DE19800711A1

DE19800711A1 - Mostly dry working screw spindle vacuum pump

Info

Publication number: DE19800711A1
Application number: DE1998100711
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Steffens; Hermann Dipl Ing Lang
Original assignee: Individual
Current assignee: Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date: 1998-01-10
Filing date: 1998-01-10
Publication date: 1999-07-29

Abstract

The thread profile of the conveyor screws (1,2) reduces continuously or in several stages from the suction connection to the outlet connection. This occurs in a way that the pitch changes or the difference between thread outer diameter and thread core diameter alters. Along the housing (7), particularly at the stage points, excess pressure valves (3,4) are arranged, which with high suction pressures (evacuation from the atmosphere) obviate an excess pressure in the pump. The medium expelled by the excess pressure valves is conveyed through a closed conduit to the outlet connection or is fed back in a bypass conduit to the commencement of the corresponding pressure stage.

Description

Die Erfindung betrifft eine vorwiegend trocken arbeitende Schraubenspindelvakuumpumpe mit zwei oder mehr Spindeln, die an einer Stirnseite mit einem Zahnradgetriebe gegeneinander geführt sind und eine innere Verdichtung aufweisen. Im Grundprinzip ist diese Pumpe, aber ohne innere Verdichtung, bekannt, so daß auf eine Gesamtdarstellung mit Getriebe, Lagerung und Antriebe verzichtet wird. Es geht bei der Erfindung im wesentlichen, um die Ausbildung des Förderschraubengewindes. Bei den jetzt bekannten Pumpen wird das zu fördernde Medium auf der einen Seite der Schrauben angesaugt und in axialer Richtung von den Schrauben gleichen Querschnittes auf der ganzen Länge zum Auslaßstutzen gefördert. Durch die Anordnung mehrere Schraubengänge auf den Spindeln lassen sich mit diesem Pumpentyp ohne Unterteilung des Pumpengehäuses (keine Zwischenwände) hohe Druckverhältnisse überwinden, und zwar in einer Pumpeneinheit von etwa 10^-2 mbar bis 1000 mbar (atmosphärischer Druck). Diesem Vorteil steht jedoch der Nachteil gegenüber, daß die bisher verwendeten Schraubenspindelvakuumpumpen, das abgesaugte Medium (Gasdampfgemisch) unverdichtet von Schraubengang zu Schraubengang weiterfördern. Damit ist die Antriebsleistung "N" wie bei allen Vakuumpumpen ohne innere Vorverdichtung, wie zum Beispiel auch der Wälzkolbenvakuumpumpe, direkt ihrem Produkt aus dem Schöpfvolumen "V" (m³/h) und der Druckdifferenz "Δp" (mbar) zwischen Ansaugdruck und Ausstoßdruck proportional und hat seinen höchsten Wert bei Betrieb auf Endvakuum. Schon eine relativ kleine Schraubenspindelvakuumpumpe mit einem theoretischen Schöpfvolumen "V" von 100 m³/h benötigt daher bei einer Druckdifferenz von 1000 mbar, d. h. von Endvakuum auf Atmosphärendruck ohne Berücksichtigung des mechanischen Wirkungsgrades eine Antriebsleistung von
The invention relates to a predominantly dry working screw vacuum pump with two or more spindles, which are guided against each other on one end face with a gear transmission and have an internal compression. The basic principle of this pump is known, but without internal compression, so that an overall representation with gear, bearing and drives is dispensed with. The invention is essentially about the formation of the feed screw thread. In the pumps now known, the medium to be delivered is sucked in on one side of the screws and is conveyed in the axial direction by the screws of the same cross section over the entire length to the outlet connection. The arrangement of several screw turns on the spindles enables this pump type to overcome high pressure ratios without dividing the pump housing (no partition walls), in one pump unit from about 10 ^-2 mbar to 1000 mbar (atmospheric pressure). However, this advantage is offset by the disadvantage that the screw spindle vacuum pumps used hitherto continue to convey the extracted medium (gas vapor mixture) from the screw thread to the screw thread without being compressed. Thus, as with all vacuum pumps without internal pre-compression, such as the Roots vacuum pump, the drive power "N" is directly its product of the scooping volume "V" (m ³ / h) and the pressure difference "Δp" (mbar) between suction pressure and discharge pressure proportional and has its highest value when operating on final vacuum. Even a relatively small screw spindle vacuum pump with a theoretical scoop volume "V" of 100 m ³ / h therefore requires a drive power of at a pressure difference of 1000 mbar, ie from a final vacuum to atmospheric pressure without taking mechanical efficiency into account

Abb. 1 zeigt in Gegenüberstellung (ohne mechanische Wirkungsgrade) den Energiebedarf für die isobarische Verdichtung (Vakuumschraubenpumpe und Wälzkolbenvakuumpumpe beide ohne Vorverdichtung), dann den Idealfall - isothermische Verdichtung - und weiter den Energiebedarf bei abgestuften Vakuumpumpständen von erwähnter Bauart im Verhältnis 1 : 5 und 1 : 10. Solche Schaltungen sind aus wirtschaftlichen Gründen bei Langzeitbetrieb schon im 10er mbar Bereich und insbesondere bei noch niederen Drucken erforderlich. Für Großpumpstände steht diese Aufteilung in mehrere Einzelaggregate aus diesen Gründen außer Frage. Mit der vorliegenden Erfindung wird nun ein Schraubenspindelvakuumsystem für kleine bis mittelgroße Pumpeinheiten in einem Gehäuse vorgestellt, das die Eigenschaft hat, das geförderte Medium kontinuierlich oder in zwei oder mehr Stufen bis auf Werte von 1 : 10 und mehr vorzuverdichten, bevor es gegen die Atmosphäre oder den Gegendruck ausgestoßen wird. Das bedeutet für Prozesse, die sich hauptsächlich im niederen Druckbereich abspielen, die Auspumpzeit also nur einen Bruchteil der Chargenzeit ausmacht, eine enorme Energieeinsparung bei gleichzeitig besserer Temperaturführung der Schraubenvakuumpumpe, da nicht erzeugter Energieaufwand auch nicht abgeführt werden muß. Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß die Förderschrauben sich in axialer Richtung zur Weiterförderung des Gasstromes nicht zueinander verschieben müssen, sondern immer die gleichen Schraubenflanken miteinander zum Eingriff kommen. Daher kann das Gewindeprofil an jeder Stelle beliebig ausgeführt werden, d. h. möglichst optimal dem gewünschten Pumpprozeß angepaßt werden, das ist in diesem Falle eine stetige Verkleinerung, der von dem Schraubenprofil und der Gehäusewand gebildeten Förderkammer (8) und das geschieht einmal durch Verkleinerung der Gewindesteigung hin zum Auslaßstutzen kontinuierlich oder jeweils nach einigen Gewindegängen und durch Verkleinerung der Schraubenaußendurchmesser und entsprechende Vergrößerung der Schraubenkerndurchmesser hin zum Auslaß. Auch diese Ausführung kann stetig, siehe Abb. 2, oder stufenweise, siehe Abb. 3, erfolgen. Durch diese Abstimmung des Gewindeaußendurchmessers mit dem Gewindekerndurchmesser wird verhindert, daß trotz Gewindeänderung unter beibehalt gleichen Achsabstandes größere Leckspalte entstehen. Alle diese Maßnahmen können kontinuierlich oder auch in zwei, drei oder auch mehr Stufen erfolgen und lassen Vorverdichtungsverhältnisse bis über 1 : 10 zu. Abb. 2 zeigt ein Schraubenpaar, bei dem die Steigung einmal abgestuft ist, also zwei verschiedenen Steigungen aufweist und die Gewindedurchmesser kontinuierlich geändert werden. Abb. 3 zeigt dagegen ein Schraubenpaar, bei dem die Aufteilung von Steigung und Durchmesserwahl in 3 Stufen erfolgt. Ferner zeigt Abb. 3 an den Übergangsstellen angeordnete Überdruckventile (3 + 4), um den Aufbau hoher innerer Überdrücke zu vermeiden. Da die Vorverdichtung ein stetiger Ablauf von der Saug- zur Druckseite ist, bei dem der Außendurchmesser von Stufe zu Stufe so ausgeführt werden kann, daß immer eine Außendurchmesserverjüngung auftritt, lassen sich die komplett vormontierten und eingestellten Schraubenspindeln ohne Zerlegung in das Gehäuse einführen und mit dem Getriebe justieren. Die Schraubenpaare selbst können bei der Fertigung so ausgeführt werden, daß eine Nachjustierung der einzelnen Profilabschnitte nicht mehr notwendig ist. Fig. 1 shows a comparison (without mechanical efficiency) of the energy requirement for isobaric compression (vacuum screw pump and Roots vacuum pump both without pre-compression), then the ideal case - isothermal compression - and further the energy requirement for graduated vacuum pump levels of the type mentioned in a ratio of 1: 5 and 1 : 10. For economic reasons, such circuits are required in the 10 mbar range for long-term operation and especially in the case of even lower pressures. For large pumping stations, this division into several individual units is out of the question for these reasons. With the present invention, a screw vacuum system for small to medium-sized pump units in a housing is now presented, which has the property of continuously or in two or more stages to pre-compress the conveyed medium to values of 1:10 and more before it is released to the atmosphere or the back pressure is expelled. For processes that mainly take place in the low pressure range, i.e. the pumping time is only a fraction of the batch time, this means enormous energy savings with better temperature control of the screw vacuum pump, since energy that is not generated does not have to be dissipated. The invention is based on the fact that the feed screws do not have to shift relative to each other in the axial direction for the further conveying of the gas flow, but the same screw flanks always come into engagement with one another. Therefore, the thread profile can be carried out at any point, ie be optimally adapted to the desired pumping process, which in this case is a constant reduction in the delivery chamber ( 8 ) formed by the screw profile and the housing wall, and this is done once by reducing the thread pitch to the outlet nozzle continuously or after a few threads in each case and by reducing the outer screw diameter and increasing the screw core diameter accordingly to the outlet. This version can also be carried out continuously, see Fig. 2, or in stages, see Fig. 3. This coordination of the thread outer diameter with the thread core diameter prevents larger leakage gaps from occurring despite the change in thread while maintaining the same center distance. All of these measures can be carried out continuously or in two, three or even more stages and allow pre-compression ratios up to 1:10. Fig. 2 shows a pair of screws in which the pitch is stepped once, i.e. has two different pitches and the thread diameter is continuously changed. Fig. 3, on the other hand, shows a pair of screws in which the pitch and diameter selection are divided into 3 stages. Fig. 3 also shows overpressure valves ( 3 + 4 ) located at the transition points to avoid the build-up of high internal overpressures. Since the pre-compression is a continuous process from the suction to the pressure side, in which the outer diameter can be designed from step to step so that there is always a tapering of the outer diameter, the completely pre-assembled and adjusted screw spindles can be inserted into the housing without disassembly and with the Adjust the gear. The pairs of screws themselves can be made during production so that readjustment of the individual profile sections is no longer necessary.

Claims

1. Mainly dry working screw vacuum pump, with two or more in a housing ( 7 ) intermeshing conveyor screws ( 1 + 2 ), with axial conveying direction, characterized in that the threaded profile of the conveyor screws ( 1 + 2 ) from the suction port to the outlet port continuously or scaled down in several stages in the screw profile. This happens in such a way that the pitch changes or the difference between the outer thread diameter and the thread core diameter changes or both measures take place simultaneously.

2. Mainly dry-working screw vacuum pump according to claim 1, characterized in that pressure valves ( 3 + 4 ) are arranged along the housing ( 7 ), in particular at the increments, which, at high suction pressures (evacuation of atmosphere), over-compression in the pump avoid.

3. Mainly dry screw vacuum pump according to claim 1 and 2, characterized in that the medium ejected through the pressure relief valves ( 3 + 4 ) is led through a closed line ( 5 ) to the outlet port, or in a bypass line ( 6 ) to the beginning of the front arranged pressure stage is returned.

4. Mainly dry working screw vacuum pump according to claims 1-3, characterized in that the intermeshing screw spindles each in one level, but not parallel to the axis.