DE68907465T2

DE68907465T2 - Mechanische Pumpen.

Info

Publication number: DE68907465T2
Application number: DE89310702T
Authority: DE
Inventors: Henryk Wycliffe
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: Edwards Ltd
Priority date: 1988-10-28
Filing date: 1989-10-18
Publication date: 1993-10-21
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: JP3029202B2; US5055017A; GB8825284D0; JPH02185683A; EP0366347A2; DE68907465D1; ES2042004T3; EP0366347B1; EP0366347A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf mechanische Pumpen und insbesondere auf mechanische Vakuumpumpen mit mindestens einem paar ineinandergreifender Rotoren, insbesondere Rotoren der als "Klauenkolben" bekannten Bauart. Wenn ineinandergreifende Klauenkolben-Rotoren in mechanischen Vakuumpumpen oder Verdichtern zur Verwendung mit Gasen oder Dämpfen Anwendung finden, die zum Kondensieren oder Verflüssigen während des Pump- bzw. Verdichtungsvorgangs tendieren, treten manchmal hydraulische Schläge auf. Diese hydraulischen Schläge werden durch die Unfähigkeit der Klauenkolben-Rotoren verursacht, Flüssigkeit ausreichend schnell aus dem Hubvolumen aus zustoßen. Die Flüssigkeit sammelt sich deshalb an und führt zu Schlägen, die zu mechanischen Schäden führen können.
Ein typischer Klauenkolben-Rotormechanismus ist in den Figuren 1a bis 1d der anliegenden Zeichnungen dargestellt, wobei zwei Rotoren 5, 8 auf entsprechenden Wellen 1a, 1b um diese Wellen in der durch Pfeile angedeuteten Richtung drehbar montiert gezeigt sind, wobei die Klauen 7, 13 die Wände einer Kammer 2 eng bestreichen.
Irgendwelche in dem von den Rotoren 5, 8 bestrichenen Hubvolumen aus Dampf gebildete oder in dem durch eine Einlaßöffnung 9 in der Wand der Pumpkammer 10 eintretenden Gas mitgeführte Flüssigkeit hat die Tendenz, sich unter der Zentrifugalkraft radial nach außen zu den feststehenden Wänden 2 weg von der Auslaßöffnung 3 zu bewegen, die sich in der Seitenwand 4 im Bereich der Mitte des Rotors 5 befindet. Die Klauen schöpfen bei ihrem Umlauf die Flüssigkeit, und die Klaue 7 des Rotors 8, der der Einlaßöffnung 7 zugeordnet ist, schleudert die Flüssigkeit zur Auslaßöffnung 3 hin, während er bei seiner Drehung die Positionen 1a über 1b nach 1c in Figur 1 durchläuft.
In der kritischen Stellung zwischen den Positionen Ib und Ic ist die Auslaßöffnung 3 jedoch geschlossen, und dies verhindert den Ausstoß der Flüssigkeit aus der Pumpkammer 10. Die Flüssigkeit wird daher zwischen den Rotoren 5, 8 eingeschlossen und erzeugt hydraulische Schläge, die zu mechanischen Schäden der Pumpe führen können.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer mechanischen Pumpe mit mindestens zwei ineinandergreifenden Rotoren, bei denen hydraulische Schläge abgeschwächt oder verhindert werden können, indem eine Aussparung in einer Rotorvorderkante geschaffen wird, um die Flüssigkeit während der kritischen Teile des Pumpzyklus aufzunehmen. Obwohl bei Pumpen dieser Bauart bereits gewisse Einschnitte auf der Rotoroberfläche verteilt worden sind - siehe US-Patentschrift Nr. 3 472 445 und französische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2 109 798 - bestand in keinem Fall die Fähigkeit, die Flüssigkeit darin zu halten, und sie haben anderen Zwecken gedient.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine mechanische Pumpe mit ersten und zweiten ineinandergreifenden Rotoren (5, 8) vorgesehen, von denen jeder Rotor zwecks Drehbarkeit auf einer entsprechenden Welle (1A, 1B) montiert und in einer Pumpkammer (2) untergebracht ist, weiter mit einem Einlaß (9) in die den ersten Rotor aufnehmende Pumpkammer und einem Auslaß (3) aus der den zweiten Rotor (5) aufnehmenden Pumpkammer, wobei in der Oberfläche des zweiten Rotors (5) eine dem Auslaß (3) benachbarte Aussparung (6) vorhanden ist, die während jeder Umdrehung des zweiten Rotors mit dem Auslaß kommuniziert und im wesentlichen becherförmig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung sich in radialer Richtung erstreckt und derart positioniert ist, daß im Betrieb der Pumpe in der Kammer vorhandene Flüssigkeit während des Umlaufs des zweiten Rotors in die Aussparung hineingedrängt und darin gehalten wird und daraus jeweils während der Kommunikation zwischen der Aussparung und dem Auslaß durch Zentrifugalkräfte herausgeschleudert wird.
Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich, aber nicht ausschließlich auf Pumpen mit einem "Klauen"-Rotorprofil. Die Art der Aussparung muß so sein, daß irgendwelche kondensierte Flüssigkeit, die insbesondere in dem von den Rotoren "bestrichenen" Gas- oder Dampfvolumen vorhanden ist, in die Aussparung hineingedrängt und daraus herausgeschleudert wird, wenn das bestrichene Volumen mit dem Kammerauslaß kommuniziert.
Idealerweise ist die Pumpe eine solche, bei welcher der Einlaß zur Pumpkammer als Öffnung in einer ersten Wand der Pumpkammer gebildet und der Auslaß aus der Pumpkammer als Öffnung in einer gegenüberliegenden Wand der Pumpkammer gebildet ist.
Vorzugsweise ist die Aussparung in einer Seite des zweiten Rotors angeordnet, welche die den Auslaß enthaltende Kammerwand bestreicht. Höchst vorzugsweise liegt die Position der Aussparung so, daß die kondensierte Flüssigkeit durch Zentrifugalkraft in die Aussparung gedrängt wird. Grundsätzlich ist die Form der Aussparung unwichtig, aber vorzugsweise ist die Form so, daß kondensierte Flüssigkeit trotz des Umlaufs des Rotors und der dadurch wirkenden Zentrifugalkräfte in der Aussparung gehalten wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Aussparung im wesentlichen becherförmig und in solcher Richtung verlaufend angeordnet ist, daß die durch Zentrifugalkraft hineingetriebene Flüssigkeit zum Boden des Bechers gedrängt wird, bevor sie in den Kammerauslaß ausgeworfen wird.
Um jeden Zweifel auszuschließen, die Pumpe kann eine Mehrzahl von einzelnen Kammern haben, die jeweils ein eigenes Rotorpaar enthält, wobei einige oder vorzugsweise alle mit AussParungen nach der Erfindung versehen sind.
In der Praxis wird es im allgemeinen bevorzugt, daß die Wellen, auf denen die Rotoren montiert sind, vertikal orientiert sind. Außerdem ist vorzugsweise der Einlaß in einer Wand an der Oberseite der Kammer und der Auslaß in einer Wand am Boden der Kammer angeordnet.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird nunmehr lediglich beispielshalber auf die anliegenden schematischen Zeichnungen Bezug genommen, in welchen zeigen:
Die Figuren 1a bis 1d Querschnittskizzen durch eine Pumpkammer einer bekannten mechanischen Pumpe mit ineinandergreifenden Rotoren der Klauenbauart, wobei die verschiedenen Relativpositionen der Rotoren während eines Pumpvorgangs dargestellt sind,
Die Figuren 2a bis 2e Querschnittskizzen durch eine Pumpkammer einer mechanischen Pumpe mit ineinandergreifenden Rotoren der Klauenbauart nach der vorliegenden Erfindung, wobei verschiedene Relativstellungen der Rotoren während eines Pumpvorgangs dargestellt sind, und
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Rotoren nach Fig. 2a,
Fig. 4 eine Draufsicht auf zwei gesonderte Rotoren zur Verwendung in Pumpen nach der Erfindung mit unterschiedlich geformten Aussparungen.
Wie in den Figuren 1a bis 1d gezeigt ist, enthält die Pumpkammer 10 einer mechanischen Pumpe ineinandergreifende Rotoren 5, 8 der Klauenbauart, die jeweils auf einer (nicht dargestellten) Welle in an sich bekannter Weise montiert sind. Der Rotor 5 dreht im Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil angedeutet, während der Rotor 8 im Gegenuhrzeigersinn dreht.
Bei Verwendung zum Pumpen eines Dampfes, der während des Pumpvorgangs zu einer Flüssigkeit kondensiert, wird diese Flüssigkeit in dem Raum 12 zwischen den Rotoren 5, 8 zu einem Zeitpunkt eingeschlossen, wenn die Auslaßöffnung 3 geschlossen ist. Infolgedessen kann die Flüssigkeit Schläge zwischen den Rotoren 5, 8 verursachen, die zu mechanischen Schäden führen können.
Nunmehr wird auf die Figuren 2a bis 2e und auf Figur 3 Bezug genommen, wonach die Anordnung der Pumpkammer 10 und der Rotoren 5, 8 im wesentlichen identisch wie bei der bekannten mechanischen Pumpe ist und gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
Der der Auslaßöffnung 3 zugeordnete Rotor 5 ist an seiner unmittelbar an die Seitenwand 4, in welcher die Auslaßöffnung 3 gebildet ist, angrenzenden Fläche mit einer Aussparung 6 versehen. Form und Anordnung der Aussparung 6 und ihre Relation zur Auslaßöffnung 3 ist in den Figuren 2a bis 2e und in Figur 3 dargestellt.
Wenn die Wellen, auf denen die Rotoren 5, 8 sitzen, vertikal orientiert sind, tendiert die Flüssigkeit dazu, sich unter dem Einfluß der Schwerkraft auf der unteren Seitenwand 4 zu sammeln, in welcher die Auslaßöffnung 3 angeordnet ist. Diese Flüssigkeit wird in den Positionen 2b bis 2c in die Aussparung 6 geschleudert, und zwar insbesondere durch die Klaue 7 des Rotors 8, und wird aufgrund der Zentrifugalkraft in die Auslaßöffnung 3 geschleudert, wenn sie in der Position 2e und zurück nach 2a darüber hinweg passiert. Die Aussparung 6 schleudert bei jeder Umdrehung eine ausreichende Menge Flüssigkeit aus, um einen Flüssigkeitsaufbau in der Pumpkammer zu einem solchen Ausmaß zu verhindern, daß ein hydraulischer Verschluß und daraus resultierende Schläge in Position 2b bis 2c zwischen den Rotoren 5 und 8 auftreten können. Die Aussparung 6 bildet außerdem einen Teil des Auslaßkanals, durch welchen geförderte Gase, Dämpfe und die Flüssigkeit abgeleitet werden.
Es versteht sich, daß in einer mehrstufigen Klauenkolben-Rotorpumpe, bei welcher in der normalen Betriebslage die Rotorachsen vertikal stehen, eine Aussparung 6 in der der Auslaßöffnung zugewandten Rotorfläche in jeder Pumpenstufe gebildet ist. In jedem Fall ist die Lager der Aussparung so, daß sie nicht die grundsätzliche Wirkungsweise der Pumpe stört.
Schließlich sind in Figur 4 zwei verschiedene Formen dargestellt, die bei Pumpen nach der Erfindung vorteilhaft angewendet werden können.

Claims

1. Mechanische Pumpe mit ersten und zweiten ineinandergreifenden Rotoren (5, 8), von denen jeder Rotor zwecks Drehbarkeit auf einer entsprechenden Welle (1A, 1B) montiert und in einer Pumpkammer (2) untergebracht ist, weiter mit einem Einlaß (9) in die den ersten Rotor aufnehmende Pumpkammer und einem Auslaß (3) aus der den zweiten Rotor (5) aufnehmenden Pumpkammer, wobei in der Oberfläche des zweiten Rotors (5) eine dem Auslaß (3) benachbarte Aussparung (6) vorhanden ist, die während jeder Umdrehung des zweiten Rotors mit dem Auslaß kommuniziert und im wesentlichen becherförmig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung sich in radialer Richtung erstreckt und derart positioniert ist, daß im Betrieb der Pumpe in der Kammer vorhandene Flüssigkeit während des Umlaufs des zweiten Rotors in die Aussparung hineingedrängt und darin gehalten wird und daraus jeweils während der Kommunikation zwischen der Aussparung und dem Auslaß durch Zentrifugalkräfte herausgeschleudert wird.

2. Pumpe nach Anspruch 1, bei welcher jeder Rotor der "Klauen"-Bauart angehört.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Wellen, an welchen die Rotoren montiert sind, im wesentlichen vertikal orientiert sind.

4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pumpe eine Mehrzahl von (2 oder mehr) gesonderten Pumpkammern mit jeweils einem eigenen Rotorpaar aufweist, von welchem jeweils der zweite Rotor eine Aussparung aufweist.