DE69000990T2 - Zweistufige trockenprimaerpumpe. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine zweistufige Trockenprimärpumpe.
• Es sind zweistufige Trockenprimärpumpen bekannt, bei denen jede Stufe im allgemeinen aus einer Schaufelpumpe besteht. Eine trockene Schaufelpumpe führt im Vergleich zu einer ölgeschmierten Schaufelpumpe nicht zu einer Wanderung von Öldampf in den zu pumpenden Bereich, aber der Hauptnachteil besteht in der starken Trockenreibung, die eine schnelle Abnutzung und ein rasches Nachlassen der Leistungsfähigkeit der Pumpe bewirkt.
• Es sind weiter Trockenprimärpumpen vom Schraubenprinzip bekannt, die aus einer einzigen Stufe bestehen. Diese Pumpen gönnen im Dauerbetrieb ein Fluid von einem Grenzdruck von 10&supmin;² mbar bis zu Atmosphärendruck ansaugen. Ihr Vorteil ist der nicht vorhandene Kontakt zwischen den Schrauben, d.h. keine Reibung, was sie sehr zuverlässig macht. Aber in dem Bereich der Pumpe, wo der Druck höher ist als 10 mbar, absorbieren sie eine erhebliche Leistung, die hauptsächlich als Wärme abgeführt wird. Der Teil der Schrauben, der in diesem Bereich bei hohen Drücken arbeitet (höher als 10 mbar), ist folglich einer starken Erwärmung ausgesetzt, die starke unsymmetrische Dehnungen hervorrufen, die mit den inneren Abständen unvereinbar sind. Die Vergrößerung des Spiels zwischen zwei Schrauben wäre keine zufriedenstellende Lösung, da unter diesen Umständen die Spezifikationen nicht mehr gesichert wären, insbesondere die Ansaugmenge und der Grenzdruck.
• Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Lösung für dieses Problem vorzuschlagen, d.h. eine ungeschmierte Primärpumpe, die im Dauerbetrieb ein Fluid von einem Grenzdruck von 10&supmin;² mbar, und sogar darunter, bis zu Atmosphärendruck ansaugen kann und einen großen Bereich von Ansaugmengen aufweist, von 50 m³/h bis zu mehreren tausend m³/h.
• Die Erfindung besteht darin, den Auslaßdruck der Schraubenpumpe zu begrenzen, um ihre Erhitzung zu begrenzen, und eine zweite Stufe hinzuzufügen, die aus einer Pumpe mit viskoser und/oder turbulenter Strömung besteht, wodurch die in Wärme umgewandelte Kompressionsenergie in die zweite Stufe verlegt wird. So hat die Schraubenpumpe keinen Schraubenbereich mehr, der bei hohen Drücken arbeitet und starken Dehnungen unterworfen ist. Zudem ist im Nutzdruckbereich dieser Schraubenpumpe (10&supmin;²mbar - 10 mbar) der mittlere freie Weg der Moleküle ziemlich lang, und diese Pumpe kann dann mit größeren inneren Abständen arbeiten. Diese großen inneren Abstände erlauben es, die Kosten der Schraubenpumpe und so die Gesamtkosten der Primärpumpe zu begrenzen.
• Die vorliegende Erfindung hat so zum Gegenstand eine trocken laufende zweistufige Primärpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem einzigen gemeinsamen Stator auf der Seite geringen Drucks eine Schraubenpumpe und auf der Seite hohen Drucks eine Treibpumpe aufweist, wobei eine Verbindungsleitung die Verbindung zwischen der Schraubenpumpe und der Treibpumpe herstellt.
• Gemäß einer ersten Ausführungsform steht die Verbindungsleitung mit der Saugseite der Schraubenpumpe in Verbindung, d.h. mit der Saugseite der Primärpumpe über einen mit einem Überdruckventil versehenen By-Pass.
• Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung steht die Verbindungsleitung mit der Auslaßseite der Antriebspumpe in Verbindung, d.h. mit der Auslaßseite der Primärpumpe über einen mit einem Entladungsventil versehenen By-Pass.
• Vorzugsweise enthält die Primärpumpe diese beiden Ausführungsformen.
• Gemäß der Geometrie, den Abmessungen, den Abständen, dem Volumen des zu pumpenden Bereichs und der Druckabstiegszeit kann die Drehgeschwindigkeit der Stufen unterschiedlich sein. Ein einziger Motor kann gleichzeitig die Schraubenpumpe und die Treibpumpe drehen, oder zwei Motoren können unabhängig die Schraubenpumpe und die Treibpumpe drehen. Diese letztere Lösung ermöglicht es insbesondere, die Drehgeschwindigkeiten, d.h. die Pumpgeschwindigkeit unabhängig voneinander zu variieren, was bei einzelnen Anwendungsfällen mit Druckregulierung notwendig ist.
• Der oder die Motor(en) können gebräuchliche Motoren oder solche Vakuumrotoren sein.
• Nachfolgend wird beispielhaft und in Bezug auf die beiliegenden Figuren eine erfindungsgemäße Pumpe beschrieben.
• Figur 1 zeigt eine Pumpe mit einem einzigen Motor.
• Figur 2 zeigt die gleiche Pumpe mit zwei Motoren.
• In Figur 1 weist die Primärpumpe ein Gehäuse 1, das einen Stator bildet, einen Saugeingang 4, einen Auslaß 5, eine Niederdruckstufe bestehend aus einer trocken laufenden Schraubenpumpe 10 und eine Hochdruckstufe bestehend aus einer Treibpumpe 20 auf. Das Gehäuse 1 kann Kühlkanäle 2 aufweisen, die durch Zirkulation einer Flüssigkeit (Wasser, Öl, ..) die thermische Stabilisierung der Einheit ermöglichen. Der Wärmeaustausch mit der Umgebung geschieht durch natürlich oder erzwungene Konvektion.
• Die Pumpe 10 weist zwei gekoppelte Schrauben 11, 12 auf, die je auf einer Welle 13 bzw. 14 angeordnet sind und durch zwei Ritzel 41, 44 synchron angetrieben werden, wobei das Ritzel 41 von einem elektrische Motor 50 angetrieben wird. Die beiden Ritzel 41, 44 befinden sich in einem Ölkasten 3, der fest mit dem Gehäuse 1 verbunden ist und in Bezug auf den Saugeingang 4 durch zwei Dichtungen 48, 49 abgedichtet ist. Die beiden Wellen 13, 14 drehen in je zwei Lagern 42, 43 bzw. 45, 46. Die Welle 13 dreht in einem weiteren Lager 47, das sich am anderen Ende in Höhe der Verbindungsleitung befindet.
• Die Pumpe 20 ist eine Treibpumpe mit viskosem und/oder turbulentem Antrieb, d.h. eine Pumpe, in der die Pumpwirkung durch Reibung erzeugt wird ausgehend von einer Rotor/Statoreinheit 21, die eine oder mehrere schraubenförmige Kehlen mit veränderlichem Gewinde aufweist, deren Profil sich zwischen der Saugseite und der Auslaßseite ändert und die mit großer Geschwindigkeit drehen. Die dargestellte Pumpe 20 ist zylindrisch, aber sie kann natürlich auch z.B. die Form einer Scheibe oder eines Konus aufweisen.
• In dieser Figur 1 ist die Welle 22 der Pumpe 20 mechanisch mit der Welle 14 der Schraube 12 verbunden, so daß der Motor 50 alleine die Pumpen 10 und 20 antreibt. Die Welle 22 dreht in einem Lager 23.
• Die Primärpumpe weist zwei Bypässe 60, 70 auf, die je ein Überdruckventil 61 bzw. 71 aufweisen, um die Verteilung des Fluids in den Übergangsphasen zu bewirken.
• Der Bypass 60 ermöglicht es, den Überschuß des von der Niederdruckstufe gepumpten Gases zur Saugseite 4 zurückzuführen, und der Bypass 70 ermöglicht es, den Gasüberschuß zur Auslaßseite 5 zurückzuführen.
• Die Ventile 61 und 71 können gesteuert oder automatisch sein und sich unter der Wirkung einer Feder 62, 72 (wie dargestellt) oder unter der Wirkung ihres eigenen Gewichts schließen. Aber sie sind in jedem Fall geschlossen, wenn zwischen der von der Niederdruckstufe abgeführten Gasmenge und der von der Hochdruckstufe angesaugten Gasmenge Kompatibilität herrscht.
• In Figur 2 wird die Pumpe 20 getrennt von einem elektrischen Motor 80 angetrieben, und in diesem Fall ist die Welle 22 dieser Pumpe 20 nicht mehr mit der Welle 14 der Schraube 12 verbunden, sondern mit dem elektrischen Motor 80.
• Diese Anordnung der Figur 2 ermöglicht es, eine andere Drehgeschwindigkeit für die Pumpe 20 zu wählen als für die Schraubenpumpe 10. Die Drehgeschwindigkeit der Pumpe 20 kann dann leicht an den Durchsatz und den Auslaßdruck der Pumpe 10 angepaßt werden. Bei dieser Art Treibpumpe ist der behandelte Volumendurchsatz nämlich gering als Folge des in der ersten Stufe erhaltenen hohen Kompressionsverhältnisses.
• Eine solche Primärpumpe arbeitet wie folgt:
• Beim Starten, beim Leerpumpen eines Behälters, bewirkt die durch die Niederdruckstufe erzeugte Gasmenge einen Überdruck und so ein Öffnen der Ventile 61, 71.
• Sobald die von der Hochdruckstufe angesaugte Gasmenge ausreichend ist, schließt sich das Ventil 71, während das Ventil 61 geöffnet bleibt.
• Sobald es eine Anpassung zwischen der in der Niederdruckstufe geförderten Gasmenge und der von der Hochdruckstufe angesaugten Gasmenge gibt, schließt sich das Ventil 61 und die Primärpumpe arbeitet im Dauerbetrieb.

Claims (6)

1. Trocken laufende zweistufige Primärpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem einzigen gemeinsamen Stator auf der Niederdruckseite eine Schraubenpumpe (10), und auf der Hochdruckseite eine Treibpumpe (20) aufweist, wobei eine Verbindungsleitung (30) die Verbindung zwischen der Schraubenpumpe (10) und der Treibpumpe (20) herstellt.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (30) mit der Saugseite der Schraubenpumpe über einen mit einem Überdruckventil (61) versehenen By-Pass (60) in Verbindung steht.

3. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (30) über einen mit einem Überdruckventil versehenen By-Pass (70) mit der Auslaßseite der Treibpumpe (20) in Verbindung steht.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen einzigen Motor (50) aufweist, der die Schraubenpumpe (10) und die Treibpumpe (20) antreibt.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei getrennte Motoren (50, 80) aufweist, von denen der eine die Schraubenpumpe und der andere die Treibpumpe antreibt.

6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Kühlkanäle (2) aufweist.