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Flüssigkeitsringgaspumpe Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsringgaspumpe
mit am Umfang verteilten sichelförmigen Räumen und mit-innerhalb des Radschaufelkranzes
in einem insbesondere konischen Gehäuseteil angeordneten Ein- und Au:slaßöffnungen.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Schaufelaußenkanten zu den Kanten,
die die Sichelräume miteinander oder gegebenenfalls mit zwischen ihnen liegenden
Gehäuseflächen vom Durchmesser des Schaufelrades bilden, und/oder daß die Schaufelinnenkanten
zu den Kanten der Ein- und Aus,laB-öffnungen schräg oder teilweise schräg angeordnet
sind. Hierdurch wird erreicht, daB die Schaufelkanten die Gehäusekanten mit ihrer
ganzen Länge nicht auf einmal, sondern allmählich überqueren.
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Bei den üblichen Pumpen dieser Bauart er= strecken sich sowohl die
Schaufelkanten wie auch die erwähnten Kanten an der Gehäuseinnenwand
und
an den Öffnungen des konischen Innenteils (abgesehen von der Konizität dieses Innenteils)
in axialer Richtung, sind also praktisch einander parallel. Weder die einen noch
die anderen dieser Kanten verlaufen irgendwie gewunden. Infolgedessen überquert
jede Schaufelkante immer gleichzeitig die ganze Länge der von ihr berührten feststehenden
Kante. Da bei den Außenkanten der Schaufeln jede solche Überquerung entweder das
Ende einer Kompressionsperiode oder den Anfang einer Saugperiode und damit eine
Änderung der Betriebsverhältnisse bedeutet, so ist eine plötzliche Überquerung der
Kanten sehr nachteilig; sie führt zu Stößen, Überbeanspruchungen, Vibrationen, Geräusch
und Kavitation. Ähnliches gilt für die überquerungen der Seitenränder der Konusdurchlässe
durch die inneren Schaufelränder, wobei ebenfalls die Plötzlichkeit ungünstig ist,
wenn auch die Folgen hier weniger schädlich sind.
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Diese plötzlichen Änderungen der Betriebsverhältnisse und die dadurch
bedingten Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Schrägstellung der Kanten
zueinander vermieden oder verbessert, weil so die Änderungen der Betriebsverhältnisse
allmählicher verlaufen und sich über einen größeren Drehbereich erstrecken.
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Diese Schrägstellung der Kanten zueinander kann in verschiedener Weise
erreicht werden. Zwischen den äußeren Schaufelkanten und den die Sichelräume begrenzenden
Kanten kann die Abschrägung dadurch erzielt werden, daß die übliche axiale Lage
der Gehäusekanten an dieser Stelle beibehalten wird und die äußeren Schaufelkanten
schräg gestellt werden, oder umgekehrt, oder indem man beide Kanten schräg zur Achse
anordnet. Dasselbe gilt für die Anordnung der Innenkanten, wobei ebenfalls entweder
die Kanten der Schaufeln oder die Kanten der Durchlässe im Innenkonus oder beide
schräg zur Achse gehalten werden.
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Eine Schrägstellung der Kanten der "Ein- und Auslaßöffnungen kann
auf einfache Weise dadurch erzielt werden, daß diese Öffnungen in willkürlich gewählten
Richtungen so angeordnet werden, daß ihre Kanten gewunden verlaufen. Ein gleichzeitiges
Schrägstellen der inneren. und der äußeren Schaufelkanten kann erreicht werden durch
Anordnung ebener Schaufeln in zur Achse schrägen Ebenen, so daß die inneren und
äußeren Kanten gewunden sind. Eine Schrägstellung der äußeren Schaufelkanten allein
kann erreicht werden durch Belassen der inneren Schaufelkante in Achsebene und Verdrehung
der Schaufel selbst auf solche Weise, daß ihre Außenkante in der gewünschten Richtung
liegt.
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Die Kanten zwischen den Sichelräumen können schräg gemacht werden,
indem man die Mäntel der Sichelräume konisch oder die Achsen der Sichelräume zur
Laufradachse schräg macht oder indem man die zwischen den Sichelräumen liegende
Gehäusefläche etwas konisch macht.
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Hierzu ist zu bemerken, daß es allgemeine Praxis ist, die zwischen
den Sichelräumen liegende GehäuAefläche zylindrisch und gleichachsig mit dem Laufrad
auszuführen und anschließend daran die Sichelräume so auszubohren, daß deren Achsen
parallel zur Laufradachse, und zwar beide in gleichen Abstand von dieser, liegen.
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Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden noch im Zusammenhang
mit der Zeichnung beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Fig. i eine teilweise im
Schnitt gezeigte Seitenansicht einer Flüssigkeitsringpumpe mit zwei Kammern nach
der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 ein Querschnitt nach Linie II-II der Fig. i,
in Pfeilrichtung gesehen, Fig. 3 ein abgebrochener Schnitt nach Linie III-IIZ der
Fig. 2, in Pfeilrichtung gesehen, Fig. 3 a ein abgebrochener Schnitt, im allgemeinen
gleich dem in Fig.3 gezeigten, jedoch so abgebrochen, daß der innere Aufbau erkennbar
ist, Fig. 4 ein Que-:schnitt durch eine zweite Pumpenform nach der Erfindung nach
Linie IV-IV der Fig. 5, in Pfeilrichtung gesehen, Fig. 5 ein Bruchstück mit teilweise
abgebrochenem Schnitt nach Linie V-V der Fig. .4, in Pfeilrichtung gesehen, Fig.
6 ein Querschnitt durch eine dritte Pumpenform nach der Erfindung der Linie VI-VI
der Fig. 7, in Pfeilrichtung gesehen, Fig. 7 ein abgebrochener Schnitt nach Linie
VII-VII der Fig. 6, in Pfeilrichtung gesehen, Fig. 8 ein Schnitt durch den inneren
Teil einer Laufradschaufel, der diese auf halbem Wege über einen Konusdurchlaß zeigt,
Fig. 9 ein Querschnitt durch eine vierte Pumpenform nach der Erfindung nach Linie
IX-IX der Fig. io, in Pfeilrichtung gesehen, Fig. io * ein abgebrochener Schnitt
nach Linie X-X der Fig. 9, in Pfeilrichtung gesehen, Fig. i i ein Querschnitt einer
fünften Pumpenform, der besondere Merkmale der Erfindung verkörpert, nach Linie
X-X der Fig. 12, in Pfeilrichtung gesehen, Fig. 12 ein abgebrochener Schnitt nach
Linie XII-XII der Fig. i i, in Pfeilrichtung gesehen, Fig. 13 ein abgebrochener
Schnitt nach Linie XIII-XIII der Fig. 12, in Pfeilrichtung gesehen. Bei der in Fig.
i bis 3 gezeigten Pumpe enthält das Gehäuse i, das von den Füßen 2 getragen wird,
zwei Arbeitskammern, in denen sich das Laufrad 3 dreht. Das Gehäuse i hat einen
sich nach innen erstreckenden Flansch 4, der auf eine einen Teil des Laufrades 3
bildende Zwischenwand 5 stößt und mit dieser zusammenwirkt.
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Das Laufrad 3 ist mit seiner Nabe 6 auf einer Antriebswelle 7 verkeilt,
die in von Konsolen 9 getragenen Lagern 8 läuft. Die Konsolen 9 sind durch (nicht
gezeigte) Schrauben an den zugehörigen Deckeln i i befestigt, während die Deckel
i i selbst durch (nicht gezeigte) Bolzen und Muttern am Gehäuse i befestigt sind.
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Mit Durchlaßöffnun.gen versehene Konen 14 bilden die inneren Wände
der betreffenden Pumpenkammern und tragen die Einlaß- bzw. Auslaßkanäle 41 und 42,
durch die das Gas in die Pumpenkammern eingesaugt und aus diesen ausgestoßen wird.
Die
Kornen erstrecken sich durch die Deckel i i und haben Flansche 15, durch die sie
mittels Schrauben (nicht gezeichnet) an den betreffenden Deckeln i i befestigt sind.
Die Deckel i i sind mit Einlaß- bzw. Auslaßkanülen 43 und 44 versehen, die mit den
zugehörigen Kanälen der Konen verbunden sind.
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Das Laufrad 3 besitzt die Schaufeln 16, deren Außenkanten auf einem
Zylinder liegen. Das Gehäuse i hat schmale zylindrische Innenflächen 17 vom Laufraddurchmes.ser,
an denen die Außenkanten der Schaufeln dicht vorbeistreichen. Das Gehäuse i hat
außerdem untere und obere Sichelräume 18 und ig, deren innere Oberflächen zylindrisch
sind und deinen Achsen parallel zur Laufradachse igx, und zwar in gleichen Abständen
an entgegengesetzten Seiten von ihr, liegen. Die Ebene des größten Gehäusedurchmessers
ist mit 2o und diejenige des kleinsten Gehäusedurchmessers mit 21, die innere Oberfläche
des Flüssigkeitsringes ist mit 22 bezeichnet. Bei ihrer Auswärtsbewegung saugt die
Flüssigkeit Gas in die Kammer durch die Einlässe 23 und 24 und komprimiert es bei
ihrer Einwärtsbewegung, wobei es durch die Auslässe 25 und 26 ausgestoßen wird.
Dieser Kreislauf spielt sich zweimal bei jeder Umdrehung des Laufrades ab.
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Wie in Fig. 2 und 3 a gezeigt, liegen die Seitenkanten der Ein- und
Auslaßöffnungen in axialen Ebenen, und die Kanten, die die Sichelräu.rlle 18 und
ig von den Zwischenflächen 17 trennen, liegen ebenfalls in axialen Ebenen. Auch
die Innenkanten 27 der Schaufeln 16 erstrecken sich in axialen Ebenen, so da.B jede
innere Schaufelkante jede Seitenkante der Durchlässe auf einmal überquert.
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Bei der bisher üblichen Bauweise sind die Außenkanten der Schaufeln
ebenfalls in axialen Ebenen angeordnet und überqueren die Kanten der Sichelräume
auf einmal. Bei der vorliegenden Bauart haben die Schaufeln 16 aber eine gewundene
Form, so daß ihre Außenkanten 28 schräg verlaufen, also nicht in axialen Ebenen
liegen. Während eine dieser Kanten 28 eine Kante eines Sichelraumes überquert, liegt
sie im Winkel zu ihr. Ein Ende der Schaufel überquert daher die Kante zuerst, und
die Überquerung wird fortgesetzt bis zum anderen Ende der Schaufel. Auf diese Weise
verläuft die Veränderung der Betriebsverhältnisse, die durch die Überquerung der
Kante der Sichelräume eintritt, allmählich und nicht plötzlich, wie es früher der
Fall war. Wie bereits bemerkt, wird hierdurch die Pumpe von den früher auftretenden
Stößen, Überbeanspruchungen und Vibrationen "befreit, da sich die Änderung der Betriebsverhältnisse
auf mehrere Drehwinkelgrade verteilt. Durch die neue Bauart wird auch eine Verminderung
des Betriebslärms erzielt und Kavitationen vermieden.
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In den Fig. 3 und 3 a sind die Kanten zwischen den Zwischenflächen
und den Sichelräumen bei 29 und 30 gezeigt. In Fig. 3 a sind die dem Beschauer
zugekehrten Außenkanten 28 der Schaufeln durch ausgezogene Linien, die an der anderen
Seite des Laufrades befindlichen Außenkanten- mit gebrochenen Linien gezeigt; die
Außenkanten sind schräg. In Fig. 3 sind die Innenkanten der Schaufeln wie auch die
Seitenkanten der Konusdurchmesser 23 und 26 in gebrochenen Linien gezeigt; beide
liegen in Achsebenen.
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Bei der in Fig. 4 und 5 gezeigten, Ausführungsform der Erfindung ist
sowohl ein fortschreitendes Überqueren der Sichelraumkanten durch die Außenkanten
der Schaufeln wie auch ein fortschreitendes Überqueren der Seitenkanten der Konusdurchlässe
durch die Innenkanten der Schaufeln vorgesehen.
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Die Konstruktion nach Fig. 4 und 5 ist im allgemeinen gleich der in
Fig. i bis 3 a gezeigten, und die gleichen Teile sind mit den gleichen Bezeichnungen
versehen, nur ist in jedem Falle noch ein a hinzugefügt. Das Gehäuse i" und der
Konus 14a haben die gleiche Form wie vorher, während die nicht gezeigten Teile den
in Fig. i gezeigten entsprechen. Die Schaufeln 16" sind jedoch nicht verdreht, sondern
ganz schräg gestellt, so daß sowohl die Innenkanten 27a wie die Außenkanten 28"
gewunden sind. Infolge dieser Anordnung überqueren die Außenkanten 28a der Schaufeln
die Sichelraum-und Zwischenflächenkanten 29" und 30a allmählich, wie bei der Bauart
nach Fig, i bis 3 a. Durch die Schrägstellung der Innenkanten 27" der Schaufeln
überqueren diese auch die Kanten der Konusdurchlässe fortschreitend, so daß die
Änderung der Betriebsverhältnisse durch diese Überquerung allmählich und nicht wie
vorher plötzlich eintritt.
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Fig. 5 zeigt die Sichelraum- und Zwischenflächen 29" und 30a, wobei
die schräg liegenden Außenkanten 28" der Schaufeln mit ausgezogenen Linien und die
schrägen Innenkanten 27a der Schaufeln 16" in gebrochenen Linien dargestellt sind.
Die Seitenkanten der Konusdurchlässe 23a und 26" sind in axialen Ebenen liegend
gezeigt. Eine der Schaufeln ist gezeigt, wie sie gerade eine Seitenkante des Durchlasses
23a überquert.
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Die in Fig. 6 bis 8 gezeigten Pumpenformen. nach der Erfindung gleichen
im allgemeinen den in Fig. i bis 3 a gezeigten. Gleiche Bezeichnungen gelten auch
hier für die gleichen Teile, nur mit dem. Zusatz b in jedem Falle. Das Gehäuse 1b
ist gleich dem Gehäuse i der Fig. i bis 3 a, nur haben Schaufeln 166 die früher
übliche Form; d. h., sowohl ihre Innenkanten 276 wie auch die Außenkanten 286 liegen
in axialen Ebenen. Wie hier gezeigt, ist ein allmähliches Überqueren der Sichelraüm-
und Zwischenflächenkanten durch die Außenkanten der Schaufeln nicht vorgesehen,
dagegen aber das allmähliche Überqueren der Seitenkanten der Durchlässe 236,
246, 256 und 26b durch die Innenkanten 27b der Schaufeln. Zu diesem Zwecke
sind die Seitenkanten der Durchlässe schräg angeordnet. Diese Anordnung ist am besten
aus Fig. 8 ersichtlich, in der die Kanten 35 und 36 des Durchlasses 25b in gleicher,
aber entgegengesetzt liegender Schrägung gezeigt sind. Die Innenkante 27b einer
der Schaufeln ist in axialer Stellung in der Mitte zwischen den Durchlaßkanten 35
und 36 gezeigt. Natürlich überqueren bei dieser Anordnung die Innenkanten 27b der
Schaufeln jede dieser
Kanten fortschreitend. In Fig. 7 sind mehrere
Innenkanten 27b in strichpunktierten Linien in Verbindung mit den Auslässen 25b
und 24.b gezeigt.
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Die in Fig. g und io gezeigte Pumpenform gleicht ebenfalls der in
Fig. i bis. 3 a gezeigten, und die gleichen Bezeichnungen sind auch hier für die
gleichen Teile verwendet, nur mit dem Zusatz c versehen worden. Der Durchlaßkonus
1q., ist gleich dem Durchlaßkonus 1q. und das Laufrad 3, gleich dem Laufrad 3. Das
Laufrad 3, hat verdrehte Schaufein 16, mit Innenkanten 27, die in radialen Ebenen
liegen, und schrägen Außenkanten 28, Die Pumpe nach Fig. 9 und io hat ein Gehäuse
i. mit keilförmigen Zwischenflächen 17, Die Bohrung für die Zwischenflächen
ist zylindrisch, und ihre Achse stimmt mit der Laufradachse i9, überein. Die Sichelräume
18, und i9, sind konisch, und ihre Achsen erstrecken sich parallel zur Achse 19e
in gleichen, aber entgegengesetzt liegenden Abständen von dieser. Der Bohrungsradius
jedes Sichelraumes vergrößert sich fortschreitend von dem Kammerende aus, an dem
der Konus 1q., am größten ist, bis zu dem Kammerende, an dem dieser am kleinsten
ist. Der Hauptzweck dieser Anordnung besteht darin, daß eine gleichmäßige Verdrängung
in den Sichelräumen durch das Laufrad erzielt wird, wodurch die Entstehung von Ouerstromungen
innerhalb der Kammer unterbunden wird. Durch die Gestaltung der Kammer i, in der
beschriebenen Weise bekommen aber die Kanten 29, und 3o, die die Zwischenflächen
von den Sichelräumen trennen, eine schräge Lage, wie Fig. io zeigt. Schon infolge
dieser schrägen Lage der Kanten würden die äußeren Laufradkanten die Kanten 29,
und 30, allmählich überqueren, selbst wenn diese Kanten in axialen Richtungen lägen,
wie es tw< den üblichen Ausführungen der Fall ist.
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Die i - Fig. 9 und io gezeigte Pumpe zeigt aber noch ei_ien weiteren
Gesichtspunkt. Wie ersichtlich, liegen die Kanten 29, und 3o, in entgegengesetzten
Richtungen schräg zueinander. Liegen nun die Außenkanten 28, der Schaufeln 16, in
axialen Ebenen, so werden beide Kanten 29, und 30, in gleich langen Zeiträumen von
diesen überquert. Durch Schrägstellung der Äußenkanten der Schaufeln zur Vergrößerung
des Winkels, in dem sie die Kante 30, überqueren, und zur Verkleinerung des Winkels,
in dem sie die Kante 29, überqueren, würden die Überquerungszeiten ungleich lang
werden. Obgleich jede der Kanten 29" und 30, fortschreitend von einer Schaufel überquert
wird, so wird doch die Überquerung der Kante 30, zur Einleitung der Einlaßperiode
verhältnismäßig verzögert werden, während die Überquerung einer Kante 2g, zur Beendigung
der Ausstoßperiode verhältnismäßig verkürzt wird, was einen wünschenswerten Zustand
darstellt.
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Die in Fig. ii bis 13 gezeigte Pumpe gleicht im allgemeinen den in
Fig. i bis 3 a gezeigten, und gleiche Teile sind auch hier mit den gleichen Bezeichnungen
versehen, nur hier in jedem Fall mit dem Zusatz d. Das Laufrad 3,1 ist von
üblicher Bauart und der gezeigte Durchlaßkonus ebenfalls. Das Gehäuse id hat die
Sichelräume 18d und 19djeder Sichelraum ist ein Teil einer zylindrischen Bohrung,
deren Achse sich parallel zur Laufradachse igxd erstreckt. Die Zwischenflächen 17d
sind jedoch etwas konisch. Dies hat den Zweck, die Kanten 29d und Sod schräg zu
machen, so daß die axial liegenden Außenkanten 28d der Schaufeln 16d die Ränder
29,1 und Sod allmählich überqueren. Durch ihre konische Form liegen die Zwischenflächen
in einem geringen Abstand von der zylindrischen Bahn. der Laufradsehaufeln; der
Zwischenraum ist aber so klein, daß der Wirkungsgrad sich kaum verschlechtert.
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Während bei den hier gezeigten Ausführungsarten der Hauptwert darauf
gelegt worden ist, daß die Außenkanten der Laufradschaufeln die Gehäusekanten fortschreitend
überqueren und bei anderen Ausführungsarten der Hauptwert auf die allmähliche Überquerung
der Durchlaßkanten gelegt ist, so ist es doch selbstverständlich, daß Ausführungen,
bei denen- beide diese Merkmale verwendet werden, ebenfalls als im Rahmen dieser
Erfindung liegend zu betrachten sind. Der Erfindungsgegenstand soll daher auch nicht
auf die obigen Beschreibungen, selbst wenn diese die besten Verkörperungen der Erfindungsidee
darstellen dürften, beschränkt sein.