DE20021235U1

DE20021235U1 - Flüssigkeitsringpumpenaggregat

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Publication number: DE20021235U1
Application number: DE20021235U
Authority: DE
Original assignee: SPECK PUMPENFABRIK WALTER SPEC
Current assignee: SPECK PUMPENFABRIK WALTER SPEC
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2010-12-16

Description

Flüssigkeitsringpumpenaggregat

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsringpumpenaggregat.

Flüssigkeitsringpumpen sind seit langem bekannt und werden als Vakuumpumpen oder als Kompressoren in den verschiedensten verfahrenstechnischen Prozessen eingesetzt. Beispielhaft seien hier der Einsatz in Anlagen zur Grundstoff- oder Arzneimittelherstellung, zur Getränkeabfüllung und zur Papierherstellung genannt.

Flüssigkeitsringpumpen arbeiten nach dem Verdrängerprinzip, wobei - in der am weitesten verbreiteten Bauweise - ein motorbetriebenes, mit Schaufeln versehenes Laufrad exzentrisch in einem meist zylindrischen Arbeitsraumgehäuse angeordnet ist, das einen Innenraum mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt aufweist! In dem Arbeitsraumgehäuse befindet sieh eine Betriebsflüssigkeit, beispielsweise Wässer, die durch die Drehung des Laufrades in Rotation versetzt wird und einen Flüssigkeitsring ausbildet. Benachbarte Schaufeln des Laufrades definieren mit dem Flüssigkeitsring und der Nabe des Laufrades Kammern, die aufgrund der exzentrischen Lagerung des Laufrades ein von der Winkelposition der Kammer abhängiges Volumen besitzen, wobei der Flüssigkeitsring mehr oder weniger tief in die Kammer eindringt und dabei wie ein Verdrängerkolben wirkt.

Flüssigkeitsringpumpen sind insbesondere zum Fördern von Gasen und Dämpfen geeignet. Jedoch können in gewissem Umfang auch Flüssigkeitsströme mitgefördert werden. Durch diesen prinzipiellen Aufbau ist die Flüssigkeitsringpumpe äußerst verschleißarm, weist eine hohe Betriebssicherheit auf und erzeugt nur sehr geringe Eigengeräusche. Derartige Flüssigkeitsringpumpen können als sogenannte Grundplattenpumpen ausgebildet sein, bei denen das Arbeitsraumgehäuse ein- oder beidseitig durch Pumpengehäuse mit Steuerscheibe abgedeckt ist. Eine andere weitverbreitete Variante stellen die sogenannten Blockpumpen dar, bei denen das Arbeitsraumgehäuse direkt Antriebsmotor angeflanscht ist. Die Motorwelle wird dabei durch eine Gleitringdichtung in den Arbeitsraum geführt, wo das Laufrad drehfest mit dem freien Ende der Welle verbunden ist. Auf der dem Antriebsmotor gegenüberliegenden Seite des Laufrades weist die Blockpumpe ein Pumpengehäuse auf.

Die Pumpengehäuse bzw. der Pumpendeckel sind mit Saug- und/oder Druckstutzen zur Zu- bzw. Abfuhr des zu fördernden Fluids, sowie mit Anschlüssen zur Zufuhr (und ggf. zum Entleeren) von Betriebsflüssigkeit versehen.

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Die Betriebsflüssigkeit der Pumpe hat im wesentlichen drei Funktionen. Zum einen wirkt sie, wie oben erläutert, als Kolben der Verdrängungspumpe. Außerdem dichtet sie die einzelnen Kammern des Laufrades gegeneinander ab, so dass eine ölfreie Förderung des zu fördernden Fluides möglich ist. Konstruktionsbedingt wird beim Betrieb einer Flüssigkeitsringpumpe neben dem zu fördernden Fluid stets ein gewisser Anteil an aus dem Flüssigkeitsring stammender Betriebsflüssigkeit mitgefördert. Diese stetige Mitförderung der Betriebsflüssigkeit kann genutzt werden, um auf diesem Wege die beim Betrieb der Pumpe erzeugte Verdichtungswärme abzuführen. Es muss daher fortlaufend Betriebsflüssigkeit zugeführt werden, damit der Flüssigkeitsring auf konstantem Niveau gehalten wird.

Im Interesse einer Erhöhung der Betriebssicherheit sowie einer Reduktion von Betriebskosten ist meist ein nachgeschalteter Flüssigkeitsabscheider vorgesehen, in welchem Flüssig- und Gasphase getrennt werden. Die abgeschiedene Flüssigkeit kann über eine Rückführleitung in^rden Arbeitsraums der Flüssigkeitsringpumpe zurückgeführt werden. Gegebenenfalls kann die. Betriebsflüssigkeit bei der Rückführung durch Wärmetauscher, wie etwa Oberflächen- oder Mischkühler, geführt werden. Die Menge der zurückgeführten . Flüssigkeit stellt sich in Abhängigkeit von Lage, Drosselverlusten und Druckdifferenz an der Betriebsflüssigkeitsrückführung ein. So steigt mit zunehmender Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite des Verdichters der Flüssigkeitsdurchsatz durch die Rückführungsleitung. Umgekehrt bewirkt eine geringe Druckdifferenz einen geringen Flüssigkeitsdurchsatz. _:

Bei zahlreichen Anwendungen von Flüssigkeitsringpumpen ist der Saugdruck zeitweise nur unwesentlich geringer als der Verdichtungsdruck. Diese Betriebsbedingungen sind beispielsweise typisch für die Anfangsphase des Evakuierens großer Gefäße und Behälter.

Bei derart geringen Druckdifferenzen stellt man fest, dass keine Betriebsflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsabscheider mehr angesaugt werden kann. Der fortschreitende Flüssigkeitsmangel im Flüssigkeitsring der Pumpe führt zu einem verschlechterten Wirkungsgrad, zu einer Erwärmung der Betriebsflüssigkeit und daraus resultierend zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit des Aggregats und schließlich zu einem Kurzschluss zwischen Saug- und Druckseite der Pumpe.

Für derartige Anwendungsfälle war es bisher notwendig, eine zusätzliche Druckerhöhungspumpe in der Rückführleitung für die Betriebsflüssigkeit anzuordnen.

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Hierdurch erhöhen sich aber die Investitions- und Betriebskosten. Es wurde auch vorgeschlagen, den Flüssigkeitsstand im nachgeschalteten Flüssigkeitsabscheider weit über die Wellenhöhe der Pumpe zu erhöhen. Um bei einer derartigen Anordnung jedoch eine Überfüllung der Pumpe mit Betriebsflüssigkeit zu verhindern, muss in der Rückführleitung ein mit der Inbetriebnahme der Pumpe öffnendes Ventil installiert werden. Auch dann ist jedoch kein sicherer Schutz vor Überfüllung gewährleistet, da die durch die Anhebung des Flüssigkeitspegels im Abscheider verlängerte Druckleitung auch mehr Betriebsflüssigkeit enthält, die nach Abschalten der Pumpe wieder in den Arbeitsraum zurückfließt. Schließlich ist auch vorgeschlagen worden, den Druckauslass des Flüssigkeitsabscheiders zu drosseln, was zu einer Druckerhöhung im Abscheider führt. Nächteilig an dieser Variante ist aber, dass dann auch über den Flüssigkeitsablauf bzw. -überlauf, über den die abgeschiedene und nicht in die Pumpe zurückgeführte Flüssigkeit abgeführt werden soll, Gas herausgedrückt wird, so dass die Wirksamkeit der Trennung von Flüssigkeit und Gas im Flüssigkeitsabscheiders deutlich vermindert wird; <:

Der vorliegenden Erfindung liegt nun das technische Problem zugrunde, ein Flüssigkeitsringpumpenaggregat bereitzustellen, mit dem in_; kostengünstiger und zuverlässiger Weise eine ausreichende Versorgung des Flüssigkeitsrings der Pumpe mit Betriebsflüssigkeit gewährleistet wird.

Gelöst wird dieses technische Problem durch das Flüssigkeitsringpumpenaggregat mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringpumpenaggregats sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Flüssigkeitsringpumpenaggregat mit einer Flüssigkeitsringpumpe, die einen Saugstutzen, einen Druckstutzen und wenigstens einen Einlass für Betriebsflüssigkeit aufweist, einen stromabwärts von dem Druckstutzen angeordneten Flüssigkeitsabscheider und Mittel zur Rückführung von abgeschiedener Betriebsflüssigkeit in den Arbeitsraum der Flüssigkeitsringpumpe, wobei das Aggregat dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen dem Druckstutzen und dem Flüssigkeitsabscheider ein Vorabscheider angeordnet ist, der über eine mit Drosselmitteln versehene Fluidverbindung mit dem Flüssigkeitsabscheider kommuniziert, und dass die Mittel zur Rückführung von abgeschiedener Betriebsflüssigkeit eine kommunizierende

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Verbindung zwischen dem Vorabscheider und dem Betriebsflüssigkeitseinlass der Pumpe umfassen.

Das erfindungsgemäße Flüssigkeitsringpumpenaggregat weist zahlreiche Vorteile auf: Durch Anordnung eines Vorabscheiders zwischen dem Druckstutzen der Flüssigkeitsringpumpe und dem nachgeschalteten Flüssigkeitsabscheider, ist es möglich, über die erfindungsgemäß vorgesehenen Drosselmittel zwischen Vorabscheider und Flüssigkeitsabscheider den Druck in dem Vorabscheider so weit zu erhöhen, dass auch bei einer geringen Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite des Aggregats Betriebsflüssigkeit über die erfindungsgemäß vorgesehenen Rückführmittel aus dem Vorabscheider in den Flüssigkeitsring der Pumpe gelangen kann. Eine Druckerhöhungspumpe ist auch bei geringen Druckdifferenzen nicht erforderlich. Der nachgeschaltete Flüssigkeitsabscheider selbst ist nicht gedrosselt, so dass eine wirksame • Trennung der Flüssig- und Gasphase gewährleistet wird und keine Gefahr besteht,hdäss Gas zusammen mit Flüssigkeit durch den Fiüssigkeitsablauf des Abscheiders gedrückt wird! Während also in dem Vorabscheider der notwendige Druck für eine Rückförderung von &ngr; Betriebsflüssigkeit aufrecht erhalten wird, können im Betrieb sowohl Gas- als auch Flüssigphase über die mit Drosselmittel versehene Fluidverbindung in den nachgeschalteten Flüssigkeitsabscheider strömen, wo dann die eigentliche Auftrennung in Flüssig- und

20 Gasphase erfolgt.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringpumpenaggregats können der Vorabscheider und der Flüssigkeitsabscheider als zwei getrennte Behälter ausgebildet sein, die dann über eine Drosselleitung verbunden sind.

Bevorzugt sind der Vorabscheider und Flüssigkeitsabscheider aber als separate Kammern innerhalb eines einzigen Abscheidebehälters ausgebildet, was eine besonders kompakte Bauweise gewährleistet. In diesem Fall ist die Vorabscheiderkammer und die Flüssigkeitsabscheiderkammer durch eine Trennwand getrennt, wobei die Drosselmittel vorzugsweise als in der Trennwand ausgesparte Drosselblenden ausgebildet sind.

Die Drosselmittel können fest oder einstellbar ausgebildet sein. Im letzteren Fall können die Drosselblenden beispielsweise mit verstellbaren Schiebern versehen sein, mit denen je nach Betriebsbedingungen der Durchlassquerschnitt verändert werden kann. Die Drosselmittel können auch als kraftbeaufschlagte Ventile oder Klappen ausgebildet sein, die erst bei einer

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vorbestimmten Druckdifferenz öffnen, so dass unabhängig von der Fördermenge der Flüssigkeitsringpumpe ein bestimmter Mindestdruck im Vorabscheider gewährleistet ist.

Die Mittel zur Rückführung von abgeschiedener Betriebsflüssigkeit können eine Rückführleitung umfassen, deren Eintrittsöffnung in den Bodenbereich des Vorabscheiders mündet. Das andere Ende der Rückführleitung ist mit dem Einlass für Betriebsflüssigkeit der Flüssigkeitsringpumpe verbunden. Dieser Einlass befindet sich im Gehäuse oder im Decke! der Pumpe im Saugbereich des Flüssigkeitsrings, so dass aufgrund der zwischen dem Saugbereich und dem Inneren des Vorabscheiders herrschenden Druckdifferenz, die im Vorabscheider abgeschiedene Betriebsflüssigkeit in die Flüssigkeitsringpumpe zurückgefördert wird.

In der Rückführleitung kann ein Wärmetauscher angeordnet sein, beispielsweise ein Oberflächen- oder ein Mischkühler, der eine Abkühlung der Betriebsflüssigkeibvor Einspeisung in den Flüssigkeitsring ermöglicht. ' ^:

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringpumpenaggregats sind die Flüssigkeitsringpumpe und der Abscheidebehälter als räumlich getrennte Baugruppen ausgebildet. In diesem Fall ist ein Druckrohr vorgesehen, das den Druckstutzen der Flüssigkeitsringpumpe mit einer Einlassöffnung des Vorabscheiders verbindet.

Es ist jedoch auch möglich, die Flüssigkeitsringpumpe und den Vorabscheider (ggf. einschließlich des nachgeschalteten Flüssigkeitsabscheiders) als ein integriertes Bauteil auszubilden. Beispielsweise kann die Flüssigkeitsringpumpe so in den Vörabscheider eingesetzt sein, dass die Druckseite der Pumpe unmittelbar in den Vorabscheider übergeht. Ein Druckrohr als Verbindung zwischen Druckstutzen und Vorabscheider ist dann selbstverständlich nicht erforderlich. In diesem Fall wird man die Pumpe so anordnen, dass der Einlass für Betriebsflüssigkeit sich im unteren Bereich des Vorabscheiders befindet, so dass abgeschiedene Betriebsflüssigkeit unmittelbar durch den Einlass eingesaugt werden kann und auch eine Rückführleitung nicht erforderlich ist. Falls bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringpumpenaggregats eine Kühlung der Betriebsflüssigkeit erwünscht ist, wird man vorteilhafterweise im unteren Bereich des Innenraums des Vorabscheiders einen Wärmetauscher anordnen.

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Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf in den beigefügten Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Flüssigkeitsringpumpenaggregats mit einem den Vorabscheider und den Flüssigkeitsabscheider umfassenden Abscheidebehälter;

Figur 2 eine Teilansieht einer Variante des Flüssigkeitsringpumpenaggregats der

Figur 1, bei der Vorabscheider und Flüssigkeitsabscheider als separate Behälter ausgebildet sind.

In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsfingpumpenaggregats dargestellt, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Eine im dargestellten Beispiel als Blockpumpe ausgebildete Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe 11 ist an einen Motor 12 angeflanscht, dessen (nicht dargestellte) Motorwelle drehfest mit dem Laufrad der Flüssigkeitsringpumpe 11 verbunden ist. Über einen in der Darstellung der Figur 1 verdeckten Saugstutzen wird das zu fördernde Medium in den Arbeitsraum der Flüssigkeitsringpumpe 11 gesaugt, dort verdichtet und anschließend über den Druckstutzen 13 abgeführt. Zusammen mit dem zu fördernden Medium wird auch Betriebsflüssigkeit, die den Flüssigkeitsring der Pumpe 11 bildet, über den Druckstutzen 13 abgeführt. An dem Druckstutzen 13 ist ein Druckrohr 14 angeflanscht, das mit einer Einlassöffnung 15 eines Abscheidbehälters 16 verbunden ist. Der Innenraum des Abscheidbehälters 16 wird durch eine Trennwand 17 in wenigstens zwei Kammern unterteilt, die über eine in der Trennwand 17 ausgesparte Drosselblende 18 miteinander kommunizieren können. Die erste Kammer, in welche die Einlassöffnung 15 mündet, dient als Vorabscheider 19, wo bereits ein Teil der mitgeführten Flüssigkeit vom Fördermedium getrennt wird und sich im Bodenbereich 20 des Abscheidebehälters 16 sammelt. In den Bodenbereich 20 ragt eine Rückführleitung 21 für . Betriebsflüssigkeit, deren anderes Ende mit dem Betriebsflüssigkeitseinlass 22 der Flüssigkeitsringpumpe 11 verbunden ist. Die zweite Kammer des Abscheidebehälters 16 dient als Flüssigkeitsabscheider 23, wo eine möglichst vollständige Trennung von gasförmigem Fördermedium und mitgeförderter Flüssigkeit erfolgt. Der Flüssigkeitsabscheider 23 weist einen Flüssigkeitsablauf 24 und einen geodätisch höher liegenden Druckauslass 25 für das gasförmige Fördermedium auf.

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Aufgrund der Drosselblende 18 herrscht zwischen dem Innenraum des Vorabscheiders 19 und der Saugseite der Flüssigkeitsringpumpe 11 eine höhere Druckdifferenz als zwischen dem Druckauslass 25 und der Saugseite der Pumpe 11. Somit ist es auch bei einer geringen Druckdifferenz zwischen Saugseite und Druckauslass möglich, abgeschiedene Betriebsflüssigkeit aus dem Vorabscheider 19 in den Arbeitsraum der Flüssigkeitsringpumpe 11 zurückzufordern, ohne dass eine Druckerhöhungspumpe in der Rückführleitung 21 angeordnet werden muss.

Die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform des Abscheidebehälters 16 erlaubt eine besonders kostengünstige Konstruktion der Pumpe.

In Figur 2 ist eine Variante des Aggregats der Figur 1 im Ausschnitt dargestellt, bei welcher _; der Vorabscheider 119 und der Flüssigkeitsabscheider 123 als getrennte Behälter

\ ,ausgebildet und über eine Drosselleitung-118,miteinander verbunden sind. Die bereits im _; > Zusammenhang mit der Ausführungsform der Figur 1 beschriebenen Bauelemente sind mit /denselben, allerdings um 100 erhöhten Bezugsziffern bezeichnet und werden hier nicht ..&ldquor;■ -_: näher erläutert. K

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Claims

1. Flüssigkeitsringpumpenaggregat (10) mit,
einer Flüssigkeitsringpumpe (11), die einen Saugstutzen, einen Druckstutzen (13) und einen Einlaß (22) für Betriebsflüssigkeit aufweist,
einem stromabwärts von dem Druckstutzen (13) angeordneten Flüssigkeitsabscheider (23), und
Mitteln zur Rückführung von abgeschiedener Betriebsflüssigkeit in die Flüssigkeitsringpumpe,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Druckstutzen (13) und dem Flüssigkeitsabscheider (23, 123) ein Vorabscheider (19, 119) angeordnet ist, der über eine mit Drosselmitteln versehene Fluidverbindung (18, 118) mit dem Flüssigkeitsabscheider (23, 123) kommuniziert, und
dass die Mittel zur Rückführung von abgeschiedener Betriebsflüssigkeit eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Vorabscheider (19, 119) und dem Einlaß (22) für Betriebsflüssigkeit umfassen.

2. Flüssigkeitsringpumpenaggregat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselmittel wenigstens eine Drosselleitung (118) umfaßt.

3. Flüssigkeitsringpumpenaggregat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorabscheider (19) und der Flüssigkeitsabscheider (23) als durch eine Trennwand (17) separierte Kammern eines Abscheidebehälters (16) ausgebildet sind.

4. Flüssigkeitsringpumpenaggregat gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselmittel wenigstens eine in der Trennwand (17) ausgesparte Drosselblende (18) umfassen.

5. Flüssigkeitsringpumpenaggregat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselmittel (18, 118) einstellbar sind.

6. Flüssigkeitsringpumpenaggregat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Rückführung von abgeschiedener Betriebsflüssigkeit eine Rückführleitung (21, 121) umfassen, deren Eintrittsöffnung in den Bodenbereich (20, 120) des Vorabscheiders (19, 119) mündet.

7. Flüssigkeitsringpumpenaggregat gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (21, 121) ein Wärmetauscher angeordnet ist.

8. Flüssigkeitsringpumpenaggregat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckrohr (14, 114) vorgesehen ist, das den Druckstutzen (13) mit einer Einlaßöffnung (15, 115) des Vorabscheiders (19, 119) verbindet.

9. Flüssigkeitsringpumpenaggregat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsringpumpe (11) in den Vorabscheider (19, 119) eingesetzt ist.

10. Flüssigkeitsringpumpenaggregat gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Vorabscheider (19, 119) ein Wärmetauscher angeordnet ist.