DE1628271A1

DE1628271A1 - Mehrstufiger umlaufender Fluessigkeitsring-Verdichter

Info

Publication number: DE1628271A1
Application number: DE19671628271
Authority: DE
Inventors: Roberto Gabbioneta
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-03-16
Filing date: 1967-11-18
Publication date: 1971-08-12
Also published as: FI49874B; CH473315A; NL6803663A; AT275010B; DE1628271C3; FR1555392A; NO131555B; DE1628271B2; FI49874C; NO131555C; JPS4833643B1

Description

Mehrstufiger umlaufende r Flüssigkeitsring-Verdichter „

Die Erfindung bezieht sieh auf umlaufende FlUssigkeitsring-Verdichter und insbesondere auf mehrstufige Verdichter dieser Art, in denen das in einer Stufe verdichtete Gas in einer weiteren Stufe weiterverdichtet wird,,

Aus der- deutschen Patentschrift 89O 256 sind beispielsweise mehrstufige FlüssigkeitsringpVerdichter mit einem Gehäuse mit zwei exzentrischen Räumen bekannt, in welchen je eine Schaufelung umläuft, die einem Laufrad mit zwei Schaufelungen angehören»

Im grosseren der beiden Räume des Gehäuses wird das Gas zwischen den sich in einer Zone bewegenden Schaufeln verdichtet, in welcher Zone der Abstand zwischen dem Flüssigkeitsring und der Nabe des Laufrades zunehmend geringer wird_t Das so verdichtete Gas wird mittels einer ausserhalb des Gehäuses liegenden Leitung in den zweiten Raum des Gehäuses eingeführt, der analog wie der erste ausgebildet, jedoch kleiner als dieser ist, wobei das Gas in diesem zweiten Raum eine weitere Verdichtung erfährt. Die in der genannten Patentschrift vorgeschlagenen Ausführungsformen v;on Verdichtern sind mit zwei getrennten Steuerkörpern ausgerüstet, von denen der Eine der ersten Stufe und der andere der zweiten Stufe angehört, was verschiedene Nachteile mit sich bringt, von denen insbesondere die folgenden erwähnenswert sind : . .

a) die Ansaug- und Druckstutzen sind an den beiden Enden des Verdichters angeordnet und ein Susseres Hohr muss die beide® Steuerkörper miteinander verbinden, Der Verdichter ist mit zwei Stopfbüchsen am Ausgang der Welle an jeder Seite des Körpers verseilen, Selbs t_} wenn man eine einzige Niederdruckdichtung vorsehen wollte, indem man die ¥elle an der Seite der ersten Stufe herausführen und das Laufrad auskragend anordnen würfle, wäre zu berücksichtigen, dass ,diese auskragende Anordnung in einem ziemlich grossen Abstand von der Lagerung wäre und somit ein besonders kräftiges Lager und einen starken Querschnitt der Welle erforderlich machen würde, da die Welle, um herausgeführt zu werden, den Sfceuerkörper der ersten Stufe und den Ansaugkollektor durchqueren müsste, und zwar gerade an der Stelle, an welcher die Stärke dieser Teile am grössten ist.

b) Das Laufrad muss zwei entgegengesetzte konisch bearbeitete Stellen aufweisen, und zwar die eine neben dem Steuerkörper der ersten Stufe und die zweite neben dem ateuerkörper der zweiten Stufe« Dadurch wird nicht nur die Herstellung verteuert, sondern es wird auch eine Einstellung des Spieles zwischen dem Kaufrad und dem konischen SteuerkSrpern durch einfache axiale Verschiebung des Laufrades unmöglich gemacht„

c) .Wollte man ferner die Fördermenge verdoppeln, indem

zwei parallel angeordnete Laufräder vorgesehen werden, dann würde die bekannte Ausführung vier Steuerkörper benötigen und somit äusserst kompliziert werden»

Aufgabe der Erfindung ist es, einen zwei- bzw. mehrstufigen Flüssigkeitsring-Verdichter zu schaffen, welcher aufbau-,

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montage- und iiistandba-3 tuhgsmässig verhältnis massig einfach ist und hei dem die Dichtung an der rAustrittssteile der ¥elle lediglich dem Druck der ersten Verdichtungsstu-Te ausgesetzt ist, d.h„ einem wesentlich geringeren Druck als dem Endbetriebsdruck»; ■

Ferner soll ein Verdichter dieser Art verwirlclich4bar _r sein, der mit zwei, parallel, wirkenden Lauf rädern- versehen ist« Schliesslicü soll der Verdichter in einer geeigneten Form verwirklicht werden, um zweckrhässig als Vakuumpumpe wirken

zu können« ■ .

Die gestellten Aufgaben werden durch die Erfindung dadurch gelöst, dass der Verdichter mit einem vollständig auskrggend an der /Kelle angeordneten, zwei durch eine fest mit ihm verbundene Hingwand getrennte Schaufelungen tragenden taufrad und mit einem innerhalb dies Laufrades fest angeordneten Steuerkörper versehen ist# :

Eine mögliche Ausführungsform des Verdichters nach der Erfindung wird unter Bezugnahme, auf die Zeichnung rein beispielsweise erlSutert, .'■/'--. ■:' .' : ; -^:".~

Figo V ist ein waagrechter Axialschnitt durch den Verdich>-

fier nach der Erfindung nach der Linie Ϊ—I der Fig.2, Fig;.2, 3 und k sind Querschnittö nach den Linien XI-H,

XII-IJl und IV-IV der Fig.f:, ": - " . _f\ . ^v Figo5 ist ein analoger Äxialscimitt wie Fig. 1 dnreh einen

Verdichter mit zwei, symmetrischen Läufrädern und Fig.6 ist ein analoger Äxialschnitt durch eine Vakuumpumpe mit zwei symmetrisehen,LaufrSdern_o / ■■'."-

Der in den Fig. 1 bis Λ^ dargestellte Verdichter aimf as st ein _: Gehäuse 1, welches' durch ein nur teilweise däirges teilt es

Traggestell 2 unterstützt wird und in welchem ein Laufrad drehbar gelagert ist, das durch einen nicht dargestellten Motor angetrieben wird. Das Laufrad besteht aus einer Nabe 3, welche axial einstellbar an der Motorwelle k befestigt ist, gegenüber dem Laufrad durch eine Stopfbüchse 5 abgedichtet ist und innerhalb des Gehäuses derart erweitert ist, dass sie eine Wand 6 bildet, die sich in einem sehr geringen Radialabstand von der Innenfläche des Gehäuses dreht.

Mit der Wand 6 ist eine erste Schaufelung 7 fest verbunden, die ihrerseits mit einer radialen Ringwand 8 verbunden ist, an deren anderen Fläche eine zweite Schaufelung 9 angebracht ist» Die Schaufelung 7 besitzt einen Aussendurchmesser, welcher gleich dem Durchmesser der Wände 6 und 8 ist, während die Schaufelung 9 einen grüsseren Durchmesser besitzt. Die axiale Breite der Schaufelung 7 ist hingegen grosser als jene der Schaufelung 9· Der Hohlraum des Gehäuses 1 ist zum Teil durch eine Fläche 10 begrenzt, deren radialer Schnitt oval ist und deren axiale Breite gleich jener der Schaufelung 7 ist, welche sich in dem durch die genannte Fläche begrenzten zylindrisch ovalen Raum umdreht. Der restliche Teil des Hohlraumes des Gehäuses 1 ist durch eine andere zylindrische Fläche 11 mit ovalem Radialschnitt begrenzt, deren Axiale Breite gleich jener der Schaufelung 9. is*» die durch die genannte Fläche 11 umgeben wird. Die grossere axiale Ebene der obalen Fläche. 11 steht auf die grSssere axiale Ebene der olralen Fläche TO etw^senkrecht. Dem Umfang der radialen Wand 8 des Laufrades gegenüber weist das Gehäuse eine Innenfläche 12 mit kreisförmigem Profil auf, deren Durchmesser etwas grosser als jener der Wand 8 ist» so dass dieser gegenüber eine ausreichende Flüssigkeitsdichtung erzeigt wird.

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jjer Inneiiraura des Gehäuses ist an der, die Nabe enthaltenden Seite entgegengesetzten Seite durch einen Decke1 13 vef schlos sen, welcher mittels Schraubbolzen 1A am Gehäuse dicht anliegend gehalten wird, welche Schraubbolzen mit dem Traggestell 2 verbunden sind und dermassen mittelbar auch das Gehäuse 1 gegenüber dem Traggestell 2 festhalten.

Am Deckel 13 ist mittels Schrauben 36 ein kegelstumpfförmiger Teil 15 mit Flansch 35 befestigt, welcher als Steuerkörper dient. Die konische Oberfläche desselben stimmt bis auf ein geringes Spiel mit der konischen Htlllflache der Innenäfnder der Schaufelungen 7 und 9 und der Wände 6 und 8 des Laufrades ttberein.

Wenn man auf die Möglichkeit der Einteilung desSpieles zwischen dem Steuerkörper und den Schaufelungen des Laufrades verzichtet, dann kann der SteuerkBrper natürlich auch mit teilXireise oder gänzlich zylindrischen Oberflächen ausgebildet sein» .■ -.-'■ ." . .. . .'"- . . -.-■ ,. -■'

Der Steuerkörper 15 ist innen in fünf Kanäle unterteilt. Der mittlere Kanal" To mit kreisförmigem Querschnitt verbreitert sich gegen den verengten Endteil" des.Steuerkorpers zu in der kleineren Axialebene der ovalen Fläche 37« während die vier Kanäle 17 > 18» -19 und 20 ungefähr die vier zueinander im rechten Winkel liegenden Scheiben um den mittleren Kanal λ& einnehmen,

Im Deckel I3 ist eine Leitung 21 achsengleich Und- mit dem Kanal 16 in Verbindung stehend vorgesehen,_s ferner eine Leitung 22, die mit den Kanälen 17 und 1"8 in Vetebindung steht und eine Leitung 23 die mit den im Flansch" 35 des Steuerk8rpers 15 vorgesehenen Oeffnungen 24 in Verbindung steht, wobei gegenüber diesem Flansch sich die Schaufelung $ mit

geringem stirnseitigen Spiel dreht=

Im konischen Teil des Stauerkörpers 15 sind entsprechend den Kanälen 17 und 18 der Schaufelung 7 gegenüber die Oeffnungen

25 und 26 vorgesehen, während den Kanälen 19 und 20 entsprechend die Oeffnungen 27 und 28 der Schaufelung 7 gegenüber und die Oeffnungen 29 und 30 der Schaufelung 9 gegenüber angebracht sind» Im erweiterten Teil der Leitung n6 befinden sich Löcher 3'1 » welche gegen die genannten Oeffnungen 25 und

26 gerichtet sind»

In den beschriebenen Verdichter tritt das zu verdichtende Gas durch die Leitung 22 ein und gelangt durch die Kanäle 17 und H8 und die Oeffnungen- 25 und 26 zwischen die SchauFelung 7, welche bei ihrer Drehung das Gas mitnimmt und es zwischen sich und dem mit 32 bezeichneten Flüssigkeitsring (siehe Fig,4) verdichtet. Das verdichtete Gas tritt durch die Oeffnungen27 und 28 aus und gelangt durch die Kanäle 1.9 und 20 und die Oeffnungen 29 und 30 zur Schaufelung 9 des Laufrades, welche bei seiner Drehung das Gas mitnimmt und es zwischen sich und dem Flüssigkeitsring 33 (siehe Fig«3) weiter verdichtetο Das Gas tritt sodann durch die Oeffnungen 2k in die Druckleitung 23 aus,

Die bei-den Flüssigkeit sr inge J2 und 33 werden in bekannter leise durch die Leitung 21, den Kanal 16 und die Löcher 3I gespeist, Ber Flüssigkeitsüberschuss wird sodann zusammen mit dem Gas durch die Leitung 23 abgegeben.

In Fig, T ist ein am Umfang der Schaufelung 9 befestigter' Ring jh angegeben,, welcher jedoch auch weggelassen werden kann. Die Spieleinregelung in einem Verdichter der beschriebenen Art erfolgt Susserst einfach und sicher.

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¥ie erwähnt, ist das auf die Antriebswelle aufgekeilte Laufrad axial mit Hilfe einer beliebigen an sich, bekannten Vorrichtung einstellbare Für eine gute Leistung des Verdichters ist es erforderlich, dass das Spfel zwischen den folgenden Teilen möglichst gering ist :

a) zwischen der konischen Nabe des Laufrades und der entsprechenden konischen ortsfesten Fläche des Steuerkörpers; ■";-." _f-

b) zwischen dem stirnseitigen Teil der Schaufelungen und dein Äussenteil 3^ des Laufrades der zweiten otufe und der ein sprechenden ortsfesten Wand des Steuerkörpers.

Es ist zu berücksichtigen, dass durch eine axiale Verschiebung von beispielsweise 0,1 mm der sich drehenden Teile das Spiel zwischen der Aussenwand des Laufrades der zweiten Stufe und der Vand des Steuerkörpers sich' um den gleichen Ivert verändert.

Bei der für solche Bauteile üblichen Konizität verändert eine solche Verschiebung von 0,1 mm das Spiel zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Teil der konischen Nabe nur um etwa den zehnten Teil. d.h. um etwa Q,01 mm» Das bedeutet, dass man bei Berührung des Aussenteiles des Laufrades in der zweiten Stufe mit der ¥and des Steuerkörpers (Spiel = θ) das Laufrad und den SteuerkSrper derart bauen kann, dass zwischen der konischen Nabe des Laufrades und dem Steuerkörper bereits das richtige Spiel vorhanden ist« Die folgende Einregelung des genauen Spieles zwischen der Aussenwand des Laufrades in der zweiten Ätufe und dir fand des Steuerkörpers verändert das bereits bestehende Spiel zwischen

BAD ORiGlHAL

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der konischen Nabe des Laufrades und dem Steuerkörper nur in vernachlässigbar geringer Weise. Mit anderen Worten gestattet es der beschriebene Verdichter, eine äusserst genaue und einfache Einstellung der Spiele bei bereits montierten Teilen durchzuführen, mit der Möglichkeit, die Spiele in Abhängigkeit von der Konstruktionsgenauigkeit auf ein Minimum herabzusetzen, wobei diese Einstellung von Aussen nach fertiggestelltem Zusammenbau und dmrch die einzige axiale Verschiebung der sich drehenden Teile so durchgeführt werden kann, dass sowohl ein Streifen, als auch ein übermässig grosses Spiel vermieden wird.

Die Fig.5 veranschaulicht einen Verdichter, wie er sich im wesentlichen durch die Verdoppelung des in den Fig.1 bis k dargestellten Verdichters ergibt.

Wenn die Maschine nicht als Verdichter verwendet wird, um ein Gas auf einem bestimmten Druck' tSber dem Atmosphärendruck zu bringen, sondern dazu bestimmt ist, als Pumpe zu wirken, um ein Teil Vakuum durch Absaugen des Gases in einem unter Unterdruck befindlichen Raum und Abfuhr des Gases bei Atmosphärendruck zu bilden, dann besitzt der sich im Gehäuse drehende. Flüssigkeitsring in der Regel eine bezüglich seiner Aufgabe zu grosse Energie, nachdem das Gas auch in der zweiten Stufe stets unter einem Druck ist· der geringer als der Atmosphären— druck ist ο * · ^:

In diesem Fall besteht leein Grund mehr dafür, die ümfangsge·^ pchwindigkeit der Schaufelung 9 der zweiten Stufe durch Ver— grosserung des Durchmessers gegenüber jenem der Schaufelung 7 der ersten Stufe zu vergrössern. Es ist sogar ratsam, den Durchmesser der Schaufelung der zweiten Stufe geringer zu machen, wie dies aus der in Fig«6 dargestellten beispiels—

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weisen Ausführungsform ersichtlich ist.

In diesem f'all kann, die Wand 3^· angesichts des geringen Vorsprungs der Schaufelung9 weggelassen werüen«; Eine zweistufige Vakuumpumpe der oben beschriebenen Art weist gegenüber einer einstufigen Pumpe bei gleicher leistung einen erheblichen Vorteil auf„

Es ist nämlich klar, dass die Austrittsöffnungen der Pumpe in einer Zone liegen raüsseii, in welcher das Gas das gewünschte Verdichtungsverhältnis erreicht hat. Wenn dieses Verhältnis in einer einzigen Stufe erreicht werden soll» .dann müssen diese Oeffnungen einen sehr kleinen Querschnitt besitzen,wel-, eher für die gleichzeitige Abfuhr des verdichteten Gases und der umlaufenden Flüssigkeit insbesondere iii der Anlässphase der Maschine, in der erhebliche Gasvolumen angesaugt werden müssen, ungenügend gross sein kann. Es wurden die verschieb dens ten. Mas snahmen vorgeschlagen, um diesen Nachteil zu beseitigen, wie beispielsweisezusätzliche Auslassöffnungen ; mil? Ventilen, die sich selbsttätig schliessen, wenn ein gewisser Verdichtungsgrad erreicht ist» Diese Vorrichtungen .stellen, ,jedoch eine Komplikation dar und verursachen zusatz— liehe losten,-

Bei einer zweistufigen Pumpe ist das Verdichtungsverhältnis der zweiten Stufe hingegen nur ein Bruchteil des Gesaihtverdichtungsverhältnisses und die Austri/tts8ffnü3igen ktjnnen . eine.» weitaus grösseren Querschnitt besitzen,» ohne dass sich dadurch Nachteilo ergeben und ohne dass weitere Massnahmen ergriffen werden müssen. Es is1j somit möglich, die Verwendung der Vakuumpumpe auf seta veränderliche Betriebsverhältnisse auszudehnen, \ ' , ^v

die beschriebeneix^ Auaftlhrungsbeispiele #ieh auf

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stufige Verdichter beziehen ist es klar, dass die Erfindung auch bei mehrstufigen Verdichtern mit einer entsprechenden Anzahl von Schaufelungen und Steuerkanälen anwendbar ist,.

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Claims

PATE N TANSPRUC H E

1)i Mehrstufiger Flüssigkeitsring—Verdichter mit einem Gehäuse, in .welchem wenigstens zwei Räume vorgesehen sind, in denen sich je eine Schaufelung dreht, die einem durch einen Motor angetriebenen Laufrad angehören, mit einerjp: das zu verdichtetende Gas einem der genannten Räume zuführenden Leitung, einer das teilverdichtete Gas vom ersten Raum in den zweiten Raum überattführen und einer Druckleitung zur Abfuhr des weiter verdichteten Gases vom zweiten der genannten Räume, wobei die beiden Räume mindestens teilweise durch eine zwischen den beiden Schaufelungen an den Laufrad angebrachte ¥and voneinander getrennt sind,, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad an einem Ende der Antriebswelle befestigt ist und sich axial auskragend erstreckt und dass innerhalb des Laufrades ein koaxial zu demselben angeordneter, am Gehäuse befestigter und die genannten Leitungen enthaltender Steuerkörper eingebaut ist. -

2) Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeie:|rnet, dass die Antriebswelle aus dem Gehäuse an der Seite des genannten ersten Raumes austritt.

3) Verdichter nach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten zylindrischen Räume ovalen Querschnitt achsengleich mit dem Laufrad besitzen, um in jedem von ihnen zwei Verdichtungsräume zu erhalten,,

k) Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längswand des Steuerkörpers mindestens teilweise kegelstumpf fSrmig ist und die Oeffnungen zwischen den, sich mit geringem Spiel um den Steuerk*8rper drehenden Schaufelungen verschliesst. ' _

41:

5) Verdichter nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche des Steuerkö'rpers und die Innenfläche des Laufrades an der Stelle der zweiten Stufe zylindrisch sind, ■ ■

6) Verdichter nach den Ansprüchen 1 bis 51 dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkörper aus einem einzigen Teil besteht und dass die'Ansaug- und Drucköffnungen der verschiedenen Stufen an seiner Oberfläche angeordnet sind, während die Drucköffnungen der letzten Stufe in einer radialen Endwand des Steuerkörpers vorgesehen sind, welche auch als Halterungsmittel für denselben dient,

7) Verdichter nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hoehdruckscliauf elung durch eine, an der Schau— feiung selbst befestigte ebene Wand abgeschlossen ist, welche zwecks .Austritt des verdichteten Gase gegen den SteuerkiJrper hin unterbrochen ist„_

8) Verdichter nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei spiegelbildlich symmetrische Laufräder umfasst, welche an einer einzigen Welle befestigt sind und welche sich in zwei Teilen des Gehäuses, die ebenfalls spiegelbildlich symmetrisch sind, drehen, wobei zwei Ansaugleitungen und eine Druckleitung an die genannten beiden Gehäuseteile angeschlossen sind«

9) Verdichter nach den Ansprüchen 1—8, öalcher geeignet ist, als Vakuumpumpe zu arbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelung der zweiten Stufe kleineren Durchmesser als jene der ersten Stufe besitzt.

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