Eckpfeiler der Kompression: Flüssigkeitsringkompressoren

May 27, 2023

Von Norm Shade29. August 2023

Pioneer Nash stellt dieses einzigartige Produkt seit mehr als einem Jahrhundert her.

Die Flüssigkeitsringpumpe ist eine außergewöhnliche Maschine, die auch als Luft- oder Gaskompressor eingesetzt werden kann. Die erste Flüssigkeitsringpumpe erschien 1903 mit einem Patent, das den Siemens-Schuckertwerken in Deutschland erteilt wurde. Ein Jahrhundert lang stellte Siemens unter dem Markennamen Elmo Flüssigkeitsringpumpen für viele Branchen und Anwendungen her.

Das erste US-Patent wurde 1910 von Lewis H. Nash angemeldet. Nash, ein gelernter Maschinist und Diplom-Ingenieur, war ein produktiver Erfinder. Noch während seiner Schulzeit entwarf er ein neuartiges Wassermessgerät. Nach seinem Abschluss arbeitete Nash bei der National Meter Company in Brooklyn, NY, wo er über 60 Patente für Wasserzähler und eine vergleichbare Anzahl für Gasmotoren erhielt, die das Unternehmen herstellte. Obwohl er Chefingenieur war, war Nashs Beziehung zu National Meter nicht immer die beste. Das Unternehmen verfolgte Verstöße gegen seine Patente für Gasmotoren nicht strafrechtlich und seine Bemühungen wurden unterschätzt. Viele seiner Entwicklungen wurden nicht vorangetrieben und seine Autorität wurde kontinuierlich beschnitten.

Als Nash im Alter von 53 Jahren die Idee einer neuen Art von Vakuumpumpe hatte, beschloss er, die Patente nicht an die National Meter Company abzutreten. 1905 gründete er in Brooklyn die Nash Engineering Company (NEC), um das Produkt selbst herzustellen. Doch als gebürtiger Nash aus Norwalk, CT, verlegte Nash die Firma 1908 in eine kleine Werkstatt dort, wo sie Luftpumpen herstellte. Nach drei Jahren der Entwicklung und Erprobung patentierte er seine ersten Entwürfe für mehrere Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen und Kompressoren, die in Dampfheizungs- und Abwassersystemen eingesetzt werden. Die Anlagen wurden bald erheblich erweitert, um die Produktion dieser Produkte zu steigern.

In einem ASME-Produktkatalog aus dem Jahr 1914 wurde NEC als exklusiver Hersteller von Wasserturbinen-Luftkompressoren und Vakuumpumpen beschrieben und eine Beschreibung der Maschinen bereitgestellt. „Gehäuse, Kopf und Rotor bilden den gesamten Kompressor bzw. die Vakuumpumpe. Beachten Sie das Fehlen von Zahnrädern, Ventilen, lose beweglichen oder hin- und herbewegenden Teilen. Der Rotor läuft mit großem Spiel. Sämtliche Belastungen aufgrund der Kompression werden von der Welle und den Lagern entfernt, da die Luft gleichzeitig auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors komprimiert wird. Durch die Zentrifugalkraft folgt das Wasser dem Gehäuse. Zweimal pro Umdrehung tritt das Wasser vom Rotor zurück und hinterlässt dabei Zwischenräume zwischen den Schaufeln, in die Luft durch die Einlassöffnungen gesaugt wird. Das Wasser strömt dann zurück in den Rotor, komprimiert die Luft und gibt sie durch die Auslassöffnungen ab. Die Einfachheit des Nash-Wasserturbinenprinzips bedeutet einen hochwertigen Luftkompressor und eine Vakuumpumpe zu einem vernünftigen Preis; ein Kompressor, der von jedermann bedient werden kann; ein Kompressor, der im Dauerbetrieb rund um die Uhr mit unverminderter Effizienz läuft. Die Luft wird pulsationsfrei zugeführt. Es ist kein Luftbehälter erforderlich. Der Platzbedarf ist geringer als bei jedem anderen Kompressor gleicher Kapazität. Es sind keine aufwändigen Fundamente notwendig. Es gibt keine Vibrationen oder Geräusche. Absolute Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und gleichbleibend hohe Effizienz sind gewährleistet. Die Luft wird beim Durchgang durch die Pumpe gründlich vom Wasser gewaschen und aufgrund der Zersetzung des Schmiermittels völlig frei von Kohlenwasserstoffverbindungen gefördert. Damit ist die Pumpe eine Klasse für sich beim Rühren von Flüssigkeiten, insbesondere Zyanidlösungen, zum Absaugen von Gaserzeugern, zur Luftdruckfiltration und für alle Prozesse, die saubere Luft erfordern.“

Nach ihrem Abschluss als Ingenieur stiegen Nashs zwei Söhne in das Unternehmen ein. Dies ermöglichte es Nash, die meiste Zeit in seinem Labor zu verbringen, wo er seine vielen Erfindungen und Ideen ausarbeiten konnte. Im Jahr 1922 wagte er sogar den Schritt in die Politik und wurde zum Vertreter der Connecticut State Legislature gewählt. Zum Zeitpunkt von Nashs Tod im Jahr 1923 hatte sich NEC zu einem wohlhabenden, etablierten Unternehmen entwickelt.

Anschließend entwickelte NEC komplette Vakuum-Dampfheizsysteme und Vakuum-Abwassersammelsysteme für viele der wachsenden US-Städte sowie Vakuumpumpen für andere Branchen. Diese Arbeit wurde bis in die frühen 1960er Jahre fortgesetzt, woraufhin sich das Unternehmen von den Bereichen gewerbliche Heizung und Abwasser verlagerte und sich auf Industriemaschinen wie Vakuumpumpen für die Papier-, Energie-, Petrochemie- und Lebensmittelverarbeitung konzentrierte. Bis dahin war der Standort Norwalk auf über 110.000 Fuß (10.220 m2) angewachsen und beschäftigte mehr als 800 Mitarbeiter. In mehreren anderen Ländern wurden weitere Produktionsstätten errichtet. 1995 wurde der Betrieb nach Trumbull, CT, verlegt.

Unterdessen gliederte Siemens im Jahr 2000 sein Geschäft mit Flüssigkeitsringpumpen und Kompressoren aus, um Elmo Vacuum Technology zu gründen. Im Jahr 2002 fusionierte dieses Unternehmen mit der Nash Engineering Company und gründete Nash Elmo, das 2004 von Gardner Denver übernommen wurde. Im Jahr 2012 wurde der Betrieb von Nash in eine neue Anlage in Bentleyville, Pennsylvania, verlegt, wo das Unternehmen bis heute tätig ist als Geschäftsbereich von Ingersoll-Rand.

Die Druckkapazität des ursprünglichen Flüssigkeitsringkompressors war auf einige psig begrenzt. Im Laufe der Zeit wurden die Förderdruckwerte jedoch auf 30 psig (2,1 bar) für Modelle mit niedrigerem Druck und bis hin zu 200 psig (13,8 bar) für Modelle mit höherem Druck erhöht. Es wurden auch mehrstufige Flüssigkeitsringsysteme gebaut, die zwei Kompressionsstufen auf einer gemeinsamen Welle verwenden. Moderne Einheiten sind für Einlassströme im Bereich von etwa 30 cfm (0,8 m3/min) bis 9400 cfm (266 m3/min) oder mehr gebaut. Kompressoren wurden aus Edelstahl, Sphäroguss und anderen Materialien hergestellt, um eine Kompatibilität mit schmutzigen, giftigen, explosiven und korrosiven Gasen zu gewährleisten.