EP0437637A1 - Liquid ring pump - Google Patents

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EP0437637A1
EP0437637A1 EP89121459A EP89121459A EP0437637A1 EP 0437637 A1 EP0437637 A1 EP 0437637A1 EP 89121459 A EP89121459 A EP 89121459A EP 89121459 A EP89121459 A EP 89121459A EP 0437637 A1 EP0437637 A1 EP 0437637A1
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EP
European Patent Office
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operating fluid
separator
liquid ring
heat exchanger
condensate
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Withdrawn
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EP89121459A
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German (de)
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Inventor
Johannes Dipl.-Ing. Zaugg
Günter Dipl.-Ing. Holzheimer (FH)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kkw Kulmbacher Klimagerate-Werk GmbH
Siemens AG
Original Assignee
Kkw Kulmbacher Klimagerate-Werk GmbH
Siemens AG
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Publication date
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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
    • F04C19/00—Rotary-piston pumps with fluid ring or the like, specially adapted for elastic fluids
    • F04C19/004—Details concerning the operating liquid, e.g. nature, separation, cooling, cleaning, control of the supply
    • 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
    • F04C29/04—Heating; Cooling; Heat insulation
    • F04C29/042—Heating; Cooling; Heat insulation by injecting a fluid

Definitions

  • the invention relates to a liquid ring pump according to the preamble of claim 1.
  • a liquid ring of operating liquid circulates through an impeller in a housing.
  • the liquid ring stands out on the suction side from the impeller hub, so that gas to be pumped can enter as the pumping gas.
  • the liquid ring approaches the impeller hub again, which means that compressed gas can be pushed out.
  • the liquid ring pump works with a downstream separator for the recovery of operating fluid.
  • the return line of the separator is led through a heat exchanger to cool down the operating fluid.
  • such liquid ring pumps with heat exchangers have replaced liquid ring pumps with so-called fresh water operation for reasons of economy and environmental protection.
  • Liquid ring pumps are particularly suitable for the oil-free compression of dry gases that are partially or 100% saturated with water vapor.
  • the pumping speed and the suction pressure change with the temperature of the operating liquid, since the vapor pressure is temperature-dependent.
  • Usual operating characteristics are recorded for a suction of air with 100% relative humidity and a temperature of 20 ° C as well as for an operating liquid from water at a temperature of 15 ° C.
  • the operating fluid also has the further function of dissipating the compression heat and, if necessary, sealing gaps between the impeller and control discs and, if appropriate, also internal parts of a shaft seal cool.
  • the operating fluid that is pushed out can be separated from the conveying gas in a downstream separator.
  • the invention has for its object to develop a liquid ring pump that works more economically and less sensitive to changes in temperature and relative humidity of the conveying gas.
  • the solution to the stated problem consists in a liquid ring pump according to claim 1.
  • the heat output of the heat exchanger is regulated as a function of a level sensor on the condensate of the separator in such a way that the cooling capacity increases as the condensate level falls and the cooling capacity decreases as the condensate level increases .
  • the recovered operating fluid in the heat exchanger is at a temperature in the order of magnitude for an operating fluid made of water Cool down to 5 ° C. If you want to make compromises for special reasons, you can arrange a drain valve and an inlet valve in the return line between the separator and heat exchanger in order to work in a superimposed mode with operating fluid to be supplied and drained.
  • the liquid ring pump 1 works with a downstream separator 2 for the recovery of operating fluid.
  • the recovered operating fluid is fed into a return line 3 through a heat exchanger 4 for cooling the operating fluid.
  • Operating fluid is recovered from the conveying gas 5 in the separator 2.
  • the level of the condensate is detected by a level sensor 6, which is functionally part of a controller 7.
  • the controller 7 regulates the cooling capacity of the heat exchanger 4 in such a way that the cooling capacity is increased when the condensate level drops and the cooling capacity is reduced when the condensate level increases.
  • Water is usually used as the operating fluid.
  • the heat exchanger 4 In order to convey air as a conveying gas which has, for example, 20 ° C. and a relative humidity of 50% on the suction side of the liquid ring pump 1 and to convey an amount of 2 to 2.5 kg per second, the heat exchanger 4 contains a quantity of operating fluid to cope with the order of 450 kg per hour.
  • a drain valve 8 and an inlet valve 9 can be provided in the return line 3 between the separator 2 and the heat exchanger 4.
  • this operating liquid is supplied at a low temperature, for example in the order of 5 ° C. You achieve a better working vacuum and higher flow rates, reduce the cost of water and increase the overall performance.

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Abstract

Liquid ring pump (1), - in which a ring of operating fluid circulates through an impeller wheel in a housing, which ring on the induction side lifts from the impeller wheel hub so that feed gas can enter and on the pressure side approaches the impeller wheel hub, as a result of which compressed feed gas can be expelled, - which functions with a downstream-connected separator (2) for the recycling of operating fluid, the return line (3) from which separator is led through a heat exchanger (4) for cooling the operating fluid down. According to the invention it is provided that the cooling output of the heat exchanger (4) be regulated as a function of a level sensor (6) for the condensate of the separator (2) in such a way that as the level of condensate drops the cooling output is increased and as the level of condensate rises the cooling output is reduced. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitsringpumpe nach Gattungsbegriff von Patentanspruch 1. In der Flüssigkeitsring­pumpe läuft durch ein Laufrad in einem Gehäuse ein Flüssig­keitsring aus Betriebsflüssigkeit um. Der Flüssigkeitsring hebt sich auf der Saugseite von der Laufradnabe ab, so daß zu förderndes Gas als Fördergas eintreten kann. Auf der Druck­seite nähert sich der Flüssigkeitsring der Laufradnabe wieder an, wodurch verdichtetes Fördergas ausgeschoben werden kann. Die Flüssigkeitsringpumpe arbeitet mit einem nachgeschalteten Separator zur Rückgewinnung von Betriebsflüssigkeit. Die Rück­laufleitung des Separators wird durch einen Wärmetauscher zum Herunterkühlen der Betriebsflüssigkeit geführt. Derartige Flüs­sigkeitsringpumpen mit Wärmetauscher haben in vielen Anwen­dungsfällen die Flüssigkeitsringpumpen mit sogenanntem Frisch­wasserbetrieb aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und des Um­weltschutzes abgelöst. Flüssigkeitsringpumpen eignen sich ins­besondere zur ölfreien Verdichtung von trockenen, teilweise oder 100 % mit Wasserdampf gesättigten Gasen.The invention relates to a liquid ring pump according to the preamble of claim 1. In the liquid ring pump, a liquid ring of operating liquid circulates through an impeller in a housing. The liquid ring stands out on the suction side from the impeller hub, so that gas to be pumped can enter as the pumping gas. On the pressure side, the liquid ring approaches the impeller hub again, which means that compressed gas can be pushed out. The liquid ring pump works with a downstream separator for the recovery of operating fluid. The return line of the separator is led through a heat exchanger to cool down the operating fluid. In many applications, such liquid ring pumps with heat exchangers have replaced liquid ring pumps with so-called fresh water operation for reasons of economy and environmental protection. Liquid ring pumps are particularly suitable for the oil-free compression of dry gases that are partially or 100% saturated with water vapor.

Bei Flüssigkeitsringpumpen ändert sich das Saugvermögen und der Ansaugdruck mit der Temperatur der Betriebsflüssigkeit, da der Dampfdruck temperaturabhängig ist. Übliche Betriebskennlinien sind für ein Ansaugen von Luft mit 100 % relativer Feuchte und einer Temperatur von 20°C sowie für eine Betriebsflüssigkeit aus Wasser bei einer Temperatur mit 15°C aufgenommen. Die Be­triebsflüssigkeit hat außer der eigentlichen Arbeitsfunktion auch die weitere Funktion, die Verdichtungswärme abzuführen und gegebenenfalls Spalte zwischen Laufrad und Steuerscheiben abzu­dichten und gegebenenfalls auch innere Teile einer Wellendich­ tung zu kühlen. Die ausgeschobene Betriebsflüssigkeit kann in einem nachgeschalteten Separator vom Fördergas getrennt werden. Auch bei einer Flüssigkeitsringpumpe, die mit einem Wärmetau­scher zum Herunterkühlen der in einem Separator zurückgewon­nenen Betriebsflüssigkeit arbeitet, treten üblicherweise Leck­verluste auf, die ergänzt werden müssen. Bei auf dem Markt be­findlichen Flüssigkeitsringpumpen kann man daher nicht in einem echten geschlossenen Kreislauf arbeiten. Es müssen Leckverluste ergänzt werden oder in bestimmten Betriebszuständen zu hoher Flüssigkeitsanfall durch Ablassen von Flüssigkeit gemindert werden.In liquid ring pumps, the pumping speed and the suction pressure change with the temperature of the operating liquid, since the vapor pressure is temperature-dependent. Usual operating characteristics are recorded for a suction of air with 100% relative humidity and a temperature of 20 ° C as well as for an operating liquid from water at a temperature of 15 ° C. In addition to the actual work function, the operating fluid also has the further function of dissipating the compression heat and, if necessary, sealing gaps between the impeller and control discs and, if appropriate, also internal parts of a shaft seal cool. The operating fluid that is pushed out can be separated from the conveying gas in a downstream separator. In the case of a liquid ring pump, which works with a heat exchanger for cooling down the operating liquid recovered in a separator, leakage losses usually occur which have to be supplemented. With liquid ring pumps on the market, it is therefore not possible to work in a real closed circuit. Leakage losses must be supplemented or, in certain operating states, excessive liquid accumulation must be reduced by draining off liquid.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeits­ringpumpe zu entwickeln, die wirtschaftlicher und gegen Ände­rungen der Temperatur und der relativen Feuchte des Förder­gases unempfindlicher arbeitet.The invention has for its object to develop a liquid ring pump that works more economically and less sensitive to changes in temperature and relative humidity of the conveying gas.

Die Lösung der geschilderten Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Flüssigkeitsringpumpe nach Patentanspruch 1. Danach ist der Wärmetauscher in seiner Kühlleistung in Abhängigkeit von einem Niveausensor am Kondensat des Separators derart ge­regelt, daß bei sinkendem Kondensatstand die Kühlleistung er­höht und bei steigendem Kondensatstand die Kühlleistung ver­ringert wird. Bei entsprechend empfindlicher Regelung treten hinsichtlich der Betriebsflüssigkeit keine Leckverluste und keine zu beseitigenden Mengen auf. Wenn man üblicherweise bei einem Fördergas von 20°C und einer relativen Feuchte von 50 % auf der Ansaugseite bei einer Temperatur von 25°C und einer relativen Feuchte von 100 % auf der Förderseite trotz eines Separators einen Verlust an Betriebsflüssigkeit in der Größen­ordnung von 90 kg pro Stunde hinnehmen muß, kann man erfin­dungsgemäß im Prinzip in einem echten geschlossenen Kreis­lauf ohne Leckverluste arbeiten. Hierzu ist die rückgewonnene Betriebsflüssigkeit im Wärmetauscher bei einer Betriebsflüssig­keit aus Wasser auf eine Temperatur in der Größenordnung von 5°C herunterzukühlen. Wenn man aus besonderen Gründen Kompro­misse eingehen möchte, kann man in der Rücklaufleitung zwischen Separator und Wärmetauscher ein Ablaßventil und ein Einlaßven­til anordnen, um auch in einem überlagerten Betrieb mit zuzu­führender und abzulassender Betriebsflüssigkeit zu arbeiten.According to the invention, the solution to the stated problem consists in a liquid ring pump according to claim 1. Thereafter, the heat output of the heat exchanger is regulated as a function of a level sensor on the condensate of the separator in such a way that the cooling capacity increases as the condensate level falls and the cooling capacity decreases as the condensate level increases . With a correspondingly sensitive control, there are no leakage losses and no quantities to be removed with regard to the operating fluid. If, with a conveying gas of 20 ° C and a relative humidity of 50% on the suction side at a temperature of 25 ° C and a relative humidity of 100% on the delivery side, a loss of operating fluid of the order of 90 kg is achieved despite a separator must accept per hour, you can work according to the invention in principle in a real closed circuit without leakage. For this purpose, the recovered operating fluid in the heat exchanger is at a temperature in the order of magnitude for an operating fluid made of water Cool down to 5 ° C. If you want to make compromises for special reasons, you can arrange a drain valve and an inlet valve in the return line between the separator and heat exchanger in order to work in a superimposed mode with operating fluid to be supplied and drained.

Die Erfindung soll nun anhand eines in der Zeichnung grob sche­matisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert werden:The invention will now be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment shown roughly schematically in the drawing:

Die Flüssigkeitsringpumpe 1 arbeitet mit einem nachgeschalteten Separator 2 zur Rückgewinnung von Betriebsflüssigkeit. Die rückgewonnene Betriebsflüssigkeit wird in eine Rücklauflei­tung 3 durch einen Wärmetauscher 4 zum Herunterkühlen der Be­triebsflüssigkeit geführt. Im Separator 2 wird aus dem Förder­gas 5 Betriebsflüssigkeit zurückgewonnen. Das Niveau des Kon­densats wird durch einen Niveausensor 6 erfaßt, der funktionell Teil eines Reglers 7 ist. Der Regler 7 regelt in Abhängigkeit vom Niveausensor 6 die Kühlleistung des Wärmetauschers 4 der­art, daß bei sinkendem Kondensatstand die Kühlleistung erhöht wird und bei steigendem Kondensatstand die Kühlleistung ver­ringert wird. Bei sinkendem Kondensatstand erhöht sich dadurch der Kondensatgewinn und bei hohem Niveau des Kondensats die Austragung durch Verdunsten. Üblicherweise wird mit Wasser als Betriebsflüssigkeit gearbeitet. Um Luft als Fördergas zu fördern, die auf der Ansaugseite der Flüssigkeitsringpumpe 1 beispielsweise 20°C und eine relative Feuchte von 50 % auf­weist und um eine Menge von 2 bis 2,5 kg pro Sekunde zu för­dern, ist vom Wärmetauscher 4 eine Menge an Betriebsflüssig­keit in der Größenordnung von 450 kg pro Stunde zu bewältigen.The liquid ring pump 1 works with a downstream separator 2 for the recovery of operating fluid. The recovered operating fluid is fed into a return line 3 through a heat exchanger 4 for cooling the operating fluid. Operating fluid is recovered from the conveying gas 5 in the separator 2. The level of the condensate is detected by a level sensor 6, which is functionally part of a controller 7. Depending on the level sensor 6, the controller 7 regulates the cooling capacity of the heat exchanger 4 in such a way that the cooling capacity is increased when the condensate level drops and the cooling capacity is reduced when the condensate level increases. When the condensate level drops, the condensate gain increases and, when the condensate level is high, discharge through evaporation. Water is usually used as the operating fluid. In order to convey air as a conveying gas which has, for example, 20 ° C. and a relative humidity of 50% on the suction side of the liquid ring pump 1 and to convey an amount of 2 to 2.5 kg per second, the heat exchanger 4 contains a quantity of operating fluid to cope with the order of 450 kg per hour.

Um einen überlagerten Betrieb zu ermöglichen, kann man in der Rücklaufleitung 3 zwischen Separator 2 und Wärmetauscher 4 ein Ablaßventil 8 und ein Einlaßventil 9 vorsehen.In order to enable a superimposed operation, a drain valve 8 and an inlet valve 9 can be provided in the return line 3 between the separator 2 and the heat exchanger 4.

Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringpumpe führt man dieser Betriebsflüssigkeit auf niedriger Temperatur, beispiels­weise in der Größenordnung von 5°C, zu. Man erzielt ein bes­seres Arbeitsvakuum und höhere Fördermengen, vermindert die Kosten für Wasser und steigert insgesamt die Leistung.In the liquid ring pump according to the invention, this operating liquid is supplied at a low temperature, for example in the order of 5 ° C. You achieve a better working vacuum and higher flow rates, reduce the cost of water and increase the overall performance.

Claims (2)

1. Flüssigkeitsringpumpe (1),
- in der durch ein Laufrad in einem Gehäuse ein Flüssigkeits­ring aus Betriebsflüssigkeit umläuft, der sich auf der Saug­seite von der Laufradnabe abhebt, so daß Fördergas eintre­ten kann und auf der Druckseite der Laufradnabe annähert, wodurch verdichtetes Fördergas ausgeschoben werden kann,
- die mit einem nachgeschalteten Separator (2) zur Rückgewin­nung von Betriebsflüssigkeit arbeitet, dessen Rücklaufleitung (3) durch einen Wärmetauscher (4) zum Herunterkühlen der Be­triebsflüssigkeit geführt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetau­scher (4) in seiner Kühlleistung in Abhängigkeit von einem Niveausensor (6) am Kondensat des Separators (2) derart ge­regelt wird, daß bei sinkendem Kondensatstand die Kühllei­stung erhöht und bei steigendem Kondensatstand die Kühllei­stung verringert wird.1. liquid ring pump (1),
in which a liquid ring of operating fluid circulates through an impeller in a housing and lifts on the suction side from the impeller hub, so that conveying gas can enter and approaches the impeller hub on the pressure side, whereby compressed conveying gas can be pushed out,
- The works with a downstream separator (2) for the recovery of operating fluid, the return line (3) is led through a heat exchanger (4) for cooling the operating fluid,
characterized in that the heat exchanger (4) is regulated in its cooling capacity as a function of a level sensor (6) on the condensate of the separator (2) such that the cooling capacity increases as the condensate level decreases and the cooling capacity decreases as the condensate level increases. 2. Flüssigkeitsringpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung (3) zwischen Separator (2) und Wärmetauscher (4) ein Ablaßventil (8) und ein Einlaßventil (9) angeordnet ist.2. Liquid ring pump according to claim 1, characterized in that in the return line (3) between the separator (2) and heat exchanger (4), a drain valve (8) and an inlet valve (9) is arranged.
EP89121459A 1989-11-20 1989-11-20 Liquid ring pump Withdrawn EP0437637A1 (en)

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