EP3676496A1 - Flüssigkeitsringpumpe - Google Patents

Flüssigkeitsringpumpe

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EP3676496A1
EP3676496A1 EP18772737.5A EP18772737A EP3676496A1 EP 3676496 A1 EP3676496 A1 EP 3676496A1 EP 18772737 A EP18772737 A EP 18772737A EP 3676496 A1 EP3676496 A1 EP 3676496A1
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EP
European Patent Office
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pump
chamber
impeller
liquid
delivery chamber
Prior art date
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Application number
EP18772737.5A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP3676496B1 (de
Inventor
Bernhard Herrmann
Eberhard Schlücker
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Hydrogenious Technologies GmbH
Original Assignee
Hydrogenious LOHC Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Hydrogenious LOHC Technologies GmbH filed Critical Hydrogenious LOHC Technologies GmbH
Publication of EP3676496A1 publication Critical patent/EP3676496A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3676496B1 publication Critical patent/EP3676496B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • 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
    • 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
    • F04C29/12—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet

Definitions

  • the invention relates to a liquid ring pump, which serves for example for the promotion of gases or the generation of a vacuum.
  • Liquid ring pumps usually serve to convey gaseous media and usually comprise an approximately circular-cylindrical pump housing in which an impeller is rotatably arranged eccentrically.
  • the pump wheel is usually a fan wheel, which is approximately star-shaped in cross-section.
  • a pump liquid (also referred to as “ring liquid”) is also circulated in the pump housing, which is circulated by rotation of the pump wheel in the circumferential direction of the impeller within the pump housing and forms a liquid ring along the inner circumference of the pump housing with sufficient rotational speed of the impeller due to centrifugal force
  • the eccentricity of the impeller immerses the individual blades at different depths into the annular liquid, specifically the liquid ring.
  • the gas standing between the individual blades during operation of the liquid ring pump therefore becomes smaller during rotation of the impeller due to the ever deeper immersion of the blades compresses and / or displaces the liquid ring in the spaces between the vanes.
  • This compression or displacement effect is utilized by suitable design of the pump housing to pass the gas through to promote an associated housing opening from the respective space.
  • the impeller is sealed against the pump housing by means of the pump liquid and thus little or nogearedg qualifyingden components are present, sparking can effectively prevent the operation of the liquid ring pump and thus also explosive gases are relatively reliably promoted.
  • the pump liquid also serves as a cooling medium and absorbs in particular the heat energy resulting from the compression of the gases. Again, this is advantageous in the promotion of heat-sensitive gases.
  • a disadvantage of liquid ring pumps is that the vapor pressure (value) of the ring liquid limits the achievable suction pressure (specifically its value).
  • it is due in particular to dynamic flow processes in the pump housing, in particular due to shock pressure relief, inter alia, to form a liquid-gas mixture which is conveyed from the respective space, which also contributes to limiting the achievable suction pressure, and depending on the pressure difference to deflagration from the respective space out or in the respective space inside.
  • the achievable suction pressure (value) is therefore about 30 mbar.
  • the deflagrations also lead to a relatively strong noise, which makes an operation of the liquid ring pumps, especially in laboratories unattractive.
  • the invention has for its object to provide an improved liquid ring pump.
  • the liquid ring pump comprises a pump housing surrounding a pump housing, wherein in the pump chamber in the intended operating condition, a pump liquid, hereinafter also referred to as ring liquid, is filled. Furthermore, the liquid ring pump comprises a pump wheel, which is arranged within the pump chamber and a Rotary axis is rotatable.
  • the impeller serves to promote a gaseous working medium.
  • the impeller has at its outer periphery a number of at least circumferentially separated feed chambers.
  • the delivery chambers are separated from each other in particular by radially extending from the axis of rotation or in the circumferential direction inclined partitions.
  • the pump wheel also has a respective outlet opening assigned to each delivery chamber and locally introduced into a bottom wall of the impeller radially inwardly bounding the fluid chamber for connecting the respective delivery chamber to a pressure region (also: “high pressure region”) of the pump chamber each delivery chamber along the axis of rotation (ie seen in the axial direction) inclined at both sides to the outlet opening at least in sections to the axis of rotation (and preferably also to the radial direction) and extends (from both sides) in the direction of the outlet opening arranged, which has the smallest radial distance from the axis of rotation.
  • a pressure region also: "high pressure region”
  • the term "local” is understood here and below to mean in particular that the outlet opening is small in comparison to the planar extent (for example along the axial direction) of the bottom wall and thus also of the delivery chamber, in other words the term “local” describes that in particular, the outlet opening does not extend over the entire area along the axial direction of the respective delivery chamber.
  • the outlet opening is also arranged centrally in the bottom wall of the delivery chamber viewed in the axial direction.
  • inclined is understood here and below as meaning, in particular, that the bottom wall (at least in sections) is inclined at an angle to the axis of rotation. represents or - seen in a section along the axis of rotation - has a curved course (and thus is employed locally obliquely).
  • the outlet opening according to the invention is thus arranged in the respective delivery chamber, that - with rotation of the impeller, which is positioned eccentrically to the pump housing, and thus with increasing immersion of the corresponding delivery chamber in the ring liquid, in particular in a liquid ring formed by the liquid ring - first to promoting working medium (in particular a gas) and then a preferably small, in particular adjustable amount of ring liquid enters the outlet opening.
  • working medium in particular a gas
  • suction pressures can be achieved which approach particularly close to the value range of the respective vapor pressure of the annular fluid.
  • the impeller is arranged eccentrically in the pump chamber (and this preferably also filled with annular fluid), that in the normal operation by the pump liquid forming liquid ring in particular in the pressure range the pump chamber completely covers at least one of the delivery chambers (in particular the "last" or also the working medium) in the radial direction (inside), ie the pump wheel dives so deeply into the liquid ring in the region of this delivery chamber (ie in the pressure region)
  • the bottom wall of this delivery chamber is likewise immersed in the liquid ring, whereby the respective outlet opening is also preferably at least partially below the "level" of the liquid ring.
  • the respective outlet opening is arranged and designed such that (in combination with the above-described selected eccentricity and the level of the ring liquid) in normal operation after ejection of the working medium also an at least minor portion of the annular liquid flowing through the feed chamber is also ejected ,
  • a "complete" promotion of the working medium from the respective delivery chamber is made possible in a simple manner.
  • each delivery chamber is formed symmetrically to a radial plane of the impeller, which in this case represents a mirror surface at least in sections.
  • the outlet opening is advantageously arranged in the mirror surface, at least touching this mirror surface.
  • the inclined bottom wall along the axis of rotation is substantially (i.e., exactly or approximately) U- or V-shaped.
  • the outlet opening is arranged in particular at the lowest point of the U or the V's.
  • the bottom wall thus extends on both sides to the mirror surface curved (in the case of the U's) or straight obliquely ("funnel-like", in the case of the V's) to the outlet opening.
  • each delivery chamber is delimited on the front side (that is to say in the axial direction) by at least one side wall (also referred to as front or end wall), preferably by one side wall each.
  • the or the respective side wall preferably connects to the bottom wall.
  • the individual delivery chambers are delimited from one another by the intermediate walls described above.
  • the side walls preferably extend in the radial direction.
  • the side walls serve to delimit the respective delivery chamber relative to the pump chamber.
  • both side walls or at least one of the two side walls are formed integrally (i.e., monolithically) from a pump wheel body forming at least the bottom wall of the delivery chambers.
  • the other side wall or alternatively also both side walls are optionally designed as "side shields" or “cover plates” and placed on the impeller body.
  • the impeller for each delivery chamber in each case a locally in one of the conveying chamber limiting walls, in particular in the bottom wall or the side wall or one of the side walls introduced inflow opening for the fluidic connection of the respective delivery chamber with a suction (or "low pressure area"
  • this delivery chamber in particular this inflow, for example, covered by the annular fluid, so that an outflow of the working medium from the corresponding delivery chamber is prevented by just this inflow.
  • the working medium to be conveyed via the preferably on the (outer) circumference of the impeller open delivery chamber in this flow.
  • the working medium to be pumped can also flow into the respective delivery chamber even without a specifically formed inflow opening even in the absence of one or both side walls and / or a correspondingly shortened radial extent of at least one of the side walls.
  • a check valve preferably defining the delivery chamber (in particular on the outlet side) is arranged within the respective outlet opening. This check valve is in the discharge direction from the respective delivery chamber opening and executed against the outlet direction sealing.
  • the non-return valve (also referred to as "outlet valve") arranged in the outlet opening is also configured to open only within a predetermined value of a delivery pressure (or compression pressure) within the delivery chamber
  • a check valve can be used to avoid or at least significantly reduce the effect of purging out of the delivery chamber or back into it, thereby advantageously reducing the noise of the liquid ring pump during operation high efficiency of the liquid ring pump in operation (for example, when using the liquid ring pump to promote the working fluid in a standing under a relative to atmospheric pressure pressure chamber space), that is in the ever the usual exit outlet valve designed for the lowest possible pressure loss (value).
  • the outlet valve preferably also has a high sealing effect.
  • the respective outlet valve is mounted in the impeller such that its closing function in the operation of the liquid ring pump by the (due to the rotation of the impeller) occurring centrifugal force causes, but at least supported.
  • valve springs or similar means for closing the respective outlet valve are optionally omitted in this case.
  • the respective inflow valve is designed to increase the efficiency advantageously to the lowest possible pressure loss (value).
  • the respective inflow valve is mounted in the impeller such that its function is assisted by the centrifugal force.
  • the respective inflow valve is in this case installed so that an opening of the inflow valve in the inflow direction is supported by the centrifugal force.
  • the inflow valves and optionally also the outlet valves are preferably designed as diaphragm valves.
  • the inflow valves and / or the outlet valves are formed by flaps, pressure-controlled valves (for example valves produced by a pressure method) or the like.
  • the outlet openings of the delivery chambers open into a (preferably common) outlet chamber arranged on the impeller (in particular on the outlet side).
  • This outlet chamber is preferably formed for the centrifugal force-related separation of the working fluid from the annular fluid.
  • the outlet chamber has an outer wall running parallel or preferably obliquely to the axis of rotation, and thus in the latter case has approximately a hollow conical shape, which rotates as intended Due to the centrifugal effect, the annular liquid can deposit on the outer wall and flow along it, in particular its oblique course
  • the or the respective outlet chamber can also be dispensed with.
  • the reservoir described above also has a cooling device, by means of which the separated ring liquid is cooled in the normal operation before returning to the liquid ring.
  • means for assisting the separation of the working fluid from the annular fluid are arranged in the outlet chamber. These means are, for example, guide vanes or, in particular, radially aligned guide disks, which, for example, promote the centrifugal force-dependent separation by means of targeted steering, in particular of the annular fluid.
  • one of the liquid ring pump (on the pressure side) downstream device for separating the working fluid from the annular fluid omitted or at least simplified.
  • the above-described outer wall of the discharge chamber and an optional discharge device for removing the deposited annular liquid discharge device is arranged such that the ring liquid is guided in operation via a gap between the impeller and the pump housing and thereby as a gas barrier Sealing the gap causes.
  • the liquid ring pump comprises a control ring, which is rotatable relative to the impeller and, in normal operation, is preferably arranged stationarily in relation to the impeller.
  • This control ring closes a large number of the outlet openings of the pump impeller on the output side in sections against the impeller.
  • at least one of the outlet openings namely preferably the ejecting outlet opening or additionally also a number of the outlet openings trailing in the direction of rotation of the impeller-opens to the outlet of the working medium.
  • the control ring can be adjusted so that it releases a different number of outlet openings.
  • the liquid ring pump in this case, an adjusting device for adjusting this control ring.
  • the control ring for adjusting the approved number of outlet openings comprises two mutually rotatable and superposed sub-rings with holes that form a (by turning the sub-rings against each other) size-adjustable passage opening.
  • the (in particular bore borne) control ring (or even ring sectors thereof) can also be moved radially or axially, to release a different number of outlet openings.
  • the control ring also has different sized holes.
  • the liquid ring pump in addition to this control ring means for throttling the suction flow.
  • a throttle in particular a throttle valve arranged to reduce the present in the suction region of the pump chamber pressure value.
  • a polyalpha-olefin is used as ring liquid.
  • a poly-alpha-olefin advantageously has a significantly lower vapor pressure value than water (in particular by a multiple, for example at least ten times), so that suction pressure values are also made possible in the range below 1 mbar.
  • the poly-alpha-olefin may also act lubricating and / or contribute to sealing gaps between components due to its comparatively high viscosity.
  • FIG. 1 in a schematic representation of a liquid ring pump
  • FIG. 4 in view of FIG. 1, a further embodiment of the liquid ring pump, and
  • FIG. 5 to 7 in view of FIG. 2 each in turn an alternative embodiment of the impeller.
  • a liquid ring pump 1 is shown schematically.
  • the liquid ring pump 1 comprises a pump housing 2 (shown schematically as a hollow cylinder) which encloses an interior designated as a pump chamber 3.
  • the liquid ring pump 1 further comprises an impeller 4, which is arranged rotatable about an axis of rotation 6 within the pump chamber 3.
  • the impeller 4 is arranged with its axis of rotation 6 eccentrically to the pump housing 2.
  • the impeller 4 serves to convey a gaseous working medium, specifically a gas.
  • the impeller 4 on its outer circumference a number of circumferentially separated from each other delivery chambers 8.
  • the delivery chambers 8 are separated from each other in the circumferential direction by intermediate walls 10.
  • Each delivery chamber 8 also has an outlet opening 12, which is arranged at a location of the respective delivery chamber 8 at the smallest radial distance from the axis of rotation 6.
  • a pump liquid designated as ring liquid 14 is filled in the pump chamber 3.
  • the annular fluid 14 is also set in rotation along the inner wall of the pump housing 2 and forms there due to the centrifugal force in Fig. 1 schematically indicated liquid ring 18 from , Due to the eccentricity of the axis of rotation 6 relative to the pump housing 2, the impeller 4 and thus also the individual delivery chambers 12 dive along the direction of rotation 16 at different depths into the liquid ring 18.
  • the liquid ring 18 seals the delivery chambers 8 which are open on the outer circumference of the impeller 4 (see partial section II-II in FIG. 2) and pushes the gas located in the pump chamber 3 and the respective delivery chamber 8 into the immersion depth of the impeller 6 Liquid ring 18 in the direction of the respective outlet opening 12 in front of him.
  • the pump wheel 4 is now only slightly immersed in the liquid ring 18 (in FIG. 1 the position at about 1 o'clock) via a feed opening (not shown in more detail) the gas into the pump chamber 3 initiated.
  • This area is also referred to as the suction area 20 of the pump chamber 3.
  • the gas enters the respective, at this time in the suction region 20 arranged delivery chamber 8 and is upon rotation of the impeller 4 by the in the respective delivery chamber 8 "rising" liquid level of the ring liquid 14 - due to the progressive immersion of the impeller. 4 the annular liquid 14 flows into the respective delivery chamber 8 in the radial direction in the direction of the outlet opening 12.
  • the liquid ring pump 1 is designed in such a way that the outlet openings 12 of the impeller 4 exit first Only in a pressure region 22 which is substantially diametrically opposed to the suction region 20 and in which the liquid level of the liquid ring 18 reaches as far as a bottom wall 24 delimiting the respective delivery chamber 8 radially inside (in the region of approximately 5:00 o'clock in FIG. or this so-called ar radially in 2), the respective outlet opening 12 is open and the compressed gas can flow out of the respective delivery chamber 8 and out of the pump housing 2 via a corresponding gas guide line (not shown in more detail)
  • a corresponding gas guide line not shown in more detail
  • the pump impeller 4 comprises two side walls 26, which are integrally (ie monolithically) formed from a pump wheel body 28 forming the impeller 4 in the illustrated embodiment. Radially inside the side walls 26 go into the bottom wall 24, which is U-shaped. Ie. the bottom wall 24 extends arcuately curved along the axis of rotation 6 from two sides in the direction of the "geodetically deepest point" (ie the point with the smallest radial distance to the axis of rotation 6) of the delivery chamber 8.
  • the respective delivery chamber 8 is symmetrical with respect to a mirror surface 30, which is formed by a plane standing radially to the axis of rotation 6.
  • the outlet opening 12 is formed in the illustrated embodiment as a right angle angled bore and thus represents a channel which initially leads in the radial direction from the respective delivery chamber 8 and then parallel to the rotation axis 6 on an end face 32 of the impeller takeout
  • an inflow opening 36 is introduced into the side wall 26 there, which allows the gas to flow into the delivery chamber 8 in the suction area 20.
  • This inflow opening 36 is particularly useful when the liquid level of the annular fluid 14 is selected such that the impeller 4 is immersed with its outer periphery constantly in the liquid ring 18. Due to the shape of the bottom wall 24 shown in FIG. 2, an approximately linear increase in speed of the annular fluid 14 flowing into the delivery chamber 8 is made possible. Due to the curved or tilted against the rotation axis 6 employed bottom wall 24 also a sudden impact of the ring liquid 14 is prevented on the bottom wall 24 and a concomitant foam (ie mixture) and noise. The fact that the outlet opening 12 is arranged at the lowest point of the delivery chamber 8, also allows the annular liquid 14 pushes the gas in front of him and in the pressure region 22 of the pump chamber 3, the gas can first flow out through the outlet opening 12.
  • the filling amount of the annular fluid 14 and the eccentricity of the axis of rotation 6 in the pump housing 2 selected such that the liquid level of the liquid ring 18 in the pressure region 22, the outlet opening 12 completely covers.
  • This makes it possible that the standing in the delivery chamber 8 and the outlet opening 12 gas completely expelled through the annular fluid 14 and even a portion of the annular fluid 14 are also conveyed from the delivery chamber 8.
  • the measures described above make it possible to deliver the gas to negligible proportions from the respective delivery chamber 8, so that a suction pressure value in the region of the vapor pressure of the annular liquid can be achieved.
  • FIG. 3 an alternative embodiment of the impeller 4 is shown.
  • the side walls 26 are in this case formed by plates or shields placed on both sides of the impeller body 28 (and thus produced separately therefrom).
  • the bottom wall 24 is formed V-like and thus has two rectilinear obliquely to the axis of rotation 6 extending portions (ie each side of the mirror surface in each case a section).
  • the bottom wall 24 runs in the manner of a funnel toward the outlet opening 12 in the section according to FIG.
  • the outlet opening 12, specifically its leading from the pump body 28 channel section also obliquely to the rotation axis 6 employed. This makes it possible that even within the outlet opening 12, the annular fluid 14 always pushes the gas in front of him. The risk of (turbulent) mixing of the ring liquid 14 with the gas is thus further reduced.
  • the side walls 26 may also be omitted, especially if the "V" of the bottom wall 24 is pulled laterally higher.
  • control ring 40 for releasing the outlet openings 12 in the pressure region 22 is used.
  • the control ring 40 covers with its annular body the outlet openings 12 on the output side against the impeller 4 from.
  • the control ring 40 has an annular gap 42, within which the outlet openings 12 are not covered.
  • the control ring 40 can be rotated relative to the impeller 4 about the axis of rotation 6. The more of the outlet openings 12 are open in the pressure region 22, the lower the pressure difference.
  • Fig. 5 is an alternative to Fig. 4 embodiment of the liquid ring pump 1, specifically the impeller 4, is shown.
  • a check valve hereinafter referred to as exit valve 50, is provided in the respective discharge opening 12 of each delivery chamber 8 arranged.
  • the control ring 40 shown in Fig. 4 can thus be omitted.
  • the outlet valve 50 is advantageously prevented that already ejected gas from the pressure region 22 with further rotation of the impeller 4 and thus decreasing liquid level of the annular fluid 14 flows back into the already discharged delivery chamber 8 or even fumes back into this delivery chamber 8.
  • each delivery chamber behaves in isolation like an oscillating positive displacement pump (the liquid ring 18 locally forms a liquid piston).
  • the respective outlet valve 50 is configured to open when the delivery pressure value present in the delivery chamber is sufficiently high, for example, coincides with the pressure value required on the output side for the liquid ring pump 1.
  • the outlet opening 12 leads via the outlet valve 50 into a discharge chamber 54 that is arranged on the impeller body 28 and specifically formed in it.
  • This outlet chamber 54 is geometrically designed such that a centrifugal force-dependent separation of the gas from the annular liquid 14 is made possible.
  • the outlet chamber 54 has at least one obliquely inclined to the axis of rotation 6 chamber surface 56.
  • the chamber liquid 56 is separated from the gas by the ring liquid 14 precipitating on this chamber surface 56 and flowing along it to the (front) side 32 of the impeller 4 ,
  • a liquid discharge in the form of a (optionally integrated into the gas guide line) arranged via the discharged during the operation of the gas ring fluid 14 fed to a cooling device and then fed back into the pump chamber 3 becomes.
  • the chamber surface 56 extends parallel to the axis of rotation 6 and thus represents a circular cylinder inner surface.
  • additional means for supporting the gas-liquid separation are arranged in the outlet chamber 54. These are guide vanes which support the centrifugal force-related separation of the ring liquid 14.
  • the inflow opening 36 is also formed in the bottom wall 24 of the delivery chamber 8 in the embodiment shown in FIG.
  • a non-return valve (hereinafter referred to as inflow valve 58) is arranged in the inflow opening 36, which serves for a backflow and thus also a deflagration of the gas from the feed line.
  • Chamber 8 in the suction area 20 prevents.
  • the inflow valves 58 and the outflow valves 50 are each formed as diaphragm valves. Due to the above-described arrangement in the bottom wall 24, the sealing or closing action of the outlet valves 50 is assisted by the centrifugal force. Accordingly, in this arrangement, the opening of the inflow valves 58 is also assisted by the centrifugal force.
  • a guide plate 60 is arranged, which supports the centrifugal force-induced deposition of the annular liquid 14.
  • the guide plate 60 is rotatably coupled to the pump body 28.
  • the outlet opening 12 (in particular the channel formed by this) and / or the outlet valve 50 are aligned such that the outflowing gas and the inflowing annular fluid 14 impinge on the co-rotating with the impeller 4 Leitusion 60.
  • annular fluid 14 Radially inside passages 62 for the gas are arranged in the guide disk 60 (distributed over the circumference thereof). Due to the centrifugal force caused by the rotation of the guide disk 60, the annular liquid 14 runs radially outward on the guide disk 60. Subsequently, the ring liquid 14 runs on the (conically widening and rotating) chamber surface 56 to the side 32 out. Through a gap 64, which is sufficiently small to prevent an at least excessive inflow of the annular fluid 14 into the gap 64, the annular fluid 14 flows to the stationary region of the liquid ring pump 1, specifically to the pump housing 2. In the pump housing 2, an annular channel 66 is formed, which is designed as a kind of drainage channel for the annular liquid 14, which runs from the chamber surface 56 to the pump housing 2.
  • a drain is formed in the annular channel 66, which represents the liquid discharge described above.
  • the process is designed such that a passage of gas is prevented.
  • the process is designed in the manner of a siphon or has such a small diameter that always a residual liquid level of the ring liquid 14 is present at the outlet and thus closes it against the passage of gas.
  • Pump chamber (3) surrounds, in which a pump liquid (14) is filled in the normal operating condition, and with a within the pump chamber (3) arranged and about a rotation axis (6) rotatable impeller (4) for conveying a gaseous working medium,
  • impeller (4) has on its outer circumference a number of at least circumferentially separated from each other conveying chambers (8),
  • each delivery chamber (8) associated and locally in a respective delivery chamber (8) radially inwardly bounding bottom wall (24) of the impeller (4) inserted has an outlet opening (12) for the fluidic connection of the respective delivery chamber (8) to a pressure region (20) of the pump chamber (3)
  • the respective outlet opening (12) is arranged at a location of the respective delivery chamber (8) with the smallest radial distance from the axis of rotation (6).
  • impeller (4) is arranged eccentrically in the pump chamber (3) such that a liquid ring (18) of the pump liquid (14) forming in normal operation comprises at least one delivery chamber (8) in the pressure region (20) of the pump chamber (3) Radial direction completely covered.
  • each delivery chamber (8) is formed symmetrically to a radial plane of the impeller (4) forming a mirror surface (30), and wherein the outlet opening (12) is arranged in the mirror surface (30).
  • each of the conveying chamber (8) radially inwardly bounding bottom wall (24) along the axis of rotation (6) is substantially U- or V-shaped.
  • Digit E Liquid ring pump (1) according to one of the combinations of features according to A) to D), wherein the impeller (4) for each delivery chamber (8) each with a locally in the bottom wall (24) or the respective delivery chamber (8) frontally limiting side wall (26) introduced inflow opening (36) for fluidic connection of the respective delivery chamber (8) a suction region (20) of the pump chamber (3).
  • a check valve (50) is arranged inside the outlet opening (12).
  • a check valve (58) is arranged within the inflow opening (36) wherein within the inflow opening (36) a check valve (58) is arranged.
  • outlet chamber (54) means, in particular guide vanes or guide disks for supporting the separation of the working medium from the pump liquid (14) are arranged.

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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsringpumpe (1), die ein Pumpengehäuse (2) aufweist, das eine Pumpenkammer (3) umgibt, in die im bestimmungsgemäßen Betriebszustand eine Pumpenflüssigkeit (14) gefüllt ist. Außerdem weist die Flüssigkeitsringpumpe (1) ein innerhalb der Pumpenkammer (3) angeordnetes und um eine Drehachse (6) rotierbares Pumpenrad (4) zur Förderung eines gasförmigen Arbeitsmediums auf. Das Pumpenrad (4) weist dabei an seinem Außenumfang eine Anzahl von zumindest in Umfangsrichtung voneinander separierten Förderkammern (8) auf. Das Pumpenrad (4) weist außerdem jeweils eine einer jeden Förderkammer (8) zugeordnete und lokal in eine die jeweilige Förderkammer (8) radial innenseitig begrenzende Bodenwand (24) des Pumpenrads (4) eingebrachte Austrittsöffnung (12) zur fluidischen Verbindung der jeweiligen Förderkammer (8) mit einem Druckbereich (20) der Pumpenkammer (3) auf. Die Bodenwand (24) verläuft dabei entlang der Drehachse (6) beidseitig zur Austrittsöffnung (12) zumindest abschnittsweise zur Drehachse (6) geneigt in Richtung auf die Austrittsöffnung (12). Diese Austrittsöffnung (12) ist dabei an einer Stelle der jeweiligen Förderkammer (8) mit dem kleinsten radialen Abstand zur Drehachse (6) angeordnet.

Description

Beschreibung
Flüssigkeitsringpumpe
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsringpumpe, die beispielsweise zur Förderung von Gasen oder der Erzeugung eines Vakuums dient.
Flüssigkeitsringpumpen dienen üblicherweise zur Förderung von gasförmigen Medien und umfassen dabei meist ein näherungsweise kreiszylindrisches Pumpengehäuse, in dem exzentrisch ein Pumpenrad rotierbar angeordnet ist. Bei dem Pumpenrad handelt es sich üblicherweise um ein im Querschnitt gesehen etwa sternförmiges Schaufelrad. In dem Pumpengehäuse ist außerdem eine Pumpenflüssigkeit (auch als„Ringflüssigkeit" bezeichnet) angeordnet. Diese wird durch Rotation des Pumpenrads in Umfangsrichtung des Pumpenrads innerhalb des Pumpengehäuses umgewälzt und bildet bei hinreichender Drehzahl des Pumpenrads fliehkraftbedingt einen Flüssigkeitsring entlang des Innenumfangs des Pumpengehäuses aus. Aufgrund der Exzentrizität des Pumpenrads tauchen dabei er- kanntermaßen die einzelnen Schaufeln in Umgangsrichtung unterschiedlich tief in die Ringflüssigkeit, konkret den Flüssigkeitsring, ein. Das im Betrieb der Flüssigkeitsringpumpe zwischen den einzelnen Schaufeln stehende Gas wird somit bei Rotation des Pumpenrads wegen des immer tieferen Eintauchens der Schaufeln in den Flüssigkeitsring in den Zwischenräumen zwischen den Leitschaufeln komprimiert und/oder aus diesen verdrängt. Dieser Kompressions- bzw. Verdrängungseffekt wird durch eine geeignete Gestaltung des Pumpengehäuses genutzt, um das Gas durch eine zugeordnete Gehäuseöffnung aus dem jeweiligen Zwischenraum zu fördern.
Da das Pumpenrad gegenüber dem Pumpengehäuse mittels der Pumpenflüssigkeit abgedichtet ist und somit kaum oder keine aneinander abgleitenden Bauteile vorhanden sind, kann eine Funkenbildung im Betrieb der Flüssigkeitsringpumpe effektiv unterbunden und somit auch explosionsgefährdete Gase vergleichsweise sicher gefördert werden. Des Weiteren dient die Pumpenflüssigkeit auch als Kühlmedium und nimmt insbesondere die bei der Kompression der Gase anfallende Wärmeenergie auf. Auch dies ist wiederum vorteilhaft bei der Förderung von wärmeempfindlichen Gasen.
Nachteilig an Flüssigkeitsringpumpen ist allerdings, dass der Dampfdruck(-wert) der Ringflüssigkeit den erreichbaren Saugdruck (konkret dessen Wert) begrenzt. Zudem kommt es insbesondere aufgrund von dynamischen Strömungsvorgängen im Pumpengehäuse, insbesondere aufgrund stoßhafter Druckentlastungen, unter anderem zur Bildung eines Flüssigkeits-Gasgemisches, das aus dem jeweiligen Zwischenraum gefördert wird, was zusätzlich zur Begrenzung des erreichbaren Saugdruckwerts beiträgt, sowie je nach Druckunterschied zu Verpuffungen aus dem jeweiligen Zwischenraum heraus oder in den jeweiligen Zwischenraum hinein. Für Wasser als Ringflüssigkeit liegt der erreichbare Saugdruck(-wert) deshalb bei etwa 30 mbar. Die Verpuffungen führen außerdem zu einer vergleichsweise starken Geräuschentwicklung, die einen Betrieb der Flüssigkeitsringpumpen insbesondere in Labors unattraktiv macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Flüssigkeitsringpumpe anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Flüssigkeitsringpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Weitere vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsringpumpe umfasst ein eine Pumpenkammer umgebendes Pumpengehäuse, wobei in die Pumpenkammer im bestimmungsgemäßen Betriebszustand eine Pumpenflüssigkeit, im Folgenden auch als Ringflüssigkeit bezeichnet, gefüllt ist. Des Weiteren umfasst die Flüssigkeitsringpumpe ein Pumpenrad, das innerhalb der Pumpenkammer angeordnet und um eine Drehachse rotierbar ist. Das Pumpenrad dient dabei zur Förderung eines gasförmigen Arbeitsmediums. Das Pumpenrad weist dabei an seinem Außenumfang eine Anzahl von zumindest in Umfangsrichtung voneinander separierten Förderkammern auf. Vorzugsweise sind die Förderkammern dabei von insbesondere radial zur Drehachse oder in Umfangsrichtung geneigt verlaufenden Zwischenwänden voneinander getrennt. Das Pumpenrad weist ferner jeweils eine einer jeden Förderkammer zugeordnete und lokal in eine die jeweilige Förderkammer radial innenseitig begrenzende Bodenwand des Pumpenrads eingebrachte Austrittsöffnung zur fluidischen Verbindung der jeweiligen Förderkammer mit einem Druckbereich (auch:„Hochdruckbereich") der Pumpenkammer auf. Die Bodenwand ist dabei in jeder Förderkammer entlang der Drehachse (d. h. in Achsrichtung gesehen) beidseitig zur Austrittsöffnung zumindest abschnittsweise zur Drehachse (und vorzugsweise auch zur Radialrichtung) geneigt und verläuft (von beiden Seiten) in Richtung auf die Austrittsöffnung. Die Austrittsöffnung ist hierbei jeweils an einer Stelle der jeweiligen Förderkammer angeordnet, die den kleinsten radialen Abstand zur Drehachse aufweist.
Die unmittelbar vorstehend beschriebene Merkmalskombination bildet auch für sich eine eigenständige Erfindung.
Unter dem Begriff„lokal" wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass die Austrittsöffnung klein im Vergleich zur flächigen Erstreckung (beispielsweise entlang der Achsrichtung) der Bodenwand und somit auch der Förderkammer ist. Mit anderen Worten beschreibt der Begriff„lokal", dass sich die Austrittsöffnung insbesondere nicht über die gesamte entlang der Achsrichtung verlaufende Fläche der jeweiligen Förderkammer erstreckt.
Bevorzugt ist die Austrittsöffnung außerdem in Achsrichtung gesehen mittig in der Bodenwand der Förderkammer angeordnet.
Unter dem Begriff„geneigt" wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass die Bodenwand (zumindest abschnittsweise) schräg zur Drehachse ange- stellt oder - in einem Schnitt entlang der Drehachse gesehen - einen gebogenen Verlauf aufweist (und somit lokal schräg angestellt ist).
Die Austrittsöffnung ist erfindungsgemäß also derart in der jeweiligen Förderkammer angeordnet, dass - bei Rotation des Pumpenrads, das exzentrisch zum Pumpengehäuse positioniert ist, und somit bei zunehmendem Eintauchen der entsprechenden Förderkammer in die Ringflüssigkeit, insbesondere in einen durch die Ringflüssigkeit gebildeten Flüssigkeitsring - zunächst das zu fördernde Arbeitsmedium (insbesondere ein Gas) und danach eine vorzugsweise geringfügige, insbesondere einstellbare Menge Ringflüssigkeit in die Austrittsöffnung eintritt. Somit kann vorteilhafterweise ermöglicht werden, dass das zu fördernde Arbeitsmedium möglichst vollständig von der nachströmenden Ringflüssigkeit aus der jeweiligen Förderkammer ausgetrieben wird. Durch die beidseitig zur Austrittsöffnung geneigt auf diese zulaufende Bodenwand der jeweiligen Förderkammer wird außerdem eine strömungsgünstige Kammerform ermöglicht, die ein zur Gemischbildung (insbesondere zur Schaumbildung) beitragendes (wellenartiges) Anschlagen der Ringflüssigkeit an der Bodenwand verhindert oder zumindest abmindert, und vielmehr eine gerichtete Strömung in Richtung auf die Austrittsöffnung unterstützt. Insbesondere wird durch die geneigt auf die Austrittsöffnung zulaufende Bodenwand auch erreicht, dass die Ringflüssigkeit das zu fördernde Arbeitsmedium vor sich her in Richtung auf die Austrittsöffnung„schiebt" und das Risiko einer Durchmischung der Ringflüssigkeit und des Arbeitsmediums verringert wird.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Strömungsführung der Ringflüssigkeit und der dadurch erreichten Verringerung einer Gemischbildung können Saugdrücke erreicht werden, die besonders nahe an den Wertebereich des jeweiligen Dampfdrucks der Ringflüssigkeit heranreichen.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführung ist das Pumpenrad derart exzentrisch in der Pumpenkammer angeordnet (sowie diese vorzugsweise auch derart mit Ringflüssigkeit befüllt), dass ein sich im bestimmungsgemäßen Betrieb durch die Pumpenflüssigkeit bildender Flüssigkeitsring insbesondere im Druckbereich der Pumpenkammer zumindest eine der Förderkammern (insbesondere die„letzte" oder auch die das Arbeitsmedium ausstoßende) in Radialrichtung (innenseitig) vollständig überdeckt. Das heißt, dass das Pumpenrad im Bereich dieser Förderkammer (d. h. im Druckbereich) insbesondere derart tief in den Flüssigkeitsring eintaucht, das vorzugsweise die Bodenwand dieser Förderkammer ebenfalls in den Flüssigkeitsring eintaucht. Besonders bevorzugt steht dabei auch die jeweilige Austrittsöffnung zumindest abschnittsweise unterhalb des„Pegels" des Flüssigkeitsrings. Dadurch wird auf besonders einfache Weise erreicht, dass das in dieser Förderkammer stehende und komprimierte Arbeitsmedium vollständig aus dieser Förderkammer ausgeschoben wird.
Vorzugsweise ist die jeweilige Austrittsöffnung dabei derart angeordnet und ausgebildet, dass (vorzugsweise in Kombination mit der vorstehend beschrieben gewählten Exzentrizität und dem Füllstand der Ringflüssigkeit) im bestimmungsgemäßen Betrieb nach dem Ausstoßen des Arbeitsmediums auch ein zumindest geringfügiger Anteil der durch die Förderkammer strömenden Ringflüssigkeit ebenfalls ausgestoßen wird. Somit wird auf einfache Weise eine„restlose" Förderung des Arbeitsmediums aus der jeweiligen Förderkammer ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführung ist jede Förderkammer symmetrisch zu einer Radialebene des Pumpenrads, die in diesem Fall zumindest abschnittsweise eine Spiegelfläche darstellt, ausgebildet. Die Austrittsöffnung ist in diesem Fall vorteilhafterweise in der Spiegelfläche, zumindest diese Spiegelfläche touchierend angeordnet. Durch eine derartige, symmetrische Ausbildung der Förderkammer kann die Ringflüssigkeit ebenso symmetrisch und damit vergleichsweise geordnet in der jeweiligen Förderkammer strömen. Aufgrund der symmetrischen Ausbildung der Förderkammer wird in Verbindung mit dem geneigten Verlauf der Bodenwand insbesondere ermöglicht, dass - bei Rotation des Pumpenrads - die Geschwindigkeit der radial nach innen strömenden Ringflüssigkeit näherungsweise linear zunimmt. Dadurch kann die Ringflüssigkeit besonders geordnet und unter möglichst vollständiger Vermeidung von Gemischbildung in Richtung auf die Austrittsöffnung fließen. Die Austrittsöffnung liegt dabei am („geodätisch") tiefsten Punkt - d. h. an dem Punkt mit dem geringsten radialen Abstand zur Drehachse - der Förderkammer.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung, insbesondere in Kombination mit der vorstehend beschriebenen, symmetrischen Ausbildung der Förderkammer, ist die geneigt verlaufende Bodenwand entlang der Drehachse im Wesentlichen (d. h. exakt oder näherungsweise) U- oder V-artig ausgebildet. Wie bereits vorstehend beschrieben ist die Austrittsöffnung dabei insbesondere am tiefsten Punkt des U's oder des V's angeordnet. Die Bodenwand verläuft somit beidseitig zur Spiegelfläche gewölbt (im Falle des U's) oder geradlinig schräg („trichterartig"; im Falle des V's) auf die Austrittsöffnung zu.
In einer zweckmäßigen Ausführung ist jede Förderkammer stirnseitig (d. h. in Achsrichtung) durch wenigstens eine Seitenwand (auch als Front- oder Stirnwand bezeichnet), vorzugsweise durch jeweils eine Seitenwand begrenzt. Die oder die jeweilige Seitenwand schließt dabei vorzugsweise an die Bodenwand an. In Um- fangsrichtung sind die einzelnen Förderkammern durch die vorstehend beschriebenen Zwischenwände voneinander abgegrenzt. Die Seitenwände verlaufen vorzugsweise in Radialrichtung. Die Seitenwände dienen dabei zur Abgrenzung der jeweiligen Förderkammer gegenüber der Pumpenkammer. Optional sind beide Seitenwände oder wenigstens eine der beiden Seitenwände integral (d. h. monolithisch) aus einem zumindest die Bodenwand der Förderkammern bildenden Pum- penradkörper ausgeformt. Die andere Seitenwand oder alternativ auch beide Seitenwände sind optional als„Seitenschilde" oder„Deckplatten" ausgebildet und auf den Pumpenradkörper aufgesetzt.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist das Pumpenrad für jede Förderkammer jeweils eine lokal in eine der die Förderkammer begrenzenden Wände, insbesondere in die Bodenwand oder die Seitenwand bzw. eine der Seitenwände eingebrachte Einströmöffnung zur fluidischen Verbindung der jeweiligen Förderkammer mit einem Saugbereich (oder„Niederdruckbereich") der Pumpenkammer auf. D. h. im Betrieb der Flüssigkeitsringpumpe strömt durch diese Ein- strömöffnung das zu fördernde Arbeitsmedium in die jeweilige Förderkammer ein. Bei weiterem Drehen des Pumpenrads wird diese Förderkammer, insbesondere diese Einströmöffnung beispielsweise durch die Ringflüssigkeit verdeckt, sodass ein Ausströmen des Arbeitsmediums aus der entsprechenden Förderkammer durch eben diese Einströmöffnung verhindert ist. Alternativ kann insbesondere für den Fall, dass das Pumpenrad an zumindest einer Stelle seines Umfangs nicht in den Flüssigkeitsring eintaucht, das zu fördernde Arbeitsmedium auch über die vorzugsweise am (Außen-)Umfang des Pumpenrads offen stehende Förderkammer in diese einströmen. Alternativ oder zusätzlich kann das zu fördernde Arbeitsmedium auch bei Fehlen einer oder beider Seitenwände und/oder entsprechend verkürzter radialer Erstreckung wenigstens einer der Seitenwände auch ohne spezifisch ausgebildete Einströmöffnung in die jeweilige Förderkammer einströmen.
Insbesondere um zu verhindern, dass aus dem Hochdruckbereich der Pumpenkammer Arbeitsmedium und/oder Ringflüssigkeit (insbesondere durch die Austrittsöffnung) in die jeweilige Förderkammer zurückströmt, ist in einer vorteilhaften Ausführung innerhalb der jeweiligen Austrittsöffnung ein vorzugsweise die Förderkammer (insbesondere austrittsseitig) begrenzendes Rückschlagventil angeordnet. Dieses Rückschlagventil ist dabei in Austrittsrichtung aus der jeweiligen Förderkammer öffnend und entgegen der Austrittsrichtung dichtend ausgeführt. Vorteilhafterweise ist das in der Austrittsöffnung angeordnete Rückschlagventil (auch als„Austritts-Ventil" bezeichnet) außerdem auch dazu eingerichtet, erst ab einem vorgegebenen Wert eines Förderdrucks (oder: Kompressionsdrucks) innerhalb der Förderkammer zu öffnen. Dadurch ist es möglich, eine Druckdifferenz zwischen Saugbereich und Druckbereich in der Pumpenkammer gezielt vorzugeben (einzustellen). Außerdem können durch ein solches Rückschlagventil Verpuf- fungseffekte aus der Förderkammer heraus oder in diese zurück vermieden oder zumindest signifikant verringert werden. Dadurch kann vorteilhafterweise die Geräuschentwicklung der Flüssigkeitsringpumpe im Betrieb verringert werden. Um einen besonders hohen Wirkungsgrad der Flüssigkeitsringpumpe im Betrieb (beispielsweise bei der Nutzung der Flüssigkeitsringpumpe zur Förderung des Arbeitsmediums in einen unter einem gegenüber Atmosphärendruck erhöhtem Druckwert stehenden Raum) zu ermöglichen, ist das in der jeweiligen Austrittsöff- nung verbaute Austritts-Ventil auf einen möglichst niedrigen Druckverlust(-wert) ausgelegt. Des Weiteren weist das Austritts-Ventil vorzugsweise auch eine hohe Dichtwirkung auf. Vorzugsweise ist das jeweilige Austritts-Ventil derart in dem Pumpenrad montiert, dass dessen Schließfunktion im Betrieb der Flüssigkeitsringpumpe durch die (aufgrund der Drehung des Pumpenrads auftretende) Fliehkraft bewirkt, zumindest aber unterstützt wird. Optional entfallen in diesem Fall Ventilfedern oder vergleichbare Mittel zum Schließen des jeweiligen Austritts- Ventils.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist - vorzugsweise zusätzlich zu dem in der Austrittsöffnung angeordneten Rückschlagventil - innerhalb der Einströmöffnung ein vorzugsweise die Förderkammer (insbesondere einströmseitig) begrenzendes Rückschlagventil angeordnet. Dieses ist derart ausgeführt, dass ein Rückströmen des Arbeitsmediums (sowie gegebenenfalls auch der Ringflüssigkeit) aus der Förderkammer in den Saugbereich der Pumpenkammer unterbunden wird. Mittels dieses„Einström-Ventils" kann somit vorteilhafterweise die„Beladung" (d. h. das Befüllen) der Förderkammer mit Arbeitsmedium gesteuert werden. Insbesondere bei Kombination des Einström-Ventils und des Austritts-Ventils ist somit eine besonders präzise Steuerung der Be- und Entladung der jeweiligen Förderkammer vorzugsweise rein druckabhängig möglich. Zudem werden Verpuffungen entgegen der jeweiligen Wirkrichtung der Ventile effektiv unterbunden. Die Geräuschentwicklung der Flüssigkeitsringpumpe im Betrieb wird somit weiter gesenkt. Zudem kann eine speziell geformte Steuerscheibe, über die das Ein- und/oder Ausströmen aus der jeweiligen Förderkammer mittels einer speziell geformten Öffnung gesteuert wird, entfallen. Des Weiteren ist, insbesondere da bei der Kombination von beiden Rückschlagventilen getrennte Strömungsräume und somit auch voneinander getrennte Druckbereiche innerhalb der Pumpenkammer vorliegen, die Nutzung der Flüssigkeitsringpumpe als Kompressor möglich. Auch das jeweilige Einström-Ventil ist zur Erhöhung des Wirkungsgrades vorteilhafterweise auf einen möglichst niedrigen Druckverlust(-wert) ausgelegt. Ferner ist das jeweilige Einström-Ventil in einer optionalen Variante (vergleichbar zu dem Austritts-Ventil) derart in dem Pumpenrad montiert, dass dessen Funktion durch die Fliehkraft unterstützt wird. Insbesondere ist das jeweilige Einström-Ventil hierbei derart verbaut, dass ein Öffnen des Einström-Ventils in Einströmrichtung durch die Fliehkraft unterstützt wird.
Die Einström-Ventile und optional auch die Austritts-Ventile sind vorzugsweise als Membranventile ausgebildet. In einer weiteren optionalen Ausgestaltung sind die Einström-Ventile und/oder die Austritts-Ventile durch Klappen, druckgesteuerte Ventile (bspw. durch ein Druckverfahren hergestellte Ventile) oder dergleichen ausgebildet.
Erfindungsgemäß münden die Austrittsöffnungen der Förderkammern in eine (vorzugsweise gemeinsame) an dem Pumpenrad (insbesondere austrittsseitig) angeordnete Austrittskammer. Diese Austrittskammer ist dabei vorzugsweise zur fliehkraftbedingten Trennung des Arbeitsmediums von der Ringflüssigkeit ausgebildet. Das heißt, dass die Austrittskammer zur Trennung („Separation") von Gasen und Flüssigkeiten eingerichtet ist. Insbesondere weist die Austrittskammer hierzu eine parallel oder vorzugsweise schräg zur Drehachse verlaufende Außenwand und somit in letzterem Fall näherungsweise eine hohlkonische Form auf. Diese Außenwand rotiert im bestimmungsgemäßen Betrieb der Flüssigkeitsringpumpe mit dem Pumpenrad mit, sodass aufgrund der Zentrifugalwirkung die Ringflüssigkeit sich an der Außenwand niederschlagen und entlang dieser, insbesondere deren schrägen Verlaufs abfließen kann. Die hierbei abgetrennte Ringflüssigkeit wird vorzugsweise (unmittelbar oder mittelbar über ein Reservoir) wieder dem Flüssigkeitsring zugeführt, sodass dieser im bestimmungsgemäßen Betrieb zumindest nicht kontinuierlich verkleinert wird. Im Rahmen der vorstehend beschriebenen eigenständigen Erfindung kann die oder die jeweilige Austrittskammer aber auch entfallen.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist das vorstehend beschriebene Reservoir auch eine Kühleinrichtung auf, mittels derer im bestimmungsgemäßen Betrieb die abgetrennte Ringflüssigkeit vor der Rückführung zum Flüssigkeitsring abgekühlt wird. In einer optional zusätzlichen Ausführung sind in der Austrittskammer Mittel zur Unterstützung der Trennung des Arbeitsmediums von der Ringflüssigkeit angeordnet. Bei diesen Mitteln handelt es sich bspw. um Leitschaufeln oder um insbesondere radial ausgerichtete Leitscheiben, die die fliehkraftbedingte Trennung bspw. durch gezielte Lenkung insbesondere der Ringflüssigkeit fördern. Dadurch ist es auf besonders einfache Weise möglich, für eine möglichst vollständige Entleerung des Arbeitsmediums aus der jeweiligen Förderkammer eine hinreichend große Menge an Ringflüssigkeit mit durch die Austrittsöffnung zu fördern, aber einen Verlust von Ringflüssigkeit aufgrund von Vermischung mit dem ausgestoßenen Arbeitsmedium auf ein hinreichend geringes Maß zu verringern. Vorteilhafterweise kann dadurch außerdem eine der Flüssigkeitsringpumpe (druckseitig) nachgeschaltete Vorrichtung zur Trennung des Arbeitsmediums von der Ringflüssigkeit entfallen oder zumindest vereinfacht werden. Vorzugsweise ist die vorstehend beschrieben Außenwand der Austrittskammer und eine optional zur Abführung der abgeschiedenen Ringflüssigkeit dienende Abflussvorrichtung (oder: „Flüssigkeitsableitung") derart angeordnet, dass die Ringflüssigkeit im Betrieb über einen Spalt zwischen dem Pumpenrad und dem Pumpengehäuse geführt wird und dadurch als eine Gassperre eine Abdichtung des Spaltes bewirkt.
In einer insbesondere zur den vorstehend beschriebenen Ausstritts-Ventilen alternativen Ausführung umfasst die Flüssigkeitsringpumpe einen Steuerring, der gegenüber dem Pumpenrad verdrehbar ist und im bestimmungsgemäßen Betrieb vorzugsweise grundsätzlich stationär gegenüber dem Pumpenrad angeordnet ist. Dieser Steuerring verschließt eine Großzahl der Austrittsöffnungen des Pumpenrads ausgangsseitig abschnittsweise gegen das Pumpenrad. Insbesondere ist zumindest eine der Austrittsöffnungen - nämlich vorzugsweise die ausstoßende Austrittsöffnung oder zusätzlich auch eine Anzahl der der ausstoßenden Austrittsöffnung in Rotationsrichtung des Pumpenrads nacheilenden Austrittsöffnungen - zum Ausströmen des Arbeitsmediums geöffnet. Zur Einstellung des Druckverhältnisses zwischen Saug- und Druckbereich der Pumpenkammer kann der Steuerring verstellt werden, so dass dieser eine unterschiedliche Anzahl an Austrittsöffnungen frei gibt. Je größer die Anzahl an geöffneten Austrittsöffnungen ist, desto geringer ist dabei das Druckverhältnis. Vorzugsweise umfasst die Flüssigkeits- ringpumpe in diesem Fall auch eine Stellvorrichtung zur Verstellung dieses Steuerrings. Beispielsweise umfasst der Steuerring zur Verstellung der freigegebenen Anzahl der Austrittsöffnungen zwei gegeneinander verdrehbare und übereinander liegende Teilringe mit Bohrungen, die eine (durch Verdrehen der Teilringe gegeneinander) größenverstellbare Durchgangsöffnung bilden. Alternativ kann der (insbesondere Bohrungen tragende) Steuerring (oder auch nur Ringsektoren dessen) auch radial oder axial verschoben werden, um eine unterschiedliche Anzahl von Austrittsöffnungen freizugeben. Beispielsweise weist der Steuerring dabei auch unterschiedlich große Bohrungen auf.
In einer optionalen Weiterbildung zu dem vorstehend beschriebenen Steuerring umfasst die Flüssigkeitsringpumpe zusätzlich zu diesem Steuerring Mittel zur Drosselung des Saugstroms. Bspw. ist dazu eingangsseitig zur Pumpenkammer eine Drossel, insbesondere ein Drosselventil zur Verringerung des im Saugbereich der Pumpenkammer vorliegenden Druckwerts angeordnet. Damit kann auch der in der Förderkammer im Druckbereich der Pumpenkammer erreichbare Förderdruckwert eingestellt, insbesondere gesenkt werden, wodurch vorteilhafterweise Verpuffungseffekte aus der jeweiligen Förderkammer heraus verringert oder vermieden werden können.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführung kommt als Ringflüssigkeit ein PolyAlpha-Olefin zum Einsatz. Ein Poly-Alpha-Olefin weist als (Ring-)Flüssigkeit vorteilhafterweise einen gegenüber Wasser deutlich (insbesondere um ein Vielfaches, bspw. wenigstens das Zehnfache) geringeren Dampfdruckwert auf, sodass Saugdruckwerte auch im Bereich unter 1 mbar ermöglicht werden. Somit ist es vorteilhafterweise möglich, die vorstehend beschriebene Flüssigkeitsringpumpe auch für den sogenannten Feinvakuumbereich einzusetzen. Außerdem kann das Poly-Alpha-Olefin auch schmierend wirken und/oder aufgrund seiner vergleichsweise hohen Viskosität zu einer Abdichtung von Spalten zwischen Bauteilen beitragen. Die Konjunktion„und/oder" ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine Flüssigkeitsringpumpe mit
Blick auf eine Stirnseite eines Pumpenrads bei geöffnetem Pumpengehäuse,
Fig. 2 und 3 in einer schematischen Schnittdarstellung II-II gemäß Fig. 1 jeweils ein alternatives Ausführungsbeispiel des Pumpenrads,
Fig. 4 in Ansicht gemäß Fig. 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Flüssigkeitsringpumpe, und
Fig. 5 bis 7 in Ansicht gemäß Fig. 2 jeweils wiederum ein alternatives Ausführungsbeispiel des Pumpenrads.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist eine Flüssigkeitsringpumpe 1 schematisch dargestellt. Die Flüssigkeitsringpumpe 1 umfasst ein Pumpengehäuse 2 (schematisch als Hohlzylinder dargestellt), das einen als Pumpenkammer 3 bezeichneten Innenraum umschließt. Die Flüssigkeitsringpumpe 1 umfasst des Weiteren ein Pumpenrad 4, das um eine Drehachse 6 rotierbar innerhalb der Pumpenkammer 3 angeordnet ist. Das Pumpenrad 4 ist dabei mit seiner Drehachse 6 exzentrisch zu dem Pumpengehäuse 2 angeordnet. Das Pumpenrad 4 dient zur Förderung eines gasförmigen Arbeitsmediums, konkret eines Gases. Dazu weist das Pumpenrad 4 an seinem Außenumfang eine Anzahl von in Umfangsrichtung voneinander separierten Förderkammern 8 auf. Die Förderkammern 8 sind dabei in Umfangsrichtung durch Zwischenwände 10 voneinander separiert. Jede Förderkammer 8 weist außerdem eine Austrittsöffnung 12 auf, die an einer Stelle der jeweiligen Förderkammer 8 mit dem kleinsten radialen Abstand zur Drehachse 6 angeordnet ist. Für den Pumpenbetheb ist in die Pumpenkammer 3 eine als Ringflüssigkeit 14 bezeichnete Pumpenflüssigkeit eingefüllt. Durch Rotation des Pumpenrads 4 in eine - in Fig. 1 mittels eines Pfeils beispielhaft angedeutete - Drehrichtung 16 wird die Ringflüssigkeit 14 ebenfalls in Rotation entlang der Innenwand des Pumpengehäuses 2 versetzt und bildet dort aufgrund der Zentrifugalkraft einen in Fig. 1 schematisch angedeuteten Flüssigkeitsring 18 aus. Aufgrund der Exzentrizität der Drehachse 6 gegenüber dem Pumpengehäuse 2 tauchen somit das Pumpenrad 4 und damit auch die einzelnen Förderkammern 12 entlang der Drehrichtung 16 unterschiedlich tief in den Flüssigkeitsring 18 ein. Der Flüssigkeitsring 18 dichtet dabei die am Außenumfang des Pumpenrads 4 offen stehenden Förderkammern 8 (vgl. Teilschnitt II-II in Fig. 2) ab und schiebt das in der Pumpenkammer 3 und der jeweiligen Förderkammer 8 befindliche Gas bei zunehmender Eintauchtiefe des Pumpenrads 6 in den Flüssigkeitsring 18 in Richtung auf die jeweilige Aus- trittsöffnung 12 vor sich her.
Zur Förderung des Gases wird nun in einem Bereich in dem das Pumpenrad 4 nur geringfügig in den Flüssigkeitsring 18 eintaucht (in Fig. 1 die Position auf etwa 1 1 :00 Uhr) über eine Zuführöffnung (nicht näher dargestellt) das Gas in die Pumpenkammer 3 eingeleitet. Dieser Bereich wird auch als Saugbereich 20 der Pumpenkammer 3 bezeichnet. In diesem Saugbereich 20 tritt das Gas in die jeweilige, zu diesem Zeitpunkt im Saugbereich 20 angeordnete Förderkammer 8 ein und wird bei Drehung des Pumpenrads 4 durch den in der jeweiligen Förderkammer 8 „ansteigenden" Flüssigkeitsstand der Ringflüssigkeit 14 - aufgrund des fortschreitenden Eintauchens des Pumpenrads 4 in den Flüssigkeitsring 18 strömt die Ringflüssigkeit 14 in radialer Richtung in die jeweilige Förderkammer 8 ein - in Richtung auf die Austrittsöffnung 12 gedrückt. Die Flüssigkeitsringpumpe 1 ist - wie im Folgenden näher beschrieben - dabei derart ausgebildet, dass die Austrittsöffnungen 12 des Pumpenrads 4 austrittsseitig zunächst verschlossen sind. Erst in einem dem Saugbereich 20 im Wesentlichen diametral gegenüberliegenden Druckbereich 22, in dem der Flüssigkeitsstand des Flüssigkeitsrings 18 bis an eine die jeweilige Förderkammer 8 radial innenseitig begrenzende Bodenwand 24 heranreicht (in Fig. 1 im Bereich von etwa 5:00 Uhr) oder diese sogar radial in- nenseitig übersteigt (oder:„überdeckt"; vgl. Fig. 2), ist die jeweilige Austrittsöffnung 12 geöffnet und das komprimierte Gas kann aus der jeweiligen Förderkammer 8 und über eine korrespondierende nicht näher dargestellte Gasführungsleitung aus dem Pumpengehäuse 2 ausströmen. Die Austrittsöffnung 12 dient somit zur fluidischen Verbindung der jeweiligen Förderkammer 8 mit dem Druckbereich 22 der Pumpenkammer 3.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Pumpenrads 4 näher dargestellt. Das Pumpenrad 4 umfasst in diesem Fall zum stirnseitigen (oder: axial endseitigen) Abdecken der jeweiligen Förderkammer 8 zwei Seitenwände 26, die im dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig (d. h. monolithisch), aus einem das Pumpenrad 4 bildenden Pumpenradkörper 28 ausgeformt sind. Radial innenseitig gehen die Seitenwände 26 in die Bodenwand 24 über, die U-artig ausgebildet ist. D. h. die Bodenwand 24 verläuft bogenartig gekrümmt entlang der Drehachse 6 von zwei Seiten in Richtung auf die„geodätisch tiefste" Stelle (d. h. die Stelle mit geringstem radialem Abstand zur Drehachse 6) der Förderkammer 8. An dieser (axial innenseitig zu dem Pumpenrad 4 liegenden) Stelle ist die Austrittsöffnung 12 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die jeweilige Förderkammer 8, konkret deren geometrische Struktur symmetrisch zu einer Spiegelfläche 30, die durch eine radial zur Drehachse 6 stehende Ebene gebildet ist. Dadurch wird eine gleichmäßige Strömung der Ringflüssigkeit 14 in Richtung auf die Austrittsöffnung 12 erreicht. Die Austrittsöffnung 12 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als rechtwinklig gewinkelte Bohrung ausgebildet und stellt somit einen Kanal dar, der zunächst in Radialrichtung aus der jeweiligen Förderkammer 8 führt und anschließend parallel zur Drehachse 6 auf einer Stirnseite 32 aus dem Pumpenrad 4 herausführt. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite 34 ist in die dortige Seitenwand 26 eine Einströmöffnung 36 eingebracht, die im Saugbereich 20 ein Einströmen des Gases in die Förderkammer 8 ermöglicht. Diese Einströmöffnung 36 ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Flüssigkeitsstand der Ringflüssigkeit 14 derart gewählt ist, dass das Pumpenrad 4 mit seinem Außenumfang ständig in den Flüssigkeitsring 18 eingetaucht ist. Durch die in Fig. 2 dargestellte Form der Bodenwand 24 wird eine näherungsweise lineare Geschwindigkeitszunahme der in die Förderkammer 8 einströmenden Ringflüssigkeit 14 ermöglicht. Durch die gewölbte bzw. geneigt gegen die Drehachse 6 angestellte Bodenwand 24 wird außerdem ein schlagartiges Auftreffen der Ringflüssigkeit 14 auf die Bodenwand 24 und eine damit einhergehende Schaum- (d.h. Gemisch-) und Geräuschentwicklung unterbunden. Dadurch, dass die Austrittsöffnung 12 am tiefsten Punkt der Förderkammer 8 angeordnet ist, wird außerdem ermöglicht, dass die Ringflüssigkeit 14 das Gas vor sich her schiebt und im Druckbereich 22 der Pumpenkammer 3 zunächst das Gas über die Aus- trittsöffnung 12 ausströmen kann. Wie in Fig. 2 angedeutet, ist in einer Variante zum Betrieb der Flüssigkeitsringpumpe 1 die Füllmenge der Ringflüssigkeit 14 sowie die Exzentrizität der Drehachse 6 im Pumpengehäuse 2 derart gewählt, dass der Flüssigkeitsstand des Flüssigkeitsrings 18 im Druckbereich 22 die Aus- trittsöffnung 12 vollständig überdeckt. Dadurch wird ermöglicht, dass das in der Förderkammer 8 und der Austrittsöffnung 12 stehende Gas vollständig durch die Ringflüssigkeit 14 ausgestoßen und sogar ein Anteil der Ringflüssigkeit 14 ebenfalls aus der Förderkammer 8 gefördert werden. Durch die vorbeschriebenen Maßnahmen wird ermöglicht, das Gas bis auf vernachlässigbare Anteile aus der jeweiligen Förderkammer 8 zu fördern, sodass ein Saugdruckwert im Bereich des Dampfdrucks der Ringflüssigkeit erreicht werden kann.
In Fig. 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel des Pumpenrads 4 dargestellt. Die Seitenwände 26 sind dabei durch beidseitig auf den Pumpenradkörper 28 aufgesetzte (und somit von diesem separat hergestellte) Platten oder Schilde gebildet. Die Bodenwand 24 ist V-artig ausgebildet und weist somit zwei geradlinig schräg zur Drehachse 6 verlaufende Abschnitte (d. h. zu jeder Seite der Spiegelfläche jeweils ein Abschnitt) auf. Mithin läuft die Bodenwand 24 im Schnitt gemäß Fig. 2 gesehen trichterartig auf die Austrittsöffnung 12 zu. Des Weiteren ist die Austrittsöffnung 12, konkret deren aus dem Pumpenradkörper 28 führender Kanalabschnitt, ebenfalls schräg zur Drehachse 6 angestellt. Dadurch wird ermöglicht, dass auch innerhalb der Austrittsöffnung 12 die Ringflüssigkeit 14 stets das Gas vor sich her schiebt. Das Risiko einer (turbulenten) Durchmischung der Ringflüssigkeit 14 mit dem Gas wird somit weiter verringert. In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel können die Seitenwände 26 auch entfallen, insbesondere wenn das„V" der Bodenwand 24 seitlich höher gezogen ist.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Flüssigkeitsringpumpe 1 dargestellt, bei dem ein Steuerring 40 zur Freigabe der Austrittsöffnungen 12 in den Druckbereich 22 dient. Dazu deckt der Steuerring 40 mit seinem Ringkörper die Austrittsöffnungen 12 ausgangsseitig gegen das Pumpenrad 4 ab. Zur Freigabe der Aus- trittsöffnungen 12 im Druckbereich 22 weist der Steuerring 40 einen Ringspalt 42 auf, innerhalb dessen die Austrittsöffnungen 12 nicht überdeckt sind. Um eine Druckdifferenz zwischen dem Saugbereich 20 und dem Druckbereich 22 einstellen zu können, ist der Steuerring 40 gegenüber dem Pumpenrad 4 um die Drehachse 6 verdrehbar. Je mehr der Austrittsöffnungen 12 dabei im Druckbereich 22 geöffnet sind, desto geringer ist die Druckdifferenz. Optional kann dabei auch zwischen Steuerringen 40 mit unterschiedlich großen Ringspalten 42 gewählt werden.
In Fig. 5 ist ein zu Fig. 4 alternatives Ausführungsbeispiel der Flüssigkeitsringpumpe 1 , konkret des Pumpenrads 4, dargestellt. Zur Steuerung des Druckverhältnisses zwischen Saugbereich 20 und Druckbereich 22 sowie zur gezielten Entladung des in der Förderkammer 8 befindlichen und durch das Ansteigen der Ringflüssigkeit 14 komprimierten Gases ist in der jeweiligen Austrittsöffnung 12 einer jeden Förderkammer 8 ein Rückschlagventil, im Folgenden als Austritts- Ventil 50 bezeichnet, angeordnet. Der in Fig. 4 dargestellte Steuerring 40 kann somit entfallen. Durch das Austritts-Ventil 50 wird vorteilhafterweise auch verhindert, dass bereits ausgestoßenes Gas aus dem Druckbereich 22 bei weiterer Drehung des Pumpenrads 4 und somit abnehmendem Flüssigkeitsstand der Ringflüssigkeit 14 in die bereits entladene Förderkammer 8 zurückströmt oder gar in diese Förderkammer 8 zurück verpufft. Dadurch wird die Effizienz der Flüssigkeitsringpumpe 1 gesteigert und eine unerwünschte Geräuschentwicklung effektiv unterbunden. Aufgrund des Austritts-Ventils 50 verhält sich jede Förderkammer isoliert betrachtet wie eine oszillierende Verdrängerpumpe (wobei der Flüssigkeits- ring 18 lokal einen Flüssigkeitskolben bildet). Das jeweilige Austritts-Ventil 50 ist derart eingerichtet, zu öffnen wenn der in der Förderkammer anstehende Förderdruckwert hinreichend hoch ist, bspw. mit dem ausgangsseitig zur Flüssigkeitsringpumpe 1 erforderlichen Druckwert übereinstimmt.
In Fig. 6 ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel des Pumpenrads 4 dargestellt. Die Austrittsöffnung 12 führt dabei über das Austritts-Ventil 50 in eine an dem Pumpenradkörper 28 angeordnete, konkret in diesen eingeformte Austrittskammer 54. Diese Austrittskammer 54 ist dabei geometrisch derart gestaltet, dass eine fliehkraftbedingte Trennung des Gases von der Ringflüssigkeit 14 ermöglicht wird. Dazu weist die Austrittskammer 54 zumindest eine schräg zur Drehachse 6 angestellte Kammerfläche 56 auf. Aufgrund der auf die Ringflüssigkeit 14 wirkenden Zentrifugalkraft erfolgt an dieser Kammerfläche 56 eine Trennung der mit- ausgestoßenen Ringflüssigkeit 14 von dem Gas, indem sich die Ringflüssigkeit 14 an dieser Kammerfläche 56 niederschlägt und entlang dieser zur (Stirn-)Seite 32 des Pumpenrads 4 hin abfließt. Neben der nicht näher dargestellten Gasführungsleitung ist an dieser Seite 32 auch eine Flüssigkeitsableitung in Form einer (optional in die Gasführungsleitung integrierten) Rohrleitung angeordnet, über die im Betrieb die vom Gas abgetrennte Ringflüssigkeit 14 abgeführt, einer Kühleinrichtung zu- und anschließend in die Pumpenkammer 3 zurückgeführt wird. In einer nicht näher dargestellten Variante verläuft die Kammerfläche 56 parallel zur Drehachse 6 und stellt somit eine Kreiszylinderinnenfläche dar.
In einer weiteren nicht näher dargestellten Variante sind in der Austrittskammer 54 zusätzlich Mittel zur Unterstützung der Gas-Flüssigkeitstrennung angeordnet. Dabei handelt es sich um Leitschaufeln, die die fliehkraftbedingte Abscheidung der Ringflüssigkeit 14 unterstützen.
Auf der anderen Seite 34 des Pumpenrads 4 ist im in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel die Einströmöffnung 36 ebenfalls in die Bodenwand 24 der Förderkammer 8 eingeformt. In der Einströmöffnung 36 ist außerdem ein Rückschlagventil (im Folgenden als Einström-Ventil 58 bezeichnet) angeordnet, das ein Rückströmen und damit auch eine Rückverpuffung des Gases aus der Förder- kammer 8 in den Saugbereich 20 unterbindet. Durch den Einsatz des Einströmventils 58 und des Austritts-Ventils 50 ist eine besonders präzise Steuerung der Be- und Entladung der Förderkammer 8 mit dem zu fördernden Gas möglich. Außerdem wird effektiv eine Geräuschentwicklung durch dynamische Druckentlastungen in bzw. aus der jeweiligen Förderkammer sowie eine damit gegebenenfalls verbundene Schaumbildung zwischen dem Gas und der Ringflüssigkeit 14 unterbunden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Einström-Ventile 58 und die Austritts-Ventile 50 jeweils als Membranventile ausgebildet. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Anordnung in der Bodenwand 24 wird die Dicht- oder Schließwirkung der Austritts-Ventile 50 dabei durch die Fliehkraft unterstützt. Entsprechend wird bei dieser Anordnung das Öffnen der Einström-Ventile 58 ebenfalls durch die Fliehkraft unterstützt.
In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Pumpenrads 4 dargestellt. Die Schnittlinie dieser schematischen Schnittansicht verläuft hierbei insbesondere etwa vertikal. Als (zu den vorstehend genannten Leitschaufeln alternative) zusätzliche Mittel zur Unterstützung der Gas-Flüssigkeitstrennung ist in der (gemeinsamen) Austrittskammer 54 eine Leitscheibe 60 angeordnet, die die fliehkraftbedingte Abscheidung der Ringflüssigkeit 14 unterstützt. Konkret ist die Leitscheibe 60 mit dem Pumpengrundkörper 28 drehfest gekoppelt. Die Austrittsöffnung 12 (insbesondere der von dieser gebildete Kanal) und/oder das Austritts-Ventil 50 sind dabei derart ausgerichtet, dass das ausströmende Gas und die nachströmende Ringflüssigkeit 14 auf die mit dem Pumpenrad 4 mitdrehende Leitscheibe 60 auftreffen. Radial innenseitig sind in der Leitscheibe 60 (über deren Umfang verteilt) Durchtrittsöffnungen 62 für das Gas angeordnet. Die Ringflüssigkeit 14 läuft aufgrund der durch die Rotation der Leitscheibe 60 bedingten Fliehkraft radial nach außen an der Leitscheibe 60 ab. Anschließend läuft die Ringflüssigkeit 14 an der (sich konisch erweiternden und rotierenden) Kammerfläche 56 zur Seite 32 hin ab. Über einen Spalt 64 hinweg, der hinreichend klein ist, um ein zumindest übermäßiges Einfließen der Ringflüssigkeit 14 in den Spalt 64 zu unterbinden, fließt die Ringflüssigkeit 14 auf den stationären Bereich der Flüssigkeitsringpumpe 1 , konkret auf das Pumpengehäuse 2 über. In dem Pumpengehäuse 2 ist dabei ein Ringkanal 66 ausgebildet, der als eine Art Ablaufrinne für die Ringflüssigkeit 14, die von der Kammerfläche 56 auf das Pumpengehäuse 2 abläuft, ausgebildet ist. Auf einer Unterseite des Pumpengehäuses 2 ist in dem Ringkanal 66 ein Ablauf ausgebildet, der die vorstehend beschriebene Flüssigkeitsableitung darstellt. Der Ablauf ist dabei derart gestaltet, dass ein Durchtritt von Gas verhindert ist. Beispielsweise ist der Ablauf dabei nach Art eines Siphons gestaltet oder weist einen derart geringen Durchmesser auf, dass stets eine Restflüssigkeitsspiegel der Ringflüssigkeit 14 an dem Ablauf ansteht und diesen somit gegen den Durchtritt von Gas verschließt.
Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten (beispielsweise die Anordnung und Ausgestaltung der Austritts- und Einströmventile 50 bzw. 58 sowie der Seitenwände 26) auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.
Die vorstehend beschriebene Erfindung zeichnet sich insbesondere durch folgende Merkmale aus:
Ziffer A) Flüssigkeitsringpumpe (1 ), mit einem Pumpengehäuse (2), das eine
Pumpenkammer (3) umgibt, in die im bestimmungsgemäßen Betriebszustand eine Pumpenflüssigkeit (14) gefüllt ist, und mit einem innerhalb der Pumpenkammer (3) angeordneten und um eine Drehachse (6) rotierbaren Pumpenrad (4) zur Förderung eines gasförmigen Arbeitsmediums,
- wobei das Pumpenrad (4) an seinem Außenumfang eine Anzahl von zumindest in Umfangsrichtung voneinander separierten Förderkammern (8) aufweist,
- wobei das Pumpenrad (4) jeweils eine einer jeden Förderkammer (8) zugeordnete und lokal in eine die jeweilige Förderkammer (8) radial innenseitig begrenzende Bodenwand (24) des Pumpenrads (4) einge- brachte Austrittsöffnung (12) zur fluidischen Verbindung der jeweiligen Förderkammer (8) mit einem Druckbereich (20) der Pumpenkammer (3) aufweist,
- wobei die Bodenwand (24) entlang der Drehachse (6) beidseitig zur Austrittsöffnung (12) zumindest abschnittsweise zur Drehachse (6) geneigt in Richtung auf die Austrittsöffnung (12) verläuft, und
- wobei die jeweilige Austrittsöffnung (12) an einer Stelle der jeweiligen Förderkammer (8) mit dem kleinsten radialen Abstand zur Drehachse (6) angeordnet ist.
Ziffer B) Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach der Merkmalskombination gemäß Ziffer
A),
wobei das Pumpenrad (4) derart exzentrisch in der Pumpenkammer (3) angeordnet ist, dass ein sich im bestimmungsgemäßen Betrieb bildender Flüssigkeitsring (18) der Pumpenflüssigkeit (14) im Druckbereich (20) der Pumpenkammer (3) zumindest eine Förderkammer (8) in Radialrichtung vollständig überdeckt.
Ziffer C) Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach der Merkmalskombination gemäß Ziffer
A) oder B),
wobei jede Förderkammer (8) symmetrisch zu einer eine Spiegelfläche (30) bildenden Radialebene des Pumpenrads (4) ausgebildet ist, und wobei die Austrittsöffnung (12) in der Spiegelfläche (30) angeordnet ist.
Ziffer D) Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach einer der Merkmalskombinationen gemäß Ziffer A) bis C),
wobei die jeweilige die Förderkammer (8) radial innenseitig begrenzende Bodenwand (24) entlang der Drehachse (6) im Wesentlichen U- oder V- artig ausgebildet ist.
Ziffer E) Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach einer der Merkmalskombinationen gemäß Ziffer A) bis D), wobei das Pumpenrad (4) für jede Förderkammer (8) jeweils eine lokal in die Bodenwand (24) oder eine die jeweilige Förderkammer (8) stirnseitig begrenzende Seitenwand (26) eingebrachte Einströmöffnung (36) zur fluidischen Verbindung der jeweiligen Förderkammer (8) mit einem Saugbereich (20) der Pumpenkammer (3) aufweist.
Ziffer F) Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach einer der Merkmalskombinationen gemäß Ziffer A) bis E),
wobei innerhalb der Austrittsöffnung (12) ein Rückschlagventil (50) angeordnet ist.
Ziffer G) Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach einer der Merkmalskombinationen gemäß Ziffer E) oder F),
wobei innerhalb der Einströmöffnung (36) ein Rückschlagventil (58) angeordnet ist.
Ziffer H) Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach einer der Merkmalskombinationen gemäß Ziffer A) bis G),
wobei die jeweilige Austrittsöffnung (12) in eine an dem Pumpenrad (4) angeordnete Austrittskammer (54) mündet, die zur fliehkraftbedingten Trennung des Arbeitsmediums von der Pumpenflüssigkeit (14) ausgebildet ist.
Ziffer I) Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach der Merkmalskombination gemäß Ziffer
H),
wobei in der Austrittskammer (54) Mittel, insbesondere Leitschaufeln oder Leitscheiben zur Unterstützung der Trennung des Arbeitsmediums von der Pumpenflüssigkeit (14) angeordnet sind.
Ziffer J) Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach einer der Merkmalskombinationen gemäß Ziffer A) bis E), mit einem gegenüber dem Pumpenrad (4) verdrehbaren Steuerring (40), der die Austrittsöffnungen (12) des Pumpenrads (4) abschnittsweise ausgangsseitig gegen das Pumpenrad (4) verschließt. Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach einer der Merkmalskombinationen gemäß Ziffer A) bis J),
wobei als Pumpenflüssigkeit (14) ein Poly-Alpha-Olefin zum Einsatz kommt.
Bezugsze'ichenliste
1 Flüssigkeitsringpumpe
2 Pumpengehäuse
3 Pumpenkammer
4 Pumpenrad
6 Drehachse
8 Förderkammer
10 Zwischenwand
12 Austrittsöffnung
14 Ringflüssigkeit
16 Drehrichtung
18 Flüssigkeitsring
20 Saugbereich
22 Druckbereich
24 Bodenwand
26 Seitenwand
28 Pumpengrundkörper
30 Symmetriefläche
32 Seite
34 Seite
36 Einströmöffnung
40 Steuerring
42 Ringspalt
50 Austritts-Ventil
54 Austrittskammer
56 Kammerfläche
58 Einström-Ventil
60 Leitscheibe
62 Durchtrittsöffnung
64 Spalt
66 Ringkanal

Claims

Ansprüche
1 . Flüssigkeitsringpumpe (1 ), mit einem Pumpengehäuse (2), das eine Pumpenkammer (3) umgibt, in die im bestimmungsgemäßen Betriebszustand eine Pumpenflüssigkeit (14) gefüllt ist, und mit einem innerhalb der Pumpenkammer (3) angeordneten und um eine Drehachse (6) rotierbaren Pumpenrad (4) zur Förderung eines gasförmigen Arbeitsmediums,
- wobei das Pumpenrad (4) an seinem Außenumfang eine Anzahl von zumindest in Umfangsrichtung voneinander separierten Förderkammern (8) aufweist,
- wobei das Pumpenrad (4) jeweils eine einer jeden Förderkammer (8) zugeordnete und lokal in eine die jeweilige Förderkammer (8) radial innenseitig begrenzende Bodenwand (24) des Pumpenrads (4) eingebrachte Austrittsöffnung (12) zur fluidischen Verbindung der jeweiligen Förderkammer (8) mit einem Druckbereich (20) der Pumpenkammer (3) aufweist,
- wobei die Bodenwand (24) entlang der Drehachse (6) beidseitig zur Austrittsöffnung (12) zumindest abschnittsweise zur Drehachse (6) geneigt in Richtung auf die Austrittsöffnung (12) verläuft,
- wobei die jeweilige Austrittsöffnung (12) an einer Stelle der jeweiligen Förderkammer (8) mit dem kleinsten radialen Abstand zur Drehachse (6) angeordnet ist, und
- wobei die jeweilige Austrittsöffnung (12) in eine an dem Pumpenrad (4) angeordnete Austrittskammer (54) mündet, die zur fliehkraftbedingten Trennung des Arbeitsmediums von der Pumpenflüssigkeit (14) ausgebildet ist.
2. Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach Anspruch 1 ,
wobei das Pumpenrad (4) derart exzentrisch in der Pumpenkammer (3) angeordnet ist, dass ein sich im bestimmungsgemäßen Betrieb bildender Flüssigkeitsring (18) der Pumpenflüssigkeit (14) im Druckbereich (20) der Pumpenkammer (3) zumindest eine Förderkammer (8) in Radialrichtung vollständig überdeckt.
3. Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei jede Förderkammer (8) symmetrisch zu einer eine Spiegelfläche (30) bildenden Radialebene des Pumpenrads (4) ausgebildet ist, und wobei die Austrittsöffnung (12) in der Spiegelfläche (30) angeordnet ist.
4. Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die jeweilige die Förderkammer (8) radial innenseitig begrenzende Bodenwand (24) entlang der Drehachse (6) im Wesentlichen U- oder V-artig ausgebildet ist.
5. Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei das Pumpenrad (4) für jede Förderkammer (8) jeweils eine lokal in die Bodenwand (24) oder eine die jeweilige Förderkammer (8) stirnseitig begrenzende Seitenwand (26) eingebrachte Einströmöffnung (36) zur fluidischen Verbindung der jeweiligen Förderkammer (8) mit einem Saugbereich (20) der Pumpenkammer (3) aufweist.
6. Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei innerhalb der Austrittsöffnung (12) ein Rückschlagventil (50) angeordnet ist.
7. Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach Anspruch 5 oder 6,
wobei innerhalb der Einströmöffnung (36) ein Rückschlagventil (58) angeordnet ist.
8. Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei in der Austrittskammer (54) Mittel, insbesondere Leitschaufeln oder Leitscheiben zur Unterstützung der Trennung des Arbeitsmediums von der Pumpenflüssigkeit (14) angeordnet sind.
9. Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem gegenüber dem Pumpenrad (4) verdrehbaren Steuerring (40), der die Austrittsöffnungen (12) des Pumpenrads (4) abschnittsweise ausgangs- seitig gegen das Pumpenrad (4) verschließt. Flüssigkeitsringpumpe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei als Pumpenflüssigkeit (14) ein Poly-Alpha-Olefin zum Einsatz kommt.
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