Grundpfeiler der Kompression: Flüssigkeitsringkompressoren

Die Flüssigkeitsringpumpe ist eine ungewöhnliche Maschine, die auch als Luft- oder Gaskompressor eingesetzt werden kann. Die erste Flüssigkeitsringpumpe wurde 1903 entwickelt und von Siemens-Schuckertwerke in Deutschland patentiert. Siemens produzierte ein Jahrhundert lang Flüssigkeitsringpumpen unter dem Markennamen Elmo für zahlreiche Branchen und Anwendungen.

Eine beschreibende Abbildung des Nash-Flüssigkeitsring-Luftkompressors, 2014.

Das erste US-Patent wurde 1910 von Lewis H. Nash angemeldet. Nash, ein gelernter Maschinenschlosser und studierter Ingenieur, war ein äußerst produktiver Erfinder. Bereits während seiner Schulzeit entwickelte er ein neuartiges Wassermessgerät. Nach seinem Abschluss begann Nash bei der National Meter Company in Brooklyn, New York, zu arbeiten, wo er über 60 Patente für Wasserzähler und eine vergleichbare Anzahl für die von dem Unternehmen hergestellten Gasmotoren erhielt. Obwohl er Chefingenieur war, war Nashs Verhältnis zu National Meter nicht immer das beste. Das Unternehmen verfolgte keine Patentverletzungen seiner Gasmotorenpatente, und seine Leistungen wurden nicht ausreichend gewürdigt. Viele seiner Entwicklungen wurden nicht gefördert, und seine Befugnisse wurden kontinuierlich beschnitten.

Im Alter von 53 Jahren, als Nash die Idee für eine neuartige Vakuumpumpe entwickelte, entschied er sich, die Patente nicht an die National Meter Company abzutreten. 1905 gründete er in Brooklyn die Nash Engineering Company (NEC), um das Produkt selbst herzustellen. Da er jedoch aus Norwalk, Connecticut, stammte, verlegte Nash die Firma 1908 in eine kleine Werkstatt in seiner Heimatstadt, wo er zunächst Luftpumpen fertigte. Nach drei Jahren Entwicklung und Erprobung patentierte er seine ersten Konstruktionen für verschiedene Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen und Kompressoren, die in Dampfheizungs- und Abwassersystemen eingesetzt wurden. Die Produktionsanlagen wurden bald deutlich erweitert, um die gestiegene Produktion dieser Produkte zu ermöglichen.

In einem ASME-Produktkatalog von 1914 wurde NEC als exklusiver Hersteller von Wasserturbinen-Luftkompressoren und Vakuumpumpen bezeichnet und eine Beschreibung der Maschinen geliefert. Gehäuse, Kopf und Rotor bilden den gesamten Kompressor bzw. die Vakuumpumpe. Beachten Sie das Fehlen von Zahnrädern, Ventilen, losen beweglichen oder hin- und hergehenden Teilen. Der Rotor läuft mit großem Spiel. Alle Kompressionsspannungen werden von Welle und Lagern abgeleitet, da die Luft gleichzeitig auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors komprimiert wird. Das Wasser folgt dem Gehäuse aufgrund der Zentrifugalkraft. Zweimal pro Umdrehung weicht das Wasser vom Rotor zurück und hinterlässt so Zwischenräume zwischen den Schaufeln, in die Luft durch die Einlassöffnungen gesaugt wird. Anschließend strömt das Wasser zurück in den Rotor, komprimiert die Luft und fördert sie durch die Auslassöffnungen. Die Einfachheit des Nash-Wasserturbinenprinzips ermöglicht einen hochwertigen Luftkompressor bzw. eine Vakuumpumpe zu einem vernünftigen Preis; einen Kompressor, der von jedem bedient werden kann; einen Kompressor, der im 24-Stunden-Betrieb mit unverminderter Effizienz läuft. Die Luft wird pulsationsfrei gefördert. Es wird kein Druckluftbehälter benötigt. Der Platzbedarf ist geringer als bei anderen Kompressoren gleicher Leistung. Aufwendige Fundamente sind nicht erforderlich. Es entstehen keine Vibrationen oder Geräusche. Absolute Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und konstante Leistung. Höchste Effizienz ist gewährleistet. Die Luft wird beim Durchströmen der Pumpe durch das Wasser gründlich gereinigt und ist dank der Zersetzung des Schmierstoffs vollständig frei von Kohlenwasserstoffen. Dadurch ist die Pumpe einzigartig geeignet für das Umwälzen von Flüssigkeiten, insbesondere Cyanidlösungen, für die Abgasabsaugung von Gaserzeugern, für die Luftdruckfiltration und für alle Prozesse, die saubere Luft erfordern.

Nach ihrem Ingenieurstudium traten Nashs zwei Söhne in das Familienunternehmen ein. Dadurch konnte Nash die meiste Zeit in seinem Labor verbringen und seine zahlreichen Erfindungen und Ideen weiterentwickeln. 1922 wagte er sich sogar in die Politik und wurde zum Abgeordneten im Parlament des Bundesstaates Connecticut gewählt. Bis zu Nashs Tod im Jahr 1923 hatte sich NEC zu einem florierenden und etablierten Unternehmen entwickelt.

Die Nash Engineering Company begann 1908 mit der Produktion von Flüssigkeitsringpumpen und -kompressoren. Abgebildet ist eine große, frühe Maschine, die für Anwendungen wie Dampfheizungen und Abwassersysteme gebaut wurde. (Bild: Nash Division von Ingersoll-Rand)

NEC entwickelte in der Folgezeit komplette Vakuumdampfheizsysteme und Vakuumabwassersysteme für viele der wachsenden Städte der USA sowie Vakuumpumpen für andere Branchen. Diese Arbeit wurde bis in die frühen 1960er-Jahre fortgesetzt, woraufhin sich das Unternehmen von der gewerblichen Heizungs- und Abwassertechnik abwandte und sich auf Industriemaschinen wie Vakuumpumpen für die Papier-, Energie-, Petrochemie- und Lebensmittelverarbeitung konzentrierte. Zu diesem Zeitpunkt war der Standort in Norwalk auf über 10.220 m² (110.000 ft²) mit mehr als 800 Mitarbeitern angewachsen. Weitere Produktionsstätten wurden in verschiedenen anderen Ländern errichtet. 1995 wurde der Betrieb nach Trumbull, Connecticut, verlegt .

Im Jahr 2000 gliederte Siemens sein Geschäft mit Flüssigkeitsringpumpen und Kompressoren aus und gründete Elmo Vacuum Technology. 2002 fusionierte dieses Unternehmen mit der Nash Engineering Company zu Nash Elmo, das 2004 von Gardner Denver übernommen wurde. 2012 verlegte Nash seinen Firmensitz in ein neues Werk in Bentleyville, Pennsylvania, wo das Unternehmen bis heute als Division von Ingersoll-Rand tätig ist.

Der ursprüngliche Flüssigkeitsringkompressor war auf wenige psig (Pfund pro Quadratzoll) Druckleistung begrenzt. Im Laufe der Zeit wurden die Nenndrücke jedoch erhöht: von 30 psig (2,1 bar) für Niederdruckmodelle bis hin zu 200 psig (13,8 bar) für Hochdruckmodelle. Es wurden auch mehrstufige Flüssigkeitsringsysteme mit zwei Verdichtungsstufen auf einer gemeinsamen Welle entwickelt. Moderne Geräte sind für Einlassvolumenströme von etwa 30 cfm (0,8 m³/min) bis 9400 cfm (266 m³/min) und mehr ausgelegt. Kompressoren werden aus Edelstahl, Sphäroguss und anderen Werkstoffen gefertigt, um die Kompatibilität mit verschmutzten, giftigen, explosiven und korrosiven Gasen zu gewährleisten.