EP1600638A1 - Zweistufige Flüssigkeitsringvakuumpumpe - Google Patents

Zweistufige Flüssigkeitsringvakuumpumpe Download PDF

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EP1600638A1
EP1600638A1 EP04012597A EP04012597A EP1600638A1 EP 1600638 A1 EP1600638 A1 EP 1600638A1 EP 04012597 A EP04012597 A EP 04012597A EP 04012597 A EP04012597 A EP 04012597A EP 1600638 A1 EP1600638 A1 EP 1600638A1
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EP
European Patent Office
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stage
working space
liquid ring
pump
housing
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Withdrawn
Application number
EP04012597A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralph Reick
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sterling Fluid Systems Germany GmbH
Original Assignee
Sterling Fluid Systems Germany GmbH
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Filing date
Publication date
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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
    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/001—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of similar working principle
    • 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 two-stage liquid ring vacuum pump with a pump housing, which has a first working space and a second working space encased in which each one eccentric to the central axis of the working space and arranged rotationally fixed on a common shaft Impeller is located, with the work spaces of the first and the second stage with each other, as well as the working space the first stage with a suction nozzle and the working space the second stage with a pressure port through openings of Control discs are connected.
  • Liquid ring vacuum pumps are Verdrängerver emphasizer, in which an eccentrically arranged in a round housing impeller during rotation into and out of a liquid ring dive again. During one revolution of the impeller the gap volume between the individual increases Wings from zero to maximum and shrinks then back to zero.
  • the impeller cells have during the phase of volume increase via the suction port (suction slot) connection to the intake; there is the suction of the conveying gas.
  • suction port suction slot
  • the impeller cells During the phase of volume reduction will be first compressed the delivery gas and then over the pressure port (Pressure slot) and pushed out the discharge nozzle.
  • liquid ring vacuum pump Depending on the size and design of the printing openings may be different Compression ratios with the liquid ring vacuum pump will be realized. For low suction pressures or high compression ratios, it makes sense perform the liquid ring vacuum pump in two stages. That the gas flow is in the first stage of Suction pressure to an intermediate pressure and then in the second Stage from the intermediate pressure to the final pressure (Atmospheric pressure) compressed.
  • Two-stage liquid ring vacuum pumps stand out due to very good efficiencies and stable operating behavior especially at low suction pressures. They have proven in the most diverse applications outstanding.
  • the two-stage vacuum pumps are classically referred to as so-called Bearing carrier pumps executed.
  • the first and second stages arranged one behind the other; the first and second stage impellers become guided and driven by a shaft.
  • the gas flow has the liquid ring vacuum pump axially on both sides housing with the corresponding suction or Discharge nozzle.
  • the gas flow is thereby axially through the pump passed; from the suction housing via the first stage and second Stage to the pressure housing.
  • the drive is usually via a Electric motor, via the coupling with the pump shaft is connected.
  • the aim of the present invention is a two-stage To design a liquid ring vacuum pump, which is a very short length and with as few components executable and therefore very inexpensive and easy to produce is.
  • the solution according to the invention is that the vacuum housing, which includes suction nozzle and discharge nozzle, between the working space of the first stage and the working space the second stage is arranged.
  • the invention not only shortens the overall length. It can also be the same parts in several places Pump be used, for. B. the control discs, what the Complexity and manufacturing costs further reduced.
  • Fig. 1 shows a two-stage block design Liquid ring pump.
  • the case of the Liquid ring pump consists of a so-called vacuum housing 11, a flange housing 2, which is connected to the engine flanged, and a cover 6 together.
  • Vacuum housing 11 are a suction nozzle 4 and a discharge nozzle 8 arranged.
  • the vacuum housing 11 is in FIG. 4. shown as a single part. It can be seen that the Suction nozzle 4 opens into a suction chamber 17.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the liquid ring pump. It can be seen that the suction chamber 17 by means of a first control disk 3 of a first cylindrical Working space 13, which is located in the flange 2, is disconnected. An inserted into the first control disk 3 Suction slot 15, shown in Figure 6, allows the connection of the suction chamber 17 and the first working space 13. In the first working space 13 is an eccentric arranged impeller 5, this is against rotation connected to the motor shaft 10.
  • the first working space 13 is again through the first control disk 3 of a so-called intermediate channel 19, the is in the vacuum housing 11, separated.
  • One in the first control disc 3 introduced pressure slot 16, in turn Fig. 6, enables the connection of the first working space 13 with the intermediate channel 19th
  • the lid 6 At the side facing away from the motor 12 side of the vacuum housing 11th is the lid 6, this encloses the second Working space 14.
  • the intermediate channel 19 is through a second Control disc 7 separated from the second working space 14.
  • the second control disk 7 also has a suction slot 15, this allows the connection from the intermediate channel 19th to the second working space 14.
  • the second working space 14 is through the second control disk 7 separated from the pressure chamber 18.
  • the pressure chamber 18 is located in the vacuum housing 11 and is connected to the discharge nozzle, see Fig. 5.
  • the second control disk 7 also has a pressure slot 15, this allows the connection from the second working space 14 to the pressure chamber 18th
  • the gas flows in the pump according to the invention are schematic shown in FIG.
  • the gas passes through the Suction nozzle 4 in the pump. From here it flows over the Suction chamber 17 through the first suction slot 15 in the first Working space 13.
  • the compressed in the working space 13 gas flows through the first pressure slot 16 in the intermediate channel 19.
  • the second suction slot 15 it enters the second working space 14, here the gas is compressed again and through the second pressure slot 16 in the pressure chamber 18 promoted.
  • the gas leaves the Pump.
  • FIG. shown The gas flows in a conventional pump are shown in FIG. shown.
  • the conventional Pump on a larger length, as the first Vacuum housing A occupies a space with the suction, the once again through the second vacuum housing B with the Pressure port N is taken.
  • the inventive Pump will collapse as first and second vacuum housings coincide this place only needed once.
  • a total of four control discs C, E, G and I may be required, of which possibly the second control disk E and third control disk G folded together could become. It is not possible with two Dispense control discs as in the pump according to the invention.

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Abstract

Zweistufige Flüssigkeitsringvakuumpumpe mit einem Vakuumgehäuse (11), welches Saugstutzen (4) und Druckstutzen (8) beinhaltet und zwischen dem Arbeitsraum der ersten Stufe (13) und dem Arbeitsraum der zweiten Stufe (14) angeordnet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine zweistufige Flüssigkeitsringvakuumpumpe mit einem Pumpengehäuse, welches einen ersten Arbeitsraum und einen zweiten Arbeitsraum ummantelt, in denen sich jeweils ein exzentrisch zur Mittelachse des Arbeitsraumes und auf einer gemeinsamen Welle verdrehfest angeordnetes Flügelrad befindet, wobei die Arbeitsräume der ersten und der zweiten Stufe miteinander, sowie der Arbeitsraum der ersten Stufe mit einem Saugstutzen und der Arbeitsraum der zweiten Stufe mit einem Druckstutzen über Öffnungen von Steuerscheiben verbunden sind.
Flüssigkeitsringvakuumpumpen sind Verdrängerverdichter, bei denen ein exzentrisch im runden Gehäuse angeordnetes Flügelrad während der Rotation in einen Flüssigkeitsring aus-und wieder eintaucht. Während einer Umdrehung des Flügelrades vergrößert sich das Lückenvolumen zwischen den einzelnen Flügeln von Null bis zum Maximum und verkleinert sich danach wieder bis zu Null.
Die Flügelradzellen haben während der Phase der Volumenvergrößerung über die Saugöffnung (Saugschlitz) Verbindung zum Ansaugstutzen; es erfolgt das Ansaugen des Fördergases. Während der Phase der Volumenverkleinerung wird zunächst das Fördergas verdichtet und dann über die Drucköffnung (Druckschlitz) und den Druckstutzen ausgeschoben.
Je nach Größe und Gestaltung der Drucköffnungen können unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse mit der Flüssigkeitsringvakuumpumpe realisiert werden. Für niedrige Ansaugdrücke bzw. hohe Verdichtungsverhältnisse ist es sinnvoll die Flüssigkeitsringvakuumpumpe zweistufig auszuführen. D.h. der Gasförderstrom wird in der ersten Stufe vom Ansaugdruck auf einen Zwischendruck und danach in der zweiten Stufe vom Zwischendruck auf den Enddruck (Atmosphärendruck) komprimiert.
Zweistufige Flüssigkeitsringvakuumpumpen zeichnen sich durch sehr gute Wirkungsgrade und ein stabiles Betriebsverhalten besonders bei kleinen Ansaugdrücken aus. Sie haben sich in den vielfältigsten Anwendungen hervorragend bewährt.
Klassisch werden die zweistufigen Vakuumpumpen als so genannte Lagerträgerpumpen ausgeführt. Dabei sind die Arbeitsräume der ersten und zweiten Stufe hintereinander angeordnet; die Flügelräder der ersten und zweiten Stufe werden über eine Welle geführt und angetrieben. Für die Zuführung des Gasstromes hat die Flüssigkeitsringvakuumpumpe axial beidseitig Gehäuse mit den entsprechenden Saug- bzw. Druckstutzen. Der Gasstrom wird dabei axial durch die Pumpe geleitet; vom Sauggehäuse über die erste Stufe und zweite Stufe zum Druckgehäuse. Der Antrieb erfolgt meist über einen Elektromotor, der über die Kupplung mit der Pumpenwelle verbunden wird.
Eine weitere bekannte Ausführung der zweistufigen Flüssigkeitsringvakuumpumpen ist die so genannte Blockausführung. Bei der Blockpumpe werden die Pumpenbauteile an dem Motorflansch angebaut. Die verlängerte Motorwelle ist gleichzeitig Pumpenwelle, auf der die Flügelräder befestigt werden. Meist kann auf eine gesonderte pumpenseitige Lagerung verzichtet werden. Weil zusätzlich auch noch die Wellenabdichtung auf der dem Motor abgewendeten Seite entfällt, ist diese Blockbauweise eine sehr kompakte Einheit von Vakuumpumpe mit Motor.
Als Beispiel sei hier die zweistufige Flüssigkeitsringvakuumpumpe des Herstellers atlantic fluidics (USA) genannt. Vorteil dieser Ausführung ist die gegenüber den Lagerträgerpumpen kürzere Baulänge. Des weiteren wird keine Kupplung zwischen Motor und Pumpe benötigt.
Eine weitere zweistufige Flüssigkeitsringvakuumpumpe in Blockausführung ist in der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 202 00 839 U1 beschrieben.
Die bisher bekannten zweistufigen Flüssigkeitsringvakuumpumpen und -kompressoren weisen aber entscheidende Nachteile auf.
Bei der Lagerträgerausführung ist ein gravierender Nachteil die axiale Baulänge der Pumpe: diese ist bedingt durch die notwendige Wellenkupplung und die an beiden Wellenenden liegenden Lagerungen.
Die bisher bekannten Ausführungen einer zweistufigen Blockpumpe weisen folgende Nachteile auf. Zum ersten sei hier genannt, dass mindestens drei verschiedene Steuerscheiben mit unterschiedlichen Schlitzgeometrien notwendig sind. Zudem ist die Baulänge einer Pumpe in den bekannten Ausführungen noch relativ lang, da Saug- und Druckstutzen in zwei verschiedenen Gehäusebauteilen angebracht sind.
Auch ist bekannt ein zweiflutiger Flüssigkeitsringkompressor, bei dem zwischen den beidseitig angeordneten Arbeitsräumen sich das gemeinsame Saug-Druck-Gehäuse befindet. Bei diesem Kompressor arbeiten aber die beiden Flüssigkeitsringstufen parallel, d.h. der angesaugte Förderstrom wird geteilt und je zur Hälfte den Arbeitsräumen zugeführt. Nach der Verdichtung werden die Gasströme im Saug-Druck-Gehäuse wieder vereinigt und dann über den Druckstutzen abgeführt. Diese Ausführung ist nur für die Anwendung als Kompressor bekannt. Sie ist als Lagerträgerausführung umgesetzt, d.h. mit 2 Wellenabdichtungen und Wellenlagerungen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine zweistufige Flüssigkeitsringvakuumpumpe zu gestalten, die eine sehr kurze Baulänge aufweist und mit möglichst wenigen Bauteilen ausführbar und dadurch sehr kostengünstig und einfach herstellbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass das Vakuumgehäuse, welches Saugstutzen und Druckstutzen beinhaltet, zwischen dem Arbeitsraum der ersten Stufe und dem Arbeitsraum der zweiten Stufe angeordnet ist.
Durch die Erfindung wird nicht nur die Baulänge verkürzt. Es können auch die gleichen Teile an mehreren Stellen der Pumpe verwendet werden, z. B. die Steuerscheiben, was die Komplexität und die Herstellungskosten weiter verringert.
Des weiteren ermöglicht es der erfindungsgemäße Aufbau der Pumpe, die Wellenabdichtung mit Betriebsflüssigkeit zu versorgen, bevor diese in den ersten Arbeitsraum gelangt. Dies wirkt sich positiv auf die Lebensdauer der Wellenabdichtung aus, da diese jederzeit mit ausreichend kühler und nicht verunreinigter Flüssigkeit versorgt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist im folgenden ein Ausführungsbeispiel aufgeführt und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
Die Zeichnungen zeigen:
Fig 1.
eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen zweistufigen Flüssigkeitsringvakuumpumpe in Blockausführung;
Fig 2.
eine schematische Schnittdarstellung;
Fig 3.
eine Explosionsdarstellung;
Fig 4.
eine Darstellung des Vakuumgehäuses, Ansicht aus Richtung des ersten Arbeitsraumes;
Fig 5.
eine Darstellung des Vakuumgehäuses, Ansicht aus Richtung des zweiten Arbeitsraumes;
Fig 6.
eine Darstellung der Universal-Steuerscheibe;
Fig 7.
eine schematische Darstellung der Gasströme in einer erfindungsgemäßen Pumpe; und
Fig 8.
eine schematische Darstellung der Gasströme in einer Pumpe des Standes der Technik.
Fig 1. zeigt eine zweistufige in Blockausführung aufgebaute Flüssigkeitsringpumpe. In dieser Darstellung ist die Pumpe an einen Antriebsmotor 12 angeflanscht. Das Gehäuse der Flüssigkeitsringpumpe setzt sich aus einem sogenannten Vakuumgehäuse 11, einem Flanschgehäuse 2, welches an den Motor angeflanscht ist, und einem Deckel 6 zusammen. In dem Vakuumgehäuse 11 sind ein Saugstutzen 4 sowie ein Druckstutzen 8 angeordnet. Das Vakuumgehäuse 11 ist in Fig 4. als Einzelteil dargestellt. Es ist zu erkennen, dass der Saugstutzen 4 in einen Saugraum 17 mündet.
Fig 2. zeigt einen Längsschnitt durch die Flüssigkeitsringpumpe. Hieraus ist ersichtlich, dass der Saugraum 17 mittels einer ersten Steuerscheibe 3 von einem ersten zylindrischen Arbeitsraum 13, der sich im Flanschgehäuse 2 befindet, getrennt ist. Ein in die erste Steuerscheibe 3 eingebrachter Saugschlitz 15, dargestellt in Fig 6., ermöglicht die Verbindung von Saugraum 17 und dem ersten Arbeitsraum 13. In dem ersten Arbeitsraum 13 befindet sich ein exzentrisch angeordnetes Flügelrad 5, dieses ist verdrehsicher mit der Motorwelle 10 verbunden.
Der erste Arbeitsraum 13 ist wiederum durch die erste Steuerscheibe 3 von einem sogenannten Zwischenkanal 19, der sich im Vakuumgehäuse 11 befindet, getrennt. Ein in die erste Steuerscheibe 3 eingebrachter Druckschlitz 16, wiederum dargestellt Fig 6., ermöglicht die Verbindung des ersten Arbeitsraumes 13 mit dem Zwischenkanal 19.
An der vom Motor 12 abgewandten Seite des Vakuumgehäuses 11 befindet sich der Deckel 6, dieser umschließt den zweiten Arbeitsraum 14. Der Zwischenkanal 19 ist durch eine zweite Steuerscheibe 7 vom zweiten Arbeitsraum 14 getrennt. Die zweite Steuerscheibe 7 besitzt ebenfalls einen Saugschlitz 15, dieser ermöglicht die Verbindung vom Zwischenkanal 19 zum zweiten Arbeitsraum 14. Im zweiten Arbeitsraum 14 befindet sich ein exzentrisch angeordnetes zweites Flügelrad 9, welches ebenfalls verdrehsicher mit der Motorwelle 10 verbunden ist. Der zweite Arbeitsraum 14 ist durch die zweite Steuerscheibe 7 vom Druckraum 18 getrennt.
Der Druckraum 18 befindet sich im Vakuumgehäuse 11 und ist mit dem Druckstutzen verbunden, hierzu siehe Fig. 5. Die zweite Steuerscheibe 7 besitzt ebenfalls einen Druckschlitz 15, dieser ermöglicht die Verbindung vom zweiten Arbeitsraum 14 zum Druckraum 18.
Die Gasströme in der erfindungsgemäßen Pumpe sind schematisch in Figur 7 dargestellt. Das Gas gelangt durch den Saugstutzen 4 in die Pumpe. Von hier aus strömt es über den Saugraum 17 durch den ersten Saugschlitz 15 in den ersten Arbeitsraum 13. Das im Arbeitsraum 13 verdichtete Gas strömt durch den ersten Druckschlitz 16 in den Zwischenkanal 19. Durch den zweiten Saugschlitz 15 gelangt es in den zweiten Arbeitsraum 14, hier wird das Gas nochmals verdichtet und durch den zweiten Druckschlitz 16 in den Druckraum 18 gefördert. Durch den Druckstutzen 8 verlässt das Gas die Pumpe.
Die Gasströme in einer konventionellen Pumpe sind in Fig 8. dargestellt. Wie deutlich ersichtlich ist, weist die konventionelle Pumpe eine größere Baulänge auf, da das erste Vakuumgehäuse A mit dem Saugstutzen einen Raum einnimmt, der noch einmal durch das zweite Vakuumgehäuse B mit dem Druckstutzen N eingenommen wird. Bei der erfindungsgemäßen Pumpe wird, da erstes und zweites Vakuumgehäuse zusammenfallen, dieser Platz nur einmal benötigt. Außerdem werden bei der Darstellung der Fig 8. insgesamt vier Steuerscheiben C, E, G und I benötigt, von denen möglicherweise die zweite Steuerscheibe E und dritte Steuerscheibe G zusammengelegt werden könnten. Es ist aber nicht möglich, mit zwei Steuerscheiben wie bei der erfindungsgemäßen Pumpe auszukommen.
Die Pumpe der Fig 8. weist außer den bereits erwähnten Teilen noch einen ersten Mittelkörper D, ein Zwischenstück F, einen zweiten Mittelkörper H, einen ersten Arbeitsraum K, einen Zwischenraum L, einen zweiten Arbeitsraum M, einen Motor O, eine Kupplung P und eine Welle Q auf.

Claims (7)

  1. Zweistufige Flüssigkeitsringvakuumpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), welches einen ersten Arbeitsraum (13) und einen zweiten Arbeitsraum (14) ummantelt, in denen sich jeweils ein exzentrisch zur Mittelachse des Arbeitsraumes und auf einer gemeinsamen Welle (10) verdrehfest angeordnetes Flügelrad (5, 9) befindet, wobei die Arbeitsräume (13, 14) der ersten und der zweiten Stufe miteinander, sowie der Arbeitsraum der ersten Stufe (13) mit einem Saugstutzen (4) und der Arbeitsraum der zweiten Stufe (14) mit einem Druckstutzen (8) über Öffnungen von Steuerscheiben (3, 7) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumgehäuse (11), welches Saugstutzen (4) und Druckstutzen (8) beinhaltet, zwischen dem Arbeitsraum der ersten Stufe (13) und dem Arbeitsraum der zweiten Stufe (14) angeordnet ist.
  2. Flüssigkeitsringvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumgehäuse (11) Kammern und Kanäle beinhaltet, die die Zuführung des Fördermediums vom Saugstutzen (4) in die erste Pumpenstufe (13), von der ersten in die zweite Pumpenstufe (14) und von der zweiten Pumpenstufe (14) in den Druckstutzen (8) ermöglicht.
  3. Flüssigkeitsringvakuumpumpe gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Vakuumgehäuse (11), auf den beiden, in Längsrichtung der Pumpe liegenden, Flächen, die erste Steuerscheibe (3) für den ersten Arbeitsraum (13), sowie der zweite Steuerscheibe (7) für den zweiten Arbeitsraum (14) montiert sind.
  4. Flüssigkeitsringvakuumpumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusebauteil, welchen den ersten Arbeitsraum (13) ummantelt, direkt an einen Antriebsmotor oder einen Lagerbock angeflanscht ist.
  5. Flüssigkeitsringvakuumpumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass pro Arbeitsraum (13, 14) nur eine Steuerscheibe (3, 7) angeordnet ist.
  6. Flüssigkeitsringvakuumpumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerscheiben (3, 7) je einen Saugschlitz (15) sowie einen Druckschlitz (16) aufweisen, wobei diese identische geometrische Abmessungen aufweisen.
  7. Flüssigkeitsringvakuumpumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsflüssigkeit vor Eintritt in der ersten Arbeitsraum (13) die Wellenabdichtung (20) umspült.
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