Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Flüssigkeitsringmaschine sowie eine Flüssigkeitsringmaschine zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einer aus der DE-C- 961 653 bekannten Flüssigkeitsringmaschine ist der Arbeitsraum durch ein das Laufrad axial unterteilendes Wandteil und durch eine mit diesem Wandteil in gleicher Ebene angeordnete Zwischenwand des Gehausemantels in zwei gleich große Teilarbeitsräume unterteilt. Während des Betriebes bildet sich in jedem Teilarbeitsraum ein Flüssigkeitsring.

Jedem Teilarbeitsraum sind separate Saug- und Druckstutzen zugeordnet. Ferner sind die Teilarbeitsräume im unteren Bereich miteinander durch Öffnungen verbunden, um eine gleichzeitige Entleerung beider Teilarbeitsräume durch einen gemeinsamen Auslaß vornehmen zu können. Mit einer solchen Pumpe können, zwei voneinander verschiedene Gase, unterschiedlichen Drucks, gleichzeitig gefördert werden.

Durch die CH-A-285 570 ist eine zweistufige Flüssigkeitsringpumpe bekannt, deren erste Stufe für ein größeres Fördervolumen ausgelegt ist als deren zweite nachgeschaltete Stufe. Bei solchen Pumpen treten generell Schwierigkeiten auf, wenn sie bei niederem Vakuum arbeiten müssen.

In diesem Falle ist das Fördervolumen der ersten Stufe wesentlich größer als das der zweiten Stufe. Die zweite Stufe kann die von der ersten geförderten Menge nicht verarbeiten. Es treten dadurch Stauungen auf, die die Leistungsfähigkeit der Pumpe mindern und auch zu einer Schädigung der Pumpe führen können. Dieser Betriebspunkt muß bei jedem Anfahrvorgang der Pumpe durchlaufen werden. Aus diesem Grunde ist bei dieser bekannten Pumpe vorgesehen, die zweite Stufe (Hochdruckstufe) durch Entnahme von Betriebsflüssigkeit solange unwirksam zu machen, bis das Verhältnis des Ansaugvolumens zum Endvolumen dem Verhältnis des Fördervolumens der ersten Stufe zu demjenigen der zweiten Stufe entspricht. Es wird der zweiten Stufe so viel Betriebsflüssigkeit entnommen, daß deren Förderung unterbrochen ist. Damit bleibt in der zweiten Flüssigkeitsstufe noch der Flüssigkeitsring bestehen, der zu seinem Antrieb eine entsprechende Energiemenge benötigt.

Aufgabe der Erfindung ist es dagegen, ein Verfahren zur Anpassung einer Flüssigkeitsringmaschine an unterschiedliche Belastungsfälle anzugeben sowie eine Flüssigkeitsringmaschine zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb einer Flüssigkeitsringmaschine gelöst, deren Scheitel im geodätisch oberen Bereich des Arbeitsraumes liegt und deren Arbeitsraum in mindestens zwei Teilarbeitsräume unterteilt ist, bei welchem Verfahren wenigstens ein Teilarbeitsraum der Flüssigkeitsringmaschine von der Betriebsflüssigkeitszufuhr abgetrennt und wenigstens soweit von der Betriebsflüssigkeit entleert wird, daß der in diesem Teilarbeitsraum umlaufende Teil des Laufrades nicht mit der Betriebsflüssigkeit in Eingriff gerät, und dieser Teilarbeitsraum saug- und/oder druckseitig abgesperrt wird. Durch die Lage des Scheitels im geodätisch oberen Bereich des Arbeitsraumes ist sichergestellt, daß die Exzentrizität des Laufrades so gewählt ist, daß im geodätisch unteren Bereich des Arbeitsraumes ein ausreichender Abstand zwischen den freien Schaufelenden des Laufrades und der Gehäuseinnenwand des Arbeitsraumes vorhanden ist, in dem sich eine etwaige Sumpfflüssigkeit sammeln kann, ohne mit den freien Schaufelenden des Laufrades in Eingriff zu gelangen.

Hierdurch gelingt eine vollständige Teilabschaltung der Flüssigkeitsringmaschine. Damit ist eine ebenso einfache wie wirksame Anpassung des Saugvermögens einer Flüssigkeitsringmaschine an die erforderlichen Betriebsbedingungen gegeben. Diese Anpassungsmöglichkeit an die tatsächlichen Betriebsbedingungen ist deshalb von besonderem Vorteil, weil sich bei solchen Anlagen die tatsächlichen Betriebsbedingungen nicht exakt vorherbestimmen lassen. Insofern ist es leicht möglich, daß eine eventuell überdimensionierte Flüssigkeitsringmaschine installiert wird. Durch die Teilabschaltung einer solchen Flüssigkeitsringmaschine lassen sich dann die Betriebskosten erheblich senken. Bisher war eine solche Anpassung nur bei einem Betrieb mit mehreren Flüssigkeitsringmaschinen möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet demgegenüber eine erhebliche Einsparung bei den Investitionskosten. Darüber hinaus ist auch der Platzbedarf für nur eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebene Flüssigkeitsringmaschine wesentlich geringer.

Die Regelung des Innendrucks gemäß Anspruch 2 bewirkt, daß der Energieverbrauch des in einem abgeschalteten Teilarbeitsraum leerlaufenden Teiles des Laufrades minimiert wird. Bei einer solchen Druckregelung wird auch die sich infolge der zwischen den Teilarbeitsräumen bestehenden Druckunterschiede einstellende Axialkraft auf das Laufrad und damit auch auf die Laufradwelle vernachläßigbar klein gehalten. Im übrigen werden die Wechselwirkungen an dem zwischen dem Laufrad der Flüssigkeitsringmaschine und der das Laufrad umschließenden Zwischenwand betriebsnotwendig bestehenden Spalt erheblich reduziert.

Eine weitere Energieersparnis ergibt sich, in dem die sich im geodätisch unteren Bereich eines abgeschalteten Teilarbeitsraumes sammelnde Sumpfflüssigkeit auf einem solchen Pegel gehalten wird, daß die Sumpfflüssigkeit nicht mit dem Laufrad der Flüssigkeitsringmaschine in Eingriff gelangt.

Das Verfahren kann in vorteilhafter Weise mit einer gemäß Anspruch 4 ausgebildeten Flüssigkeitsringmaschine durchgeführt werden.

Die Einstellung des Innendrucks wenigstens eines abgeschalteten Teilarbeitsraumes etwa gleich dem Innendruck wenigstens eines im Betrieb verbleibenden Teilarbeitsraumes gelingt in besonders einfacher Weise, indem mindestens auf einer Seite der Flüssigkeitsringmaschine der angeordnete Saugstutzen zusätzlich über eine externe Verbindungsleitung mit einem der jeweils anderen Seite benachbarten Teilarbeitsraum in Strömungsverbindung steht. Der im Ansaugbereich des im Betrieb befindlichen Teilarbeitsraumes herrschende Unterdruck bewirkt eine Evakuierung des abgeschalteten Teils des Arbeitsraumes ohne weitere Hilfsmittel.

Dadurch, daß die externe Verbindungsleitung eine Druckminderungseinrichtung aufweist, ist es möglich den Innendruck eines abgeschalteten Teilarbeitsraumes in der gewünschten Weise zu regeln.

Für bestimmte Einsatzfälle kann es vorteilhaft sein, mindestens einen Teilarbeitsraum mit einem Anschluß für eine Evakuierungseinrichtung zu versehen. So kann beispielsweise ein oft schon vorhandenes Drucknetz oder Vakuumnetz zur Regelung des Druckhaushaltes eines abgeschalteten Teilarbeitsraumes benutzt werden.

Bei einer gemäß Anspruch 8 ausgestatteten Flüssigkeitsringmaschine ist es auch möglich, daß erfindungsgemäße Verfahren ohne zusätzliche Einrichtungen zur Regelung des Druckhaushaltes eines abgeschalteten Teilarbeitsraumes durchzuführen. Die bei nicht geregeltem Innendruck auftretenden Axialkräfte werden dann von der entsprechend ausgebildeten Lagerung aufgenommen.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird gemäß Anspruch 9 die Laufradwelle durch ein doppelt wirkendes Kegelrollenlager gelagert. Diese Lagerung kann zusätzlich zu den radialen Kräften erhöhte axiale Kräfte aufnehmen.

Obgleich jeder Teilarbeitsraum für sich mit einer Flüssigkeitsabführeinrichtung verbindbar ist, ist es vorteilhaft die Betriebsflüssigkeitszufuhr auf mindestens einer Maschinenseite mit einem Absperrglied zu versehen, um im Falle einer Teilabschaltung gar nicht erst unnötig Betriebsflüssigkeit zuzuführen. Die Absperrung der Betriebsflüssigkeitszufuhr kann auch gesteuert erfolgen.

Die gemäß Anspruch 11 ausgelegten Wellendichtungen der Flüssigkeitsringmaschine begrenzen den atmosphärischen Gaseintritt in einen abgeschalteten Teilarbeitsraum. Andernfalls könnte der sich in diesem passiven Teil des Arbeitsraumes einstellende atmosphärische Gasdruck den Wirkungsgrad der Flüssigkeitsringmaschine beeinträchtigen, oder unnötig die Regelung des Druckhaushaltes für diesen Teilarbeitsraum belasten.

Um frei wählen zu können, welcher Teilarbeitsraum abgeschaltet wird, ist eine Unterteilung in gleichgroße Teilarbeitsräume gemäß Anspruch 12 vorteilhaft. Eine solche Unterteilung bietet zusätzliche fertigungstechnische Vorteile, da beide Teilarbeitsräume gleichdimensioniert ausgeführt werden können.

Es ist vorteilhaft, eine Flüssigkeitsringmaschine zur Durchführung des Verfahrens zu verwenden, bei der der Scheitel im geodätisch oberen Bereich des Arbeitsraumes liegt. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Exzentrizität des Laufrades so gewählt ist, daß im geodätisch unteren Bereich des Arbeitsraumes ein ausreichender Abstand zwischen den freien Schaufelenden des Laufrades und der Gehäuseinnenwand des Arbeitsraumes vorhanden ist, in dem sich eine etwaige Sumpfflüssigkeit sammeln kann, ohne mit den freien Schaufelenden des Laufrades in Eingriff zu gelangen.

Eine teilweise Entleerung der Flüssigkeitsringmaschine kann durch eine gesonderte Entleerungsöffnung in jedem Teilarbeitsraum gemäß Anspruch 14 besonders schnell erfolgen, so das die Teilabschaltung im Bedarfsfall unverzüglich durchführbar ist.

Die bei einer Teilabschaltung aus dem abgeschalteten Teilarbeitsraum ausströmende Betriebsflüssigkeit wird der Betriebsflüssigkeitsversorgung eines in Betrieb befindlichen Teilarbeitsraumes dadurch zugeführt, daß die Entleerungsöffnung wenigstens eines Teilarbeitsraumes jeweils mit der Betriebsflüssigkeitszufuhr wenigstens eines anderen Teilarbeitsraumes verbunden ist.

Dadurch, daß die Entleerungsöffnung wenigstens eines Teilarbeitsraumes mit dem Verdichtungsbereich wenigstens eines anderen Teilarbeitsraumes verbunden ist, wird die sich im geodätisch unteren Bereich des abgeschalteten Teiles des Arbeitsraumes sammelnde Sumpfflüssigkeit selbsttätig in den im Betrieb befindlichen Restarbeitsraum gesaugt, da der im Verdichtungsbereich des in Betrieb befindlichen Teilarbeitsraumes herrschende Druck unterhalb des sich in einem abgeschalteten Teilarbeitsraum einstellenden Druckes liegt, sofern keine zusätzlichen Mittel zur Einstellung des Innendrucks für den abgeschalteten Teilarbeitsraum vorgesehen sind. Damit sind keine weiteren Vorkehrungen zur Abführung der Sumpfflüssigkeit erforderlich.

Eine adäquate Möglichkeit, die Sumpfflüssigkeit in einem in Betrieb befindlichen Teilarbeitsraum selbsttätig zurückzuführen, ist die Verbindung der Entleerungsöffnung wenigstens eines Teilarbeitsraumes mit dem Ansaugbereich wenigstens eines anderen Teilarbeitsraumes. In Folge des Druckunterschiedes zwischen dem Ansaugbereich eines in Betrieb befindlichen Teilarbeitsraumes und eines abgeschalteten Teilarbeitsraumes strömt die Sumpfflüssigkeit in einen in Betrieb befindlichen Teilarbeitsraum.

Die obengenannten, von den Auslaßöffnungen der Teilarbeitsräume wegführenden Verbindungen sind am zweckmäßigsten als geschlossene Leitungskanäle ausgeführt. Diese können dann wahlweise innerhalb oder außerhalb des Maschinengehäuses angeordnet werden.

Eine schnellere und wirksamere Entleerung des zur Abschaltung vorgesehenen Teilarbeitsraumes, so wie die Regelung der in diesen Teilarbeitsraum überströmenden Sumpfflüssigkeit auf einen konstanten Pegel, ist durch den Anschluß von wenigstens einer steuerbaren Extraktionspumpe an die Teilarbeitsräume möglich.

Dadurch, daß der Spalt zwischen dem Laufrad und der das Laufrad umschließenden Zwischenwand mit einer berührungsfreien Dichtung versehen ist, werden die Wechselwirkungen an diesem Spalt, insbesondere das Überströmen von Betriebsflüssigkeit, zwischen einem im Betrieb verbleibenden Teilarbeitsraum und einem abgeschalteten Teilarbeitsraum gering gehalten.

Eine solche berührungsfreie Dichtung kann vorteilhaft gemäß den Merkmalen des Anspruchs 21 beschaffen sein.

Wenn keine Regelung des Druckhaushaltes für einen abgeschalteten Teilarbeitsraum vorgesehen ist, stellt sich in diesem allmählich ein gegenüber einem in Betrieb befindlichen Teilarbeitsraum herrschenden Druck erhöhter Innendruck ein. Dieser Druckunterschied kann gemäß Anspruch 22 zur Abführung der Sumpfflüssigkeit genutzt werden. Dadurch, daß eine die Teilarbeitsräume abteilende Zwischenwand im geodätisch unteren Bereich eine durchgehende Verbindungsöffnung aufweist, strömt die Sumpfflüssigkeit dem sich einstellenden Druckgefälle folgend durch diese Öffnung in einen im Betrieb befindlichen Teilarbeitsraum zurück.

Die Erfindung wird anhand einer in der Zeichnung im Längsschnitt als Ausführungsbeispiel dargestellten Flüssigkeitsringmaschine näher erläutert.

Bei der gezeigten Flüssigkeitsringmaschine 1 wird durch ein stirnseitig von ebenen Steuerscheiben 2 abgeschlossenes Maschinengehäuse 3 ein Arbeitsraum gebildet. Innerhalb dieses Arbeitsraumes ist ein mit Schaufeln versehenes Laufrad 4 vorgesehen, dessen Achse gegenüber der Achse des Maschinengehäuses 3 exzentrisch angeordnet ist. Die Welle 5 des Laufrades 4 ist stirnseitig in mit dem Maschinengehäuse 3 verbundenen Seitenschilden 6 der Flüssigkeitsringmaschine 1 drehbar gelagert. Zur Wellenabdichtung sind, in der Zeichnung nicht sichtbar, in den Seitenschilden 6 Stopfbuchspackungen vorgesehen.

Das Laufrad 4 ist mittig durch ein sich über den gesamten Umfang des Laufrades 4 erstreckendes Wandteil 8, das in radialer Richtung von der Laufradnabe bis zu den freien Enden der Schaufeln des Laufrades 4 reicht, axial unterteilt. Mit dem Wandteil 8 in einer Ebene liegend, ist eine das Laufrad 4 konzentrisch umschließende mit dem Maschinengehäuse 3 fest verbundene Zwischenwand 9 vorgesehen. Zwischen dem Wandteil 8 und der Zwischenwand 9 besteht ein betriebsnotwendiger Spalt 14.

Durch das Wandteil 8 und die Zwischenwand 9 ist eine Unterteilung des Arbeitsraumes in zwei gleich große Teilarbeitsräume 10, 11 gegeben, wobei im weiteren zwischen einem abgeschalteten Teilarbeitsraum; dem passiven Teilarbeitsraum 11, und einem im Betrieb befindlichen Teilarbeitsraum, dem aktiven Teilarbeitsraum 10, unterschieden wird. Üblicherweise sind beide Teilarbeitsräume 10, 11 gleich ausgeführt und somit jeder Teilarbeitsraum 10, 11 für sich jeweils als aktiver oder passiver Teilarbeitsraum 10 oder 11 einsetzbar. In der Zeichnung ist nur ein Teilarbeitsraum als passiver Teilarbeitsraum 11 dargestellt. Dieser passive Teilarbeitsraum 11 ist mit einer zu dessen Totalentleerung geeigneten Entleerungsöffnung 12 versehen, die mit einer einer Verbindungsleitung 19 in Strömungsverbindung steht. Im geodätisch unteren Bereich des Teilarbeitsraumes 11 ist ein Sumpfablaß 21 mit einer Entlastungsverbindung 13 angeordnet.

Beide Teilarbeitsräume 10, 11 sind jeweils mit Druck- und Saugstutzen 20 versehen, wobei in der Zeichnung nur der Saugstutzen 20 sichtbar ist. Der passive Teilarbeitsraum 11 ist über eine Evakuierungsleitung 22 mit dem Saugstutzen 20 des aktiven Teilarbeitsraumes 10 verbunden. Die Evakuierungsleitung 22 ist mit einem Steuerventil 23 versehen. Eine etwaige gleichwirkende Verbindung des aktiven Teilarbeitsraumes 10 mit dem dem passiven Teilarbeitsraum 11 benachbarten Saugstutzen 20 ist nicht eingezeichnet.

Bei einer Teilabschaltung der Flüssigkeitsringmaschine 1 wird zunächst die Verbindung der entsprechenden Maschineseite 1 mit dem Fördermedium über die Druck- und Saugstutzen 20 unterbrochen. Die gesonderte Betriebsflüssigkeitszufuhr des einen Teilarbeitsraumes 11 wird ebenfalls abgeschaltet. Gleichzeitig wird die Entleerungsöffnung 12 geöffnet, so daß die Betriebsflüssigkeit des nunmehr passiven Teilarbeitsraumes 11 ausströmen kann. Die ausströmende Betriebsflüssigkeit des passiven Teilarbeitsraumes 11 kann über die Verbindungsleitung 19 der Betriebsflüssigkeitszufuhr des aktiven Teilarbeitsraumes 10 zugeführt werden.

Nach der Entleerung des passiven Teilarbeitsraumes 11 arbeitet die Flüssigkeitsringmaschine 1 im teilabgeschalteten Zustand. Durch den betriebsnotwendigen Spalt 14 zwischen dem Wandteil 8 und der Zwischenwand 9 strömt nun Betriebsflüssigkeit aus dem aktiven Teilarbeitsraum 10 in den passiven Teilarbeitsraum 11 über. Infolgedessen sammelt sich im unteren Bereich des passiven Teilarbeitsraumes 11 eine Sumpfflüssigkeit 15, deren Pegel 16 nach Möglichkeit nicht den Schaufelbereich 17 des Laufrades 4 erreichen sollte. Aus diesem Grund sind zur Ableitung der Sumpfflüssigkeit 15 in beiden Teilarbeitsräumen 10 und 11 gesonderte Auslaßöffnungen vorgesehen, die nur für den passiven Teil arbeitsraum 11 eingezeichnet sind. In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere Möglichkeiten zur Ausgestaltung der Auslaßöffnungen gezeigt, die einzeln oder gemeinsam eingesetzt werden können. Als Auslaßöffnung dient ein im geodätisch unteren Bereich des Maschinengehäuses 3 vorgesehener Sumpfablaß 21. Auch kann die hier ausströmende Sumpfflüssigkeit 15 über eine weitere Entlastungsverbindung 13 der Betriebsflüssigkeit des aktiven Teilarbeitsraumes 10 zugeführt werden. Der Sumpfablaß 21 kann auch mit einem barometrischen Fallrohr, dessen Höhe nach dem Innendruck und dem Pegel der Sumpfflüssigkeit bestimmt wird, verbunden werden. Ebenfalls die Funktion einer Auslaßöffnung für die Sumpfflüssigkeit 15 erfüllt eine in der Zwischenwand 9 befindliche Verbindungsöffnung 18. Durch diese Verbindungsöffnung 18 strömt die Sumpfflüssigkeit 15 unmittelbar in den aktiven Teilarbeitsraum 10 über, da trotz einer verbesserten Wellenabdichtung durch entsprechend ausgelegte Stopfbuchspackungen, ein Druckanstieg im passiven Teilarbeitsraum 11 stattfinden kann und sich damit ein Druckgefälle von dem passiven Teilarbeitsraum 11 hin zu dem aktiven Teilarbeitsraum 10 einstellt, dem die Sumpfflüssigkeit 15 folgt.

Bei einem Betrieb der Flüssigkeitsringmaschine 1 gemäß Anspruch 2 ist es erforderlich, den Innendruck des passiven Teilarbeitsraumes 11 so zu regeln, daß er kleiner oder höchstens gleich dem Innendruck des aktiven Teilarbeitsraumes 10 ist. Dies wird in einfacher Weise dadurch bewirkt, daß der passive Teilarbeitsraum 11 über eine Evakuierungsleitung 22 mit dem Saugstutzen 20 des aktiven Teilarbeitsraumes 10 verbunden wird. Der an dieser Stelle herrschende Unterdruck stellt sich dann auch in dem passiven Teilarbeitsraum 11 ein. Über ein Steuerventil 23 in der Evakuierungsleitung 22 ist eine weitere Eingriffsmöglichkeit gegeben. Damit kann der Innendruck des passiven Teilarbeitsraumes 11 so eingegestellt werden, daß etwaige Sumpfflüssigkeit durch die dafür vorgesehenen Auslaßöffnungen, wie bereits beschrieben, ausströmt.