EP0179311B1 - Flüssigkeitsring-Verdichter - Google Patents

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EP0179311B1
EP0179311B1 EP85112413A EP85112413A EP0179311B1 EP 0179311 B1 EP0179311 B1 EP 0179311B1 EP 85112413 A EP85112413 A EP 85112413A EP 85112413 A EP85112413 A EP 85112413A EP 0179311 B1 EP0179311 B1 EP 0179311B1
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passage
compressor
pressure
liquid ring
impeller
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EP85112413A
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Siegfried Dipl.-Ing. Auschrat
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Sihi GmbH and Co KG
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Sihi GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/12—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • F04C29/122—Arrangements for supercharging the working space
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C19/00—Rotary-piston pumps with fluid ring or the like, specially adapted for elastic fluids
    • F04C19/005—Details concerning the admission or discharge

Definitions

  • the invention relates to a liquid ring compressor, in particular for the operating range of intake pressures below 1 bar, with at least on one end face of the impeller of the possibly last compressor stage, a control disc arranged closely adjacent with a pressure passage for the pumped medium.
  • the minimum suction pressures that can be achieved by liquid ring compressors depend on the one hand on the structural design and on the other hand on the vapor pressure of the medium used as the operating liquid. If a compressor is operated with suction-side pressure that is close to the vapor pressure of the operating liquid, the mass flow of gas that is pumped by the pump is correspondingly low and the proportion of steam on the compressor suction side is correspondingly large. Cavitation phenomena can then occur in the compressor, which are particularly evident on the control disk in the area of the pressure passage of the last compressor stage, if any, and on the impellers. The reason for this is that with such minimal mass flows in the vane cells shortly before opening against the pressure chamber of the compressor, there is still a relatively high negative pressure.
  • Liquid accumulates in the pressure chamber due to the low gas flow, and this finally also covers the initial area of the pressure passage, so that when the impeller cells are opened towards the pressure chamber, there is an abrupt return flow of liquid through the pressure passage into the cell, thus achieving high speeds that erosion and cavitation damage occurs.
  • the return of gas or air to the pressure chamber of the compressor is known, a measure which, however, has only been partially successful or has proven to be completely ineffective with other compressors.
  • the invention has for its object to provide a liquid ring compressor of the type mentioned, in which the disadvantages caused by the cavitation can be avoided by means of simple and inexpensive design measures.
  • the solution according to the invention is that in the wall of the first quarter, viewed in the direction of rotation, of the permanently open part of the pressure passage of the possibly last compressor stage, a channel opens, which on the other hand is connected directly to a gas space in which the compressor final pressure prevails.
  • the pressure passage To adapt the size of the pressure passage to different pressure conditions, it is known to provide parts of the pressure passage with valves that only open under certain operating conditions.
  • the pressure passage then consists of a permanently open part and one or more parts provided with valves or flaps.
  • the location information according to the invention for the mouth of the channel relates exclusively to the permanently open part of the pressure passage.
  • the channel opening into the pressure passage of the compressor stage is expediently connected to the gas space of the separating tank downstream of the compressor. In this way, it can be achieved in a particularly simple manner that a pressure is available at this point in the pressure passage which corresponds approximately to the compression pressure of the compressor.
  • the mouth of the channel in the pressure passage at a distance from the end face of the impeller which corresponds approximately to a wing thickness of the impeller in the region of the pressure passage or somewhat less. If the channel is too tightly arranged on the impeller front side, disturbing flow noises appear. If the distance from the front of the impeller is too great, some of the cavitation and erosion-inhibiting effects will be lost.
  • a preferred location for the mouth of the canal in the pressure passage of the last compressor stage, if any, is the radially outer limitation of the pressure passage of the control disk. From here, the duct can be led out through the control disk in a particularly simple form and from there via an external connection to a space in which the final pressure of the compressor prevails.
  • a further preferred embodiment of the invention is the arrangement of the channel in the pressure passage of the possibly last compressor stage in the incline of the approximately straight or curved radial pressure passage limitation which may be present in this area.
  • the mouth of the channel comes very close to the start of the pressure passage and, on the other hand, the distance to the front of the impeller can be precisely determined by the corresponding position of the mouth.
  • a particularly simple embodiment of the invention can also be seen in the fact that the channel opening into the pressure passage of the last compressor stage, if any, is designed as a simple bore. As is easy to see, this poses the least difficulties in terms of production technology.
  • the impeller 2 is fixed on the shaft 1, which rotates in the housing 3 and is limited on the end face by the control disc 4.
  • control disk 4 there is the pressure passage 5, which connects the impeller cells to the pressure chamber 6, which is delimited by the pressure housing 7.
  • the shaft passage to the outside is sealed by a packing 8.
  • the channel 9 is arranged in the control disk 4, the mouth of which lies at a distance a from the end face of the impeller, this distance corresponding approximately to a wing width in the pressure passage area or less.
  • FIG. 2 the shaft 1 can again be seen, and also in top view the control disk 4 with the pressure passage 5 arranged therein.
  • the channel 9 leading to the pressure passage in the control disk is shown in broken lines and, as can be seen here, opens into the first quarter of the pressure passage. Both the liquids expelled from the impeller cells and the gas leave the compressor through the pressure connection 10.
  • FIGS. 3 to 5 show partial sections of a compressor in which suction and pressure ports are arranged on one side of the compressor.
  • the impeller 2 is fastened again on the shaft 1 and the pump delivery space is limited once by the housing 3 and the impeller end face by the control disk 4.
  • the compressor housing 7 contains both the suction nozzle 13 and the pressure nozzle 10 of the compressor and is through the rib 12 in the Suction chamber 14 and the pressure chamber 6 divided. Through the suction passage 11, the gas flows into the impeller cells and leaves them again through the pressure passage 5.
  • the beginning of the pressure passage 5 is designed as a slope 16 and the channel 9 according to the invention, which is led to the outside through a corresponding housing cam 15, opens into this .
  • a check valve can then be arranged in the channel 9 designed as a bore or also in the connecting line connected to it, which is not shown, which prevents the escape of liquid from the pump cells to the outside when the pump pumps in operating areas with large mass flows .

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsring-Verdichter, insbesondere für den Betriebsbereich von Ansaugdrücken unter 1 bar, mit mindestens an einer Stirnseite des Flügelrades der ggf. letzten Verdichterstufe eng angrenzend angeordneter Steuerscheibe mit einem Druckdurchlass für das Fördermedium.
  • Die von Flüssigkeitsring-Verdichtern minimal zu erreichenden Ansaugdrücke hängen zum einen von der konstruktiven Gestaltung und zum anderen von dem Dampfdruck des als Betriebsflüssigkeit verwendeten Mediums ab. Wird ein Verdichter mit saugseitigem Druck betrieben, der nahe an dem Dampfdruck der Betriebsflüssigkeit liegt, so wird der Massenstrom an Gas, der von der Pumpe gefördert wird, entsprechend gering und der auf der Verdichtersaugseite anfallende Dampfanteil entsprechend gross. Es kann dann zu Kavitationserscheinungen im Verdichter kommen, die sich insbesondere an der Steuerscheibe im Bereich des Druckdurchlasses der ggf. letzten Verdichterstufe und an den Flügelrädern zeigen. Ursache dafür ist, dass bei solchen minimalen Massenströmen in den Flügelzellen kurz vorm Öffnen gegen den Druckraum des Verdichters noch ein relativ hoher Unterdruck herrscht. Im Druckraum sammelt sich wegen des geringen Gasstromes Flüssigkeit an, und diese bedeckt schliesslich auch den Anfangsbereich des Druckdurchlasses, so dass es beim Öffnen der Flügelradzellen zum Druckraum hin zu einem schlagartigen Rückstrom von Flüssigkeit durch den Druckdurchlass in die Zelle kommt, wobei so hohe Geschwindigkeiten erreicht werden, dass Erosions- und Kavitationsschäden auftreten.
  • Man hat versucht (DE-A 32 07 507), dies dadurch zu vermeiden, dass man an der dem Flügelrad zugewandten Seite der Steuerscheibe in Umlaufrichtung gesehen nahe vor dem Druckdurchlass im Arbeitsraum mindestens eine Vertiefung zur gesteuerten Rückströmung des geförderten Gases angeordnet hat, was jedoch den Nachteil hat, dass die Verdichterleistung bei höherem Ansaugdruck vermindert wird. Denselben Nachteil hat man, wenn man auf der Verdichtersaugseite oder bei mehrstufigen Verdichtern zwischen den Stufen Luft oder Gas von aussen zugibt. Dabei ist es sehr schwierig, die Zugabe von Luft bzw. Gas richtig so zu steuern, dass die Zugabe bei ganz bestimmten Ansaugdrücken des Verdichters einsetzt. Entsprechend empfindliche Ventile, die in engen Druckbereichen ansprechen und daher sehr kostspielig sind, können erforderlich sein.
  • Man hat weiter versucht, Kavitations- und Erosionsschäden bei diesen Verdichtern zu vermeiden, indem man insbesondere bei hohen Unterdrücken, aus dem Druckraum Flüssigkeit und Gas getrennt abführt und somit den Druckdurchlass auch bei niedrigen Ansaugdrücken des Verdichters flüssigkeitsfrei hält. Nachteilig ist hierbei, dass die getrennte Abführung von Gas und Flüssigkeit aus dem Druckraum des Verdichters entsprechend aufwendig ist und eine Regelung vorgesehen sein muss, die die getrennte Abführung bei niedrigen Ansaugdrücken wirksam werden lässt.
  • Bei einer weiteren Ausführung in einem speziellen Verdichter mit vertikaler Welle ist die Rückführung von Gas bzw. Luft in den Druckraum des Verdichters bekannt, eine Massnahme, die jedoch nur einen Teilerfolg gebracht hat bzw. sich bei anderen Verdichtern als völlig wirkungslos erwiesen hat. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsring-Verdichter der eingangs genannten Art zu schaffen, in welchem die von der Kavitation verursachten Nachteile mittels einfacher und unaufwendiger konstruktiver Massnahmen vermieden werden.
  • Die erfindungsgemässe Lösung besteht darin, dass in der Wandung des in Drehrichtung gesehen ersten Viertels des permanent offenen Teils des Druckdurchlasses der ggf. letzten Verdichterstufe ein Kanal ausmündet, der andererseits direkt mit einem Gasraum verbunden ist, in dem etwa der Verdichterenddruck herrscht.
  • Bei niedrigen Massenströmen des Verdichters herrscht in diesem Bereich des Druckdurchlasses ein geringfügiger Unterdruck, hervorgerufen durch das laufende Öffnen der Flügelradzellen, in denen der Verdichterenddruck noch nicht erreicht ist. Das durch den Unterdruck einströmende Gas bzw. die einströmende Luft verhindert dann, dass Flüssigkeit in diesem Bereich in die Flügelradzellen zurückströmt und verhindert damit auch die oben beschriebenen Kavitations- und Erosionsschäden.
  • Zur Anpassung der Grösse des Druckdurchlasses an unterschiedliche Druckverhältnisse ist bekannt, Teile des Druckdurchlasses mit Ventilen zu versehen, die nur unter bestimmten Betriebsverhältnissen öffnen. Der Druckdurchlass setzt sich dann zusammen aus einem permanent offenen Teil und einem oder mehreren mit Ventilen oder Klappen versehenen Teilen. Die erfindungsgemässe Ortsangabe für die Mündung des Kanals bezieht sich dabei ausschliesslich auf den permanent offenen Teil des Druckdurchlasses.
  • Zweckmässigerweise ist der in den Druckdurchlass der Verdichterstufe mündende Kanal mit dem Gasraum des dem Verdichter nachgeschalteten Abscheidebehälters verbunden. Hierdurch lässt sich in besonders einfacher Weise erreichen, dass an dieser Stelle im Druckdurchlass ein Druck zur Verfügung steht, der etwa dem Verdichtungsdruck des Verdichters entspricht.
  • Es hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, die Mündung des Kanals im Druckdurchlass in einem Abstand von der Stirnfläche des Flügelrades entfernt anzuordnen, der etwa einer Flügelstärke des Flügelrades im Bereich des Druckdurchlasses oder etwas weniger entspricht. Bei einer zu dichten Anordnung des Kanals an der Flügelradstirnseite zeigen sich störende Strömungsgeräusche. Bei zu grosser Entfernung von der Stirnseite des Flügelrades geht ein Teil der kavitations- und erosionshemmenden Wirkung verloren.
  • Eine bevorzugte Stelle zur Mündung des Kanals im Druckdurchlass der ggf. letzten Verdichterstufe ist die radial äussere Begrenzung des Druckdurchlasses der Steuerscheibe. Von hier aus lässt sich in besonders einfacher Form der Kanal durch die Steuerscheibe hindurch nach aussen und von dort aus über eine externe Verbindung zu einem Raum führen, in dem etwa der Enddruck des Verdichters herrscht.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung des Kanals im Druckdurchlass der ggf. letzten Verdichterstufe in der in diesem Bereich ggf. vorhandenen Schräge der etwa geraden oder aber auch gebogen ausgeführt radialen Druckdurchlassbegrenzung. Einmal komm man bei dieser Anordnung mit der Mündung des Kanals sehr nahe an den Druckdurchlassbeginn und zum anderen kann man durch die entsprechende Lage der Mündung auch die Entfernung zur Stirnseite des Flügelrades hin genau festlegen.
  • Eine besonders einfache Ausführung der Erfindung ist weiter darin zu sehen, dass der im Druckdurchlass der ggf. letzten Verdichterstufe mündende Kanal als einfache Bohrung ausgeführt ist. Wie leicht einzusehen, bereitet das fertigungstechnisch die geringsten Schwierigkeiten.
  • Um ein Austreten von Flüssigkeit und Gas beim Betrieb des Verdichters mit grösseren Massenströmen durch den im DruckdurchJass der ggf. letzten Verdichterstufe mündenden Kanal zu verhindern, wird vorgeschlagen, in die Verbindungsleitung nach aussen ein Rückschlagventil einzubauen. Dieses würde den Weg für Gas oder Luft in den Verdichter dann jeweils bei entsprechenden Betriebsverhältnissen, d.h. bei entsprechend niedrigen Ansaugdrücken des Verdichters, freigeben.
  • Die Erfindung sei beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert..
    • Fig. 1 zeigt einen Teilquerschnitt durch einen Verdichter gemäss Schnittlinie BB aus Fig. 2
    • Fig. 2 zeigt eine Teildraufsicht auf die Steuerscheibe des Verdichters gemäss Schnittlinie AA aus Fig. 1
    • Fig. 3 zeigt den Teilquerschnitt durch einen Verdichter mit Saug- und Druckstutzen auf einer Verdichterseite angeordnet gemäss Schnittlinie EE aus Fig. 4
    • Fig. 4 zeigt eine Teildraufsicht auf die Steuerscheibe gemäss Schnittlinie CC aus Fig. 3
    • Fig. 5 zeigt eine Detailvergrösserung gemäss Schnittlinie DD aus Fig. 4
  • In Fig. 1 ist auf der Welle 1 das Flügelrad 2 befestigt, das sich im Gehäuse 3 dreht und an der Stirnseite durch die Steuerscheibe 4 begrenzt wird.
  • In der Steuerscheibe 4 befindet sich der Druckdurchlass 5, der die Flügelradzellen mit dem Druckraum 6 verbindet, der durch das Druckgehäuse 7 begrenzt wird. Der Wellendurchtritt nach aussen wird durch eine Packung 8 abgedichtet.
  • Erfindungsgemäss ist in der Steuerscheibe 4 der Kanal 9 angeordnet, dessen Mündung im Abstand a von der Stirnseite des Flügelrades liegt, wobei diese Entfernung etwa einer Flügelbreite im Druckdurchlassbereich oder weniger entspricht.
  • In Fig. 2 ist wiederum die Welle 1 erkennbar, sowie auch in Draufsicht die Steuerscheibe 4 mit dem darin angeordneten Druckdurchlass 5. Gestrichelt ist der in der Steuerscheibe zum Druckdurchlass führende Kanal 9 gezeigt, der wie hier erkennbar, im ersten Viertel des Druckdurchlasses mündet. Durch den Druckstutzen 10 verlassen sowohl aus den Flügelradzellen ausgestossene Flüssigkeiten wie auch das Gas den Verdichter.
  • In den Figuren 3 bis 5 werden Teilschnitte eines Verdichters dargestellt, bei dem Saug- und Druckstutzen auf einer Verdichterseite angeordnet sind. Das Flügelrad 2 ist wieder auf der Welle 1 befestigt und der Pumpenförderraum wird begrenzt einmal durch das Gehäuse 3 und flügelradstirnseitig durch die Steuerscheibe 4. Das Verdichtergehäuse 7 enthält sowohl den Saugstutzen 13 wie auch den Druckstutzen 10 des Verdichters und ist durch die Rippe 12 in den Saugraum 14 und den Druckraum 6 unterteilt. Durch den Saugdurchlass 11 strömt das Gas in die Flügelradzellen ein und verlässt sie wieder durch den Druckdurchlass 5. Der Beginn des Druckdurchlasses 5 ist dabei als Schräge 16 ausgeführt und hier hinein mündet der erfindungsgemässe Kanal 9, der durch einen entsprechenden Gehäusenokken 15 nach aussen geführt wird. In dem als Bohrung ausgeführten Kanal 9 bzw. auch in die daran anschliessende Verbindungsleitung kann man dann noch, was nicht dargestellt ist, ein Rückschlagventil anordnen, das den Austritt von Flüssigkeit aus den Pumpenzellen nach aussen verhindert, wenn die Pumpe in Betriebsbereichen mit grösseren Massenströmen fördert.

Claims (7)

1. FJüssigkeitsring-Verdichter, insbesondere für den Betriebsbereich von Ansaugdrücken unter 1 bar mit mindestens an einer Stirnseite des Flügelrades der ggf. letzten Verdichterstufe eng angrenzend angeordneter Steuerscheibe mit einem Druckdurchlass für das Fördermedium, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung des in Drehrichtung gesehen ersten Viertels des permanent offenen Teils des Druckdurchlasses (5) der ggf. letzten Verdichterstufe ein Kanal (9) ausmündet, der andererseits direkt mit einem Gasraum, in dem etwa der Verdichterenddruck herrscht, verbunden ist.
2. Flüssigkeitsring-Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (9) mit dem Gasraum eines dem Verdichter nachgeschalteten Abscheidebehälters verbunden ist.
3. Flüssigkeitsring-Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) der Mündung des Kanals (9) von der Stirnfläche des Flügelrades (2) etwa einer Flügelstärke des Flügelrades im Bereich des Druckdurchlasses (5) oder weniger entspricht.
4. Flüssigkeitsring-Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (9) in der radial äusseren Begrenzung des Druckdurchlasses (5) in der Steuerscheibe (4) mündet.
5. Flüssigkeitsring-Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Mündung des Kanals (9) enthaltende radiale Druckschlitzbegrenzung als Schräge (16) ausgeführt ist.
6. Flüssigkeitsring-Verdichter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (9) als einfache Bohrung ausgeführt ist.
7. Flüssigkeitsring-Verdichter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kanal (9) ein Rückschlagventil eingebaut ist.
EP85112413A 1984-10-01 1985-10-01 Flüssigkeitsring-Verdichter Expired EP0179311B1 (de)

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