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.
Procedure for the operation of ejectors. Jet compressors are used to deliver gases or vapors from rooms of lower pressure to rooms of higher pressure. The best-known version is the ejector, which is used, for example, to convey air from condensers.
The steam-powered ejector is of particular importance. The usual way of working of the ejectors is as follows: A propellant (vapor, gas or liquid) is accelerated to high speed in a nozzle and, after leaving the nozzle, is brought into contact with the medium to be conveyed.
A mixture of propellant and. Conveyed goods are created that move at great speed.
The mixture is then. through an expanding. Pipe, where the speed should gradually decrease and the kinetic energy of the cream should be converted into pressure. In the case of steam ejectors, the steam is finally condensed and eliminated by cooling the mixture.
It has not yet been possible to describe the processes in the ejector exactly. They are most confusing at the point where the propellant meets the medium to be conveyed.
The fact that the desired sequence of processes only takes place in a completely imperfect manner becomes the main cause of the poor efficiency. suspected of the known jet compressor.
It is generally assumed that when the propellant comes into contact with the medium to be conveyed, vortex rings are constantly formed, the speed of which is low, but which absorbs most of the kinetic energy supplied by the propellant in,
the no longer usable form: the vortex movement deteriorates.
The present invention now wants to take into account the more recent results of flow research on the one hand and certain properties of the gases and vapors on the other, so that the efficiency of the,
Jet compressor rises. First of all, the contrast between the behavior of elastic media at supersonic speed and the behavior at subsonic speed is of decisive importance. FIG. 1 of the accompanying drawing represents a schematic longitudinal section through a duct.
which is traversed by two layers A and B. First of all, assume that the layers consist of water. Layer A has the greater speed than layer B.
Both layers touch along a so-called dividing surface 1-1, the shape of which is slightly wavy, as it naturally forms after two flowing amounts of water are brought together. The following law applies to flowing water:
"In areas of high water speed the water pressure is low, in areas of low water speed the pressure is high." The volume parts 3 and 4 are delimited by two planes Q, outer sections through the channel,
they see move in the direction of flow and touch along the interface 1-1. The volume 3 is located at a point where the flow cross section between the channel wall and the separating surface 1-1 expands, the water gas velocity decreases and the pressure therefore increases.
The volume 4, however, is found when the channel half B is narrowed, the Wamergeschwiäd'igkeit increases, the water pressure falls.
If the pressure on side A rises, while on side B the pressure falls, water pushes itself out of the area of layer A into the area of layer B;
the imaginary interface becomes more wavy, bulged and finally rolled up. Vortex formation has started; individual phases thereof are illustrated in FIG. 2.
The formation of eddies described here between two Wasserschieliten also applies to flowing gases or vapors, i.e. for elastic media, as long as the flow speed is less than the visual speed,
with which a sound wave is propagated in the gas (state of subsonic speed). Two gas streams that flow next to each other at supersonic speed show opposite behavior. It is known,
da8 Nozzles, in which vapors or gases are to expand to above sonic speed, must have a conical-looking widening shape. Here the law applies:
"An increase in the cross-section of the flow corresponds to an increase in speed combined with a reduction in pressure and more". This contrast to the behavior of water has the effect of suppressing vortex formation in the case of gases or vapors
Influence that has so far been overlooked by flow research. In Fig. 1 A and B mean two flowing game layers that flow at supersonic speed,
volume 3 of layer A moves in the direction of a channel widening and thus in the sense of decreasing pressure,
while, on the other hand, at volume <4 of layer B, there is an increase in pressure due to the narrowing of the duct. The separating surface 1-1 is therefore pressed towards the A side in the area of the volumes 3 and 4
and therefore less wavy; the flow cross section zi @ t '' \ is widened less and therefore the pressure decrease is reduced,
while at 4 a decrease in the flow constriction reverses the pressure increase. The properties of the gas streams at supersonic speeds thus have a permanent smoothing of the interface into a% gel area;
the bulge and curling of the separating surface and thus the vortex formation according to FIG. 2 does not occur. Corresponding to the new insight into the flow processes described here, there is the <RTI method according to the invention
ID = "0002.0233"> for the operation of jet digesters in which at least one elastic medium has been removed from a room by at least one elastic propellant. RTI ID = "0002.0248" WI = "13" HE = "4" LX = "1561" LY = " 2001 "> Pressure in a room of higher pressure <RTI
ID = "0002.0252"> is promoted, in that both the propellant, äJs and the medium to be conveyed are accelerated before they meet in such a way that when they meet they move at full speed of vision, F:
ig. 3 shows schematically a beam twisted which is suitable for carrying out the method and which is operated, for example, according to the method according to the present invention. The propellant is steam, the medium to be conveyed is air.
Through the nozzle 11: the steam is fed in and accelerated to merschall speed by expansion. The air enters the compressor at the connector 12 and flows through the nozzle 13, which has an annular cross-section and envelops the steam nozzle in a jacket-like manner.
The constriction 14 of the air nozzle with a subsequent conically widened piece 15 is characteristic. This shape of the injection nozzle is used to accelerate the air to supersonic speed. When they meet, the two media are at ultrasonic speeds. Both nozzles open
in the closed diffuser 16, a piece of pipe, in which the stratification of the two media and gradual mixture formation takes place through diffusion of the molecules. This is followed by the compressor 17, a narrowing and then widening pipe section, in which the conversion of the kinetic energy:
of the mixture is going on in compression work. The mixture and the air it contained asked at the end 18 of the compressor a higher pressure than at the. Inlet nozzle 12.
In this example, the compressor is single-stage; However, it can easily be built as a multi-stage compressor by connecting several such individual stages one behind the other. In the jet compressor shown, a real layering of both media takes place, which takes place without vortex formation.
The energy transfer from the propellant to the material to be conveyed takes place via diffusion in the physical sense, in that an exchange of molecules takes place between the stratified media, so that they mix and an exchange of momentum takes place.
The result is a mixture with a high flow velocity, the kinetic energy of which is converted back into pressure. Careful cooling of the mixture during the compression process is important for reverse conversion. The cooling is particularly favorable if it results in the compression taking place at an unchanged temperature. As is well known, the entire kinetic energy converted is converted into compression work so that the best possible degree of compression is achieved.