NO327604B1 - Skruspindelvakuumpumpe og fremgangsmate for betjening av den - Google Patents

Description

Temperaturen til gassen transportert av en kompressor stiger i samsvar med kompre-sjonstrykkforholdet. I kompressorer av skruetypen som avhenger av minst mulig slark, både mellom de to rotorene og mellom rotorene og kompressorhuset, kan den termiske ekspansjonen av delene av kompressoren forårsake problemer. Det er kjent (DE-A 19522559) at ved hjelp av for-tilstrømning, kan gasstemperaturen i matcellene i maskinen senkes. Med dette menes å slippe inn kjøligere matmedium inn i matecellene fra et punkt med høyere trykk. For-tilstrømningsmengden som leveres i hvert tilfelle til kam-rene, er liten, i hvert fall når det gjelder effektiviteten av maskinen, slik at for eksempel når en skruespindelmaskin drives som en kompressor (US-A 4,812,110; US-A 5,082,427), er det tilstrekkelig at bare noe av den transporterte gassen resirkuleres for for-tilstrømning. Også når en skruespindelmaskin drives som en vakuumpumpe, er det nødvendig å etterkomme andre forhåndsbetingelser enn de som er til stede når maskinen drives som en kompressor. For det første er trykkforholdet uforholdsmessig mye høyere i vakuummodus enn i kompressormodus, nærmere bestemt vanligvis godt over 100. For det andre, i samsvar med dette trykkforholdet, er temperaturen som oppnås i den transporterte gassen betydelig høyere. Til slutt er det nødvendig å sikre at oppnådd vakuum ikke svekkes ved tilbakestrømning av for-tilstrømning.

Ellers kan det som belysning av teknikkens stand vises til US-A 4,808,095 og JP-A 63036085, 63106389 samt 5018381. Her viser US-A 4,808,095 en skruevakuumpumpe med et par skruerotorer som står i inngrep med hverandre. Vakuumpumpen innbefatter en oljeløs vakuumpumpe egnet for anvendelse innen bransjer der luft som inneholder fremmede stoffer, er skadelig for de tilvirkede produktene, og for næringsmiddelindust-rien der lukt i luften må unngås. Videre er formålet med løsningen i samsvar med JP-A 63036085 å forhindre forekomsten av en fastbrenningshendelse i en vakuumpumpe av skruetype ved innstilling av skruedellendgen av rotoren med to eller flere stigninger og tildannelse av en kjøleluftport på den indre overflaten av et hus ved det mellomliggende kammeret av tre kamre tilformet med rotoren. Hensikten med oppfinnelsen i samsvar med JP-A 5018381 er å skaffe til veie en skruevakuumpumpe, i hvilken det oppnådde vakuumet er høyt og utviklingen av reasksjonsprodukter er begrenset.

Formålet med denne oppfinnelsen er å frembringe en skruespindel vakuumpumpe og en fremgangsmåte for å drive den, ved hjelp av for-tilstrømning, muliggjøre effektiv kjø-ling, med kun litt svekking av effektiviteten og det oppnådde vakuumet.

Løsningen ifølge oppfinnelsen finnes i trekkene i kravene 1 til 3. Disse forutsetter en skruespindel vakuumpumpe som har plassert, langs hver rotor, minst tre matekamre, det ene etter det andre. Det siste blir i hvert tilfelle stengt igjen, med unntak av klaring-en som er uunngåelig i tilfelle av tørr transport. I en slik maskin er det mulighet for, ifølge oppfinnelsen, at kammeret som er det siste på leveringssiden, bringes så å si eller fullstendig til kompresjonsgrensetrykket ved hjelp av for-tilstrømning, kort før den åpnes mot leveringssiden, ved å slippe inn en for-tilstrømningsstrøm av kjølig gass som er minst fem ganger større enn inntaksmassestrømmen. I dette tilfellet antas et driftspunkt der forholdet mellom den ytre kompresjonen til den indre kompresjonen er minst fem. På den ene siden oppnås effektiv kjøling av rotorområdet som er det mest kritiske om-rådet for temperaturkontroll. På den andre siden har denne kjølingen også en effekt på det nest siste kammeret, siden noe av den kjølige gassen i det siste kammeret som er under betydelig høyere trykk, strømmer tilbake til det nest siste kammeret. Til slutt er fordelen med denne anordningen at det er en betydelig reduksjon i støyen som skapes, fordi, når det siste kammeret åpnes mot avleveringssiden, er trykkutligningen allerede så å si fullført. Dette betyr at minst 75% av grensetrykket, fortrinnsvis 90%, nås ved hjelp av for-tilstrømning før det siste kammeret åpnes på leveringssiden.

I kjente maskiner som har et lite antall kamre, er slik for-tilstrømning ikke mulig, fordi på grunn av utpreget lekkasjetap, har trykket i kammeret allerede steget relativt raskt når utløpet åpnes, og følgelig er en lavere trykkforskjell tilgjengelig for for-til-strømning.

Også i dette henseende spiller nok en gang den betydelige forskjellen i trykkforhold mellom kompressorer og vakuumpumper en stor rolle; på grunn av det lavere trykkforholdet gjør et relativt høyere trykk seg gjeldende i kammeråpningen mot utløpet når det gjelder kompressorer enn når det gjelder vakuumpumper.

Med indre kompresjon menes forholdet mellom volumene av kammeret nærmest innsugingssiden når dette kammeret lukkes, og kammeret nærmest leveringssiden når dette kammeret åpnes. Hvis tverrsnittformen av skruespindlene er konstant over deres lengde, er den indre kompresjon lik 1.

En annen mulighet for å definere for-tilstrømningen ifølge oppfinnelsen finnes i krav 2. Ifølge dette skal for-tilstrømningsvolumstrømmen som leveres til det siste kammeret på leveringssiden, før det siste kammeret åpnes mot leveringssiden, være større enn 75% av den teoretiske innsugingskapasiteten av dette kammeret ved for-tilstrømningen, dividert med det indre kompresjonsforholdet. Hvis for-tilstrømningen strekker seg over en tids-periode av betydelig lengde, skal tiden som for-tilstrømningen slutter, tas som basis. I stedet kan midtpunktet i tid mellom åpning og lukking av for-tilstrømningen også tas som en basis. Volumstrømmen må angå utløpstrykket og temperaturen av gassen som slippes inn. Den teoretiske innsugingskapasiteten er volumet av kammeret ved den kritiske tiden multiplisert med rotasjonshastigheten.

De hittil konvensjonelle små for-tilstrømningsåpningene, som har innebygget en betydelig flaskehalseffekt, er ikke tilstrekkelige for denne hensikten. Ifølge en tommelfinger-regel bør tverrsnittet av for-tilstrømningsåpningen i millimeter være minst så stor som den teoretiske innsugingskapasiteten av det tilhørende kammeret i nrVtime, men fortrinnsvis to ganger, ytterligere fortrinnsvis tre ganger så stor. Dette forutsetter selvfølge-lig at for-tilstrømningsåpningen, dvs. veggåpningen som introduserer gass i kammeret, ikke går forut for et trangere tverrsnitt som nok en gang vil svekke effekten av åpnings-bredden. I dette henseende er den teoretiske innsugingskapasiteten i kammeret produk-tet av volumet av dette matekammeret, antallet skruegjenger og rotasjonshastigheten, den maksimale rotasjonshastigheten som forventes under kontinuerlig drift skal tas som en basis.

Denne definisjonen av den teoretiske innsugingskapasiteten inneholder, i motsetning til definisjonen gitt ovenfor med referanse til krav 2, antallet skruegjenger som en faktor. Dette forklares ved det faktum at her henvises det til alle de tilstrømningsåpningene som kan angis samtidig til flere kamre i en multiskruegjenger-skruespindel, mens bare ett enkeltkammer betraktes i krav 2.

Den sterke for-tilstrømningen ifølge oppfinnelsen i det siste trinnet er spesielt effektivt når skruegjengestigningen til rotorene er konstant, dvs. at kompresjonen teoretisk finner sted isokorisk (ved konstant volum). I det tilfellet med en minskende stigning, viser imidlertid oppfinnelsen seg å være hensiktsmessig siden, som regel, stigningen aldri er redusert i så høy grad at, selv uten for-tilstrømning i det siste trinnet, nås grensetrykket når pumpen er i det normale driftpunktet. Videre utelukker ikke oppfinnelsen også frembringelse av svak for-tilstrømning i de tidligere trinn i tillegg til den sterke for-til-strømningen i det siste trinnet, selv om dette er unødvendig eller til og med uønskelig i de fleste bruksforhold.

Siden for-tilstrømning ifølge oppfinnelsen bare finner sted i det siste trinnet og det frem-bringes minst tre suksessive matekamre, er svekkelsen av innsugingskapasiteten av vakuumpumpen neglisjerbar, forutsatt at rotasjonshastigheten ikke er for lav.

I en fordelaktig utførelse av vakuumpumpen ifølge oppfinnelsen, er for-tilstrømnings-åpningen utformet som en spalte, der minst den avgrensende kanten av leveringssiden er utformet parallelt med de tilhørende fortrengningsskrue-gj engene. Dette tillater den fordelen at spalten er åpen med størst mulig tverrsnitt inntil det sist mulige øyeblikket. Spaltelengden må være større enn 1/10 av rotordiameteren, fortrinnsvis også større enn 1/5. Det er formålstjenelig at størrelsesorden er en tredjedel av rotordiameteren. Bredden av for-tilstrømningsåpningen i den aksielle retningen er formålstjenelig mellom halv og full hodebredde (målt i samme retning) som fortrengningsskruegjengene. Den kan til og med overskride hodebredden litt, så lenge for-tilstrømningsfyllingen av kammeret som er sist på leveringssiden ikke settes i fare ved forbindelsen som allerede er dannet mellom for-tilstrømningsåpningen og det følgende kammeret.

Den avgrensende kanten på for-tilstrømningsåpningen på innsugingssiden kan også gå parallelt med den tilhørende fortrengningsskruegj engene. Det kan imidlertid være mer hensiktsmessig å utforme den avgrensende kanten på innsugingssiden til å være i det minste delvis hellende relativt de tilhørende fortrengningsskruegj engene, for derved å hindre at for-tilstrømningsåpningen åpnes hurtig, noe som kan medføre uønsket genere-ring av støy, sammenlignet med en gradvis åpning. Målet er generelt å sikre at for-til-strømningsåpningen lukkes før kammeret åpnes på leveringssiden. Med andre ord, dekkes akkurat for-tilstrømningsåpningen av den tilhørende skruegj engen når rotoren er i den stillingen der kammeret akkurat åpnes på leveringssiden. Dette gjør f.eks. at en trykkbølge som trenger inn i kammeret fra leveringssiden under åpning, forhindres fra å bevege seg så langt som til for-tilstrømningsåpningen og fra å drive tilbake inn i sist-nevnte oppvarmet gass som ville redusere kjøleeffekten i den neste for-tilstrømningsop-erasjonen. Ubehagelig støy kan også unngås ved dette. I mange tilfeller er det imidlertid ikke nødvendig at for-tilstrømningsåpningen allerede er lukket når kammeret åpnes på leveringssiden, forutsatt at det nøye passes på å sikre at for-tilstrømningsåpningen lukkes innenfor det tidsrommet som trykkpulsen krever for å bevege seg med lydhastigheten fra åpningen av kammeret på leveringssiden til å nå for-tilstrømningsåpningen. Med andre ord bør den frie aksielle fremspringende lengden av for-tilstrømningsåp-ningen bortenfor tildekkingskanten av den tilhørende skruegj engen være mindre enn avstanden fra den nevnte for-tilstrømningsåpningen fra enden av skruegj engene som utgjør åpningen av kammeret på leveringssiden, multiplisert med rotasjonshastigheten og dividert med lydhastigheten.

Det er generelt tilstrekkelig hvis disse betingelsene som er frembrakt for å unngå uøns-kede gjensidige påvirkninger mellom for-tilstrømningsåpningen og åpningen av kammeret på leveringssiden, er til stede ved høye driftshastigheter (f.eks. 6000 pr. min.) fordi disse ulempene har mindre betydning ved lavere hastigheter.

Utredningene ovenfor forutsetter at for-tilstrømningen kontrolleres av den gjensidige på-virkningen av for-tilstrømningsåpningen med hodeflaten av en skruegjenge. Selv om dette er en foretrukket versjon, utelukkes ikke at ventiler kan komme forut for for-til-strømningsåpningen, nevnte ventiler er ansvarlige, eller delvis ansvarlige i forbindelse med skruegjengehodeflaten, for å kontrollere for-tilstrømningstiden.

Det bør understrekes at betegnelsen "for-tilstrømningsåpningen" eller "spalte" ikke krever at åpningen skal være uoppdelt. På grunn av fremstillingsøkonomien kan f.eks. en slik åpning være sammensatt av flere enkeltboringer som er separert fra hverandre ved hjelp av gitterstaver. Dette innebærer den fordelen at for-tilstrømningen kan finne sted ved passende å strekke ut for-tilstrømningsåpningen over en større del av kammerlengden. I en foretrukket versjon strekker for-tilstrømningsåpningen som er sammensatt av mange separate åpninger, seg over minst halve kammerlengden. Den kan komme opp i 270°.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for drift av en skruespindelvakuumpumpe med minst tre avstengte matekamre plassert etter hverandre, langs hver rotor og med for-tilstrømning for levering av kjølig gass, karakterisert ved at det siste kammeret på leveringssiden bringes så å si til kompresjonsgrensetrykket ved hjelp av for-tilstrømning, kort før det åpnes mot leveringssiden, og ved at, i tilfelle forholdet mellom ytre kompresjon til indre kompresjon er minst 5, er for-tilstrømningsmasse-strømmen minst fem ganger større enn inntaksmassestrømmen.

2. Fremgangsmåte for å drive en skruespindelvakuumpumpe med minst tre avstengte matekamre plassert etter hverandre, langs hver rotor og med for-tilstrømning for levering av kjølig gass, karakterisert ved at det siste kammeret på leveringssiden, før det åpnes mot leveringssiden, har fått levert en for-til-strømningsvolumstrøm som i forhold til utløpstrykket er større enn 75% av den teoretiske innsugingskapasiteten til dette tilhørende kammeret, dividert med det indre kompresjonsforholdet.

3. Skruespindelvakuumpumpe med et par fortrengningsrotorer som roterer innenfor et inn-sugingsrom og deres skruegjenger som kobles inn i hverandre for å danne minst tre kamre plassert etter hverandre og avstengt fra hverandre, og med minst én for-til-strømningsåpning anvist til det kammeret som er sist på leveringssiden, karakterisert ved at tverrsnittet av for-tilstrømningsåpningen i mm er minst så stort som den teoretiske innsugingskapasiteten av det tilhørende kammeret i mVtime.

4. Skruespindelvakuumpumpe ifølge krav 3, karakterisert v e d at for-tilstrømningsåpningen er utformet som en spalte og at minst dets avgrensende kant på leveringssiden utformes parallelt til den tilhørende fortrengningsskruegj engen.

5. Skruespindelvakuumpumpe ifølge krav 4, karakterisert ved at spaltelengden er større enn 1/10 av rotordiameteren.

6. Skruespindelvakuumpumpe ifølge et av kravene 3-5, karakterisert ved at bredden av for-tilstrømningsåpningen i den aksielle retningen er mellom en halv og en full hodebredde på fortrengningsskruegj engen.

7. Skruespindelvakuumpumpe ifølge et av kravene 3-5, karakterisert ved at bredden av for-tilstrømningsåpningen i aksiell retning er større enn hodebredden av fortrengningsskruegj engen.

8. Skruespindelvakuumpumpe ifølge et av kravene 3-7, karakterisert ved at den avgrensende kanten av innsugingssiden også går parallelt med den tilhørende fortrengningsskruegj engen.

9. Skruespindelvakuumpumpe ifølge et av kravene 3-7, karakterisert ved at den avgrensende kanten på innsugingssiden går i det minste delvis på en helning relativt den tilhørende fortrengningsskruegj engen.

10. Skruespindelvakuumpumpe ifølge et av kravene 3-9, karakterisert ved at for-tilstrømningsåpningen dekkes akkurat av den tilhørende skruegjengen når rotoren er i posisjonen der kammeret akkurat åpnes på leveringssiden.

11. Skruespindelvakuumpumpe ifølge et av kravene 3-9, karakterisert ved at for-tilstrømningsåpningen ennå ikke dekkes fullstendig av den tilhørende skruegjengen når rotoren er i posisjonen der kammeret akkurat åpnes på leveringssiden, men at den frie aksielle fremspringende lengden av for-tilstrømningsåpnin-gen bortenfor tildekkingskanten av den skruegjengen er mindre enn avstanden av nevnte for-tilstrømningsåpning fra enden av enden til skruegjengen som hører til åpningen av kammeret på leveringssiden, multiplisert med rotasjonshastigheten og dividert med lydhastigheten.

12. Skruespindelvakuumpumpe ifølge et av kravene 3 -11, karakterisert ved at for-tilstrømningsåpningen er sammensatt av flere boringer.

13. Skruespindelvakuumpumpe ifølge et av kravene 3-12, karakterisert ved at for-tilstrømningsåpningen sammensettes av, hvis passende, flere delåpninger som strekker seg over minst halve kammerlengden.