CH200437A - Verfahren zum Betrieb von Strahlverdichtern. - Google Patents

Description

  Verfahren zum Betrieb von     Strahlverdiehtern.            Strahlverdichter    werden angewendet, um  Gase oder Dämpfe aus Räumen niederen  Druckes in Räume höheren Druckes zu för  dern. Die     bekannteste    Ausführung ist der       Ejektor,    der beispielsweise zur     Förderung     der Luft aus     Kondensatoren    verwendet wird.

    Von besonderer Bedeutung ist der     mit    Dampf  betriebene     Ejektor.    Die übliche     Arbeitsweise     der     Ejektoren    ist- folgende: Ein     Treibmittel     (Dampf, Gas oder Flüssigkeit) wird in einer  Düse auf grosse     Geschwindigkeit    beschleu  nigt und nach dem Verlassen     der    Düse     mit     dem zu fördernden Medium     in        Berührung     gebracht.

       Dabei    soll ein     Gemisch    aus     Treib-          mittel        und.        Fördergut        entstehen,    das sich mit       grosser        Geschwindigkeit    bewegt.

   Das Gemisch       wird        dann.    durch ein sich     erweiterndes.        Rohr          geleitet,    wo     die        Geschwindigkeit    allmählich  abnehmen und die     Bewegungsenergie    des     Cre-          misches        in.    Druck umgesetzt werden soll.     Bei          Dampfejektoren    wird schliesslich noch     durch          Kühlung    des     Gemisches    der Dampf konden  siert und ausgeschieden.  



  Es ist bisher nicht     gelangen,    die Vor-         gänge    im     Ejektor    exakt zu beschreiben. Am       unübersichtlichsten    sind sie an der Stelle, wo  ,das     Treibmittel    mit     dem    zu fördernden  Medium zusammentrifft.

   Dass     der        gewünschte     Ablauf der Vorgänge     in    nur     ganz        unvoll-          kommener-Weise        stattfindet,    wird     als        Haupt-          ursache    des     sehlechten        Wirkungsgrades.    der  bekannten     Strahlverdichter    vermutet.

       All-          gemein        wird        angenommen,    dass bei der     Be-          rührung    des     Treibmittels    mit dem zu för  dernden Medium dauernd     Wirbelringe    ent  stehen, deren     Fortbewegungsgeschwindigkeit          klein        ist,    die aber den     grössten        Teil    der vom       Treibmittel    gelieferten     Bewegungsenergie        in          ,

  der        nicht    mehr nutzbaren Form :der Wirbel  bewegung     veschlechtern.     



  Die     vorliegende    Erfindung     will        nun    beim  Betrieb von     .Strahlverdichtern    den     neueren     Ergebnissen der Strömungsforschung einer  seits und     gewissen        Eigenschaften    der Gase  und Dämpfe anderseits Rechnung tragen, so       ,dass    der     Wirkungsgrad        der,

  Strahlverdichter          steigt.        Zunächst    ist hierzu der Gegensatz im       Verhalten        elastischer    Medien     bei    Übers.chall-           geschwindigkeit    zum     "Verhalten    bei     Unter-          schallgesehwindigkeit    von     ausschlaggebender          Bedeutung.        Fig.    1 der     beiliegenden        Zeichnung          bedeutet    einen     .schematischen    Längsschnitt  durch einen Kanal,

   der von zwei     Schichten    A       und    B durchflossen wird. Zuerst     sei    angenom  men,     es    bestünden     die    Schichten aus     Wasser.     Die Schicht A habe     die    grössere     Geschwindig-          keit    als die     Schicht    B.

       Beide    Schichten be  rühren sich längs einer     sogena,nnten    Trenn  fläche 1-1, deren     Form    leicht wellig     ist,    wie  sie natürlicherweise nach dem     Zusammen-          letten    zweier fliessender Wassermengen sich  bildet.     Bei        fliessendem        Wasser    gilt     die    Ge  setzmässigkeit:

   "In Gebieten     grosser        Wasser-          geschwindigkeit        ist    der     Wasserdruck        klein,     in     Gebieten    kleiner     Wassergeschwindigkeit          ist    der Druck gross." Durch zwei ebene     Q,uer-          sehnitte    durch den Kanal     denke    man sich die       Volumenteile    3 und 4     abgegrenzt,

      die sieh in  Strömungsrichtung bewegen und sich längs  der Trennfläche 1-1     berühren.    Das Volumen  3     befindet    sich an einer     Stelle,    wo der     Durch-          flussquerschnitt    zwischen     Kanalwand    und       Trennfläche    1-1 sich     erweitert,    die     Wasser-          gaschwindigkeri     abnimmt und     deshalb    der  Druck steigt.

   Das Volumen 4     dagegen    be  findet sich     bei    einer Verengung der Kanal  hälfte B, die     Wamergeschwiäd'igkeit        nimmt     zu, der     Wasserdruck    fällt.

       Wenn        nun    auf  der     Seite    A der Druck     steigt,        während    auf  der     Seite    B der     Druck        sinkt,    so     drängt    sich       Wasser    aus dem     Bereich    der     Schicht    A     in          ,das    Gebiet der Schicht     B;

      die     gedachte        Trenn-          fläche        wird    stärker wellig,     ausgebaucht        und          schliesslich    aufgerollt. Damit hat die     Wirbel-          bildung        eingesetzt;    einzelne     Phasen    davon  veranschaulicht     Fig.    2.  



  Die     hier        beschriebene        Entstehung    von  Wirbeln     zwischen    zwei     Wasserschieliten    gilt  auch für     fliessende        Gase    oder Dämpfe, also  für     elastische    Medien,     solange    die     Fliess,-          geschwindsgkeit        kleiner        ist        als    die     Gesehwin-          digket,

          mit    der sich eine     Schallwelle    im     Gase     fortpflanzt     (Zustand    der     Unterschallge-          schwindigkeit).        Ein        gegensätzliches    Verhal  ten zeigen zwei     Gasströme,        die    mit Über  schallgeschwindigkeit     nebeneinander    strö-         tuend        sich        berühren.    Es     ist        bekannt,

          da8          Düsen,    in denen Dämpfe oder     Gase    auf Über  schallgeschwindigkeit     expandieren    sollen,     eine          konisch    sieh     erweiternde    Form     haben        müssen.     Hier     gilt        das        Gesetz:

          "Einer        Vergrösserung          des        Durchflussquerschnittes        entspricht    eine       Geschwindigkeitszunahme    verbunden mit       Druckverminderung        und        .ehrt".        Dieser          Gegensatz    zum     Verhalten    von     Wasser    hat bei       Gasen        oder    Dämpfen einen die     Wirbelbildung          unterdrückenden        

  Einfluss,    was von     der          Strömungsforschung    bisher     übersehen    wurde.         Bedeuten    in     Fig.    1 A     und    B zwei  fliessende     Gamehichten,    die     reit        Uberschall-          geschwindigkeit        strömen,

      so bewegt     sich    das  Volumen 3 der     Schicht    A in     Richtung    einer       Kanalerweiterung    und     damit    im Sinne     ab-          nehmenden        Druckes,

          während        anderseits    beim       Volumen <     4 der     Schicht    B wegen     Kanal-          verengung        eine        Druckzunahme        stattfindet.          Die    Trennfläche 1-1     wird'        deshalb    im     Be-          reich        der        Volumina    3 und 4     nach    der     Seite    A  hin     gedrückt    

      und        deshalb    weniger wellig; der       Durchflussquerschnitt        zi@t    ''\     wird        weniger        er-          weitert    und daher die     Druckabnahme    ver  mindert,

       während        bei    4 eine     Verminderung     der     Durchflussverenggrung    den     Druckanstieg          rückgängig        korrigiert.    Die     Eigenschaften    der  Gasströme bei     Überschallgeschwindigkeit    be  wirken     somit        eine        dauernde        Glättung    der       Trennfläche        in        eine        %gelfläehe;

      die Aus  bauchung     und        Aufrollung        der        Trennflache          und        damit    die     Wirbelbildung    nach     Fig.    2       unterbleibt.            Dem    hier     beschriebenen    neuen     Einblick    in  die     Strömungsvorgänge        entsprechend        be-          steht        das        erfindungsgemässe    Verfahren  <RTI  

   ID="0002.0233">   zum          Betriebe    von     Strahlverdiohtern,        bei    denen       mindestens        ein        elastisches        Medium        durch          wenigstens        ein        elastisches        Treibmittel    aus  einem     Raum        niederen   RTI ID="0002.0248" WI="13" HE="4" LX="1561" LY="2001">  Druckes    in     einen    Raum       höheren        Druckes     <RTI  

   ID="0002.0252">   gefördert    wird, darin, dass  sowohl     das        Treibmittel,,        äJs    auch     das    zu     för-          dernde    Medium vor     ihmm    Zusammentreffen  derart     beschleunigt        werden,    dass sie beim Zu  sammentreffen sich     reit        Übersehallgesehwin-          digkeit    bewegen,           F:

  ig.    3 zeigt     schematisch        einen    zur     Durch-          führung    des Verfahrens geeigneten Strahl  verdiohter, der nach dem     Verfahren    gemäss  vorliegender     Erfindung        beispielsweise        be-          trieben:        wird.    Das     Treibmittel    sei Dampf,  dm zu fördernde     Medium    Luft.

   Durch ,die       Düse    11     wird    :der Dampf zugeführt und  durch     Expansion    auf     Merschallgeschwindig-          keit    beschleunigt. Die Luft     tritt    beim Stutzen  12 in den Verdichter ein     und    durchströmt     die     Düse 13, welche     ringförmigen        Querschnitt     hat und     mantelförmig    die Dampfdüse um  hüllt.

       Charakteristisch    ist die     Einschnürung     14 der Luftdüse     mit    nachfolgendem     konisch     erweitertem     ,Stück    15. Diese     Form    der     Imft-          düsedient    zur     Beschleunigung    der Luft     auf          Überschallgeschwindigkeit.    Die     beidenMedien     weisen     bei        ihrem        Zusammentreffen    Über  schallgeschwindigkeit     auf.    Beide Düsen mün  den,

   in den     geschlossenen        Diffusor    16, ein  Rohrstück,     worin    die Schichtung     beider     Medien und     allmähliche    Gemischbildung  durch Diffusion der     Moleküle        stattfindet.     Anschliessend folgt der     Verdichter    17,     ein     sich verengendes und dann erweiterndes       Rohrstück,        worin    die     Umwandlung    der       kinetischen        Energie    :

  des     Gemisches    in     Ver-          dichtungsarbeit    vor sich geht. Das     Gemisch     und die in ihm     enthaltene    Luft bat am Ende  18 des     Verdichters    einen höheren Druck als       beim.        Eintrittstutzen    12.

   Der     Verdichter    ist  in diesem Beispiel     einstufig;    er kann aber  ohne     weiteres    als,     mehrstufiger        Verdichter     gebaut werden, indem mehrere solcher     Ein-          zelstufen        hintereinander        .geschaltet    werden.    In dem dargestellten     Strahlverdichter     findet eine wirkliche     Schichtung    beider  .Medien statt, die ohne Wirbelbildung vor  sich geht.

   Die Energieabgabe des Treib  mittels an das     Fördergut    erfolgt     auf    dem  Wege der     Diffusion    im     physikalischen        Sinn,     indem     zwischen    den geschichteten Medien ein       Moleküleaustausch    stattfindet, so dass sie sich  mischen und damit     verbunden    ein     Impuls-          austausch    vor sich geht.

   Es entsteht ein Ge  misch mit grosser     Strömungsgeschwindigkeit,     dessen kinetische Energie in Druck rück  gewandelt     wird.    Bedeutung für die Rück  wandlung hat eine sorgfältige     Kühlung    des  Gemisches während des Verdichtungsvor  ganges. Besonders     günstig    ist die Kühlung,  wenn dadurch die     Verdichtung    bei unverän  derlicher Temperatur verläuft. Bekanntlich  wird dabei die gesamte     umgesetzte    kinetische  Energie in     Verdichtungsarbeit    umgewandelt,  so dass der bestmögliche Verdichtungsgrad er  zielt wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zum Betrieb von Strahlver dichtern, bei denen mindestens ein elastisches Medium durch wenigstens ein elastisches Treibmittel aus einem Raume niederen Druckes in einen Raum höheren Druckes ge fördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Treibmittel, als auch das zu för dernde Medium vor ihrem Zusammentreffen derart beschleunigt werden, dass sie beim Zu sammentreffen sich mit Überschallgeschwin digkeit bewegen.