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Verfahren und Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines Unterdruckes mittels eines zweistufigen
Strahlgebläses.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines Unterdruckes mittels eines zweistufigen Strahlgebläses, durch das aus einem Raum mit einem absoluten Druck von höchstens 130 mm Quecksilbersäule das überschüssige Gas in einen Raum von etwa Atmosphärendruck oder mehr in-günstigerer Weise als bisher gefördert wird, d. h. mit einem geringeren Aufwand an Betriebsmittel für die Einheit des verdichteten Gases. Die Belastung eines Strahlgebläses, d. i. die Menge des verdichteten Gases, ändert sich in der Praxis in beträchtlichen Grenzen. Bei einem gegebenen Dampfoder Betriebsmittelverbrauch und einer Steigerung der Belastung steigt der absolute Druck am Saugende des Gebläses.
Soll beispielsweise mehr Luft aus einem Dampfkondensator o. dgl. bei gegebenem Dampfverbrauch entfernt werden, so steigt der Druck im Kondensator ("das Vakuum wird schlechter").
Nach Angabe des Erfinders soll bei Unterdruck erzeugenden Strahlgebläsen das Kompressionsverhältnis in der ersten Stufe ebenso gross oder, was vorzuziehen ist, grösser sein als das Kompressionsverhältnis in der zweiten Stufe, und zwar für alle Änderungen der Belastung, die Änderungen des Anfangsdruckes des zu verdichtenden Gases verursachen, in einem Bereich von etwa einem Sechstel oder weniger des Gesamtdruckbereiches vom absoluten Druck Nul1 bis zu dem Druck, auf den das Gas zu bringen ist. Demgemäss wird nach der Erfindung, welche Gebläsebauart auch verwendet werden möge, der gesamte Halsquerschuitt der Düse oder Düsen der ersten Stufe zum gesamten Halsquerschnitt der Düse oder Düsen der zweiten Stufe derart bemessen, dass in der ersten Stufe mehr als fünf v. H. des gesamten Betriebsmittels beider Stufen verbraucht werden.
Bei diesem Betriebsmittelverbrauch wird in der ersten Stufe ein Kompressionsverhältnis erzielt, das ebenso gross oder grösser ist als das in der zweiten Stufe, sofern die Belastung sich nur zwischen den Grenzen ändert, die den Anfangsdruck des zu verdichtenden Gases nur innerhalb eines Sechstels (oder weniger) des Gesamtdruckbereiches zwischen dem absoluten Druck Null und dem Druck, auf den das Gas zu bringen ist, zu halten gestatten. Im Rest des Gesamtdruckbereiches des zu verdichtenden Gases ist die Beziehung der Kompressionsverhältnisse der beiden Stufen umgekehrt, imdem in der ersten Stufe das Kompressionsverhältnis kleiner ist als in der zweiten.
Es zeigt sich, dass man die leistungsfähigste Vorrichtung erhält, wenn das Kompressionsverhältnis der ersten Stufe gleich ist dem in der zweiten für Belastungen, die an der Saugseite der ersten Stufe einen Druck von 130 mm Quecksilber absolut oder weniger oder einen Druck hervorrufen, der innerhalb des ersten Sechstels des ganzen Druckbereiches vom absoluten Druck Null bis zu dem Druck, auf den das Gas verdichtet werden soll, gelegen ist.
In der Zeichnung ist Fig. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen den Kompressionsverhältnissen der beiden Stufen und den Drücken an der Saugseite des Strahlgebläses der ersten Stufe. Fig. 2 ist ein Schnitt mit teilweiser Ansicht einer zweistufigen Vorrichtung gemäss der Erfindung, Fig. 3 ein wagrechter Schnitt der Düsenanordnung der
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ersten Stufe nach Fig. 2, Fig.-). ein Schnitt mit teilweiser Ansicht der Düsen und des Diffusors, die für die vorliegende Vorrichtung, insbesondere für ihre erste Stufe, geeignet sind, Fig, 5 ein wagrechter Schnitt durch die Düsenanordnung nach Fig. 4, und Fig. 6 ein lotrechter Schnitt mit teilweiser Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform.
In Fig. i ist C eine Kurve, deren Ordinaten die Quotienten der Kompressionsverhältnisse der zweiten Stufe und der gleichzeitigen Kompressionsverhältnisse der ersten Stufe sind und deren Abszissen die absoluten Drücke angeben. Der oberhalb der Linie a links vom Punkt b gelegene Teil der Kurve bezieht sich auf Kompressionsverhältnisse der ersten Stufe, die grösser sind als die gleichzeitigen Kompressionsverhältnisse der zweiten Stufe. Alle rechts vom Punkt b unterhalb der Linie a gelegenen Punkte beziehen sich auf die umgekehrte Bedingung, bei der in der zweiten Stufe die Kompressionsverhältnisse grösser sind als in der ersten.
Die nach Beobachtungen an zweistufigen Vorrichtungen gemäss der Erfindung aufgenommene Kurve C zeigt, dass für verschiedene Belastungen eines Strahlgebläses, bei dem an der Saugseite der ersten Stufe ein Druck von weniger als 89 11Zllt Quecksilber absolut hervorgerufen wird, und bei einem gegebenen Dampfverbrauch in der ersten Stufe, der mehr als fünf v. H. des Gesamtverbrauches an Dampf oder Betriebsmittel in beiden Stufen beträgt, die Kompressionsverhältnisse in der ersten Stufe grösser sind als die in der zweiten.
Durch Vermehrung des in der ersten Stufe verwendeten Dampfes oder Druckmittels wird der Schnittpunkt b der Kurve C und der Geraden a nach rechts verschoben und kann auch bis c gelangen, welcher Punkt etwa 127 1lt1n Quecksilber absolut oder einem Sechstel des Druckunterschiedes oder Bereiches zwischen dem absoluten Druck Null und dem Druck von einer Atmosphäre entspricht. Nach dem Dafürhalten des Erfinders bietet es keinen Vorteil, zweistufige Srrahlgebläse so zu bemessen, dass der Punkt b bis über c hinaus'nach rechts verschoben wird, weil bei absoluten Drücken von mehr als 130 MM Quecksilber (Unterdrücken von weniger als etwa 630 11t11t Quecksilber) einstufige Vorrichtungen vorteilhafter und mit höherer Leistung zu verwenden sind als zweistufige.
Die Erfindung besteht sonach in einem Verfahren und einer zur Ausführung dieses Verfahrens geeigneten Vorrichtung, wonach für absolute Drücke von 130 mm Quecksilber oder weniger (Unterdrücke von 630 MM Quecksilber oder mehr) das Kompressionsverhältnis im Gebläse der ersten Stufe grösser ist als das Kompressionsverhältnis der zweiten Stufe und der Betriebsmittelverbrauch in der ersten Stufe mehr als fünf v. H. des Gesamtverbrauches in beiden Stufen beträgt. Unter diesen Umständen soll der gesamte Betriebsmittelverbrauch für einen gegebenen Zustand und eine gegebene Belastung kleiner werden, als bei den sonst üblichen Verfahren und Vorrichtungen.
Es ist vorgeschlagen worden, bei der ersten Stufe eines Strahlgebläses ein kleineres
Kompressionsverhältnis anzuwenden als bei der zweiten, damit die aus der ersten in die zweite Stufe tretende Menge Betriebsmittel klein sei und daher in der zweiten Stufe weniger Betriebsmittel erfordert werde, wo das Betriebsmittel aus der ersten Stufe gleichfalls auf Atmosphärendruck gebracht werden muss ;
der Vorteil dieses Verfahrens wird dadurch mehr als aufgewogen, dass, Wenn in irgendeiner Stufe, wie hier in der zweiten, ein hohes Kompressions- verhältnis verwendet wird, die erforderliche Betriebsmittelmenge sehr rasch mit dem Kom- pressionsverhältnis und auch mit der Belastung wächst, und die für den Betrieb mit hohem
Kompressionsverhältnis erforderliche Betriebsmittelmenge in der zweiten Stufe den Vorteil überwiegt, der durch die Verwendung eines kleinen Kompressionsverhältnisses in der ersten
Stufe hinsichtlich der Ersparnis an Druckmittel erzielt wird.
Mit anderen Worten : Bei Verwendung einer grösseren Betriebsmittelmenge und eines grösseren Kompressionsverhältnisses in der ersten Stufe fällt der gesamte Betriebsmittelverbrauch kleiner aus als bei Verwendung einer kleineren Betriebsmittelmenge und eines kleineren Kompressionsverhältnisses in der- selben ersten Stufe. Es wird somit gemäss der Erfindung in der ersten Stufe eine grössere
Betriebsmenge, und zwar mehr als fünf v.
H. des Gesamtverbrauches beider Stufen benutzt und in jedem Falle eine Betriebsmittelmenge, die in der ersten Stufe ein Kompressions- verhältnis sichert, das grösser oder mindestens ebensogross ist wie das Kompressionsver- hältnis in der zweiten Stufe, wenn hohe Unterdrücke von mehr als 630 MM Quecksilber von der Atmosphäre gerechnet, also absolute Drücke von weniger als 130 MM Quecksilber erzielt werden sollen.
In Fig. 2 ist ein zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens geeignetes Gebläse dar- gestellt, das im allgemeinen Von bekannter Bauart ist und in der ersten Stufe, eine Anzahl von Betriebsmitteldüsen N umfasst, deren Eintrittsenden zur Kammer d führen, und in die ein geeignetes Betriebsmittel, z. B. Dampf, unter Druck durch eine Öffnung e eintritt. Die
Düsen liegen in einer Kammer f, deren Saugende g mit dem Kondensator oder einem sonstigen Raum verbunden ist, in dem hoher Unterdruck aufrechterhalten werden soll. Die
Düsen sind gegen den Diffusor h gerichtet, der nach der Zeichnung (Fig. 2) in die Kammer i mündet, die ein Kondensator sein kann, in dem der Dampf oder das Betriebsmittel des
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Gebläses der ersten Stufe in bekannter Weise kondensiert wird.
Aus der Kammer i gelangt das zu verdichtende Gas zur Saugöffnung i der zweiten Stufe, die Düsen NI umfasst, deren Eintrittsende in der Kammer d1 liegen, in die Dampf oder ein anderes Betriebsmittel durch die Öffnung e1 eintritt. Die Düsen NI sind gegen den Diffussor k1 der zweiten Stufe gerichtet. der bei k in die Aussenluft oder einen geeigneten Behälter mündet.
Zwecks Ausführung der Erfindung werden die Querschnitte der Hälse T der Düsen A' der ersten Stufe gegenüber den Querschnitten der Hälse Tl der zweiten Stufe so bemessen, dass die Hälse T aller Düsen der ersten Stufe zusammen mehr als fünf v, H. der Menge des Dampfes oder Betriebsmittel in der Zeiteinheit hindurchgehen lassen, die von den Düsen N, NI beider Stufen verbraucht wird.
Unter diesen Bedingungen ist das Kompressionsverhältnis der ersten Stufe grösser oder mindestens ebensogross wie das der zweiten Stufe, wenn an der Saugöffnung g der ersten Stufe ein Unterdruck von- 630 mm Quecksilber oder mehr bzw. ein absoluter Druck von 130 mm Quecksilber oder weniger herrscht. Ändert sich die Menge von Luft oder anderem Gas, das bei g eintritt, so ändert sich auch entsprechend der Unterdruck bei g, und zwar steigt der Unterdruck mit abnehmendem Gaszufluss an der Saugöffnung.
Für alle veränderlichen Belastungen, die an der Saug- öffnung g einen Unterdruck von 630 mm oder mehr bzw. einen absoluten Druck von 130 mm oder weniger bedingen, ist das Druckverhältnis der ersten Stufe, wie schon bemerkt, ebensogross oder grösser als das Druckverhältnis der zweiten Stufe, wenn der Dampfverbrauch der Düsen der ersten Stufe mehr als fünf v. H. des gesamten Dampfverbrauches beider Stufen ist ; unter diesen Bedingungen ist derGesamtdampfverbrauch der Vorrichtung, wie schon gesagt, kleiner als wenn unter gleichen Bedingungen das Kompressionsverhältnis der ersten Stufe kleiner ist als das der zweiten.
Man sieht, dass der Behälter oder Kondensator i auch entfallen kann. Wird er benutzt ; so wird der aus dem Diffusor h in ihn eintretende Dampf (oder kondensierbares Betriebsmittel) kondensiert, was zur Folge hat, dass die in der zweiten Stufe zu verdichtende Gasmenge verringert wird. Wird der Kondensator benutzt, so lässt sich die in der zweiten
Stufe verbrauchte Menge des Betriebsmittels auf etwa 50 v. H. jener herabbringen, die bei Fortfall der Kondensation nötig ist. Wird also ein Kondensator i benutzt und der Dampf- verbrauch in der zweiten Stufe auf die Hälfte herabgebracht, so wird der Dampfverbrauch in der ersten Stufe noch immer grösser sein als fünf v, H. des gesamten Dampfverbrauches und wird einen grösseren Teil des Gesamtdampfverbrauches ausmachen als in dem Fall, wo ein Kodensator zwischen den beiden Stufen nicht verwendet wird.
Die Einschaltung eines
Kondensators zwischen die Stufen eines Strahlgebläses ist zwar an sich bekannt, hat aber im vorliegenden Fall den besonderen Vorteil, dass der Kondensator die grössere, in der ersten Stufe erforderliche Menge des als Treibmittel dienenden Dampfes kondensiert.
Man kann in jeder Stufe irgendeine geeignete Anordnung der Düsen verwenden. Es kann beispielsweise insbesondere in der ersten Stufe die Düsenanordnung nach den Fig. 4 und 5 verwendet werden ; in diesem Falle sind um eine mittlere Düse zwei konzentrische
Kränze von Düsen angeordnet, wobei die Länge der Düsen vom äusseren Kranz der Gruppe gegen die Mitte zunimmt. Die Austrittsenden der Düsen treten dementsprechend näher an oder selbst in den Diffusor, je näher sie der Mitte der Gruppe stehen.
Man sieht auch aus Fig. 2, dass die Düsen gegen die Mitte hin an Länge zunehmen ; dies erweist sich als vorteilhaft besonders bei stärkeren Belastungen, wenn in der ersten Stufe ein Kom- pressionsverhältnis benutzt wird, das ebensogross oder grösser ist als das Kompressions- verhältnis der zweiten Stufe, um einen stetigen Betrieb zu sichern, d. i. zeitweise Schwankungen des Unterdruckes hintanzuhalten.
Bei der in den Fig. 2 und 4 dargestellten Anordnung reissen die Strahlen der äusseren Düsen den grössten Teil des zu verdichtenden Gases mit, wogegen der Strahl der mittleren Düse hauptsächlich zur Verdichtung dient, um das Gemisch mit grosser Geschwindigkeit in den Hals m des Diffusors zu schaffen.
In Fig. 6 ist eine abgeänderte zweistufige Einrichtung dargestellt, bei der in der ersten Stufe ein Strahlgebläse gewöhnlicher Art (ähnlich dem der ersten Stufe nach Fig. 2) verwendet wird. Dampf oder Betriebsmittel gelangt in die Kammer d durch des Rohr n mit Ventil. Der Diffusor h der ersten Stufe gibt das Gemisch von Betriebsmittel und zu verdichtendem Gas in geteiltem Strom durch die Kanäle p, p an die ringförmigen Kammern q, q zu beiden Seiten der radialen Strahlen ab, die aus der Düse austreten, die von den Scheiben s, t gebildet wird, und den Hals T2 besitzt, in den das Betriebsmittel aus dem Rohr v mit Ventil w gelangt ; v und w liefern auch das Betriebsmittel für die erste Stufe in das Rohr n.
Das durch die Kanäle p, p zur zweiten Stufe gelangende Gemisch wird durch den Strahl der Ringdüse r mitgerissen und in dem ringförmigen Diffussor x verdichtet, der in das Austrittsgehäuse mit der Austrittsöffnung z mündet.
Auch diese Einrichtung ist so getroffen, dass das Kompressionsverhältnis der ersten Stufe
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oder weniger bei einem Dampfverbrauch in der ersten Stufe erzeugen, der mehr als fünf v. H. des gesamten Dampfverbrauches beider Stufen beträgt. Dies wird wieder dadurch erreicht, dass man den Gesamtquerschnitt der Hülse der Düsen N der ersten Stufe gegenüber dem Querschnitt des Halses T2 der zweiten Stufe so bemisst, dass bei dem benutzten Druck des Betriebsmittels die Menge des durch die Düsen der ersten Stufe gehenden Betriebsmittels mehr als fünf v. H. des Betriebsmittelverbrauches in beiden Stufen beträgt.
Bei der wiederholt gemachten Angabe, dass der Betriebsmittelverbrauch der ersten Stufe grösser ist als fünf v. H, des Gesamtverbrauches, ist angenommen, dass der Anfangsdruck des Betriebsmittels in beiden Stufen derselbe ist. Ist der Betriebsmitteldruck der ersten Stufe kleiner als jener der zweiten, so ist das Gewicht des für die erste Stufe erforderlichen Betriebsmittels bei Aufrechterhaltung eines Unterdruckes von mindestens 630 MM Quecksilber und einem Kompressionsverhältnis, das ebensogross oder grösser ist als das Kompressionsverhältnis der zweiten Stufe, entsprechend grösser als fünf v. H. des gesamten Dampfverbrauches. Ist der Anfangsdruck des Betriebsmittels in der zweiten Stufe kleiner als der in der ersten, so wird der Betriebsmittelverbrauch in der ersten Stufe entsprechend kleiner, aber in keinem Falle kleiner als fünf v.
H. des Gesamtverbrauches an Betriebsmittel unter den praktisch vorkommenden Betriebsbedingungen, Mit anderen Worten : Werden in den verschiedenen Stufen verschieden hohe Anfangsdrücke des Betriebsmittel verwendet, so werden die Querschnitte der Düsenhälse entsprechend geändert, so dass das Gewicht des in der ersten Stufe verbrauchten Betriebsmittels trotzdem mehr als fünf v. H. des Gewichtes des Gesamtverbrauches an Betriebsmittel beträgt, und zwar so viel, dass das Kompressionsverhältnis der ersten'Stufe grösser oder ebensogross ist wie das Kompressionsverhältnis der zweiten Stufe für Unterdrücke von mehr als 630 mm bzw. absolute Drücke von weniger als jgo Km Quecksilber.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Aufrechterhaltung eines Unterdruckes mittels eines zweistufigen Strahl gebläses, dadurch gekennzeichnet, dass das gas-oder dampfförmige Betriebsmittel in der ersten Stufe in solcher Menge, nämlich mehr als. fünf v. H. des Gesamtverbrauches des Betriebsmittels in beiden Stufen zur Anwendung gelangt, dass das Kompressionsverhältnis der ersten Stufe ebensogross oder grösser ist als das der zweiten und der Druck auf der Saugseite der ersten Stufe einen bestimmten Wert, und zwar ein Sechstel des absoluten Druckes, auf den das Gas verdichtet werden soll, nicht überschreitet.