DE68905026T2 - Mehrstufige roots-vakuumpumpe. - Google Patents

Description

• Die vorliegenden Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe vom Mehrstufen-Roots-Typ, mit einem Stator, der eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Kompressionskammern definiert, die axial voneinander durch seitliche Schilde getrennt sind, wobei eine Rotoreinheit im Inneren des Stators angeordnet und aus zwei parallelen Wellen besteht, die von Lagern in Endflanschen des Stators getragen werden, wobei jede Welle in jeder Kammer mit einem Kompressionswälzkolben ausgerüstet ist, so daß jede Kammer zwei einander konjugierte Kompressionskolben enthält, wobei eine der beiden Wellen durch einen Motor in Drehung versetzt wird, während die andere Welle in entgegengesetzter Richtung über ein Getriebe angetrieben wird, das in einem Gehäuse angeordnet ist, welches am entsprechenden Endschild des Stators befestigt ist, wobei die beiden Wellen jeweils den Endschild über eine Lippendichtung durchdringen.
• Bei einer Pumpe dieses Typs gibt es keine Öldichtung zwischen den Kompressionswälzkolben und den Kompressionskammern, denn es handelt sich um eine sogenannte "trockene" Pumpe. Allerdings enthält das Gehäuse, in welchem das Getriebe angeordnet ist, Öl zur Schmierung des Getriebes; und obwohl das Gehäuse von der ihm am nächsten kommenden Kompressionskammer durch eine um jede Welle liegende Lippendichtung getrennt ist, reicht die dadurch bewirkte Abdichtung nicht aus, wenn man eine solche Pumpe als Primärpumpe verwendet, von der gefordert wird, daß die Kompressionskammern absolut ölfrei sind.
• Der Druck in der dem Gehäuse am nächsten liegenden Kompressionskammer, die die Hochdruckstufe bildet, kann nämlich je nach dem Wert des Drucks am Einlaß der Pumpe größer als der Druck im Gehäuse sein, d.h. als der Atmosphärendruck, so daß das Risiko des Abhebens der Lippe von der Lippendichtung besteht.
• Um diesem Problem abzuhelfen, könnte man den Druck auf beiden Seiten der Dichtung durch einen Verbindungsstutzen zwischen Gehäuse und Kompressionskammer ausgleichen. Dann ergäbe sich aber die Gefahr, daß der Durchtritt von Öldämpfen aus dem Gehäuse durch den Stutzen in die Kompressionskammer erleichtert und sich in der Kammer Ölkondensationsspuren finden ließen.
• Auch die Verwendung einer Dichtung mit zwei antiparallel montierten Lippen scheidet aus, weil die Lippe auf seiten der Kompressionskammer nicht geschmiert werden kann, was ihren Verschleiß und eine sehr kurze Lebensdauer zur Folge hätte.
• Das Dokument GB-2.089.892 beschreibt eine Rotationskolbenpumpe, bei der eine Ansaugkammer von einer Getriebekammer durch Labyrinthdichtungen getrennt ist, die in zwei Gruppen unterteilt sind, die ihrerseits durch eine Druckausgleichskammer getrennt sind, die durch ein Ölfilter mit der Getriebekammer verbunden ist.
• Das Dokument GB-2.116.634 beschreibt einen einstufigen Kompressor vom Roots-Typ, bei dem der Endlagerschild an der Seite des Gehäuses, das das Getriebe enthält, für jede Welle einerseits mit einer Lippendichtung und andererseits mit einer doppelten Labyrinthdichtung ausgerüstet ist, wobei zwischen beiden Dichtungen eine ringförmige Kammer gebildet ist, die durch einen im Endlagerschild ausgebildeten Kanal mit der äußeren Umgebung des Kompressors in Verbindung steht.
• Aufgrund dieser Maßnahme wird im Falle eines ungewollt übermäßigen Druckes in der Kammer des Rotors verhindert, daß die Lippendichtung einer zu starken Belastung ausgesetzt wird, was die Dichtheit beeinträchtigen würde.
• Im Falle einer Vakuumpumpe kann jedoch diese Maßnahme an sich nicht eingesetzt werden, weil, wenn der Druck der Pumpe wie geplant abnimmt, die Labyrinthdichtung eine vom äußeren Atmosphärendruck kommende Rückströmung durchließe, wodurch die Leistung der Pumpe beeinträchtigt würde.
• Darüber hinaus ist die dem Gehäuse benachbarte Kompressionskammer wegen der Verdichtung der Gase sehr heiß, wobei sich diese hohe Temperatur auf das Öl überträgt, mit der Wirkung, daß einerseits die Viskosität des Öls verringert wird und dadurch stärkere Verluste auftreten, und andererseits eine stärkere Verdampfung des Öls herbeigeführt wird, was das Abfangen der Dämpfe erschwert.
• Schließlich können die gepumpten Gase, falls sie korrosiv sind, die Dichtung rasch beschädigen und Lecks verursachen.
• Die vorliegende Erfindung zielt auf die Beseitigung dieser Nachteile ab und betrifft eine Vakuumpumpe vom Mehrstufen-Roots-Typ, wie sie weiter oben definiert ist. Die Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Abdichtungsmodul zwischen den an der Seite des Gehäuses befindlichen Endschild und die dem Gehäuse benachbarte Kompressionskammer eingefügt ist, der aus einer Trennwand besteht, die im Bereich um jede Welle mit dem feststehenden Teil einer Labyrinthdichtung ausgerüstet ist, während jede Welle mit dem beweglichen, komplementären Teil der Labyrinthdichtung ausgestattet ist, wobei die beweglichen Teile der Labyrinthdichtungen in einem gemeinsamen Hohlraum des Moduls angeordnet sind, der durch ein Ventil mit dem Auslaßkanal der dem Gehäuse benachbarten Kompressionskammer verbunden ist, wobei das Ventil den Durchtritt eines Fluids in Richtung vom Hohlraum zum Auslaßkanal ermöglicht.
• Gemäß einem weiteren Merkmal umfaßt der Abdichtungsmodul eine Kühlwasserumlaufkammer.
• Gemäß einem weiteren Merkmal wird ein Inertgas in geringer Menge in diesen Hohlraum eingefüllt.
• Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
• Fig. 1 stellt sehr schematisch eine allgemeine Außenansicht einer Vakuumpumpe gemäß der Erfindung dar;
• Fig. 2 zeigt eine Pumpe gemäß der Erfindung in Seitenansicht teilweise geschnitten;
• Fig. 3 stellt eine teilweise geschnittene Ansicht der Pumpe gemäß der Erfindung dar.
• In den Figuren ist eine Vakuumpumpe vom Mehrstufen- Roots-Typ dargestellt.
• Die Pumpe 40 besteht aus einem Stator und einer Rotoreinheit. Der Stator besteht aus einer Stapelung von Scheiben, die Seitenflansche 1 und Endschilde 2 und 3 sowie Statorringe 4 umfassen. Der Stator definiert so eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Kompressionskammern 5, die radial durch die Statorringe und axial durch die Schilde getrennt werden. Die Enden des Stators sind durch zwei Deckel 6 und 7 verschlossen.
• Die im Inneren des Stators angeordnete Rotoreinheit umfaßt zwei parallele Wellen 8 und 9, die von Kugellagern 11 und 12 im Endlagerschild 2 und im Endlagerschild 3 getragen werden.
• In jeder Kompressionskammer 5 ist die Welle 8 mit einem Kompressionswälzkolben 13 ausgerüstet, während die Welle 9 mit einem Kompressionskolben 14 versehen ist. Jede Kompressionskammer 5 enthält also zwei Kompressionswälzkolben 13 und 14. Die Wälzkolben besitzen einander konjugierte Profile und sind an sich allgemein bekannt.
• Die Welle 8 wird über eine Kupplungseinrichtung 16 durch einen Antriebsmotor 15 in Drehung versetzt. Die Welle 9 wird in entgegengesetzter Richtung durch ein Getriebe in Drehung versetzt, das ein auf der Welle 8 montiertes Ritzel 17 und ein auf der Welle 9 montiertes Ritzel 18 enthält. Das Getriebe 17-18 ist in dem als Gehäuse dienenden Deckel 6 angeordnet. Das Deckel-Gehäuse-Bauteil 6 ist am Endschild 2 befestigt. Im Betrieb enthält das Gehäuse 6 Schmieröl für das Getriebe 17-18.
• Die Welle 8 durchquert den Endschild 2 über eine Lippendichtung 19, während die Welle 9 den Endschild 2 ebenfalls über eine Lippendichtung 20 durchquert.
• In Fig. 1 erkennt man bei 21 den Ansaugeinlaß, und bei 22 den Entlüftungsauslaß, der mit dem Auslaßkanal 23 (Fig. 2) durch verschiedene Organe, darunter ein Schalldämpfungselement 24, verbunden ist. Der Auslaßkanal 23 durchquert den letzten Statorring 4 auf der Seite des Gehäuses 6. Der hohe Druck, im Normalbetrieb der atmosphärische Druck, herrscht also auf der Seite des Getriebes 17-18.
• Beim Starten der Pumpe entstehen in den stromabwärts gelegenen Kompressionskammern Überdrücke, wobei die Pumpe als Kompressor mit einem Kompressionsverhältnis arbeitet. Demgemäß kann man, wenn das Ansaugen bei 2 mit Atmosphärendruck erfolgt, in der letzten Kammer 5 einen Druck erreichen, der wesentlich über dem im Gehäuse 6 herrschenden Atmosphärendruck liegt, was ohne Gegenmaßnahmen zum Abheben der Lippendichtungen 19 und 20 führt.
• Daher sieht man gemäß der Erfindung einen Abdichtungsmodul 24 vor, der zwischen den Endschild 2 und die letzte Kompressionskammer 5 eingefügt ist, d.h. zwischen den Schild 2 und den letzten, dem Gehäuse 6 am nächsten liegenden Statorring.
• Der Abdichtungsmodul 24 besteht aus einer von den Wellen 8 und 9 durchdrungenen Trennwand. Die Trennwand ist um jede Welle herum mit dem feststehenden Teil 25, 26 einer Labyrinthdichtung ausgerüstet, deren beweglicher, komplementärer zweiter Teil 27, 28 von den Wellen 8 und 9 getragen wird. Die beweglichen Teile 27 und 28 der Labyrinthdichtungen sind auf den Wellen durch Ringdichtungen 29, 30 befestigt und in einem gemeinsamen Hohlraum 31 des Moduls angeordnet.
• Dieser gemeinsame Hohlraum 31 ist mit dem Auslaßkanal 23 durch ein Ventil verbunden, das aus einer von einer Feder 33 angedrückten Kugel 32 besteht.
• Im Falle eines Überdruckes im gemeinsamen Hohlraum 31 wird dieser entsprechend mit dem Auslaßkanal 23 in Verbindung gebracht. Es besteht daher kein Risiko des Abhebens der Lippendichtung 19.
• Weiter weist der Abdichtungsmodul 24 eine Kühlwasserumlaufkammer 34 auf. Durch diesen Umlauf können die in der benachbarten Kompressionskammer erzeugten Wärmemengen abgeführt und das Öl des Gehäuses 6 auf Umgebungstemperatur gehalten werden. Man erzeugt somit eine Wärmebarriere. Die Wasser- zu- und -abfuhrleitungen wurden in der Zeichnung nicht dargestellt.
• Weiter ist die Einspeisung einer geringen Menge Inertgas, wie etwa Stickstoff, in den gemeinsamen Hohlraum 31 vorgesehen, was die Verdünnung etwaiger angesaugter korrosiver Gase ermöglicht und damit das Angreifen und Zerstören der Lippendichtung 19 verhindert.
• Der Abdichtungsmodul 24 besitzt weiter die Funktion einer Ölfalle. Wenn es nämlich trotz aller Maßnahmen zu einem Leck durch die Lippendichtungen 19 und 20 in Form von Dämpfen kommt, werden diese durch die als Ablenkelemente wirkenden beweglichen Teile der Labyrinthdichtungen 27, 28 gegen die kalte Wand gerichtet und kondensieren. Tritt das Leck in flüssiger Form auf, verhindern die Ringdichtungen 29, 30 die Wanderung des Öls entlang der Wellen. Das Öl wird im gemeinsamen Hohlraum 31 gesammelt, von wo aus es durch ein Entleerungsloch abgeführt wird.
• 0bwohl nicht Teil der Erfindung, kann natürlich jede Kompressionskammer einen Einlaß und einen Auslaß besitzen, wobei der Auslaß einer Kammer mit dem Einlaß der nachfolgenden Kammer über Kanäle in den Seitenflanschen 1 verbunden ist. Diese Maßnahme ist bekannt und wurde nicht dargestellt, um die Zeichnung nicht zu überladen.

Claims (3)

1. Vakuumpumpe vom Mehrstufen-Roots-Typ, mit einem Stator, der eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Kompressionskammern (5) definiert, die axial voneinander durch seitliche Schilde (1) getrennt sind, wobei eine Rotoreinheit im Inneren des Stators angeordnet und aus zwei parallelen Wellen (8, 9) besteht, die von Lagern (11, 12) in Endflanschen (2, 3) des Stators getragen werden, wobei jede Welle (8, 9) in jeder Kammer (5) mit einem Kompressionswälzkolben (13, 14) ausgerüstet ist, so daß jede Kammer (5) zwei einander konjugierte Kompressionskolben (13, 14) enthält, wobei eine (8) der beiden Wellen durch einen Motor (15) in Drehung versetzt wird, während die andere Welle (9) in entgegengesetzter Richtung über ein Getriebe (17-18) angetrieben wird, das in einem Gehäuse (6) angeordnet ist, welches am entsprechenden Endschild (2) des Stators befestigt ist, wobei die beiden Wellen (8, 9) jeweils den Endschild (2) über eine Lippendichtung (19, 20) durchdringen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abdichtungsmodul (24) zwischen den an der Seite des Gehäuses (6) befindlichen Endschild (2) und die dem Gehäuse benachbarte Kompressionskammer eingefügt ist, wobei der Modul (24) eine Trennwand bildet, die im Bereich um jede Welle (8, 9) mit dem feststehenden Teil (25, 26) einer Labyrinthdichtung ausgerüstet ist, während jede Welle mit dem beweglichen, komplementären Teil (27, 28) der Labyrinthdichtung ausgestattet ist, wobei die beweglichen Teile der Labyrinthdichtungen in einem gemeinsamen Hohlraum (31) des Moduls angeordnet sind, der durch ein Ventil (32, 33) mit dem Auslaßkanal (23) der dem Gehäuse benachbarten Kompressionskammer verbunden ist, wobei das Ventil den Durchtritt eines Fluids in Richtung vom Hohlraum (31) zum Auslaßkanal ermöglicht.

2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdichtungsmodul (24) eine Kühlwasserumlaufkammer (34) aufweist.

3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Inertgas in geringer Menge in den gemeinsamen Hohlraum (31) eingespeist wird.