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DE4232119A1 - Double shaft vacuum roots pump - has two rotors forming working and control pistons and housing having overflow valve in discharge aperture with excess pressure valves in side parts on pressure socket - Google Patents

Double shaft vacuum roots pump - has two rotors forming working and control pistons and housing having overflow valve in discharge aperture with excess pressure valves in side parts on pressure socket

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DE4232119A1
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Germany
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stage
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housing
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Lars Steinmueller
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MES und REGELTECHNIK GERAETEBA
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Abstract

The double shaft pump has two rotors (8,9), forming working piston and control piston. The pump housing (10) has a discharge aperture with overflow valve (13). Excess pressure valves (14) without additional clearance space are located in the side sections on the pressure socket. Gas return (17) is used to cool the rotors in the vacuum. An additional vacuum pump stage II is located in front of stage III. The recooled gas is cooled within stage II, turned around, and returned to the compression chamber via the side parts. Additional stages I are located in front of stages II and III. The stages are assembled, so that an additional transmission is not required. USE/ADVANTAGE - For suction of large gas volumes, esp. for vacuum generation. Expanded application, guarantees suction of condensible steams.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpkombination, die aus 3 unter­ schiedlichen Stufen besteht. Diese Einheit, gekennzeichnet dadurch, daß die Kombination eine kompakte Bauweise bildet und nur ein Getriebe und einen Antriebsmotor aufweist, ist konzi­ piert für die Erzeugung eines Vakuums < 1 mbar und zum Ver­ dichten bis Atmosphärendruck (1000 mbar).The invention relates to a pump combination, which from 3 below different levels. This unit, labeled in that the combination forms a compact design and only one gearbox and one drive motor is concise piert for the generation of a vacuum <1 mbar and for ver tight to atmospheric pressure (1000 mbar).

Für das Absaugen von großen Gasmengen, insbesondere zur Vakuum­ erzeugung, werden trockenlaufende Wälzkolbenpumpen eingesetzt, die sich durch einen günstigen Wirkungsgrad auszeichnen. Der Nachteil ist ihr geringes Kompressionsverhältnis. Daher können sie nur in Verbindung mit anderen bzw. ähnlichen Pumpentypen kombiniert werden, um vom Vakuum gegen Atmosphäre verdichten zu können.For the extraction of large amounts of gas, especially for vacuum generation, dry-running Roots pumps are used, which are characterized by a favorable efficiency. Of the The disadvantage is their low compression ratio. Therefore can they only in connection with other or similar pump types can be combined to compress from vacuum to atmosphere can.

Als solche Pumpe ist die Klauenpumpe an erster Stelle zu nennen. Desweiteren sind auch Rotationsmaschinen mit innerer Vorverdich­ tung (beschrieben in der kanadischen Patentschrift Nr. 10 40 540) bekannt, die sich aber auf dem Markt als Vakuumpumpen nicht durch­ setzen konnten.As such a pump, the claw pump should be mentioned first. Furthermore, there are also rotary machines with internal pre-compression tung (described in Canadian Patent No. 10 40 540) known, but not on the market as vacuum pumps could put.

Neben der bekannten dreistufigen Pumpenkombination - Klauen- und Wälzkolbenpumpen auf einem gemeinsamen Wellenpaar - ist auch schon seit längerer Zeit eine zweistufige Wälzkolbenpumpe, bestehend aus zwei "Standard"-Wälzkolbenpumpen in einem gemeinsamen Gehäuse, bekannt. Diese Pumpe ist aber nur in einem begrenzten Druckbe­ reich von < 1 mbar bis max. 100 mbar einsetzbar.In addition to the well-known three-stage pump combination - claw and Roots pumps on a common pair of shafts - is already A two-stage Roots pump has been in existence for a long time from two "standard" Roots pumps in a common housing, known. However, this pump is only in a limited pressure range range from <1 mbar to max. Can be used at 100 mbar.

Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, deren Einsatzgebiet von < 1 mbar bis < 1000 mbar zu erweitern und das Absaugen von kon­ densierbaren Dämpfen (H2O) zu gewährleisten. Dabei sollen die herausragenden Vorteile einer Wälzkolbenpumpe, die sich in einem hohen spezifischen Saugvermögen und in einer trockenen, fremd­ mediumfreien Verdichtung auszeichnen, erhalten bleiben.The invention has set itself the task of expanding its field of application from <1 mbar to <1000 mbar and to ensure the extraction of condensable vapors (H 2 O). The outstanding advantages of a Roots pump, which are characterized by a high specific pumping speed and a dry, foreign medium-free compression, should be retained.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine mehrstufige Wälzkolbenvakuum­ pumpe, bei der die einzelnen Stufen wesentlich von der bisher bekannten Wälzkolbenvakuumpumpe, aber auch von den bekannten zwei­ welligen Wälzkolben-/Klauenpumpenkombinationen, abweichen.The task is solved by a multi-stage Roots vacuum pump, in which the individual stages significantly different from the previous known Roots vacuum pump, but also from the known two undulating roots / claw pump combinations.

Stufe 1step 1

entspricht der bekannten zweiwelligen Wälzkolbenvakuumpumpe mit 8-förmigen Rotoren. Diese Stufe kann mit einem Überströmventil herkömmlicher Bauart ausgerüstet werden. Desweiteren kann durch eine Zahnradübersetzung im gemeinsamen Getriebe die Drehzahl gegenüber den anderen Stufen erhöht werden. Dadurch wird das Saugvermögen im Vakuumbereich linear mit der Drehzahl erhöht. Empfehlenswert ist eine Übersetzung von 1 : 2 gegenüber der Stufe 2. corresponds to the well-known twin-shaft Roots vacuum pump 8-shaped rotors. This stage can be equipped with an overflow valve conventional design. Furthermore, by a gear ratio in the common gearbox the speed compared to the other levels. This will make it Pumping speed in the vacuum range increases linearly with the speed. A ratio of 1: 2 to level 2 is recommended.  

Stufe 2Level 2

entspricht im Aufbau der Stufe 1. Da aber der Arbeitsbereich die­ ser Stufe im Druckbereich 30 mbar bis 200 mbar liegt, treten hier durch die erhöhte Kompressionsarbeit auch erhöhte Temperaturen auf. Wenn diese Temperaturen nicht abgeführt werden, kommt es durch die große Ausdehnung der Rotoren zum Anlaufen an das Gehäuse. Erfindungsgemäß wird die Kompressionswärme über dem im Gehäuse bzw. den Seitenteilen eingebauten Wasserkammern und in interner Gasumwälzung, ähnlich den auf dem Markt befindlichen gasgekühlten Wälzkolbenpumpen, abgeführt. Der Unterschied liegt aber darin, daß kein zusätzlicher Kühler (außerhalb des eigentlichen Pumpen­ gehäuses) benötigt wird. Trotzdem werden relativ lange Gaswege, mit einer entsprechenden Verweildauer, zum Abführen der Kompres­ sionswärme verwirklicht. Das Gas wird nicht über das Gehäuse, sondern über die Seitenteile dem Schöpfraum wieder zugeführt.corresponds to level 1 in terms of structure, but since the work area is the water level in the pressure range from 30 mbar to 200 mbar occur here due to the increased compression work also higher temperatures on. If these temperatures are not dissipated, it happens due to the large expansion of the rotors to start against the housing. According to the invention, the heat of compression is greater than that in the housing or the side parts built-in water chambers and in internal Gas circulation, similar to the gas-cooled ones on the market Roots pumps, dissipated. But the difference is that no additional cooler (outside of the actual pumping housing) is required. Nevertheless, relatively long gas paths with a corresponding dwell time to remove the compresses sion heat realized. The gas is not going through the case, but fed back to the scooping chamber via the side parts.

Die Förderrichtung der Stufen 1 und 2 ist senkrecht von oben nach unten, so daß auch auftretende Flüssigkeit (Kondensat) abgeführt werden kann.The conveying direction of stages 1 and 2 is vertical from the top to the top below, so that any liquid (condensate) that occurs can also be removed can be.

Der Stufe 2 ist ein Sammelraum mit Kondensatablaß nachgeschaltet, der verhindert, daß größere Flüssigkeitsmengen durch Stufe 3 ge­ fördert werden müssen. Gleichzeitig können durch die Förderrich­ tung der Stufe 3 von unten nach oben die Kondensate, die in die­ ser Stufe anfallen, in den Sammelraum zurücklaufen.Stage 2 is a collection room with a condensate drain, which prevents larger amounts of liquid from Level 3 must be promoted. At the same time, the direction of conveyance from level 3 allows the condensates that accumulate in this level to run back into the collecting area.

Stufe 3level 3

besitzt nur einen Arbeits- und einen Steuerkolben, die Bauweise entspricht der mehrstufigen Wälzkolbenpumpe (WMG) der Fa. Pfeiffer, gleichzeitig kombiniert mit der inneren Vorverdichtung entspre­ chend dem kanadischen Patent. Die Kanten des Steuerkolbens steuern den Gasauslaß; so entsteht eine Pumpstufe mit freiem Gaseintritt und geregeltem Gasaustritt.has only one working and one control piston, the design corresponds to the multi-stage Roots pump (WMG) from Pfeiffer, at the same time combined with the inner pre-compression according to the Canadian patent. Control the edges of the spool the gas outlet; this creates a pump stage with free gas entry and regulated gas outlet.

Dadurch, daß eine innere Vorverdichtung erfolgt und der Arbeits­ kolben nicht ständig gegen den hohen Austrittsdruck arbeiten muß, nimmt auch die Antriebsleistung bei zunehmendem Enddruck, ent­ sprechend einer ventilgesteuerten Drehschieberpumpe, um ca. 30% ab. Mit dieser abnehmenden Antriebsleistung wird auch die auf­ tretende Kompressionswärme verringert. Um dies zu unterstützen, ist auf der Auspuffseite ein Überströmventil senkrecht angeordnet.Because there is an internal pre-compression and the work piston does not have to constantly work against the high outlet pressure, also decreases the drive power with increasing final pressure speaking of a valve-controlled rotary vane pump, by approx. 30% from. With this decreasing drive power also the on compression heat is reduced. To support this an overflow valve is arranged vertically on the exhaust side.

Um keine zu hohe Kompression im Ausstoßkanal beim Ansaugen von großen Gasmengen bei kleinen Druckverhältnis (hoher Füllungsgrad in der Saugphase) zu erhalten, sind in den Seitenteilen stirn­ seitig der Rotoren federbelastete Ausstoßventile (bekannt aus dem Kompressorbau) angeordnet. Eine Vergrößerung des schädlichen Raumes auf der Druckseite wird damit vermieden und der Enddruck der Atmo­ sphären-Stufe nicht beeinträchtigt. Gleichzeitig ist aber der Druckstutzen wassergekühlt, und eine Gasrückkühlung auf der Steuer­ kolbenseite kann vorgesehen werden. Mit dieser Einrichtung wird die Pumpe gekühlt bzw. temperiert, was besonders bei kondensier­ baren bzw. polymerisierbaren Gasen, bei denen bestimmte Temperaturen nicht unter-/überschritten werden dürfen, entscheidend ist. To avoid excessive compression in the discharge channel when sucking in large amounts of gas at a low pressure ratio (high degree of filling in the suction phase) are forehead in the side parts side of the rotors spring-loaded exhaust valves (known from the Compressor construction) arranged. An enlargement of the harmful space on the pressure side is avoided and the final pressure of the atmosphere sphere level not affected. But at the same time it is Pressure port, water-cooled, and gas recooling on the steering wheel piston side can be provided. With this facility the pump is cooled or tempered, which is particularly important when condensing baren or polymerizable gases at which certain temperatures must not be fallen below / exceeded, is crucial.  

Anhand der folgenden Zeichnungen soll die erfindungsgemäße Pumpe und ihre Wirkungsweise erläutert werden.Based on the following drawings, the pump according to the invention and how they work.

Aufbauconstruction - Bild 1 -- Image 1 -

Die 3 Stufen sind um einen stabilen Pumpenständer mit Getriebe angeordnet. Der Fuß dient zur Gasumlenkung und -abkühlung, von Stufen 1 und 2 zu Stufe 3. Hier ist auch das Kondensat- und Staub­ sammelgefäß mit angebaut. Als Antriebswelle ist die Welle des Arbeitskolbens der Stufe 3 nach außen geführt. Dies hat mehrere Vorteile:The 3 stages are arranged around a stable pump stand with gear. The foot is used for gas deflection and cooling, from levels 1 and 2 to level 3. The condensate and dust collector is also attached here. The shaft of the stage 3 working piston is guided to the outside as the drive shaft. This has several advantages:

  • 1. Stufe 3 erzeugt das größte Druckverhältnis bei einer Saug­ vermögensabstufung von 1 : 2 zur Stufe 2. Sie benötigt etwa 70% der Antriebsleistung.1. Stage 3 creates the largest pressure ratio with a suction asset gradation from 1: 2 to level 2. It needs about 70% of the drive power.
  • 2. An der Durchführung liegt die kleinste Druckdifferenz zur Atmosphärenseite, ca. 1 : 2, an.2. The smallest pressure difference is due to the bushing Atmospheric side, approx. 1: 2.

Man kann die mehrstufige Wälzkolbenvakuumpumpe komplett herme­ tisch abdichten, indem man als Antrieb einen Spaltrohrmotor oder eine Magnetkupplung anordnet.You can completely herme the multi-stage Roots vacuum pump Seal the table by using a canned motor or arranges a magnetic coupling.

Stufe 1step 1 - Bild 2 -- Image 2 -

Diese Stufe entspricht den bekannten Wälzkolbenvakuumpumpen mit senkrechter Förderrichtung. Dank der dynamisch gewuchteten Rotoren (1, 2) kann deren Drehzahl bis 6000 min-1 und mehr betragen.This stage corresponds to the well-known Roots vacuum pumps with a vertical delivery direction. Thanks to the dynamically balanced rotors ( 1 , 2 ) their speed can be up to 6000 min -1 and more.

Stufe 2Level 2 - Bild 3 -- Image 3 -

Diese Stufe fördert ebenfalls von oben nach unten, hat aber im Druckstutzen Wasserkanäle (3), die sich in den Seitenteilen fort­ setzen. Diese Wasserkanäle dienen zur Abführung der Kompressions­ wärme. Um auch die Wärme von den Rotoren (1, 2) abzuführen, wurde auf die Wirkungsweise der Gaskühlung bei WGK-Pumpen (Pfeiffer- Bauweise) zurückgegriffen. Das aus dem Druckstutzen austretende Gas wird über Kanal (5) in die gekühlten Seitenteile geführt und tritt über die Kaltgaskanäle (6, 7) gekühlt wieder in den Schöpf­ raum zurück. This level also conveys from top to bottom, but has water channels ( 3 ) in the discharge nozzle that continue in the side parts. These water channels are used to dissipate the compression heat. In order to also dissipate the heat from the rotors ( 1 , 2 ), the mode of operation of gas cooling in WGK pumps (Pfeiffer design) was used. The gas escaping from the pressure port is led into the cooled side parts via channel ( 5 ) and returns cooled to the scooping space via the cold gas channels ( 6 , 7 ).

Stufe 3level 3 - Bild 4 -- Image 4 -

Diese Stufe besteht aus einem Steuerkolben (8) und einem Arbeits­ kolben (9). Dieser Arbeitskolben bildet mit dem Gehäuse (10) den Schöpfraum (11) der Stufe 3. Dagegen wird der Gasauslaß über die Kante (12) des Steuerkolbens (B) geregelt.This stage consists of a control piston ( 8 ) and a working piston ( 9 ). This working piston forms with the housing ( 10 ) the scooping chamber ( 11 ) of stage 3. In contrast, the gas outlet is regulated via the edge ( 12 ) of the control piston (B).

Am Austrittstutzen ist Ventil (13) angeordnet, das verhindert, daß bereits ausgestoßenes Gas in den Schöpfraum zurückströmt. Ebenfalls am Austrittstutzen, jedoch in den Seitenteilen, sitzen Ausstoßventile (14), die bei einem hohen Gasanfall das bereits komprimierte Gas über den Austrittkanal (15) auf die Atmosphären­ seite abführen.A valve ( 13 ) is arranged on the outlet nozzle, which prevents gas that has already been expelled from flowing back into the scooping space. Also at the outlet nozzle, but in the side parts, there are discharge valves ( 14 ), which discharge the already compressed gas through the outlet channel ( 15 ) to the atmosphere side when there is a large amount of gas.

Um eine Überhitzung zu verhindern, kann auch bei dieser Konzeption die WGK-Gaskühlung beim Steuerkolben eingebaut werden. Dabei wird das ausgestoßene Gas durch die im Gehäuse befindlichen Wasser­ kanäle (16) gekühlt und über den Kanal (17) in den kleinen Saug­ raum, der sowohl vom Saug- als auch vom Druckstutzen abgeschlossen ist, zur Kühlung des Steuerkolbens zurückgeführt.To prevent overheating, the WGK gas cooling can also be installed in the control piston with this design. The exhausted gas is cooled by the water channels in the housing ( 16 ) and returned via the channel ( 17 ) into the small suction chamber, which is closed by both the suction and the pressure port, for cooling the control piston.

Claims (8)

1. Zweiwellige Vakuumpumpe mit innerer Vorverdichtungsstufe, mit zwei im Gehäuse angeordneten Rotoren (8) und (9), von denen einer den Arbeitskolben (9) und der zweite den Steuerkolben (8) bildet, sowie einer mit einem Überströmventil (13) versehenen Auslaßöffnung im Gehäuse (10). Zur Vermeidung einer zu großen inneren Vorverdichtung sind in den Seitenteilen am Druck­ stutzen Überdruckventile (14) ohne zusätzlichen Totraum an­ geordnet. Desweiteren können durch eine Gasrückführung (17) die Rotoren (8) und (9) im Vakuum gekühlt werden.1. Two-shaft vacuum pump with internal precompression stage, with two rotors ( 8 ) and ( 9 ) arranged in the housing, one of which forms the working piston ( 9 ) and the second the control piston ( 8 ), and an outlet opening provided with an overflow valve ( 13 ) in the housing ( 10 ). To avoid excessive internal pre-compression, pressure relief valves ( 14 ) are arranged in the side parts of the pressure without additional dead space. Furthermore, the rotors ( 8 ) and ( 9 ) can be cooled in a vacuum by gas recirculation ( 17 ). 2. Vorgeschaltet der Vakuumpumpstufe III gemäß Anspruch 1 ist eine weitere Vakuumpumpstufe II nach dem bekannten Gasrück­ kühlsystem der Rootspumpen, bei der aber das zurückgekühlte Gas innerhalb der Stufe II gekühlt, umgelenkt und dem Kom­ pressionsraum über die Seitenteile wieder zugeführt wird.2. Upstream of the vacuum pump stage III according to claim 1 a further vacuum pump stage II after the known gas return cooling system of the root pumps, but with the cooled down Gas cooled within stage II, redirected and the com pressure room is fed back through the side panels. 3. Den Vakuumpumpstufen II und III nach Anspruch 1 und 2 werden weitere Stufen I nach dem bekannten Rootsprinzip vorge­ schaltet.3. The vacuum pump stages II and III according to claim 1 and 2 further stages I according to the known root principle switches. 4. Vakuumpumpstufen I-III nach Anspruch 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stufen so zusammen montiert werden, daß kein zusätzliches Übersetzungsgetriebe notwendig ist.4. Vacuum pump stages I-III according to claims 1-3, characterized ge indicates that the steps are assembled together that no additional transmission gear is necessary. 5. Vakuumpumpstufen I-III nach Anspruch 1-4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nur ein Antrieb über dem am stärksten belasteten Rotor erfolgt.5. Vacuum pump stages I-III according to claim 1-4, characterized ge indicates that only one drive is the most powerful loaded rotor takes place. 6. Vakuumpumpstufen I-III nach Anspruch 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die 3 unterschiedlich gestalteten Vakuum­ pumpstufen eine Einheit bilden.6. Vacuum pump stages I-III according to claim 1-5, characterized ge indicates that the 3 differently designed vacuum pump stages form a unit. 7. Vakuumpumpstufen nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stufen II und III durch eine Gasumlenkung eine Zone zum Ansammeln von Kondensat und Staub gebildet wird.7. Vacuum pump stages according to claims 1-6, characterized in that between stages II and III by a gas deflection Zone for collecting condensate and dust is formed. 8. Vakuumpumpstufen nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das komplette System sich zum Absaugen von kondensier­ baren Dämpfen eignet.8. Vacuum pump stages according to claims 1-7, characterized in that the complete system is designed to extract condensate vapors.
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