Mehrstufige Flüssigkeitsring-Gaspumpe Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssig keitsring-Gaspumpe und bezweckt die Einsparung von Kühlflüssigkeit und eine Verbesserung der Lei stung bei derartigen Pumpen.
FlüssigkeitsrinbGaspumpen benötigen bekannt lich, damit ein einwandfreies Arbeiten gewährleistet ist, die laufende Zugabe von Flüssigkeit. Diese Flüs sigkeit hat die verschiedensten Aufgaben zu erfüllen, und zwar 1. Abführung der durch die Verdichtung entste henden Wärme, d. h. Kühlung des Ringes (Kühlflüs sigkeit), 2.
Abdichtung der Spalte zwischen den Stirn seiten der umlaufenden Räder und dem feststehenden Gehäuse (Abdichtflüssigkeit), 3. Ergänzung der vom Gas aus dem Flüssigkeits ring herausgerissenen Flüssigkeit, die am Druck schlitz aus dem Arbeitsraum zusammen mit dem Gas austritt (Ersatzflüssigkeit), ausserdem kann sie noch die Aufgabe haben, 4. die Stopfbuchsen gegen den Durchtritt von Gas abzusperren (Sperrflüssigkeit).
Bei bekannten mehrstufigen Pumpenausführun gen hat die zugeführte Flüssigkeit mehrere der oben angeführten Aufgaben gleichzeitig zu erfüllen, sei es nun, dass sie gleichzeitig als Kühl-, Abdicht- und Ersatzflüssigkeit dient oder als Kühl- und Ersatz flüssigkeit oder auch als Abdicht- und Sperrflüssig keit. Wegen dieser mehrfachen Aufgabe ist es erfor derlich, laufend verhältnismässig grosse Flüssigkeits mengen den Pumpen zuzuführen. Soweit die Flüssig keit mit zur Kühlung benutzt wird, muss dann diese gesamte Flüssigkeitsmenge ausserdem noch relativ kalt sein. In vielen Fällen ist es schwierig, kalte Flüssigkeit in grösseren Mengen laufend zur Verfügung zu stel len.
Durch die vorliegende Erfindung soll nun ein Weg gezeigt werden, wie bei zwei- oder mehrstufigen Flüssigkeitsring-Gaspumpen Kühlflüssigkeit einge spart und ausserdem noch die Leistung verbessert werden kann.
Die oben angeführten verschiedenen Aufgaben der zugeführten Flüssigkeit bedingen sehr verschie dene Anforderungen an Menge und Temperatur die ser Flüssigkeit, wobei diese Anforderungen bei mehr stufigen Pumpen auch noch von Stufe zu Stufe ver schieden sind.
Eingehende Untersuchungen an dem Beispiel einer zweistufigen Flüssigkeitsring-Gaspumpe mit Wasser als Betriebsflüssigkeit und Betrieb als Va kuumpumpe brachten nun folgende Erkenntnisse, die die Grundlagen der vorliegenden Erfindung bilden.
In der ersten Stufe ist das Druckverhältnis beson ders bei hohem Vakuum sehr viel kleiner als in der zweiten Stufe. Die isotherme Verdichtungsleistung ist damit in der ersten Stufe kleiner als in der zweiten und infolgedessen ist in der ersten Stufe auch eine geringere Wärmemenge abzuführen. Die von der ersten Stufe benötigte Kühlflüssigkeitsmenge ist also verhältnismässig gering. Diese Kühlflüssigkeit muss aber sehr kalt sein, da in der ersten Stufe das hohe Vakuum herrscht und dieses von der Temperatur der Flüssigkeit abhängig ist.
In der zweiten Stufe ist das Druckverhältnis und damit die isotherme Ver dichtungsleistung gross, hier wäre also eine relativ grosse Wärmemenge abzuführen, wenn auch der Flüs sigkeitsring der zweiten Stufe kalt bleiben müsste. Das ist aber nicht in dem Masse erforderlich, wie in der ersten Stufe, da in der zweiten Stufe ja ein höhe- rer Anfangsdruck herrscht, womit die Flüssigkeits temperatur hier ebenfalls höher sein kann.
Eine be sondere Zuführung von Kühlflüssigkeit zu dieser Stufe erübrigt sich, da die von dem Gas aus der ersten Stufe mitgerissene kalte Flüssigkeit auch in die zweite Stufe gelangt und dort eine gewisse Küh lung bewirkt, so dass auch hier keine unzulässige Er wärmung eintritt.
Kühlflüssigkeit braucht also bei mehrstufigen Flüssigkeitsring-Gaspumpen nur der ersten Stufe zu geführt zu werden. Die erforderliche Menge kann dann sehr gering, die Temperatur soll niedrig sein, damit eine gute Leistung bei hohem Vakuum erzielt wird. Um eine möglichst gute Wirkung der Kühlung zu erreichen, erfolgt die Zuführung der Kühlflüssig keit zweckmässig auf der Saugseite der ersten Stufe. Die Kühlflüssigkeit kann dabei entweder in den Saug raum vor dem Flügelrad oder direkt in die Radzellen oder auch gleichzeitig in den Saugraum vor dem Flü gelrad und direkt in die Radzellen eingeführt werden.
Die Untersuchungen zeigten ferner, dass die Druckdifferenz in der ersten Stufe zwischen Ein- und Austritt besonders bei hohem Vakuum sehr gering ist, während sie in der zweiten Stufe sehr gross ist. Die erste Stufe benötigt damit also nur wenig Flüs sigkeit zur Abdichtung der oben unter Ziffer 2 er wähnten Spalte, während der Bedarf an Abdicht- flüssigkeit für die Spalte in der zweiten Stufe durch die grossen Druckdifferenzen zwischen Ein- und Aus tritt sehr gross ist. Besondere Anforderungen bezüg lich besonders niedriger Temperatur der Abdicht- flüssigkeit sind auch für die erste Stufe nicht erfor derlich, da diese Flüssigkeit ja zur Kühlung nicht mit verwendet werden soll.
Da aber ein Teil der Abdichtflüssigkeit auch durch die Spalte in den Saug raum der ersten Stufe gelangt, sollte die Temperatur dieser Flüssigkeit auch nicht zu hoch sein.
In den Druckräumen hinter den einzelnen Pum penstufen findet eine gewisse Abscheidung der Flüs sigkeit vom Gas statt, und es sammelt sich in diesen Räumen Flüssigkeit an. Diese Flüssigkeit kann zu den Spalten zwischen den Stirnseiten der Flügelräder und dem Gehäuse zurückgeführt und zur Abdichtung der Spalte benutzt werden. Es erübrigt sich damit, eine besondere Zuführung von Abdichtflüssigkeit von aussen, d. h. es tritt eine Flüssigkeitsersparnis ein. Damit die Temperatur der Abdichtflüssigkeit in er träglichen Grenzen bleibt, wird diese vorteilhaft aus dem Druckraum der jeweiligen Stufe entnommen.
Wie schon festgestellt wurde, ist ja die Erwärmung besonders in der ersten Stufe bei hohem Vakuum sehr gering, und die Temperatur der sich im Druck raum dieser Stufe ansammelnden Flüssigkeit wird also verhältnismässig niedrig sein. Bei den nachfol genden Stufen spielt die Temperatur keine so ent scheidende Rolle mehr, hier kann also auch die Flüs sigkeit aus dem zugehörigen Druckraum, die eine höhere Temperatur hat, verwendet werden. Die Flüssigkeit, die am Druckschlitz der einzelnen Stufen zusammen mit dem Gas den Arbeitsraum ver lässt, fehlt dem Flüssigkeitsring und muss diesem wie der zugeführt werden. Auch für diese Ersatzflüssig keit ist eine besondere Zuführung von aussen nicht erforderlich, sondern diese kann ebenfalls an geeig neten Stellen aus der Pumpe selbst entnommen wer den.
Zweckmässig erfolgt die Entnahme aus den glei chen Gründen wie bei der Abdichtflüssigkeit aus dem Druckraum der jeweiligen Stufe.
Auf Grund obiger Erkenntnisse besteht die Er findung also darin, dass bei einer mehrstufigen Flüs- sigkeitsring-Gaspumpe nur die Kühlflüssigkeit von aussen zugeführt wird, während die Abdicht-, die Ersatz- und die Sperrflüssigkeit aus der Pumpe selbst entnommen werden.
Wenn die Flügelräder einer erfindungsgemässen mehrstufigen Flüssigkeitsring-Gaspumpe auf einer gemeinsamen Antriebswelle sitzen, besteht, da diese Welle frei umlaufen können muss, zwischen den ein zelnen Stufen entlang der Welle eine Verbindung. Infolge des Druckgefälles zwischen den Stufen er folgt also ein Rückströmen von Gas und auch Flüs sigkeit entlang der Antriebswelle in Richtung auf die vorhergehende Stufe. Um eine Leistungsverminde rung zu verhindern, wird vorteilhaft zwischen je zwei Stufen eine besondere Wellenabdichtung vorgesehen. Gut bewährt hat sich ein einfacher Abdichtungsring, der ein Rückströmen verhindert.
In vielen Fällen ist es erforderlich, einen Durch tritt von Gas durch die Stopfbuchsen der Pumpe zu verhindern. Es wird dann allgemein von aussen Sperr flüssigkeit auf die Stopfbuchsen gegeben. Bei einer entsprechenden erfindungsgemässen Pumpe wird auch diese Sperrflüssigkeit aus der Pumpe selbst entnom men. Je nach den Betriebsbedingungen der Pumpe kann die Sperrflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsring der ersten, zweiten oder sonst einer weiteren druck mässig günstig liegenden Stufe entnommen werden.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass durch die erfindungsgemässe Ausbildung einer Flüs- sigkeitsring-Gaspumpe die von aussen zuzuführende Flüssigkeitsmenge gegenüber bekannten Pumpenbau arten um 50-75 1/o reduziert werden kann. Es ergibt sich also eine erhebliche Einsparung an Flüssigkeit. Daneben verringert sich aber auch die Antriebslei stung der Pumpe, da die zu reichlich zugeführte Flüs sigkeit nicht mehr von der Pumpe wie bisher zusätz lich verarbeitet werden muss.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist beispielsweise eine zweistufige Pumpe gemäss der Erfindung darge stellt.
Die Gase gelangen durch den Saugstutzen 1 in den Saugraum 2 vor der ersten Pumpenstufe und von dort durch den Saugschlitz der Steuerscheibe 3 in den Arbeitsraum der ersten Stufe mit dem Flügelrad 4 und dem Gehäuseteil 5. Aus dem Arbeitsraum dieser Stufe treten sie am Druckschlitz der Steuer- scheibe 6 aus und gelangen in das Zwischenstück 7, welches gleichzeitig den Druckraum der ersten Stufe und den Saugraum der zweiten Stufe enthält. Vom Zwischenstück 7 treten die Gase durch den Saug schlitz der Steuerscheibe 8 in den Arbeitsraum der zweiten Stufe mit Flügelrad 9 und Gehäuseteil 10. Durch den Druckschlitz der Steuerscheibe 11 verlas sen sie den Arbeitsraum der zweiten Stufe und ge langen in den Druckraum 12 hinter dieser Stufe.
Durch den Druckstutzen 13 verlassen sie dann die Pumpe.
Die Kühlflüssigkeit wird entweder am Stutzen 14 in das Gehäuse geleitet und gelangt von dort unter Umgehung des Saugraumes 2 durch eine Bohrung in der Steuerscheibe 3 in den Arbeitsraum der ersten Stufe, oder sie wird durch die Bohrung 15 am Ge häuse in den Saugraum 2 eingeführt und gelangt dann zusammen mit dem Gas durch den Saugschlitz in der Steuerscheibe 3 in den Arbeitsraum der ersten Stufe. Es kann auch vorteilhaft sein, die erforderliche Kühl wassermenge aufzuteilen und einen Teil am Stutzen 14 und den anderen Teil durch die Bohrung 15 in die Pumpe zu leiten.
Die Abdichtflüssigkeit zur Abdichtung der Spalte seitlich der Flügelräder wird, wie die Zeichnung er kennen lässt, aus dem Druckraum der jeweiligen Stufe entnommen. Die erste Stufe erhält die Abdichtflüssig- keit aus dem Druckraum 16 hinter der ersten Stufe, der sich im Zwischenstück 7 befindet, die zweite Stufe aus dem Druckraum 12 hinter dieser Stufe.
Die Anordnung kann dabei so getroffen sein, dass, wie in der Zeichnung dargestellt ist, die Abdicht- flüssigkeit zur Saugseite des betreffenden Arbeits raumes durch Bohrungen in den Flügelrädern geleitet wird oder aber, dass auch an dieser Seite der Flügel räder noch ein besonderer Raum vorgesehen wird, der mit dem entsprechenden Druckraum in Verbin dung steht. Bei einer derartigen Anordnung wird dann die Abdichtflüssigkeit den beiden Spalten zwi schen den Steuerscheiben und Flügelrädern getrennt zugeführt und die Bohrungen in den Flügelrädern können entfallen.
Für die Ersatzflüssigkeit gilt das gleiche wie für die Abdichtflüssigkeit, auch sie wird dem Druckraum der jeweiligen Stufe entnommen. In der Zeichnung ist diese Entnahme nur für die erste Stufe dargestellt. Die Flüssigkeit tritt durch die untere Bohrung in der Steuerscheibe 6 aus dem Druckraum 16 in den Ar beitsraum der ersten Stufe ein. Es kann zweckmässig sein, auch durch eine Bohrung in der Steuerscheibe 3 von der anderen Seite noch Ersatzflüssigkeit in den Arbeitsraum einzuführen.
Es ist dann auf dieser Seite ein besonderer Raum vorzusehen, der, wie bei der Abdichtflüssigkeit schon angegeben, mit dem Druck raum 16 verbunden werden muss. Auch bei der zwei ten Pumpenstufe kann die Ersatzflüssigkeit in glei cher Weise zugeführt werden wie bei der ersten Stufe. Um die Zeichnung nicht zu kompliziert werden zu lassen, ist bei dem dargestellten Beispiel darauf ver zichtet worden, zumal sich auch die Zugabe von Ersatzflüssigkeit zur zweiten oder weiteren Stufen oft erübrigt.
Um zu verhindern, dass Flüssigkeit von der zwei ten in die erste Stufe entlang der Welle strömt, ist zwischen den Stufen eine besondere Abdichtung vor gesehen. In der Zeichnung ist diese Abdichtung als einfacher Ring 17 dargestellt. Dieser Ring sitzt mit engem Spiel auf der Welle. Durch die Druckunter schiede in den benachbarten Stufen liegt er immer an einer Gehäuseseite an und verhindert dadurch den Durchtritt von Gas und Flüssigkeit.
Bei Betriebsfällen, bei denen verhindert werden muss, dass Luft von aussen durch die Stopfbuchsen in die Pumpe gelangt, oder auch kein Gas aus der Pumpe austreten soll, wird zweckmässig Sperrflüssig keit auf die Stopfbuchsen gegeben. Die Sperrflüssig keit kann aus dem Ring einer Stufe entnommen wer den. Je nach den Betriebsverhältnissen, d. h. ob die Pumpe bei hohem oder mittlerem Vakuum oder bei Kompressorbetrieb zu arbeiten hat, kann dann die Sperrflüssigkeit aus dem Ring der Stufe entnommen werden, die den Druckverhältnissen nach am besten geeignet ist.
In der Zeichnung ist beispielsweise die Entnahme von Sperrflüssigkeit aus dem Ring der ersten Stufe durch eine Bohrung im Gehäuseteil 5 dargestellt.