DE1903887B2 - Fluessigkeits ringpumpe - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeits-Ringpumpe mit wenigstens einem Verdrängungsraum sowie mit wenigstens einer zwischen dem Rotor und dem in axialer Richtung benachbarten Statorteilen gebildeten, mit dem Flüssigkeitsring im Verdrängungsraum verbundenen Flüssigkeitsdichtkammer und mit einem mit dem Auslaß der Pumpe und mit der Flüssigkeitsdichtkammer verbundenen Flüssigkeitsabscheider.

Bei einer bekannten Pumpe dieser Art (USA.-Patentschrift 3 289 918) ist der Flüssigkeitsabscheider außerhalb der Pumpe angeordnet und über Leitungen mit dem Pumpeninneren verbunden. Diese Anordnung des Flüssigkeitsabscheiders bringt zunächst eine Reihe baulicher Nachteile mit sich; der Raumbedarf der Anlage ist verhältnismäßig groß; es sind zahlreiche Flüssigkeitsleitungen erforderlich, die über flüssigkeitsdichee Anschlüsse mit dem Pumpengehäuse zu verbinden sind. Weiterhin ist an der bekannten Flüssigkeits-Ringpumpe der Druckverlust in den Leitungen insofern nachteilig, als er zu cinei Verschlechterung des Pumpenwirkungsgrads führt. Schließlich ermöglicht die bekannte Pumpe infolge der externen Anordnung des Flüssigkeitsabscheiders, wenn dieser über Rücklaufleitungen mit der Pumpe verbunden ist. nur ein ungenaues Einstellen der zwischen Pumpe und Flüssigkeitsabscheider in beiden Richtunge strömenden Fliissigkeitsm-jngen auf die jeweiligen Druckverhältnisse im Verdrängungsraum und damit in den FIüssigKeitsdichtkammem.

Der Erfindung liegt cue Aufgabe zugrunde, die Dichtflüssigkeit unter Berücksicntigung der Druckverhä'tnisse im Verdrängungsraum so zu steuern, daß Änderungen des Druckverhältnisses möglichst verzögerungsfrei und wirkungsvoll eine Änderung des Flüssigkeitspegels in der Verilrängungskammer bewirken.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Flüssigkeitsabscheider durch einen im Inneren des Pumpengehäuses angeordneten Sammelbehälter gebildet ist. der in lcewiirtiger Position bezüglich der Durchströmrichtung im Auslaß aneeordnet ist.

Der erlindungsgemäß vorgesehene Sammelbehälter crmög'icht ein umerzügliches und kontinuierliches Sammeln von praktisch gasfreier Flüssigkeit. Die gesammelte Flüssigkeit wird im Sammelbehälter stan- 4; dig bereit gehalten und kann jederzeit abgezogen werden, sobald der Bedarf an Dichtflüssigkeit ansteigt, was beispielsweise bei einer Vergrößerung des Druckverhältnisses an der Pumpe der Fall ist.

Bei Verkleinerung des Pumpendruckverhältnisses kann von der FKissigkeitsdichtkammer praktisch verzögerungsfrei und genau dosiert Flüssigkeit in den Νίΐιν:"·.·!'\.·!ν!ι·..·ΐ· ^cl^itct werden, üijr.-.i schlagt die [■.ri'iidinii! vor. daß die Pumpe in an sich bekannter Weise zwei zwischen den beiden Endscheiben des Rotors und den diesen benachbarten Gehäuseteilen gebildete Flüssigkeitsdichtkammern aufweist, die jeweils über Bohrungen im Gehäuse mit dem Flüssigkeitsring im Verdrängungsraum verbunden sind und wobei mindestens eine Flüssigkeitsdichtkammer über eine weitere Bohrung mit dem Sammelbehälter verbunden ist.

Für die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Pumpe mit in an sich bekannter Weise zwei Verdrängungsräumen ist es vorteilhaft, daß die die Verdrängungsrüume voneinander trennende Linie, bezogen nuf einen Querschnitt durch die aufrecht .-teilende Pumpe und im Uhrzeigersystem gemessen.

etwa auf 1.30 Uhr weist, während die Verbindungslinie der Auslaßöffnungen der beiden Pumpenringriiume auf etwa 3 Uhr zeigt. Mit dieser Regel wird sichergestellt, daß der Sammelbehälter stets in leewärtiaer Position gegenüber dem aus den AuslaßölTnungen austretenden Gas-Flüssigkeits-Gemisch angeordnet werden kann, so daß die durch die Turbulenz dieses Gemisches verursachten Störungen klein gehalten werden. Deshalb genügt die Ausbildung eines sehr kleinvolumigen Sammelbehälters.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind der folgenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung zu entnehmen. Die Zeichnung umfaßt zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es zeigt

Fin. 1 eine Ansicht mit teilweiser Schnittdarstellung einer Ausführungsform der Erfindung,

Fi 2. 2 einen Schnitt gemäß H-II der Fig. 1.

Fig. 3 einen Schnitt gemäß TII-III der Fig. 2 mit Rotor und Verdrängungsraum.

F i 2. 4 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Die Pumpe IO gemäß den Fig. 1 bis 3 umfaßt ein Hauptgehäuse 12 und ein Deckelgehäuse 14, die mittels der Gewindebolzen 16 verbunden sind. Zwischen den aufeinander zuweisenden Flanschen der Gehäuseteile 12 und 14 sind Abstandstücke 18 zum genauen Einstellen der Größe des Verdrängungsraumes ungesehen. Die wahlweise Verwendung von Abstandsstücken oder Beilage-Platten ermöglicht das Erreichen der maximalen Pumpenkapazität, bezöget, aiii eine verfügbare Antriebskraft. Außerdem wird dutch die Verwendung solcher Abstandsstücke die Konstruktion vereinfacht, da man mit einem Satz von Bauelementen die Größe de^ Verdrängungsraumes durch geeignete Wahl der Abstandsstücke variieren kann.

Der Gehäuseteil 14 enthält für das zu pumpenck Gas einen Einlaß 20 und einen Auslaß 22: ferner eine Einlaßbohrung 24 für die Dichtflüssigkeit. Der Auslaß 22 ist direkt mit einem Sammelbehälter 26 und die Einlaßbohrung 24 mit dem Verdrängungsraum 66 über einen Kanal 28 verbunden. Der Gehäuseteil 14 weist ferner einen kegeligen Sitz 30 und eine innere Schuller 32 auf.

Der Gehäuseteil 12 umfaßt ein Lager 40. 111 dem die Antriebswelle 42 drehbar abgestützt ist: um die Welle 42 /wischen Lager 40 und der linken Endscheibe des Rotors 50 (Fig. 2) sind übliche Dichtmittel 44 angeordnet. Für die Befestigung des Rotors 50 auf der Welle 42 sind eine Kcilnulverbindung 52 und eine auf dem Wcllcnende aufgeschraubte Mu'.ter 54 vorgesehen. Selbstverständlich kann an Ste'L· der Mutter 54 auch eine Kopfschraube oder ein anderes geeignetes Verbindiingsteil verwendet werden.

Der Rotor SO besitzt eine Nabe 56, die innerhalb eines Teiles des Sitzes 30 des Gehäuses 14 und \όλ diesem entfernt unier Bildung der Kammer 58 angeordnet ist. Der Rotor umfaßt ferner die Endscheiben 60 und 62. Deren Außen- und Innendurchmesser stehen in einem veränderlichen Verhältnis zum Gehäusesitz 30 bzw. zur inneren Schulter 32. Wie aus F i g. 3 hervorgeht, umfaßt der Rotor eine Mehrzahl radialer, am Umfang in Abstand angeordneter Schaufeln 64. die zusammen mit einem Teil des Gehäuseteils 12 Schaiifclräume65 und den doppelten Verdrängungsraum 66 biklen. Ferner sind eine Einlaßöffnung 70 und eine Auslaßöffnung 68 vorgesehen.

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Au·. Fig. 2 geht schließlich hervor, daß die Endscheihe 60 vom Gehäuseteil 14 entfernt ist und mit diesem eine erste Kammer 72 bildet und daß der EndringöJ vom Gehäuseteil 12 entfernt ist und mit clioem eine zweite Flüssigkeitsdichtkammer 74 bilclet. Die beiden Flüssigkeitsdichtkammern 72 und 74 sind ringförmig und so ausgeführt, daß eine sileichinäßige bzw. gleichförmige Flüssigkeitsverteiluim bzw. Strömung der durch die Kanal? eintretenden Flüsigkeit gewährleistet ist.

Die Bohrung 76 stellt eine direkte Verbindung zwischen dem Sammelbehälter 26 und der Flüssiakeiisdichtkammer72 her. Die Bohrune 78 verbindet die Flüssigkeitsdichtkammer 72 mit dem Verdrängungsraum 66. Flüssigkeit kann also vom Verdräntuinjsr.'.um 66 in die Bohrung 78 und dann weiter, ^ni-prechend den jeweiligen Bctruh-hedinguimen. in einen Teil der Flüssigkeitsdichtkammer 72 benachbart den Öffnungen der Bohrung 78 strömen und dann den durch die Flüssigkeitsdichtkar.mer 72 definierten Ringraum durchfließen.

Die Bohrung 80 verbindet den Verdränuunnsraum 6fi mit der Flüssigkeitsdichtkammer 74. Die Flüssi«- k.i; Hießt aus dem Verdrängungsraum 66 durch dte Bohrung 80 in die Flüssigkeitsdichtkammer 74 und dann in den Raum mit mitte's einer Feder aneepreß- \:n Dichtungsmitteln 44. in welchem der Druck größer als der Atmosphärendruck ist oder eben so υ roß als für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts der axialen Kräfte für einen bestimmten \in\endungsfall erforderlich ist. Es herrscht also ein poMiivcr Druck, z. B. ein Überdruck, der die Schmielung der mechanischen Dichtung der Pumpe. z.B. .■i-er Stopfbuchse, aufrechterhält. Die I Hissitikeit k;:mi aus der Flüssigkeitsdichtkammer 74 durch die Bohrung80 zurück in den Verdrängungsraum 66 iüjl.Vn. Lie Dichtung 44 wird dabei dem Flüssig- :.jitsstrom durch die Flüssiiikeitsdichtkamrner 74 unterworfen. Ferner Wi die Rotornabe 56 mit einer Bohrung 82 λ ersehen, die eine direkte Kommuivkalion zwischen Flüssigkeitsdichtkammer 74 und Kammer 58 ermöglicht. Die Flüssigkeit strömt aus der Kammer 58 durch den Zwischenraum 59 und dann in den Verdrängungsraum 66 und verhindert dabei den Durchtritt von Gas durch den Zwischenraum 59. »5

Durch sorgfältige Auswahl des Winkel-Abstands und des Abstand¹· in l.'mfangsrchtung des jeweiligen Ortes dor Bohrungen 78 und 80 zwischen Verdräninine.-.raum 66 und den außen an den Rotor angrenzenden Flüssigkeitsdichtkammern 72 und 74 kann in u:i">i:n Kammern ein spezifischer Druck unabhängig vin Hohlräumen zwischen den Pumpenteilen festgelegt werden. Der Druck in den Flüssigkeitsdichtkammern 72 und 74 ist auch der-halb von den Pumper,hohlräumen unabhängig, weil dr.s dünnere Ende der Rotornabe 56 mit den Flüssigkcitsdichtkammcrn 72 und 74 mittels der Bohrung 82 verbunden ist. Die Bohrungen 78. 80 und 82 sichern das Vorhandensein einer gasfreien Flüssigkeit in den Kammern 72. 74 und 58 bei einem Druck, der für einen minimalen inneren Tlüssigkeitsverlust zwischen den Entlcerungs- und Zuskombcrcichen der Pumpe charakteristisch ist.

F.in minimaler axialer Schub wird durch Ausgleich des Drucks an all.η Außenflächen durch direkte. von Pumpcnhohlräiimcn unabhängige Druckbeauf-'■chlasiunü erreicht. Um dies zu erzielen, wird der Druck in t.k\\ Kammern 72. 74 und 58 im wesentlichen egalisiert. Es sei nochmals betont, daß die Anordnung der Bohrungen 78 und 80 so gewählt ist, daß ein vorgegebener bestimmter Druck erzeugt wird. Eine maximale Leistung bei hohem Druckverhältnis wird durch einen gasfreien Dichtmittelstrom vom Sammelbehälter 26 durch die Bohrung 76 erzielt. Der Sammelbehälter 26 und die Bohrung 76 sind hinter dem Auslaß für das Gas-Flüssigkeits-Gemisch im Auslal.khnchgang 22 angeordnet Deshalb wird die Bohrung 76 geringfügig mit Flüssigkeit überschwemmt. Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Mittelpunktslinie durch den die beiden Teile des Verdrängungsraums trennenden Steg, im Uhrzeigersystem gesehen, etwa auf 1.30 Uhr weist, während diejenige durch den Auslaßdurchgang etwa auf 3 Uhr zeigt. Dabei bleibt der Sammelbehälter 26 in der leewärtigen Position bezüglich des Gas-Flüssigkeits-Stroms durch den Auslaß 22.
Eine maximale Lebensdauer der Wellendichtung wird dadurch erzielt, daß gasfreic Flüssigkeit in den Flüssigkeitsdichtkammern 72 und 74 vorhanden ist, weiche ein kontinuierliches Kühlen und Spülen der We'Iendichtung mit Flüssigkeit, die durch die Bohrung 80 in die F-lüssigkeitsdichtkammer 74 und durch die Bohrung 82 in die Kammer 58 durch den Zwischenraum 59 zu den Rotorschaufeln 64 strömt, bewirkt. Bei Anwendung der vorliegenden Erfindung auf Hochdruck vakuum pumpen und Kompressoren wird eine hohe Leistung bei hohem Druckverhältnis erzielt, und zwar durch die zusätzliche Rezirkulation von Flüssigkeit vom Pumpenauslaß durch die Bohrung 76 in die FlüsfigkeitsdicTiikammer 72. Die gewählte Anordnung der Bohrungen 78 und 80 kann zum Festlegen des Druckes, bei dem die Rezirkulation beginnen soll, variiert werden.

Bei einer gut ausgelegten Hockdri.<;k-Vakuumpumpe (oder Kompressor) läßt sich ein Minimum an Antriebsenergie und eine maximale Leistung bei niedrigem Druckverhältnis mit der üblichen Dichtemittelmenge durch einen Druck in der Flüssigkeitskammer 72 erzielen, der mit dem Druckvcvhältnis \ariicrt. damit überflüssige Dichtflüssigkut durch die Bohrung 76 und den Auslaß 72 abströmt. Tm Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Bohrungen 78 und 80 bezüglich des Verdrängunij.sraums 66 so anzuordnen, daß der Druck in der Flüssigkeitsdichtkammer 72 den Auslaßdruck bei niedrigem Druckverhältnis übersteigt, aber geringer ist als der Auslaßdruck bei einem hohen Druckverhältnis. Zusätzlich kann ein ^ücksch'agventil zum Sperren des Durchflusses in einer gewünschten Richtung vorgesehen sein.

Fs wird betont, daß die Ausfürmingsforni gemäß der Er'indung zu dem wünschenswerten Ergebnis einer gesteuerten Rczirkulalion der Wassermenge durch die Bohrung 76 führt, nämlich durch Aufrechterhalten des Druckiintcrschicds unabhängig von Pumpenhohlräumcn. Auf diese Weise wird der Druck in der Flüssigkeitskammet 72 durch den Druck im Verdrängungsraum aufgebaut und ist von Änderungen der. z. B. zum Lecken führenden. Hohlräume unabhängig. Dementsprechend bleibt der Druckunterschied in der Bohrung 76 im wesentlichen bestehen, ebenso wie die Durchflußrate. Die erfindiingsgemäße Konstruktion verbessert deshalb gegenüber dem Stand der Technik die innere Flüssigkeitsabdichtung und reduziert den inneren Gasaustritt und die überschüssige Dichtflüssigkeitszirkulation.

Fi 2. 4 zeigt in einer anderen Ausführung der Er-

findung eine Drehkolbenmaschine mit ringförmigem Verdrängungsraum, die als Pumpe oder als Kompressor dienen kann. Der in F i g. 4 gezeigte Aufbau ist dem der in F i g. 2 gezeigten Vakuumpumpe mit doppeltem Veidrängungsraum ähnlich, wobei gemäß F i g. 4 allerdings im Zentrum des Gehäuseteils 14' durch die Bohrung 28' gegen den in der Kammer 58' herrschenden Druck die DichtflUssigkeit eher eintritt als durch den Kanal 28 und die Einlaßöffnung 70, wie in F i g. 2 gezeigt.

In F i g. 4 wurden die gleiche Funktion erfüllenden und dem gleichen Zweck dienenden Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in F i g. 2. jedoch mit Aufstrich, versehen. Die Flüssigkeit strömt gemäß F i g. 4 vom Verdrängungsraum 66' durch die Bohrung 80' in die Flüssigkeitsdichtkammer 74' und dann in den die Dichtmittel 44'. welche auf der Welle 42' sitzen, umgebenden Raum. Danach strömt die Flüssigkeit durch die Bohrung 82' in die Kammer 58', derart, daß die Flüssigkeit durch den Zwischenraum 59' hin- »o durch zurück in den Verdrängungsraum 66' gelangt und dabei den Durchgang von Gas durch den Zwischenraum 59' als Ergebnis der (herrschenden) Druckunterschiede verhindert. In ähnlicher Weise strömt die Flüssigkeit vom Verdrängungsraum 66' durch die Bohrung 78' in die Flüssigkeitsdichtkamrner 72' und dann durch die Bohrung 76', und zwar für den Fall, daß die Druckunterschiede eine Strömung in dieser Richtung begünstigen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsringpumpe mit wenigstens einem Verdrängungsraum sowie mit wenigstens einer zwischen dem Rotor und den in axialer Richtung benachbarten Statorteilen gebildeten, mit dem Flüssigkeitsring im Verdrängungsraum verbundenen Flüssigkeitsdichtkammer und mit einem mit dem ⁴UIsIaB der Pumpe und mit der Flüssigkeitsdichtkammer verbundenen Flüssigkeitsabscheider, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsabscheider durch einen im Inneren des Pumpengehäuses (14) angeordneten Sammelbehälter (26) gebildet ist. der in leewärtiger Position bezüglich der Durchströmung im Auslaß (22) angeordnet ist.

2. Flüssigkeitsringpumpe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe in an sich bekannter Weise zwei zwischen den beiden Endscheiben (60. 62) des Rotors (50) und den diesen benachbarten Gehäuseteilen gebildete Flüssigkeitsdichtkammern (72,74) aufweist, die jeweils über Bohrungen (78.80) im Gehäuse mit dem Flüssigkeitsring im Verdrängungsraum verbunden sind und wobei mindestens eine Flüssigkeitsdichtkammer (72) über eine weitere Bohrung (76) mit dem Sammelbehälter (26) verbunden ist.

3. Flüssigkeitsringpumpe nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe in an sich bekannter Weise zwei Verdrängungsräume (66) aufweist und daß die die Verdrängungsräume voneinander trennende Linie, bezogen auf einen Querschnitt durch die aufreehl stehende Pumpe und im Uhrzeigersysterr gemessen, etwa auf 1.30 Uhr weist, während dit Verbindungslinie der Auslaßöffnungen (68) dei beiden Pumpenringräume etwa auf 3 Uhr zeigt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen