SE519647C2 - Vakuumpump och sätt att tillhandahålla undertryck - Google Patents

Description

1% m 519 647 2 Ett önskemål inom den vakuumberoende industrin är att reducera den tid som åtgår för evakuering av ett utrymme, exempelvis den av en sugkopp in- neslutna luftvolymen. Ett sätt att möta detta önskemål innefattar att under- trycket decentraliseras genom att vakuumkällor placeras i närhet av varje förbrukare, varigenom långa distributionskanaler kan undvikas och den evakuerade luftvolymen kan reduceras. I vissa tillämpningar när ett lågt tryck eftersträvas kan den höga temperaturen i den utmatade komprimera- de luften från en skruvrotorpump emellertid försvåra en omfattande decent- ralisering av undertrycket, exempelvis inom läkemedels-, livsmedels- och förpackningsindustrier.

Uppfinningen syftar till att möta detta önskemål och lösa ovannämnda pro- blem genom att anvisa en vakuumpump innefattande en med en skruvro- torpump samverkande ejektor enligt anslutande patentkrav 1 och förfarande enligt patentkrav 8.

UPPFINNINGEN I SAMMANDRAG Enligt uppfinningen anvisas i korthet en vakuumpump innefattande en skruvrotorpump med en kompressordel och en expanderdel, vari kompres- sordelens utlopp står i flödesförbindelse med åtminstone en ejektor för ut- matning av komprimerad gas via ejektorn, och expanderdelen är via en för- sta ventil anslutbar till en drivgaskälla för parallell drivning av skruvrotor- pumpen och ejektorn.

Vidare är ventilen företrädesvis anordnad att ansluta skruvrotorpumpen till samma drivgaskälla som driver ejektorn, och öppnas för drivning av skruv- rotorpumpen som svar på ett detekterat undertryck alstrat av ejektorn.

En andra ventil kan vara anordnad att stänga ejektorns evakueringskanal när nämnda första ventil öppnas för drivning av skruvrotorpumpen. 10 15 20 f ~~25 äo 519 647 3 Företrädesvis står skruvrotorpumpens expanderdel i flödesförbindelse med ejektorns utlopp för inblandning av expanderad drivgas i ejektorns utlopps- gas.

I överensstämmelse härmed anvisas även ett sätt att tillhandahålla under- tryck i en industriell process, vari åtminstone en ejektor initialt utnyttjas för reducering av trycket till en förbestämd nivå, varifrån ytterligare reducering av trycket sker medelst en skruvrotorpump som anordnas och drivs att ver- ka parallellt med och genom ejektorn.

Ytterligare särdrag och fördelaktiga utföringsformer anges i övriga under- ordnade krav.

RITNINGAR Uppfinningen förklaras närmare nedan med hänvisning till bifogade ritning- ar, varav Fig. 1 är ett flödesschema och diagram som visar en typisk uppställning av en vakuumpump enligt uppfinningen, och Fig. 2 är ett utföringsexempel som visar hur uppfinningen kan realiseras i en uppställning enligt ñg. 1 genom integrering av en skruvrotorpump och ejektor i en gemensam pumpkropp.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Med hänvisning till figur 1 visas schematiskt en vakuumpump innefattande en med åtminstone en ejektor l samverkande skruvrotorpump 2. Ejektorn 1 kan exempelvis vara av flerstegstyp och drivs med tryckluft från en tryck- luftskälla P via en ledning 3. Tryckluften eller annan drivgas passerar ejek- torn under expansion i ejektorns munstycken och alstrar därvid ett under- tyck som öppnar klaffventilerna i ejektorns portar vilka står i förbindelse 10 15 20 =25 iso 519 647 4 med det evakuerade utrymmet V via en ledning 4. Drivgasen och den evaku- erade luften eller gasen utblåses från ejektorns mynning enligt pilen p.

Skruvrotorpumpen 2 är anordnad att från en bestämd undertrycksnivå dri- vas parallellt med ejektorn l. För detta ändamål är en elstyrd tryckluftsven- til 5 anordnad att fördela drivgas till skruvrotorpumpen via en ledning 6 när trycket i det evakuerade utrymmet V reducerats till en i förväg bestämd nivå, exempelvis från atmosfärtryckets cirka 1000 mbar till cirka 300 mbar.

En elstyrd eller vakuumstyrd ventil eller en backventil kan vara anordnad att samtidigt stänga den direkta flödesförbindelsen mellan en ejektor och det evakuerade utrymmet via ledningen 4. För styrning av ventilen/ ventilerna är lämpligen en icke visad vakuumvakt anordnad att övervaka trycket i det evakuerade utrymmet V.

Skruvrotorpumpen 2 innefattar en expanderdel 7 med samverkande rotorer, vilka bringas i rotation under expansion av drivgasen. Expanderdelen 7 dri- ver en kompressordel 8 vars samverkande rotorer dels via ett inlopp 9 står i flödesförbindelse med det evakuerade utrymmet V, dels via ett utlopp 10 står i flödesförbindelse med ejektorn 1. Utloppet från skruvrotorpumpens expanderdel 7 är via en ledning ll förbundet med ejektorns utlopp. Led- ningen l 1 mynnar nedströms ejektormynningen för utmatning av den ex- panderade drivgasen i flödet från ejektorn. Härigenom sker en inblandning av expanderad drivgas med låg temperatur i det ur ejektorn strömmande gasflödet som innefattar den av Skruvrotorpumpen komprimerade gasen med jämförelsevis hög temperatur.

Fig. 2 visar schematisk ett utföringsexernpel som illustrerar hur uppfinning- en kan realiseras i en uppställning enligt fig. l genom integrering av en skruvrotorpump och åtminstone en ejektor i en gemensam pumpkropp. I framställningen har detaljer och konstruktionselement förenklats av åskådlighetsskäl. 10 15 20 fw 30 519 647 5 Vakuumpumpen 100 innefattar en vakuumport V för anslutning till en va- kuumdriven process, ett inlopp för drivgas 101 och ett utlopp för drivgas och evakuerad gas 102. En ejektor 103 är här visad som en flerstegsejektor med i serie anordnade munstycken 104, och med portar 105 som via kana- len 106 står i flödesförbindelse med vakuumporten V. Flödesförbindelsen genom kanalen 106 regleras av en backventil eller en vakuum- eller elstyrd ventil 107 av NO-typ (normalt öppen). Ejektorn, som kan vara av rotations- symmetrisk typ med ventilelement 108 och portar 105 integrerat anordnade i ejektorns cylindervägg, mynnar innanför en ljuddämpare 109.

En i pumpen 100 ingående skruvrotorpump innefattar en expanderdel 110 och en kompressordel 111. Expanderdelen har en han- respektive en honro- torkropp vilka via axlar 112 är vridfast förbundna med motsvarande rotor- kroppar av kompressordelen för överföring av rotationsrörelse mellan krop- parna. För en närmare beskrivning av en skruvrotorpumps konstruktion och verkningssätt hänvisas till litteraturen då denna i sig inte är någon del av uppfinningen, utan häri endast kommer att beskrivas de särdrag som utmärker uppfinningen.

Expanderdelen 110 har ett inlopp 113 för drivgas, vilken avleds från drivgasinloppet 101 vid öppning av en elstyrd tryckluftsventil 114 av NC-typ (normalt stängd). Expanderdelens utlopp 115 är via kanalen 116 förbundet med vakuumpumpens utlopp 102 och mynnar nedströms ejektormynning- en. Kompressordelen 112 har ett inlopp 117 för insugning och evakuering av gas från vakuumporten samt ett utlopp 1 18 för utmatning av komprime- rad gas, och står med dessa i flödesförbindelse dels med vakuumporten V och dels med ejektorn 103. Skruvrotorpumpens rotorkroppar är på inte närmare visat sätt lagrade i pumpkroppen för gastät och friktionsfri rotation vid aktuella varvtal.

Vakuumpumpen 100 arbetar på följande sätt. Drivgas, vanligtvis tryckluft, matas genom ejektorn 103 varvid ejektorportarna 105 öppnas som följd av tryckfallet i området mellan ejektors munstycken och gas sugs genom vaku- 10 15 20 -25 so 519 647 6 umporten in till ejektorn på i sig känt sätt. Vid en viss förbestämd trycknivå, exempelvis 300 mbar, övervakad och registrerad med hjälp av en vakuum- vakt eller den vakuumstyrda ventilen 107, öppnas ventilen 1 14 för avled- ning av drivgas till skruvrotorpumpens expanderdel 110 via dess inlopp 113. Drivgasen bringar expanderdelens rotorkroppar att rotera under ex- pansion av drivgasen, som utmatas via utloppet 115 och kanalen 116 till ejektorns utlopp 102, nedströms ejektormynningen. Den från expanderdelen utmatade, expanderade drivgasen har jämförelsevis låg temperatur, typiskt i storleksordningen ett tiotal grader C eller lägre.

Expanderdelen 110 verkar som en motor vars rotationsrörelse via axlarna 112 överförs till skruvrotorpumpens kompressordel 11 1. Gas sugs därvid in i kompressordelen från vakuumporten via inloppet 1 17, komprimeras och utmatas till ejektorn via kompressordelens utlopp 1 18. Den komprimerade gasen har en jämförelsevis hög temperatur, typiskt i storleksordningen 60° C eller högre vid reducering av trycket i vakuumporten ned till exempelvis 5 mbar. Den heta, komprimerade gasen sugs in i ejektorn och blandas med drivgasen genom ejektorn, och nedströms ejektormynningen med den ex- panderade drivgasen från skruvrotorns expanderdel. Härigenom uppnås en temperatur i den från utloppet 102 utmatade gasen /luften som motsvarar normal rumstemperatur eller lägre.

Vakuumpumpen 100 karaktäriseras av snabb verkan inom ett högre tryck- område under atmosfärtryck och en hög verkningsgrad inom ett lägre tryck- område, ned till mycket lågt tryck/ högt vakuum. Dessa verkningsmässiga fördelar tillhandahålls genom kombinationen av ejektor och skruvrotor- pump. I uppfinningen har verkningsgraden ytterligare förbättrats genom in- tegrering av ejektor och skruvrotorpump i det avseendet att den senare ar- betar via ejektorn. Genom att drivgasen till fullo utnyttjas för kylning av den komprimerade gasen från skruvrotorpumpen kan pumpen enligt utförings- exemplet utnyttjas i decentraliserade vakuumsystem även för temperatur- känsliga tillämpningar där högt vakuum erfordras. 10 519 647 7 Uppfinningen kan realiseras i andra utföringsexempel än det här visade. Ex- empelvis kan flera ejektorer anslutas och drivas parallellt från samma driv- källa. I mindre temperaturkänsliga tillämpningar kan skruvrotorpumpens drivgas utmatas separat från expanderdelen. En annan modifiering kan in- nefatta att drivgasen leds i kanaler från expanderdelen för kylning av kom- pressordelen eller dess utlopp. Istället för en vakuumstyrd ventil kan förbin- delsen mellan vakuumporten och ejektorn innefatta en självreglerande backventil och en vakuumvakt vara anordnad att avge en signal för aktive- ring av ventilen i expanderdelens inloppskanal. Alla sådana modifieringar som kan framstå som uppenbara för fackmannen efter att ha tagit del av föregående beskrivning skall anses innefattade i det begärda skyddsornfång- et.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 PATE 519 647 N TKRAV . Vakuumpump innefattande en skruvrotorpump med en kompressor- del (8) och en expanderdel (7), kännetecknad av att kompressordelens utlopp (10) står i flödesförbindelse med åtminstone en ejektor (1) för utmatning av komprimerad gas via ejektorn, och expanderdelen (7) via en första ventil (5) är anslutbar till en drivgaskälla (P) för parallell drivning av skruvrotorpumpen och ejektorn. . Vakuumpump enligt krav 1, vari ventilen (5) är anordnad att ansluta skruvrotorpumpen (7,8) till samma drivgaskälla som driver ej ektorn (1), och öppnas för drivning av skruvrotorpumpen som svar på ett de- tekterat undertryck alstrat av ejektorn. . Vakuumpump enligt krav 1 eller 2, vari en andra ventil är anordnad att stänga ejektorns evakueringskanal (4) när nämnda första ventil öppnas för drivning av skruvrotorpumpen. Vakuumpump enligt krav 1, vari skruvrotorpumpens expanderdel (7) står i flödesförbindelse (11) med ejektorns utlopp för inblandning av expanderad drivgas i ejektorns utloppsgas. Vakuumpump enligt något av föregående krav, vari ejektorn är en flerstegsejektor. Vakuumpump enligt något av föregående krav, vari skruvrotorpum- pen och ejektorn är integrerade och inbyggda i en gemensam pump- kropp. Vakuumpump enligt något av föregående krav, vari den första ventilen (5) för avledning av drivgas till skruvrotorpumpen är en elstyrd ventil av NC-typ, och den andra ventilen för stängning av ejektorns evakue- ringskanal (4) är en elstyrd ventil av NO-typ. 519 647 8. Sätt att tillhandahålla undertryck i en industriell process, känneteck- ga_t av att åtminstone en ejektor (1) initialt utnyttjas för reducering av trycket till en förbestâmd nivå, varifrån ytterligare reducering av 5 trycket sker medelst en skruvrotorpump (7,8) som anordnas och drivs att verka parallellt med och genom ejektorn. 9. Sätt enligt krav 8, vari skruvrotorpumpens drivgas inblandas i ejek- torns utloppsgas för reducering av utloppsgasens temperatur. 10 10. Sätt enligt krav 8, vari skruvrotorpumpen och ejektorn drivs från en gemensam drivgaskälla (P), och drívgasen styrs till skruvrotorpum- pen via en ventil (15) som svar på ett detekterat undertryck alstrat av ejektorn. 15 - - -