DE3446583C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Flüssigkeitsringpumpen, insbesondere das Verringern der Blasenbildung und der damit zusammenhän­ genden Betriebsgeräusche bei Flüssigkeitsringpumpen, beson­ ders bei denen mit konischen Einlaß- oder Auslaßöffnungen.

Eine typische Flüssigkeitsringpumpe mit konischen Einlaß- und Auslaßöffnungen ist aus der US-PS 32 89 918 bekannt. Auch wenn die Öffnungen der Pumpen, wie sie aus dem genannten Pa­ tent bekannt sind, tatsächlich kegelstumpfförmig sind, wer­ den sie vom Fachmann als konisch bezeichnet. Diese Terminolo­ gie wird im folgenden ebenfalls verwendet.

In der DE 31 24 867 (A1) wird eine Flüssigkeitsringvakuum­ pumpe für gasförmige Medien beschrieben. Diese bekannte Va­ kuumpumpe weist ein ein Laufrad exzentrisch umgebendes Ma­ schinengehäuse auf, das stirnseitig von Lagerschilden für die Laufradwelle abgeschlossen ist, von denen wenigstens ein La­ gerschild getrennte Ein- und Auslässe für das Medium auf­ weist. Zwischen einem Lagerschild und dem Maschinengehäuse ist eine ebene Steuerscheibe vorgesehen, die Saug- und Druckschlitze aufweist, die mit den Ein- und Auslässen im Lagerschild und mit vom Flüssigkeitsring umfangsseitig abge­ schlossenen Schaufelkammern des Laufrades in Verbindung ste­ hen. Bei Vakuumpumpen die im Bereich höherer Ansaugdrücke etwa ab 180 mbar arbeiten, soll eine Verbesserung des Wir­ kungsgrades ohne Mitbeförderung von Flüssigkeiten bzw. eine Verbesserung der Laufeigenschaften und eine Verminderung des Leistungsbedarfes bei Mitförderung von Flüssigkeiten durch die Anbringung von zusätzlichen Entlastungsdurchlässen in den Steuerscheiben erreicht werden. Jeweils oberhalb des Druckschlitzes, getrennt von diesem, ist dessen Außenkontur benachbart ein Entlastungsdurchlaß als Bohrung oberhalb des Druckschlitzendes angeordnet, der bei Mitförderung von Flüs­ sigkeiten vom rotierenden Flüssigkeitsring überdeckt wird.

In Flüssigkeitsringpumpen mit konischen Einlaß- und Auslaß­ öffnungen kommt es manchmal zur Blasenbildung, insbesondere bei denen, die mit einer hohen Geschwindigkeit und/oder bei einem geringen Einlaßdruck (d. h. einem Einlaßdruck nahe dem Nullwert des absoluten Drucks) betrieben werden. Es wird an­ genommen, daß die Blasenbildung durch plötzliches Kollabieren oder Einfallen von Gasblasen in der Pumpflüssigkeit (für ge­ wöhnlich Wasser), das den Flüssigkeitsring ausbildet, hervor­ gerufen wird. Gasblasen können sich auf der Einlaßseite der Pumpe bilden und zur Kompressionsseite der Pumpe getragen werden, wo sie beim Annähern an den Rotor oder die Öffnung plötzlich kollabieren. Gasblasen können sich ebenfalls an der Kompressionsseite der Pumpe bilden, wo die Pumpflüssigkeit sich der Rotornabe und der Öffnung nähert und dadurch plötz­ lich umgelenkt wird. Die Folge dieses plötzlichen Zusammen­ fallens der Gasblasen kann außerhalb der Pumpe hörbar sein und in unerwünschter oder unangenehmer Weise zu dem Betriebs­ geräuschpegel der Pumpe beitragen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Blasen­ bildung in Flüssigkeitsringpumpen mit konischen Einlaß- oder Auslaßöffnungen zu verringern und insbesondere den Betriebs­ geräuschpegel solcher Flüssigkeitsringpumpen zu verringern.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen dem Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist eine Flüssigkeitsringpumpe eine erste Haupt-Auslaßöffnung, deren Verschlußkante mit einem Segment ausgestattet ist, das in Drehrichtung des Rotors von einem ersten relativ großen Umfangsabschnitt der konischen Auslaßöffnung zu einem zweiten relativ kleinen Umfangsabschnitt schräg verläuft, und eine zweite in Drehrichtung des Rotors nach dem schrägen Segment ange­ ordneten Neben-Auslaßöffnung auf.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer bei­ spielhaften Zweistufen-Flüssigkeitsringpumpe mit koni­ schen Einlaß- oder Außlaßöffnungen gemäß der Erfin­ dung,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, wobei der Rotor der Pumpe fortgelassen ist,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Öffnung bei der ersten Stufe der Pumpe gemäß den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 eine Endansicht der Öffnung gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 eine Abwicklung der kegelstumpfförmigen Oberfläche der Öffnung gemäß den Fig. 3 und 4.

Die dargestellte Flüssigkeitsringpumpe 10 ist eine Zweistu­ fen-Pumpe mit einer ersten Stufe 12 in Fig. 1 rechts darge­ stellt und einer zweiten Stufe 14 in der Figur links darge­ stellt. Das zu pumpende Gas oder der Dampf (hiernach allge­ mein mit Gas bezeichnet) tritt in die Pumpe über die Einlaß­ öffnung 16 ein und nachdem es die erste und die zweite Stufe durchlaufen hat, verläßt es die Pumpe über die Auslaßöffnung 18.

Die Pumpe hat ein im allgemeinen ringförmiges Gehäuse 20 mit einem ersten Stufenabschnitt 22 und einem zweiten Stufenab­ schnitt 24. In dem Gehäuse 20 ist eine Welle 28 drehbar be­ festigt und auf der Welle ist ein Rotor 30 starr befestigt. Der Rotor 30 weist einen ersten Stufenabschnitt 32 auf, der sich von dem End-Ummantelungsring 34 zu dem Zwischen-Ummante­ lungsring 36 erstreckt. Der Rotor 30 weist auch einen zweiten Stufenabschnitt 38 auf, der sich von dem Zwischen-Ummante­ lungsring 36 zu dem End-Ummantelungsring 80 erstreckt. Rotor­ schaufeln 40 der ersten Stufe, die im Abstand am Umfang sich radial nach außen erstreckend angeordnet sind, reichen von dem Zwischen-Ummantelungsring 36 bis zu dem End-Ummantelungs­ ring 34. Rotorschaufeln 82 der zweiten Stufe, die im Abstand am Umfang sich radial nach außen erstreckend angeordnet sind, reichen von dem Zwischen-Ummantelungsring 36 zu dem End- Ummantelungsring 80.

In der Nähe des End-Ummantelungsrings 34 weist der Rotor 30 eine erste kegelstumpfförmige zur Welle 28 konzentrische Aus­ bohrung auf. In dieser Ausbohrung zwischen der Welle 28 und dem Rotor 30 erstreckt sich ein kegelstumpfförmiges Element mit Öffnungen 50 der ersten Stufe (hiernach auch mit koni­ schem Öffnungs-Element 50 bezeichnet). Das Öffnungs-Element 50 ist mit dem Kopfteil 60 starr verbunden, das seinerseits starr mit dem Gehäuse 20 verbunden ist. Eine Lageranordnung 70 ist starr mit dem Kopfteil 60 verbunden und dient zum dreh­ baren Lagern der Welle 28 in der Nähe des ersten Stufenendes der Pumpe.

In der Nähe des End-Ummantelungsrings 80 erstreckt sich ein zweites kegelstumpfförmiges Öffnungs-Element 90 in eine zweite kegelstumpfförmige Ausbohrung im Rotor 30. Das Öff­ nungs-Element 90 ist konzentrisch zu der Welle 28 und ist starr an dem Kopfteil 100 der zweiten Stufe befestigt, das seinerseits starr an dem Gehäuse 20 befestigt ist. Eine La­ geranordnung 110 ist starr an dem Kopfteil 100 befestigt und dient zum drehbaren Lagern der Welle 28 in der Nähe des zweiten Stufenendes der Pumpe.

Der Gehäuseabschnitt 22 der ersten Stufe ist exzentrisch zu dem Rotorabschnitt 32 der ersten Stufe und der Gehäuseab­ schnitt 24 der zweiten Stufe ist in gleicher Weise exzen­ trisch zu dem Rotorabschnitt 38 der zweiten Stufe. Beide Ab­ schnitte des Gehäuses 20 sind teilweise mit der Pumpflüssig­ keit (im allgemeinen Wasser) gefüllt, so daß, wenn der Ro­ tor 30 gedreht wird, die Rotorschaufeln die Pumpflüssigkeit mitnehmen und diese zu einem exzentrischen Ring von kreisen­ der Flüssigkeit in jedem der beiden Stufen der Pumpe aus­ formen. Beim Drehen des Rotors 30 strömt in jeder Stufe der Pumpe die Flüssigkeit zyklisch auseinander und dann in Rich­ tung der Welle 28 zusammen. Dort wo die Flüssigkeit von der Welle wegströmt bildet sich durch den entstehenden Unter­ druck in den Räumen zwischen den benachbarten Rotorschaufeln eine Gas-Aufnahmezone. Dort wo die Flüssigkeit in Richtung der Welle zusammenströmt, bildet sich durch den entstehenden Überdruck in den Räumen zwischen den benachbarten Rotorschau­ feln eine Gas-Verdichtungszone.

Das Öffnungselement 50 der ersten Stufe weist eine Einlaß­ öffnung 52 zum Aufnehmen von Gas in die Aufnahmezone der ersten Pumpenstufe auf. Das Öffnungs-Element 50 weist eben­ falls eine Auslaßöffnung 56 auf, über die das verdichtete Gas die Verdichtungszone der ersten Stufe verlassen kann. Das Gas wird von der Einlaßöffnung 16 über den Kanal 64 im Kopfteil 60 und den Kanal 54 im Öffnungs-Element 50 zu der Einlaßöffnung 52 befördert. Das über die Auslaßöffnung 56 ent­ lassene Gas wird von der ersten Stufe über den Kanal 58 im Öffnungs-Element 50 und den Kanal 68 im Kopfteil 60 befördert. Dieses Gas wird von dem Kopfteil 60 der ersten Stufe zu dem Kopfteil 100 der zweiten Stufe über den Stufen-Verbindungs­ kanal 26 (vgl. Fig. 2), der als Teil des Gehäuses 20 ausge­ bildet ist, befördert.

Das Öffnungs-Element 90 der zweiten Stufe weist eine Einlaß­ öffnung (nicht dargestellt) auf zum Aufnehmen des Gases in die Aufnahmezone der zweiten Pumpenstufe, und eine Auslaßöff­ nung 96, über die das Gas aus der Verdichtungszone der zwei­ ten Stufe austreten kann. Das Gas wird von dem Stufen-Verbin­ dungskanal 26 über den Kanal 104 im Kopfteil 100 und den Ka­ nal 94 im Öffnungs-Element 90 zu der Einlaßöffnung der zwei­ ten Stufe befördert. Das über die Auslaßöffnung 96 entlassene Gas wird über den Kanal 98 im Öffnungs-Element 90 und den Ka­ nal 108 im Kopfteil 100 zu der Auslaßöffnung 18 befördert.

Wie allgemein bei Zweistufen-Flüssigkeitsringpumpen üblich ist der Entladedruck der ersten Stufe (der ungefähr gleich dem Einlaßdruck der zweiten Stufe ist) wesentlich größer als der Einlaßdruck der ersten Stufe, und der Entladedruck der zweiten Stufe ist wesentlich größer als der Einlaßdruck der zweiten Stufe. Bei einer typischen Vakuumpumpe ist beispiels­ weise der Einlaßdruck der ersten Stufe in der Nähe des Null­ werts des absoluten Drucks, der Entladedruck der zweiten Stu­ fe entspricht dem Atmosphärendruck und der Zwischenstufen­ druck (d. h. der Entladedruck der ersten Stufe und der Ein­ laßdruck der zweiten Stufe) liegt zwischen diesen beiden Drücken.

Die manchmal auftretende Blasenbildung in Pumpen wie sie zu­ vor beschrieben wurde, tritt insbesondere in der ersten Stufe der Pumpe und dort besonders in der Nähe der Auslaßöffnung der ersten Stufe auf. Ein wesentlicher Anteil der Geräusche rührt von dieser Blasenbildung her.

Erfindungsgemäß kann beides die Blasenbildung und die damit zusammenhängenden Geräusche verringert oder sogar eliminiert werden, indem die Auslaßöffnung, an der die Blasenbildung entsteht (im allgemeinen die Auslaßöffnung 56 der ersten Stu­ fe in Zweistufenpumpen des hier dargestellten und beschriebe­ nen Typs) vergrößert wird und in dem eine zweite relativ schmale Neben-Auslaßöffnung 130 direkt vor der Verschlußkante der Haupt-Auslaßöffnung angeordnet wird.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Pumpenkonfiguration weist die Verschlußkante 120 der Auslaßöffnung 56 zwei Segmen­ te 120a und 120b auf. Das Segment 120a ist in Drehrichtung des Rotors vom Punkt X (vgl. Fig. 5) in einem ersten relativ großen Umfangsbereich des Öffnungs-Elements 50 zu einem Punkt Y in einem zweiten relativ dazu kleineren Umfangsbereich des Öffnungs-Elements (50) angeschrägt. Das Segment 120b ver­ läuft axial (d. h. im wesentlichen koplanar zu der Drehachse des Rotors 30) und erstreckt sich von dem Punkt Y in dem zweiten relativ kleinen Umfangsbereich des Öffnungs-Elements 50 zu dem Punkt Z in einem dritten, noch kleineren Umfangs­ bereich des Öffnungs-Elements 50. Die erfindungsgemäße Neben- Auslaßöffnung 130 ist vorzugsweise in dem Oberflächenbereich des Öffnungs-Elements 50 angeordnet, der begrenzt wird durch (a) das schräge Verschlußkanten-Segment 120a, (b) die erste relativ große Umfangslinie des Öffnungs-Elements 50, die durch den Punkt X verläuft und (c) einer Linie, die mit dem axialen Verschlußkanten-Segment 120b zusammenfällt. Besonders bevorzugt ist als Neben-Auslaßöffnung 130 ein Längsschlitz, der im wesentlichen parallel zu dem schrägen Verschlußkanten- Abschnitt 120a verläuft. Dabei wird insbesondere bevorzugt, wenn der Schlitz, der die Neben-Auslaßöffnung 130 bildet, sich von der oben genannten relativ großen Umfangslinie des Öffnungs- Elements zu der oben genannten Linie, die mit dem axialen Verschlußkanten-Segment 120b zusammenfällt, erstreckt. Die­ se bevorzugte Ausführungsform ist in der Zeichnung darge­ stellt.

Auch wenn die in der Zeichnung dargestellte einzelne Ausfüh­ rungsform nur eine Neben-Auslaßöffnung 130 aufweist, können wenn es erforderlich ist, mehrere derartige Öffnungen vorgese­ hen werden. Beispielsweise kann die schlitzartige Öffnung 130 durch eine Serie von kreisförmigen Löchern oder durch zwei oder mehrere Längsschlitze mit der gleichen Orientierung wie der Schlitz 130 und die entweder hinterein­ ander oder nebeneinander angeordnet sind, ersetzt werden.

Die erfindungsgemäße Neben-Auslaßöffnung 130 kommuniziert di­ rekt mit dem Auslaß-Kanal 58 des Öffnungs-Elements 50. Die Neben-Auslaßöffnung 130 ist in erster Linie eine Gas-Auslaß­ öffnung, obwohl im allgemeinen über die Auslaßöffnung 130 et­ was überschüssige Pumpflüssigkeit entlassen wird. Durch die Neben-Auslaßöffnung 130 wird in vorteilhafter Weise die Bla­ senbildung und die damit verbundenen Geräusche in Flüssig­ keitsringpumpen mit konischen Öffnungen wesentlich verringert.

Die Erfindung ist nicht auf die hier aufgezeigte Anwendung für die erste Stufe bei Zweistufen-Flüssigkeitsringpumpen mit konischen Öffnungen beschränkt, in gleicher Weise kann sie bei anderen Flüssigkeitsringpumpen-Konfigurationen mit koni­ schen Öffnungen, wie z. B. Einstufen-Flüssigkeitsringpumpen angewendet werden. Eine solche Einstufen-Flüssigkeitsring­ pumpe, bei der die erfindungsgemäße Einrichtung eingesetzt wird ergibt sich beispielsweise, wenn die zweite Stufe der in der Zeichnung dargestellten Pumpe fortgelassen wird.

Claims (8)

1. Flüssigkeitsringpumpe mit

• a) einem ringförmigen Gehäuse (20),
• b) einem Rotor (30), der drehbar in dem Gehäuse (20) befestigt ist und eine kugelstumpfförmige zur Rotor­ achse konzentrische Ausbohrung aufweist, und
• c) einem kegelstumpfförmigen Öffnungs-Element (59), das in der Ausbohrung angeordnet und relativ zu dem Ge­ häuse (20) starr befestigt ist, wobei das Öffnungs- Element (50) eine erste Auslaßöffnung (56) aufweist mit einer Verschlußkante (120), die ein Segment (120a) aufweist, das schräg in Drehrichtung des Ro­ tors (30) von einem ersten relativ großen Umfangsab­ schnitt des Öffnungs-Elements (50) zu einem zweiten relativ dazu kleineren Umfangsabschnitt des Öff­ nungs-Elements (50) verläuft, gekennzeichnet durch eine zweite Auslaßöffnung (130), die von der ersten Auslaßöffnung (56) beabstandet ist und in Drehrich­ tung des Rotors (30) nach dem schrägen Verschlußkanten-Segment (120a) angeordnet ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Auslaßöffnung (56, 130) innerhalb des Öffnungs-Elements (50) miteinander in Verbindung stehen.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußkante (120) weiterhin ein axiales Segment (120b) aufweist, das im wesentlichen koplanar zu der Rotorachse ist und sich von dem Ende des schrägen Ver­ schlußkanten-Segments (120a) in dem zweiten relativ klei­ nen Umfangsbereich des Öffnungs-Elements (50) zu einem dritten, noch kleineren Umfangsbereich des Öffnungs-Ele­ ments (50) erstreckt.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ausgangsöffnung (130) in dem Bereich des Öffnungs- Elements (50) angeordnet ist, der begrenzt wird durch (a) das schräge Verschlußkanten-Segment (120a), (b) den ersten relativ großen Umfangsbereich des Öffnungs- Elements (50) und (c) eine Linie, die mit dem axialen Verschlußkanten-Segment (120b) zusammenfällt.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Ausgangsöffnung (130) ein Längs­ schlitz ist, der im wesentlichen parallel zu dem schrägen Verschlußkanten-Segment (120a) verläuft.

6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (130) ungefähr die gleiche Länge wie das schräge Verschlußkanten-Segment (120a) aufweist.

7. Pumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schlitz (130) von dem ersten relativ großen Um­ fangsbereich des Öffnungs-Elements (50) zu der Linie, die mit dem axialen Verschlußkanten-Segment (120b) zusammen­ fällt, erstreckt.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie als Zweistufenpumpe ausgeführt ist, wo­ bei die erste und die zweite Auslaßöffnung (56, 130) bei der ersten Stufe (22) der Pumpe angeordnet sind und die­ se mit der Einlaßöffnung der zweiten Stufe (24) der Pumpe kommunizieren.