 11 regelt deshalb in Abhängigkeit vom Niveau des Kondensats 9 die Kühlleistung des Wärmetauschers 6. Die Regelung erfolgt hierbei derart, daß bei sinkendem Kondensatstand die Kühlleistung erhöht wird und bei steigendem Kondensatstand die Kühlleistung verringert wird. Bei sinkendem Kondensatstand erhöht sich dadurch der Kondensatgewinn und bei hohem Niveau des Kondensats die Austragung durch Verdunsten. Üblicherweise wird mit Wasser als Betriebsflüssigkeit gearbeitet. Um Luft als Fördergas zu fördern, die auf der Ansaugseite der Flüssigkeitsringpumpe 1 beispielsweise 20 °C und eine relative Feuchte von 50 % aufweist, und um eine Menge von 2 bis 2,5 kg pro Sekunde zu fördern, ist vom Wärmetauscher 6 eine Menge an Betriebsflüssigkeit in der Größenordnung von 450 kg pro Stunde zu bewältigen.
  • Um einen überlagerten Betrieb zu ermögilchen, kann man in der Rücklaufleitung 5 zwischen Separator 3 und Luftkühler 8 ein Ablaßventil 12 und/oder ein Einlaßventil 13 vorsehen.
  • Bei dem in FIG 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem Separator 3 ein Gasringverdichter 14 angeordnet. Der Gasringverdichter 14 bläst Luft aus der Atmosphäre in den Separator 3. Die Luft wird hierbei durch das Kondensat 9 hindurch in den Separator 3 eingeführt. Man erhält dadurch einen besonders hohen Sättigungsgrad der eingebrachten Luft. Die zur Sättigung der Luft mit Wasser notwendige Verdampfungswärme wird dem Wasser entzogen, das dadurch gekühlt wird. Der hierbei auftretende Wasserverlust führt zu einem Absinken des Kondensats 9. In vorteilhafter Weise wird das Absinken des Kondensats 9 über einen Niveausensor 15 erfaßt, der als Schwimmerschalter ausgebildet ist und selbsttätig eine wasserführende Versorgungsleitung 16 zuschaltet. Die Zuschaltung der Versorgungsleitung 16 kann hierbei wiederum über ein Einlaßventil 17 erfolgen.

Claims (15)

  1. Flüssigkeitsringpumpe (1) mit einem nachgeschalteten Separator (3) zur Rückgewinnung der Betriebsflüssigkeit, der eine Abluftleitung (4) sowie eine zur Flüssigkeitsringpumpe (1) zurückführende Rücklaufleitung (5) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in die Abluftleitung (4) des Separators (3) ein Wärmetauscher (6) geschaltet ist, der in seiner Kühlleistung mittels eines Niveausensors (10,15) in Abhängigkeit vom Niveau des im Separator (3) angesammelten Kondensats (9) derart regelbar ist, daß bei sinkendem Kondensatstand die Kühlleistung erhöht und bei steigendem Kondensatstand die Kühlleistung verringert wird.
  2. Flüssigkeitsringpumpe (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der Rücklaufleitung (5) ein Ablaßventil (12) und/oder ein Einlaßventil (13) angeordnet ist.
  3. Flüssigkeitsringpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei in die Rücklaufleitung (5) ein weiterer Wärmetauscher (8) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet,
    daß dieser Wärmetauscher als Luftkühler (8) ausgebildet ist.
  4. Flüssigkeitsringpumpe (1) mit einem nachgeschalteten Separator (3) zur Rückgewinnung der Betriebsflüssigkeit, der eine Abluftleitung (4) sowie eine zur Flüssigkeitsringpumpe (1) zurückführende Rücklaufleitung (5) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß am Seperator (3) wenigstens ein Luft in diesen drückender Gasringverdichter (14) oder Ventilator angeordnet ist.
  5. Flüssigkeitsringpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß am Separator (3) wenigstens ein Luft in diesen drückender Gasringverdichter (14) oder Ventilator angeordnet ist.
  6. Flüssigkeitsringpumpe (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft durch das Kondensat (9) hindurch in den Separator (3) eingeführt wird.
  7. Flüssigkeitsringpumpe (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft oberhalb des Kondensats (9) in den Separator (3) eingeführt wird.
  8. Flüssigkeitsringpumpe (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung (5) zwischen Separator (3) und Luftkühler (8) ein Ablaßventil (12) und/oder ein Einlaßventil (13) angeordnet ist.
  9. Flüssigkeitsringpumpe (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung (5) zwischen Separator (3) und Luftkühler (8) ein Ablaßventil (12) und/oder ein an eine Versorgungsleitung für die Betriebsflüssigkeit geschaltetes Einlaßventil (13) angeordnet ist.
  10. Flüssigkeitsringpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Separator (3) ein an eine Versorgungsleitung (16) für die Betriebsflüssigkeit geschaltetes Einlaßventil (17) angeordnet ist.
  11. Flüssigkeitsringpumpe (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (13,17) und/oder das Ablaßventil (12) in Abhängigkeit vom Kondensatstand im Separator (3) regelbar ist.
  12. Flüssigkeitsringpumpe (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung mittels eines Niveausensors (10,15) derart erfolgt, daß bei unter einem vorgebbaren unteren Grenzwert sinkenden Kondensatstand das Einlaßventil (13,17) geöffnet und bei einem über einen vorgebbaren oberen Grenzwert ansteigenden Kondensatstand das Ablaßventil (12) geöffnet wird.
  13. Flüssigkeitsringpumpe (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Niveausensor als Schwimmerschalter (15) ausgebildet ist.
  14. Flüssigkeitsringpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Niveausensor ein Peltier-Element (10) umfaßt.
  15. Flüssigkeitsringpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dieser wenigstens eine Gasringpumpe vorgeschaltet ist.
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