DE2123737A1

DE2123737A1 - Device for cooling a Roots pump

Info

Publication number: DE2123737A1
Application number: DE19712123737
Authority: DE
Inventors: Hermann 6333 Rechtenbach; HiId Gerhard 6334 Asslar Lang
Original assignee: Arthur Pfeiffer Vakuumtechnik Wetzlar GmbH
Current assignee: Pfeiffer Vacuum Technology AG
Priority date: 1971-05-13
Filing date: 1971-05-13
Publication date: 1972-11-16

Description

Einrichtnng znm Kühlen einer Wälzkolbenpumpe Die Erfindung betrifft Wälzkolbenpumpen. Wälzkolbenpumpen werden in der Vakuumtechnik meist in Verbindung mit Vorpumpen, z.B. Dreh-oder Sperrschiebenpumpen, Flüssigkeitsringspumpen oder ähnlichen eingesetzt. Equipment for cooling a Roots pump The invention relates to Roots pumps. Roots pumps are mostly used in conjunction in vacuum technology with backing pumps, e.g. rotary or barrier slide pumps, liquid ring pumps or similar used.

Gase, die gefördert werden, werden in der Wälzkolbenpumpe selbst nicht vorverdichtet, d.h. sie müssen durch den gesamten Schöpf -raum gegen den am Auslaß herrschenden Drnck ausgeschoben werden.Gases that are being pumped are not in the Roots pump itself pre-compressed, i.e. they have to go through the entire pump chamber against the one at the outlet prevailing pressure to be pushed out.

Bei niedrigen Driicken am Auslaß (unter etwa 2.500 N/m2) bzw.At low pressures at the outlet (below about 2,500 N / m2) or

bei niedrigen Druckverhältnis (P2/P1 nahe bei 1; p2 ist Ausstoßdruck, Pl ist Ansaugdruck) im übrigen Druckbereich ist dieser Nachteil ohne Bedeutung. Wird dagegen im höheren Druckbereich mit hohem Druckverhältnis gearbeitet, tritt entsprechend der hohen notwendigen Antriebsenergie eine starre Erwärmung der Wälzkolbenpumpe und insbesondere deren itotoren auf, die dann besonders gekühlt werden müssen. Das erklärt sich dadurch, daß bei gleichem Ansaugdruck Pl und bei größer werdendem Ausstoß -druck P2 die Ant@iebsleistung Q mit der Druckdifferenz wächst, während der geförderte Gasstrom - wegen des bei hohen Druck -differenzen niedrigeren Wirkungsgrades der Pumpe - zuriickgeht.at low pressure ratio (P2 / P1 close to 1; p2 is discharge pressure, Pl is suction pressure) in the remaining pressure range this disadvantage is irrelevant. If, on the other hand, you work in the higher pressure range with a high pressure ratio, then occurs Rigid heating of the Roots pump in accordance with the high drive energy required and in particular their itotors, which then have to be specially cooled. That is explained by the fact that with the same intake pressure Pl and with increasing output -pressure P2 the drive power Q increases with the pressure difference, while the pumped Gas flow - because of the lower efficiency of the Pump - goes back.

Dadurch wird das geförderte Gas und somit die Pumpe entsprechend höher erwärmt.As a result, the pumped gas and thus the pump are correspondingly higher warmed up.

Normalerweise vermeidet man hohe Verdichtungsverhältnisse bei hohen Ausstoßdrücken. Bei einigen Verfahren muß jedoch die Wälzkolbenpumpe unter diesen schwierigen Bedingungen betrieben werden.Usually one avoids high compression ratios at high ones Ejection pressure. In some methods, however, the Roots pump must be among these operated under difficult conditions.

Bekannt ist z.B. die Kühlung einer Wälzkolbenpumpe mit Hilfe eines Lamellenkühlers, der in den Ausstoßraum der Pumpe eingebaut wird. Die rückwirkende Kühlung infolge des plllsierenden Ausstoßes der Wälzkolbenpumpe ist umso intensiver, je dichter der Kühler an die Rotoren herangeführt wird. Diese Kühler sind jedoch in ihrer Wirkung begrenzt. Für sehr hohe Druckdifferenzen sind sie nicht einsetzbar. Ein anderer Weg hesteht darin, die Rotoren direkt zu kühlen, indem durch eine Dreh -durchführung ein Kühlmittel, z.B. Öl oder Wasser, durch die Rotoren geleitet wird. Diese Maßnahmen setzen jedoch mehr oder weniger anfwendigen Sonderausführungen an den Wälzkolben -pumpen selbst voraus. Schäden an den Kühleinrichtungen erfor -dern weitgehende Demontage der Wälzkolbenpumpe.It is known, for example, to cool a Roots pump with the aid of a Finned cooler, which is installed in the discharge chamber of the pump. The retroactive Cooling as a result of the filling output of the Roots pump is all the more intense, the closer the cooler is brought to the rotors. These coolers are, however limited in their effect. They cannot be used for very high pressure differences. Another way is to cool the rotors directly by turning them -through a coolant, e.g. oil or water, is passed through the rotors. However, these measures are more or less complex special designs ahead of Roots pumps themselves. Require damage to the cooling equipment extensive dismantling of the Roots pump.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung anzugeben, die dem Betrieb von Wälzkolbenpumpen der üblichen Baart auch bis zu den höchsten erzielbaren Druckdifferenzen erlaubt. Die Auf -gabe wird dadurch gelöst, daß Mittel für eine zwangsmäßige Spülung der Ausstoßseite der Wälzkolbenpumpe mit kaltem Gas vorgesehen sind. Das Kühlgas kann z.B. über ein Ventil in den Ausstoßraum geblasen werden. Zweckmäßigerweise verwendet man jedoch zumindest einen Teil des von der Wälzkolbenpumpe bereits verdichteten Gases, leitet es mit hilfe einer zusätzlichen Pumpe über einen Kühler und führt es der Wälzkelbenpumpe am Ausstoßraum wieder zu. Der Kühler kann vor und/oder hinter der Zusatzpumpe angebracht sein.The object of the invention is to provide a device that the Operation of Roots pumps of the usual type, even up to the highest achievable Pressure differences allowed. The task is solved in that means for a forced flushing of the discharge side of the Roots pump with cold gas is provided are. The cooling gas can, for example, be blown into the discharge space via a valve. Appropriately, however, at least a part of the Roots pump is used gas that has already been compressed, it passes through a pump with the help of an additional pump Cooler and feeds it back to the Roots pump at the discharge chamber. The cooler can be attached in front of and / or behind the additional pump.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die nachfolgende Abbildung. Mit Hilfe eines vakuumdichten Gebläses (7) wird zumindest ein Teil des von der Wälzkolbenpumpe (1) verdich -teten Gases am Druckstutzen (3) der Wälzkolbenpumpe angesaugt und über einen oder mehrere Kühler (6a und 6b) wieder in den Ausstoßraum der Wälzkolbenpumpe zurückgeblasen. Die Anschluß -leitungen sind dabei so geführt, daß die gekühlten Gase mög -lichst nahe an den Rotoren (4) austreten und die heißen Gase immer wieder ausschieben helfen. Da die Kühler (6a und 6b) außerhalb der Wälzkolbenpumpe (i) angeordnet sind, können sie hiie Rücksicht auf die Konstruktion der Wälzkolbenpumpe optimal bemessen werden, sodaß die gekühlten Gase mit einer Tem -peratur, die nur wenig über der Kühlmitteltemperatur liegt, der Wälzkolbenpumpe wieder zuströmen. Das Gebläse (7) dient lediglich zur Umw@lzung des die Wälzkolbenpumpe kühlenden Gasstromes (8) und hat also nur eine geringe Druckdifferenz zu erzeugen, die dazu dient, die Strömungswiderstände im Kühlsystem zil überwiinden. Es Irann daher entsprechend leicht gebaut sein.The following figure shows an exemplary embodiment of the invention. With the aid of a vacuum-tight fan (7), at least part of the from the Roots pump (1) compressed gas sucked in at the pressure port (3) of the Roots pump and over one or more coolers (6a and 6b) back into the discharge chamber of the Roots pump blown back. The connection lines are routed so that the cooled Gases escape as close as possible to the rotors (4) and the hot gases repeatedly help push out. Since the coolers (6a and 6b) outside the Roots pump (i) are arranged, they can take into account the design of the Roots pump be optimally dimensioned, so that the cooled gases with a temperature that only is a little above the coolant temperature, flow back to the Roots pump. The fan (7) is only used to circulate the Roots pump that cools it Gas stream (8) and therefore only has to generate a small pressure difference to do this serves to overcome the flow resistances in the cooling system zil. It is therefore accordingly be easily built.

Fördert z.U. die Wälzkolbenpumpe mit einem effektiven Saugver -mögen seff bei einem Druck p1 den Gasstrom seff# p1, so würde sich dieser Gasstrom ohne Kühlung entsprechend der aufgewen @ deten Antriebsleistung nm den Betrag T erwärmen. R@stet man diese Wälzkolbenpumpe mit der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung aus und nimmt z.B, an, daß p2 = 2#p1 und die Förderleistung des Hilfsgebläses gleich dem effektiven Saugvermögen der Wälzkolbenpumpe sei, so wird die Wälzkolbenpumpe von dem Gasstrom seff, p1 + 2.seff#p1 gekühlt. Im ersten Summanden (gefördertes Gas) ist für die spezifische Wärme des Gases ungefähr die spezifische Wärme bei konstantem Volumen c v einzusetzen, im zveiten Summanden (Küblgas) ungefähr die spezifische Wärme bei konstantem Druck cp. Aus dem Beispiel ist zu ersehen, daß durch die Kühleinrichtung bei einem Verdichtungsverhältuis P2/P1 ist gleich 2 die Temperatur in dem Ausstoßraum mindestens nm den Faktor 2/3 herabgesetzt wird.Funds e.g. the Roots pump with an effective pumping speed seff at a pressure p1 the gas flow seff # p1, then this gas flow would be without Cooling according to the expended drive power nm heat the amount T. This Roots pump is equipped with the cooling device according to the invention and assumes, for example, that p2 = 2 # p1 and the delivery rate of the auxiliary fan is equal to that is the effective pumping speed of the Roots pump, the Roots pump will be from the gas flow seff, p1 + 2.seff # p1 cooled. In the first summand (extracted gas) is for the specific heat of the gas approximately the specific heat at constant Volume c v to be used, in the second summand (Küblgas) approximately the specific Heat at constant pressure cp. From the example it can be seen that through the cooling device at a compression ratio of P2 / P1, the temperature in the discharge space is equal to 2 at least nm is reduced by a factor of 2/3.

Würde das Verdichtungsverhältnis z.B. auf 3 gesteigert, würde zvar auch die An @jebsenergie gesteigert werden miissen, aber auch die zur Kühl mg zur Verfügung stehende Gasmenge wäre @rö@er, @ä@lich - eff#p1+3.s eff#p2. Die Temperatur mit Kühler kürde also @ä@hstens ein Viertel der Temperatur ohne Kühler@etra@en. Abs@luf liekt sie natürlich höher als im ersten Beispiel.If the compression ratio were increased to 3, for example, zvar also the an @jebsenergie must be increased, but also that for cooling mg for The amount of gas available would be @ ro @ er, @ ä @ lich - eff # p1 + 3.s eff # p2. The temperature With a cooler, at most a quarter of the temperature would be reduced without a cooler. Abs @ luf it is of course higher than in the first example.

Durch entspreche@de Bemessung des Gebläses (7) und der Kühler (@a und @@) @@@@ sich für jeden Verdichtungsfall die Temperatur der Wälzkolbenpumpe (1) so einstellen, daß sie im sicheren Temperaturbereich arbeitet.By corresponding @ de dimensioning of the fan (7) and the cooler (@a and @@) @@@@ for each compression case the Temperature of Set the Roots pump (1) so that it works in the safe temperature range.

Die der Wälzkolbenpumpe nachfolgende Pumpe kann an irgendei -ner Stelle (5a und 5b) angeschlossen werden. Man kann darü -berhinaus die - wenn auch geringen - Kompression der Zusatzpumpe (7) ausnützen, wenn man in die Kühlgasleitung in Rich -tung des Kühlgasstromes hinter der Zusatzpumpe (7) einen Strömungswiderstand (9) einbaut und die der Wälzkolbenpumpe nachfolgende Pumpe vor diesem Strömungswiderstand bei (5c) an -schließt.The pump following the Roots pump can be placed anywhere (5a and 5b) can be connected. In addition, one can do the - albeit small ones - Take advantage of the compression of the additional pump (7) when entering the cooling gas line in Rich -behavior of the cooling gas flow behind the additional pump (7) a flow resistance (9) and the pump following the Roots pump before this flow resistance at (5c) adjoins.

Claims

c) i) device for cooling a Roots pump, characterized in that that means for a forced flushing of the discharge side of the Roots piston pump cold gas.

2) device for cooling a Roots pump according to claim 1), characterized in that this means consists of an additional pump and a cooling device for the gas there is at least part of the cooling gas available from the pump compressed gas is used.

3) Device for cooling a Roots pump according to claim 2), gekennzeichllet that the gas is cooled in front of and / or behind the additional pump will.

4) Device for cooling a Roots pump according to claim i), characterized in that the downstream pump stage of a Roots pump The gas to be taken over is taken from any point in the cooling circuit.

5) Equipment for cooling a Roots pump according to claim 4), characterized in that in the direction of the cooling gas flow behind the additional pump A flow resistance is built into the cooling gas line, and that of the Roots pump The following pump is connected between the additional pump and this flow resistance will.

L e r s e i f e