Wie funktioniert eine Flüssigkeitsringpumpe?
Eine Flüssigkeitsringpumpe nutzt einen rotierenden Flüssigkeitsring, meist aus Wasser, als Kolben. Sie ist einfach und robust und verträgt Dampf, Tropfen und Schmutz, die die meisten anderen Vakuumpumpen schädigen würden.
Schritt für Schritt
- Der Ring bildet sich. Das Gehäuse ist teilweise mit Betriebsflüssigkeit gefüllt. Dreht sich das Laufrad, wird die Flüssigkeit nach außen geschleudert und bildet einen Ring entlang der Gehäusewand.
- Exzentrisches Laufrad. Das Laufrad sitzt außermittig. Auf einer Seite tauchen die Schaufeln tief in den Ring ein, auf der anderen verlassen sie ihn fast. Der Raum zwischen zwei Schaufeln und dem Ring bildet eine Zelle.
- Ansaugen. Wo die Schaufeln aus der Flüssigkeit austauchen, wachsen die Zellen und saugen Gas durch den Saugschlitz in der Seitenscheibe an.
- Verdichten und Ausstoßen. Weiter herum tauchen die Schaufeln wieder ein, die Zellen schrumpfen, und das verdichtete Gas verlässt die Pumpe mit etwas Flüssigkeit durch den Druckschlitz.
- Kühlen. Die Flüssigkeit nimmt die Verdichtungswärme auf, das Gas bleibt kühl. Ein Teil der Flüssigkeit wird laufend erneuert, um die Wärme abzuführen.
Das Vakuum ist durch den Dampfdruck der Betriebsflüssigkeit begrenzt: Mit Wasser von 25 °C kommt die Pumpe kaum unter etwa 32 mbar, weil das Wasser selbst zu sieden beginnt. Kälteres Wasser, eine Flüssigkeit mit niedrigem Dampfdruck oder ein vorgeschalteter Gasstrahler erweitern den Bereich.
Druckbereich und Leistung
- Enddruck
- ≈ 25 – 33 mbar mit Wasser; tiefer mit kälterer Flüssigkeit oder Gasstrahler
- Saugvermögen
- 25 – 30.000 m³/h
- Arbeitsbereich
- Atmosphäre bis ≈ 30 mbar
- Trocken?
- Nein — Ring aus Wasser oder Prozessflüssigkeit
Vorteile
- Verträgt Flüssigkeit, Dampf und Schmutz
- Kühle, nahezu isotherme Verdichtung, verbreitet bei nassen und brennbaren Gasen
- Wenige Verschleißteile
- In sehr großen Baugrößen erhältlich
Grenzen
- Hoher Energie- und Flüssigkeitsbedarf
- Vakuum durch den Dampfdruck der Flüssigkeit begrenzt
- Ausgetragene Flüssigkeit muss aufbereitet oder zurückgeführt werden
Typische Anwendungen
- Papiermaschinen
- Entlüften von Kraftwerkskondensatoren
- Chemische und pharmazeutische Verfahrenstechnik
- Sterilisatoren
- Vakuumfiltration und Bergbau
Passende Rechner
Quellen & weiterführende Literatur
- K. Jousten (ed.). Handbook of Vacuum Technology, 2nd ed.. Wiley-VCH (2016). Standardwerk zu Gasströmung, Leitwerten, Pumpen und Messtechnik.
- J. F. O’Hanlon & T. A. Gessert. A User’s Guide to Vacuum Technology, 4th ed.. Wiley (2023). Praktische Auslegung von Vakuumsystemen, Abpumpen und Ausgasen.
- IAPWS. SR1-86(1992): Revised Supplementary Release on Saturation Properties of Ordinary Water Substance. International Association for the Properties of Water and Steam. Gleichung für den Sättigungsdampfdruck von flüssigem Wasser.
Häufige Fragen
Was begrenzt das Vakuum einer Flüssigkeitsringpumpe?
Der Dampfdruck der Betriebsflüssigkeit. Ist er erreicht, siedet die Flüssigkeit (Kavitation) und die Pumpe kommt nicht tiefer. Mit Wasser von 15 °C liegt die Grenze bei etwa 17 mbar, bei 25 °C bei etwa 32 mbar.
Verträgt eine Flüssigkeitsringpumpe mitgerissene Flüssigkeit?
Ja. Mit dem Gas angesaugte Flüssigkeit geht einfach in den Ring über und wird mit dem Gas ausgestoßen – deshalb werden diese Pumpen bei nassen, verschmutzten Prozessen eingesetzt.
Welche Betriebsflüssigkeiten werden verwendet?
Meist Wasser. Zur Lösemittelrückgewinnung oder um den Prozess nicht zu verunreinigen, läuft der Ring auch mit Öl oder Prozesslösemittel, meist im geschlossenen Kreislauf mit Wärmetauscher.
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