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PATENTANSPRÜCHE
1. Zweistufige Strahlpumpe mit einem von einem Mantel (19; 171) umschlossenen, von einem zu beschleunigenden Medium durchströmten Strömungskanal (13; 170), der eine Mittelachse (24) und einen längs dieser im wesentlichen konstanten Querschnitt hat, gekennzeichnet durch eine erste Düseneinrichtung (37; 174) und eine zweite, stromabwärts von der ersten befindlichen Düseneinrichtung (55; 190) für ein unter Druck stehendes Treibmittel, welche Düseneinrichtungen jeweils längs einer in einer ersten (38; 195) bzw. zweiten (57; 196) Radialebene liegenden Umfangslinie des Mantels (19;
171) angeordnet und derart ausgebildet sind, dass sie einen ersten (40) bzw. zweiten (60) stromabwärts gerichteten, bei Abwesenheit des zu beschleunigenden Mediums kegelmantelförmigen, auf der Mittelachse (24) zusammenlaufenden Sprühstrahl des Treibmittels ausstossen, wobei der erste Sprühstrahl (40) mit der Längsrichtung des Mantels (19; 171) einen Winkel (44; 182) von 15 bis 45O bildet, der zweite Sprühstrahl (6) mit der Längsrichtung des Mantels (19; 171) einen Winkel (61; 194) von 3 bis 10o bildet, und die Spitze (42) des ersten Sprühstrahls (40) mindestens angenähert in der zweiten Radialebene (57; 196) liegt (Fig. 1, 7).
2. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (19; 171) des Strömungskanals (13; 170) auf seiner Aussenseite mit einer Verteileranordnung (14; 200) für das Treibmittel versehen ist, die mit den beiden Düseneinrichtungen (37; 174 bzw. 55; 190) kommuniziert und diese mit dem unter Druck stehenden Treibmittel speist.
3. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (19) des Strömungskanals (13) aus einem stromaufwärts gelegenen Teilstück (16), einem Mittelstück (17) und einem stromabwärts gelegenen Teilstück (18) besteht, welche alle den gleichen Querschnitt aufweisen und konzentrisch um die Mittelachse (24) des Strömungskanals (13) in kurzen Abständen voneinander angeordnet sind, und dass axiale Zwischenräume (35; 54) der Teilstücke (16, 17, 18), die durch einander gegenüberliegende, abgeschrägte Ränder (31, 32; 51, 52) der Teilstücke (16, 17, 18) begrenzt sind, die erste (37) und zweite (55) Düseneinrichtung mit je einer kontinuierlichen, zur Mittelachse (24) längs einer Kegelfläche gerichteten Düsenöffnung bilden.
4. Strahlpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstücke (16, 17, 18) axial verschiebbar angeordnet sind, um die Breite der Zwischenräume einstellen und den Strom des Treibmittels verändern zu können.
5. Strahlpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (108; 110), unter welchen die Abschrägungen einander gegenüberliegender Ränder (31, 32) der Teilstücke (16, 17) zur Mittelachse (24) geneigt sind, unterschiedlich sind, derart, dass die Breite des Zwischenraumes in Richtung zur Mittelachse (24) abnimmt.
6. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass längs den in den Radialebenen (195, 196) liegenden Umfangslinien des Mantels (171) je mehrere Düsen (173) angeordnet sind, deren zur Längsrichtung des Mantels (171) um einen bestimmten Winkel (182, 194) geneigte Achsen (197, 198, 199) den Winkel des ersten (40) bzw. zweiten (60)
Sprühstrahls zur Längsrichtung des Mantels (171) festlegen.
7. Strahlpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Düse ein auf der Aussenfläche (184) des Mantels (171) angeordnetes Düsenelement (176, 192) aufweist, das zueinander parallele Endflächen (178, 179) hat, von welchen die eine (178) auf der Aussenfläche (184) des Mantels (171) aufliegt, dass sich ferner zwischen den beiden Endflächen (178, 179) ein Durchlass (181) erstreckt, der zu den Endflächen um den bestimmten Winkel (182) geneigt ist, und dass der Mantel (171) mit zur Längsrichtung des Mantels (171) geneigten Öffnungen (186) versehen ist, die mit den Durchlässen (181) der Düsenelemente (176, 192) fluchten und jeweils die Fortsetzung der Durchlässe (181) bilden.
8. Zweistufige Strahlpumpe mit einem äusseren Mantel (114) und einem zu diesem koaxialen inneren Mantel (119), welche beide sich längs einer Mittelachse erstrecken und einen von einem zu beschleunigenden Medium durchströmten Strömungskanal (118) begrenzen, dessen ringförmiger Querschnitt längs der Mittelachse im wesentlichen konstant ist, gekennzeichnet durch eine erste Düseneinrichtung (124, 133) und eine zweite, stromabwärts von der ersten befindlichen Düseneinrichtung (125, 136) für ein unter Druck stehendes Treibmittel, von welchen Düseneinrichtungen jede einen äusseren (124; 125), auf dem äusseren Mantel (114) befindlichen und einen inneren (133; 136), auf dem inneren Mantel (119) befindlichen Teil umfasst, welche Teile (124; 133;
125, 136) der ersten und zweiten Düseneinrichtung jeweils längs einer in einer ersten (127) bzw. zweiten (128) Radialebene liegenden Umfangslinie des äusseren bzw. inneren Mantels (114, 119) angeordnet und derart ausgebildet sind dass sie einen ersten (160) bzw. zweiten (162) äusseren, stromabwärts gerichteten, bei Abwesenheit des zu beschleunigenden Mediums kegelmantelförmigen, zur Mittelachse konvergierenden Sprühstrahl des Treibmittels sowie einen ersten (164) bzw.
zweiten (166) inneren, stromabwärts gerichteten, bei Abwesenheit des zu beschleunigenden Mediums kegelmantelförmigen, divergierenden Sprühstrahl des Treibmittels ausstossen, wobei der erste äussere (160) und der erste innere (164) Sprühstrahl mit der Längsrichtung der Mäntel (114, 119) gleiche Winkel (158, 165) von 15 bis 45 bilden, der zweite äussere (162) und der zweite innere (166) Sprühstrahl mit der Längsrichtung der Mäntel (114, 119) gleiche Winkel (159,167) von 3 bis 10O bilden, und die Schnittlinie des ersten äusseren (160) und inneren (164) Sprühstrahls mindestens angenähert in der zweiten Radialebene (128) liegt.
9. Strahlpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Mantel (114) des Strömungskanals (118) auf seiner Aussenseite und das Innere des inneren Mantels (119) je mit einer Verteileranordnung (126; 137) für das Treibmittel versehen sind, die mit den entsprechenden Teilen (124, 125; 133, 136) der Düseneinrichtungen kommunizieren und diese mit dem unter Druck stehenden Treibmittel speisen.
10. Strahlpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere (114) und der innere (119) Mantel des Strömungskanals (118) je aus einem stromaufwärts gelegenen Teilstück (120; 130), einem Mittelstück (121; 131) und einem stromabwärts gelegenen Teilstück (122; 132) bestehen, welche alle drei den gleichen Querschnitt aufweisen und konzentrisch um die Mittelachse in kurzen Abständen voneinander angeordnet sind, und dass axiale Zwischenräume (142, 145) der Teilstücke (120, 121, 122, 130, 131, 132), die durch einander gegenüberliegende, abgeschrägte Ränder der Teilstücke begrenzt sind, kontinuierliche Düsenöffnungen (124, 125, 133, 136) bilden.
Die Erfindung bezieht sich auf eine zweistufige Strahlpumpe gemäss den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 8.
Strahlpumpen werden zum Beschleunigen eines durch den
Strömungskanal strömenden Mediums, d. h. zum Pumpen des Mediums, verwendet. Der Begriff Medium bezieht sich auf Flüssigkeiten (insbesondere Wasser), Gase und Flüssigkeits
Gas-Gemische.
Es sind zahlreiche Arten solcher Strahlpumpen bekannt, z. B. als Druckstrahlpumpen oder als Saugstrahlpumpen. Bei solchen Pumpen dient eine gewöhnliche Flüssigkeitspumpe als primäre Vorrichtung, um innerhalb eines das Hauptmedium
enthaltenden Strömungskanals einen Zentralstrahl des Treibmittels zu erzeugen, der den Durchfluss durch den Strömungskanal beschleunigt.
Bei vielen der Strahlpumpen übersteigt die durch die primäre Pumpe beim Pumpen des Treibmittels verbrauchte Energie sehr wesentlich die Energie, die erforderlich wäre, um das Hauptmedium durch Verwendung lediglich einer herkömmlichen Flügel- oder Umlaufpumpe zu pumpen. Aus dem genannten Grund sind die Düsen- oder Strahlpumpen im allgemeinen relativ leistungsschwach und daher unwirtschaftlich und sie werden demzufolge gewöhnlich nur dort verwendet, wo die normale Rotationspumpe nicht praktisch ist, beispielsweise beim Befördern brüchiger Feststoffe, die im Hauptstrom vorhanden sind.
Die relative Leistungsschwäche der herkömmlichen Strahlpumpen wird auf zwei Hauptfaktoren zurückgeführt. Erstens besteht während des Mischens eine verhältnismässig grosse Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Treibmittel und dem Hauptmedium, wodurch Wirbelbildung und damit übermässige Energieverluste auftreten. Zweitens senkt eine sich an der Kanalwand bildende Grenzschicht die Leistung und den Wirkungsgrad.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine zweistufige Strahlpumpe zu schaffen, die zum Beschleunigen von Flüssigkeiten, Gasen oder Gas-Flüssigkeitsgemischen, zum Beschleunigen oder Trennen von in den Medien enthaltenen Feststoffen oder zum Antreiben von Schiffen verwendet werden kann, die ferner leistungsfähiger und wirtschaftlicher als die bekannten Vorrichtungen ist und bei der die nachteiligen Erscheinungen von Grenzschichten und Verwirbelungen vermieden sind.
Die erfindungsgemässe Strahlpumpe weist die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 8 angeführten Merkmale auf.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Längsschnittansicht an einer Mittelachse einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine vereinfachte Endansicht der Strahlpumpe gemäss Fig. 1;
Fig. 3 eine vereinfachte Draufsicht auf ein Teilstück der Strahlpumpe gemäss Fig. 1;
Fig. 4 eine vergrösserte Einzelansicht im Schnitt, die an eine Strahldüse der Strahlpumpe gemäss Fig. 1 angrenzende Bauteile zeigt;
Fig. 5 eine vereinfachte Längsschnittansicht an einer Mittelachse einer weiteren Ausführungsform der Strahlpumpe, die insbesondere zum Vorwärtsbewegen von Schiffen dient;
Fig. 6 eine vereinfachte Schnittansicht entlang der Linie 6-6 in Fig. 5, wobei einige Teile weggelassen sind;
;
Fig. 7 eine vereinfachte Schnittansicht eines Teiles einer weiteren Ausführungsform, die abgeänderte Strahldüsen veranschaulicht; Fig. 8 eine vereinfachte Schnittansicht eines Teilstückes, entlang der Linie 8-8 in Fig. 7; und
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer einzelnen als Ausströmdüse ausgeführten Düsenform.
Eine Strahlpumpe 10 (Fig. 1) besteht aus einem Hauptkörper 12 mit einem durch eine Seitenwand oder Mantel 19 begrenzten Hauptkanal 13. Diese Pumpe dient zum Beschleunigen des Flusses eines Hauptmediums, wie Luft oder Wasser, das in Richtung des Pfeiles 11 durch den Kanal fliesst. Eine Verteileranordnung 14 ist umlaufend um den Kanal angeordnet und wird mit einem unter Druck stehenden Treibmittel durch eine Einlassleitung 15 versorgt. Das Treibmittel kann Luft oder Wasser sein, das durch eine primäre Pumpe (nicht dargestellt) unter Druck gesetzt wird. Der Kanal besteht aus eng im Abstand angeordneten, stromaufwärts, mittig und stromabwärts liegenden Teilstücken 16, 17 und 18, die jeweils entsprechende Durchlässe 20, 21 und 22 umschliessen.
Die Durchlässe fluchten, sind symmetrisch um eine Längsmittelachse 24 des Kanals angeordnet und haben im wesentlichen gleiche Querschnitte, so dass der Kanal über seine gesamte Länge einen im wesentlichen konstanten Querschnittsbereich aufweist. Angrenzend an das entsprechende stromaufwärts sowie stromabwärts liegende Teilstück des Kanalmantels ist jeweils ein Rohrleitungsstück 27 bzw. 28 befestigt. Diese Rohrleitungen kommunizieren mit dem Kanal, wobei das stromaufwärts liegende Leitungsstück 27 in das zu beschleunigende Hauptmedium eingetaucht ist oder mit diesem versorgt wird und daher als Einlassbereich dient.
Der stromabwärts gerichtete Rand 31 des stromaufwärts liegenden Teilstückes 16 ist im Abstand vom stromaufwärts liegenden Rand 32 des Mittelstückes 17 des Mantels angeordnet. Der dadurch gebildete axiale Zwischenraum 35 wird parallel zur Längsmittelachse 24 des Kanals gemessen und begrenzt eine primäre Strahldüse 37. Diese erstreckt sich am Umfang um einen Abschnitt des Hauptkanals, im wesentlichen innerhalb einer primären diametralen Ebene 38 (gestrichelt gezeichnet), die senkrecht zur Längsmittelachse verläuft. Auf diese Weise wird eine im wesentlichen kontinuierliche oder durchgehende Strahldüse oder umlaufende Ausströmöffnung gebildet. Die Strahldüse 37 kommuniziert mit dem Verteiler 14 und erhält von diesem das Treibmittel unter Druck.
Die einander gegenüberliegenden Ränder 31 und 32 begrenzen die Strahldüse und sind so abgeschrägt, dass sie stromabwärts in den Hauptkanal einen primären konischen Sprühstrahl 40 des Treibmittels richten. Die Ränder 3i und 32 sind dabei so geformt, dass der Strahl zunächst konvergierend gegen die Längsmittelachse 24 verläuft und diese an einer theoretischen Spitze 42 trifft. Der Kegel schliesst einen Halbwinkel 44 ein, der im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 260 beträgt. Die Strahldüse kann aber auch so ausgelegt sein, dass dieser Halbwinkel kleiner oder grösser, nämlich zwischen etwa 15o und 45O, ist. Der Sprühstrahl 40, der durch die Mittellinien dargestellt ist, ist demnach zunächst gegen die Seitenwand oder den Mantel 19 und die Längsmittelachse 24 im Winkel 44 geneigt.
Dies ist allerdings ein theoretischer Zustand, der nur dann auftritt, wenn im Kanal 13 kein Hauptmedium vorhanden ist.
Die Lage der Spitze 42 ist theoretisch durch Mittellinien diametral entgegengesetzter Teile der ersten Strahldüse 37 bestimmt, die einander an der Längsmittelachse 24 schneiden.
Dieser theoretische Schnittpunkt des Sprühstrahles wird bei normalen Arbeitsbedingungen nicht erreicht. Wenn nämlich eine Strahlpumpe arbeitet, beeinflusst das durch die Strahldüse 37 eintretende Treibmittel den Fluss des Hauptmediums im Kanal 13 in Richtung des Pfeiles 11, der seinerseits das Sprühbild verändert, so dass dieses eine allgemeine Form annimmt, die etwa so aussieht, wie es durch die gestrichelten Linien 48 gezeigt ist. Der theoretische Schnittpunkt bei Verwendung von Wasser als Treibmittel wird wahrscheinlich annähernd dann erreicht, wenn im Kanal relativ ruhige Luft vorhanden ist. Die Strahldüse 37 wird näher anhand der Fig. 4 beschrieben.
Der strom aufwärts gerichtete Rand 51 des strom abwärts liegenden Teilstückes 18 des Mantels 19 und der angrenzende stromabwärts gerichtete Rand 52 des Mittelstückes 17 des Mantels 19 sind ebenfalls durch einen axialen Abstand 54 voneinander getrennt, der eine sekundäre Strahldüse 55 begrenzt. Diese Strahldüse 55 verläuft am Umfang um einen Abschnitt des Hauptkanals, im wesentlichen innerhalb einer sekundären diametralen Ebene 57 (gestrichelt gezeichnet).
Auch diese Ebene steht senkrecht zur Längsmittelachse 24 und ist stromabwärts im Abstand von der ersten Ebene 38 angeordnet, der den in Längsrichtung verlaufenden Düsenabstand 59 bestimmt. Der Winkel 44 und der Düsenabstand 59 sind so gewählt, dass ohne Durchfluss des Hauptmediums innerhalb des Kanals 13 die theoretische Spitze 42 des kegelförmigen Sprühstrahls 40 im allgemeinen angrenzend an einen Mittelpunkt der zweiten Ebene 57 liegt. Die sekundäre Strahldüse 55 kommuniziert auch mit dem Verteiler 14 und erhält von diesem das Treibmittel unter Druck. Die einander gegen überstehenden Ränder 51 und 52, die die Strahldüse 55 begrenzen, sind abgeschrägt und richten folglich einen sekundären kegelförmigen Sprühstrahl 60 des Treibmittels stromabwärts in den Hauptkanal.
Die Ränder 51 und 52 sind so geformt, dass ohne Stromfluss im Hauptkanal der Halbwinkel des sekundären kegelförmigen Sprühstrahls 60 etwa 7 beträgt.
Die tatsächliche Spitze des Kegels ist nicht gezeigt. Geometrisch gesehen entspricht der Winkel 61 des gegen den Mantel des Kanals geneigten Sprühstrahls dem Halbwinkel und im Betrieb verändert der Durchfluss des durch den Kanal 13 strömenden Treibmittels den sekundären Sprühstrahl 60, so dass dieser im allgemeinen so verläuft, wie durch die gestrichelte Linie 64 gezeichnet ist.
Der Winkel 61 ist so gewählt, dass der sekundäre kegelförmige Sprühstrahl dazu beiträgt, die unerwünschten Grenzschichteffekte, die strom abwärts vom primären Sprühstrahl auftreten, zu verringern. Er kann nahezu parallel zur Innenwand des Mantels verlaufen. Ein praktischer Bereich des Winkels 61 liegt zwischen 30 und 100. Bei einigen Anwendungsarten kann dieser Bereich auch ausgedehnt werden.
Die Verteileranordnung 14 besteht aus einem Innengehäuse 68 und einem Aussengehäuse 69. Das Innengehäuse 68 ist um den Hauptkörper 12 bzw. dessen Mantel 19 gelegt und ist an diesem durch im Abstand angeordnete Ringverbindungsstücke 72 bzw. 73 befestigt. Das Aussengehäuse 69 umgibt einen Mittelabschnitt des Innengehäuses 68, und begrenzt einen ersten Ringverteiler 74. Dieser Ringverteiler 74 weist eine Innenwand 76 mit einer Vielzahl von Löchern 78 auf. Ein zweiter Verteiler 80 wird begrenzt vom Innengehäuse 68, einem Teil des Mantels 19 des Hauptkörpers 12 und Teilen der Ringverbindungsstücke 72 und 73. Dieser zweite Verteiler 80 kommuniziert unmittelbar mit den primären und sekundären Strahldüsen 37 und 55 und durch die Löcher 78 in der Innenwand 76 mit dem ersten Verteiler 74.
Zwischen dem Innengehäuse 68 und dem Mittelstück 17 sind mehrere radial angeordnete Stützen 62 vorgesehen, um dieses Mittelstück 17 konzentrisch und ausgerichtet mit den stromaufwärts und stromabwärts liegenden Teilstücken 15 bzw. 17 des Mantels 19 zu halten.
Die Einlassleitung 15 ist im wesentlichen tangential mit der Verteileranordnung 14 verbunden (Fig. 2 und 3) und weist eine Mittelachse 84 auf, die in bezug auf die Längsmittelachse 24 des Kanals 13 in einem Winkel 86 geneigt ist. Auf diese Weise tritt das in die Verteileranordnung 14 fliessende Treibmittel im wesentlichen tangential ein und ist ebenfalls in bezug auf die Längsmittelachse 24 geneigt, und zwar in einem Steigungswinkel, der dem Winkel 86 annähernd gleich ist. So wird innerhalb des ersten Verteilers 74 eine teilweise schraubenlinienförmige Strömung erzeugt, von der angenommen wird, dass sie die anfängliche Wirbelbildung verringert und so die Leistungsfähigkeit und den Vortriebswirkungsgrad erhöht.
Die Löcher 78 im Innengehäuse 68 verändern die Strömungsrichtung des Treibmittels und bewirken einen im wesentlichen radialen Fluss, so dass das in den zweiten Verteiler 80 eintretende Treibmittel im wesentlichen nicht schraubenlinienförmig fliesst, sondern annähernd längs durch die ersten und zweiten Strahldüsen strömt. Es kann jedoch ein flacher schraubenlinienförmiger Fluss durch die Düsen erreicht werden, was in einigen Fällen erwünscht ist.
Mehrere kurze Rohre 87 stehen von den Ringverbindungsstücken 72 und 73 ab. Für diese Rohre sind Steckdorne (nicht dargestellt) vorgesehen, um das Drehen der Verbindungsstücke in bezug auf die Verteileranordnung 14 zu erleichtern und dabei die Grösse der Düsen zu variieren, wie noch anhand der Fig. 4 näher erläutert wird. Das Ringverbindungsstück 72 besteht aus einem Paar gleichen oder gleichartigen halbrunden Klemmen 88 und 89 (Fig. 2), wobei jede Klammer etwa 1800 des Hauptkörpers umschliesst. Die aneinander stossenden Enden der Klemmen sind durch Schrauben und Muttern 90 und 91 miteinander fest verbunden, wodurch das Verbindungsstück nach Wunsch verstellt werden kann. Die Abmessungen der Strahldüsen, d. h. der Abstand 35 bzw. 54 bestimmen teilweise den Fluss des Treibmittels durch die Düsen.
Dieser Fluss wird so eingestellt, dass eine gewünschte Strömung des Hauptmediums im Kanal 13 erreicht wird. Der Abstand 35 wird mit Hilfe des Ringverbindungsstückes 72 eingestellt und unabhängig davon wird der Abstand 54 durch Verstellen des Ringverbindungsstückes 73 variiert. Der maximale Querschnittsbereich der Strahldüsen zusammen ist kleiner als der Querschnittsbereich der Einlassleitung 15, um sicherzustellen, dass ein entsprechender Fluss des Treibmittels die Düsen erreicht.
Die halbrunde Klemme 89 weist eine nach innen schräg verlaufende im Schnitt V -förmige Ausnehmung mit Innenflächen 93 und eine an der V -Spitze einen Spielraum schaffende Nut 94 auf. Das Ringverbindungsstück 72 ist mit im Schnitt L -förmigen Ringen 95 und 96 versehen, die mit den halbrunden Klemmen 88 und 89 zusammenwirken. Der Ring 95 ist am stromaufwärts liegenden Teilstück 16 des Mantels 19 befestigt und weist eine Teilkegel-Stirufläche 97 auf, die im wesentlichen eine Innenfläche 93 der V -Ausnehmung in der Klemme 89 ergänzt. Der Ring 95 ist ferner mit einer umlaufenden Lagerfläche 98 versehen, in der eine Ringnut 99 ausgespart ist, in der ein O-Ring 100 eingesetzt ist.
Dieser O-Ring berührt dichtend eine Innenfläche des Gehäuses 68, um ein Lecken von Treibmittel zwischen dem Gehäuse und dem Ring zu verhindern. Der äussere, im Schnitt L-förmige Ring 96 weist ebenfalls eine Teilkegel-Stirnfläche 103 auf, die die zweite Innenfläche der V -Nut in der Klemme 89 ergänzt.
An der dem Innengehäuse 68 zugekehrten Ringfläche ist der äussere Ring 96 mit einem Innengewinde 106 versehen, das auf ein Aussengewinde am stromaufwärts liegenden Ende des Innengehäuses aufschraubbar ist. Auf diese Weise berühren Innenflächen 93 der V -Nut in der Klemme 89 und eine ähnliche V -Nut in der Klemme 88 die Teilkegel-Stirnflächen des inneren und des äusseren, im Schnitt L-förmigen Ringes und drücken die beiden Ringe gegeneinander, um zwischen diesen eine starre Verbindung zu schaffen.
Zum Einstellen des Abstandes 35 der ersten Strahldüse werden die Klemmen 88 und 89 teilweise gelöst, indem die Muttern und Schrauben 90 und 91 (Fig. 2 und 3) gelockert werden. Der Steckstift oder Steckdorn (nicht dargestellt) wird dann in eines der Rohre 87 gesteckt, derart, dass der äussere Ring 96 in bezug auf das Innengehäuse 68 gedreht werden kann. Eine solche Drehung bewirkt eine relative Längsbewegung zwischen dem Gehäuse 68 und dem inneren Ring 95, der unmittelbar mit dem stromaufwärts liegenden Teilstück 19 des Mantels verbunden ist. Die radialen Stützen 82 verbinden das Gehäuse 68 mit dem Mittelstück 17, des Mantels 19, wodurch die Drehung den Abstand 35 zwischen dem Mittelstück 17 und dem stromaufwärts liegenden Teilstück 16 des Mantels 19 variiert und die Breite der Strahldüse verändert wird.
Die Muttern und Schrauben 90 und 91 werden dann wieder angezogen, um das Ringverbindungsstück 72 zu sperren und festzulegen. Die Grösse der sekundären Strahldüse kann in ähnlicher Weise eingestellt werden. Folglich sind die einzelnen Teilstücke des Kanals so miteinander verbunden, dass zwischen ihnen eine axiale Bewegung möglich ist, um die Düsenabmessungen zu variieren.
Der stromabwärts gerichtete Rand 31 des Teilstückes 16 des Mantels 19 des Kanals 13 ist abgeschrägt, so dass sie in bezug auf die Längsmittelachse 24 des Kanals in einem Winkel 108, von etwa 240 angeordnet werden kann. Der strom aufwärts gerichtete Rand 32 des Mittelstückes 17 des Mantels 19 ist in ähnlicher Weise abgeschrägt und zur Längsmittelachse 24 in einem Winkel 110, von etwa 280, geneigt. Auf diese Weise bilden die abgeschrägten Ränder der Teilstücke des Mantels Kegelteile, bei denen die Winkel 108 und 110 Kegelhalbwinkel begrenzen. Der Kegelwinkel ist so gewählt, dass der stromabwärts gerichtete Rand zur Längsmittelachse 24 in einem steileren Winkel geneigt ist als der stromaufwärts gerichtete Rand.
Auf diese Weise nimmt der Abstand zwischen benachbarten Rändern gegen den Kanal zu ab, wodurch eine konvergierende Düse gebildet wird, deren Konvergenzwinkel etwa 4O beträgt. Der Sprühstrahl hat eine theoretische Mittellinie 40 (Fig. 4), die zum Mantel 19 in einem Winkel 44 geneigt ist, der einen Nennwert von etwa 260 aufweist. Infolgedessen ist der Abstand am Düsenausgang angrenzend an die Wand des Mantels 19 des Kanals am kleinsten. Dieser Minimalabstand am Düsenausgang kann zwischen etwa 0,254 mm und 2,54 mm betragen, und zwar abhängig von den Erfordernissen der Strömung. Für einen gegebenen Verteilerdruck, der zwischen 3,50 kg/cm2 und 10,50 kg/cm3 (50-150 psi) liegen kann, wird bei ansteigendem Düsenabstand der Fluss durch die Düsen erhöht und der Druck im Verteiler gesenkt.
Der Verteiler druck wird eingestellt, um einen entsprechenden Durchsatz des Hauptmediums im Kanal zu erzielen.
Eine Ausführungsform weist beispielsweise einen Hauptkanal mit einem Durchmesser von 25,40 cm auf. Die Winkelgrössen entsprechen den oben angegebenen Massen. Die Düsenspalte betragen sowohl für die primären als auch für die sekundären Düsen 1,27 mm. Der Verteilerdruck beträgt 6,30 kg/cm2. Eine Wassersäule von 3,66 m Höhe wurde oberhalb eines Wasserspiegels gehalten. Das Treibmittel war Wasser, das von einer herkömmlichen durch einen 30 PS-Motor getriebenen Zentrifugalpumpe zugeführt wurde.
Für normale Verteilerdrucke bis zu 10,50 kg/cm2 wird ein Kanal mit einem maximalen Durchmesser von etwa 30,48 cm vorgesehen. Wenn der Kanaldurchmesser sehr viel grösser ist als 30,48 cm, besteht die Gefahr, dass der primäre Sprühstrahl in den Fluss des Hauptmediums nicht ausreichend eindringt, um genügend Energie zwischen den Medien zu übertragen.
Wenn daher ein grösserer Massenfluss durch den Hauptkanal gewünscht wird, ist eine abgeänderte erfindungsgemässe Strahlpumpe vorzuziehen. Eine solche ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt und wird später erläutert.
Der Längsabstand 59 zwischen den Strahldüsen ist ziemlich kritisch und soll so gewählt werden, dass die sekundäre Ebene 57 annähernd an den theoretischen Scheitelpunkt des primären kegelförmigen Sprühstrahls angrenzt. Es wird bemerkt, dass dann, wenn der Winkel 44 annähernd 260 beträgt (wie gezeigt), der Längsabstand 59 zwischen den Düsen im wesentlichen gleich ist dem Kanaldurchmesser. Diese Angaben sind Näherungswerte und eine optimale Anordnung kann durch Experiment gefunden werden. Die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung ist auf die Arbeit der sekundären Strahldüse zurückzuführen, die unerwünschte, stromabwärts von der primären Strahldüse gebildete Grenzschichteffekte verringert.
Die sekundäre Strahldüse ist in einem flachen Winkel 61 geneigt, um den Fluss des Hauptmediums angrenzend an die Wand des Mantels 19 stromabwärts von der sekundären Strahldüse zu beschleunigen, der normalerweise aufgrund der Grenzschichteffekte wesentlich langsamer ist als der Hauptstromfluss. Die sekundäre Strahldüse verringert demnach offensichtlich die unerwünschten Grenzschichteffekte und kann Wirbelbildung entgegenwirken, um den Durchsatz durch den Kanal zu erhöhen. Es ist wichtig, dass die sekundäre Strahldüse so geneigt ist, dass sie nahezu parallel, d. h. im wesentlichen parallel zur Wand des Mantels des Kanals verläuft und nicht weit in den Hauptfluss spritzt. Andernfalls wird die Wirkung dieser sekundären Strahldüse stark gemindert.
Die obengenannten Drucke und Abmessungen betreffen Vorrichtungen, die Wasser als Treibmittel und Hauptmedium verwenden. Dies trifft beispielsweise zu beim Wasserpumpen mit Wasser, beim Transportieren von in Wasser befindlichen Festkörpern, beispielsweise Fischen, und da wo Flüssigkeitspumpen vorhanden sind, um das Arbeitsmedium unter Druck zu setzen. Andererseits kann ein Gas, wie beispielsweise Luft, als Treibmittel verwendet werden. In diesem Fall jedoch, wenn ein Gas zum Pumpen einer Flüssigkeit als Hauptmedium dient, werden üblicherweise höhere Verteilerdrucke für das Gas benötigt. Ferner kann sowohl das Hauptmedium als auch das Treibmittel Gas oder Gase sein und die Vorrichtung kann dann als Ventilator zum Absaugen von Luft oder von Luft mit darin suspendierten Feststoffen, beispielsweise bei Entstaubung, benutzt werden.
Wenn eine Flüssigkeit als Treibmittel zum Pumpen von Luft verwendet wird, beispielsweise Wasser in einem Abgaskanal, können Partikel aus dem Abgas mit der Flüssigkeit abgesondert werden. Infolgedessen kann die Vorrichtung als Gasreiniger oder Gaswäscher dienen. Andere Kombinationen der Treibmittel und Hauptflussmedien können für weitere Anwendungsgebiete ausgelegt werden.
Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform 115 der erwähnten erfindungsgemässen Strahlpumpe dient insbesondere zum Treiben von Schiffen durch Wasser oder für Anwendungsgebiete, bei denen höhere Durchsatzgeschwindigkeiten erforderlich sind, als diejenigen, die mit nur einem Hauptkanal erreicht werden können. Die Ausführungsform 115 besteht aus einem Hauptkörper 117 mit einem von einem Mantel 114 umgebenen Hauptkanal, in dem ein Innenkörper 119 so eingesetzt ist, dass zwischen dem Innenkörper und der Innenseite des Mantels 114 ein Ringkanal 118 gebildet wird. Dieser Ringkanal 118 weist eine Ringachse 116 auf, die im gleichen Abstand zwischen der Aussenwand des Innenkörpers 119 und der Innenwand des Mantels 114 des Hauptkörpers 117 verläuft.
Der Hauptkörper 117 ist ähnlich gebaut wie der Hauptkörper 12 gemäss Fig. 1 und besteht aus nahe im Abstand voneinander angeordneten Teilstücken, nämlich dem stromaufwärts liegenden Teilstück 120, dem Mittelstück 121 und dem stromabwärts liegenden Teilstück 122. Das Teilstück 120 begrenzt einen Einlass und das Teilstück 122 begrenzt einen Auslass. Alle drei Teilstücke fluchten und weisen im wesentlichen gleiche Querschnitte auf. Der Hauptkörper ist mit primären und sekundären Strahldüsen 124 bzw. 125 versehen, die innerhalb von primären und sekundären diametralen Ebenen 127 bzw. 128 angeordnet sind. Diese Strahldüsen sind in einem Längsabstand 113 voneinander entfernt und werden durch einen Verteiler 126 mit einem unter Druck stehenden Treibmittel versorgt.
Dieses Treibmittel gelangt durch eine Einlassleitung 129 in den Verteiler und durch eine durchlöcherte Trennwand 123 zu den Strahldüsen. Die Ausführung der Strahldüsen im Hauptkörper entspricht im wesentlichen derjenigen der Düsen bei der Vorrichtung 10 gemäss Fig. 1.
Der Innenkörper 119 besteht ähnlich wie der Hauptkörper aus nahe im Abstand voneinander stromaufwärts, mittig und stromabwärts gelegenen Teilstücken 130, 131 und 132, die ebenfalls fluchten und im wesentlichen die gleichen Querschnitte aufweisen, so dass der Ringkanal einen im wesentlichen gleichmässigen Querschnitts- und damit Durchflussbereich über seine gesamte Länge hat. Die Enden des Innenkörpers sind stromlinienförmig ausgebildet, um Wirbelbildung und Strömungswiderstand zu verringern. Der Innenkörper ist mit einer inneren, primären Strahldüse 133 versehen, die umlaufend um einen Abschnitt des Innenkörpers verläuft. Diese Strahldüse ist bestimmt durch einen Axialabstand 142 zwischen dem stromabwärts gerichteten Rand 134 des stromauf wärts gelegenen Teilstückes 130 und dem benachbarten stromaufwärts gerichteten Rand 135 des Mittelstückes 131.
Eine zweite Strahldüse 136 ist ebenfalls umlaufend um einen Abschnitt des Innenkörpers stromabwärts von der primären Strahldüse 133 angeordnet. Die Strahldüse 136 wird durch einen Axialabstand 145 zwischen dem stromaufwärts gerichteten Rand 138 des stromabwärts gelegenen Teilstückes 132 und dem gegenüberliegenden stromabwärts gerichteten Rand 139 des Mittelstückes 131 gebildet. Die Strahldüsen 133 und 136 des Innenkörpers 119 sind radial nach innen im Abstand von den Strahldüsen 134 und 135 des Hauptkörpers 117 und im wesentlichen innerhalb der primären und sekundären Ebene 127 bzw. 128 angeordnet. Die gegenüberliegenden Ränder der Teilstücke des Mantels des Innenkörpers sind abgeschrägt, um konvergierende und stromabwärts geneigte Düsen zu bilden, ähnlich den Düsen des Hauptkanals.
Es können Vorkehrungen (nicht dargestellt) getroffen werden, um die Grösse bzw. die Ausströmöffnungen der Düsen zu variieren.
Der Innenkörper ist mit einem inneren Verteiler 137 versehen, der von einer durchlöcherten, zylindrischen Trennwand 140 umschlossen ist. Dieser innere Verteiler ist von einem äusseren Verteiler 141 umgeben, der als Ringraum um den inneren Verteiler zwischen dessen Trennwand 140 und den entsprechenden Teilstücken des Mantels des Innenkörpers verläuft. Zwischen der durchlöcherten Trennwand 140 und den benachbarten Teilstücken des Innenkörpers sind radiale Stützen 143 angeordnet, die die Teilstücke des Innenkörpers in bezug zueinander halten. Der Innenkörper 119 wird an seinem vorderen Ende durch mehrere vordere radiale Streben 144 und an seinem hinteren Ende durch mehrere ähnliche radiale Streben 146 getragen.
Die Streben 144 weisen Leitungen 149 auf, die den inneren Verteiler 137 mit einem äusseren vorderen Verteiler 151 verbinden. Ähnliche Leitungen 153 sind in den hinteren Streben 146 vorgesehen, die mit einem hinteren Verteiler 154 kommunizieren. Von der Einlassleitung 129 führen Längsrohre 156 und 157 zu den äusseren Verteilern 151 und 154, die ihrerseits das Treibmittel zu dem inneren Verteiler 137 des Innenkörpers 119 befördern. Der äussere Verteiler kommuniziert mit den inneren Strahldüsen, so dass diese das Treibmittel unter Druck erhalten, ähnlich wie die Strahldüsen 124 und 125 des Hauptkörpers.
Die beiden Strahldüsen 124 bzw. 125 des Hauptkörpers sind so ausgelegt, dass sie stromabwärts in den Ringkanal 118 jeweils einen primären und sekundären kegelförmigen Sprühstrahl 110 und 162 des Treibmittels einspritzen. Diese Sprühstrahlen sind zunächst in Winkeln 158 bzw. 159 geneigt und verlaufen nach innen konvergierend, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist, die kegelförmige Strahlwege zeigen.
Die inneren beiden (primäre und sekundäre) Strahldüsen 133 und 136 des Innenkörpers 119 sind ähnlich ausgelegt um stromabwärts und nach aussen in den Ringkanal jeweils einen primären und einen sekundären kegelförmigen Sprühstrahl 164 und 166 (gestrichelte Linien) zu spritzen. Der innere primäre kegelförmige Sprühstrahl ist im wesentlichen gegen die Ringachse 116 des Kanals in einem Winkel 165 geneigt, der im wesentlichen dem Winkel 158 der primären Strahldüse 124 des Hauptkanals entspricht. Dieser Sprühstrahl konvergiert zunächst in Richtung einer theoretischen Spitze 163 mit dem kegelförmigen Sprühstrahl 160 der Strahldüse 124. Die theoretische Spitze 163 liegt nahe angrenzend an die Ringachse 116 das heisst, annähernd in einer Mittelstellung des ringförmigen Kanals 118.
In ähnlicher Weise ist der innere sekundäre kegelförmige Sprühstrahl 166 zunächst gegen die Seitenwand bzw. den Mantel des Innenkörpers in einem relativ flachen Winkel 167 geneigt, der im allgemeinen dem Winkel
159 der sekundären Strahldüse 125 des Hauptkanals entspricht. Die entsprechende primäre und sekundäre Strahldüse radialer gegenüberliegender Teilstücke des Hauptkanals und des Innenkörpers bilden demnach im allgemeinen einander ergänzende kegelförmige Sprühstrahlen des Treibmittels, die gegeneinander geneigt sind, ohne Durchfluss von Hauptmedium, so dass die einander ergänzenden Sprühstrahlen konvergieren und einander an der Ringachse 116 schneiden. Der theoretische Schnittpunkt ist in Fig. 5 nur für die Sprühstrahlen 160 und 164 gezeigt.
Es wird bemerkt, dass der Längsabstand 113 zwischen der primären Strahldüse und der sekundären Strahldüse und die Winkel 158 und 165 der primären Strahldüse so ausgelegt sind,dass die theoretisch kegelförmigen Sprühstrahlen 160, 164 konvergieren und einander am theoretischen Schnittpunkt 163 treffen, der im wesentlichen innerhalb der diametralen sekundären Ebene 128 liegt, in der beide sekundären Strahldüsen 125 und 136 angeordnet sind. Ähnlich der Vorrichtung 10 gemäss Fig. 1 wird der theoretische Schnittpunkt nicht erreicht, wenn ein Hauptmedium durch den Kanal 118 fliesst, da der einzelne Sprühstrahl 160, 162, 164 und 166 der theoretisch konisch verlaufenden Sprühstrahlpaare abgelenkt und in jeweils gekrümmte Bahnen, wie sie gestrichelt bei 160,1, 162,1, 164,1 und 166,1 gezeichnet sind, gezwungen wird.
So sind bei der Ausführungsform gemäss Fig. 5 die Strahldüsen 124, 133 der Körper 117 und 119 analog zu diametral gegenüberliegenden Teilen der Strahldüse 37 der Ausführungsform gemäss Fig. 1. Ähnlich verhält es sich mit den sekundären Strahldüsen 125 und 136, die analog sind den diametral gegenüberliegenden Teilen der Strahldüse 55 gemäss Fig. 1. Bei beiden Ausführungsformen sind die sekundären Strahldüsen so ausgelegt und ausgerichtet, dass sie unerwünschte Grenzschichteffekte angrenzend an die stromabwärts gelegenen Teile der Innen- bzw. Aussenkörper verringern. Die Strahlpumpe 115 kann für Schiffe ausgelegt und an diesen in einer ungehindert zugänglichen Stelle unterhalb der Wasserlinie des Schiffes angebracht werden, so dass ein relativ ungehinderter und unbeschränkter Zufluss in den Einlass und Ausfluss aus dem Auslass möglich ist.
Anstelle der anhand der Fig. 1 und 5 beschriebenen primären und sekundären Strahldüsen kann eine Düseneinrichtung mit einer Vielzahl von im Abstand am Umfang um den Kanalmantel angeordneten Düsen vorgesehen werden, die in der Ebene der entsprechenden Düseneinrichtung liegen. Diese alternative Konstruktion bietet eine diskontinuierliche Strahldüseneinrichtung im Gegensatz zu den und als Ersatz für die kontinuierlichen Strahldüsen bei den Ausführungsformen gemäss den Fig. 1 und 5.
Eine solche Alternative ist in Fig. 7 gezeigt, bei der der Mantel 171 des Kanals 170 aus einem durchgehenden Rohr mit konstantem Querschnitt bestehen kann. Eine Ausströmöffnung 173 einer von mehreren abgeänderten, primären Strahldüsen 174 ist in einem primären Düsenelement 176 vorgesehen, das aus zwei schräg und parallel im Abstand angeordneten Seitenwänden mit parallel angeordneten Endflächen 178 und 179 besteht wobei der geneigte Durchlass 181 zwischen den Seitenwänden die Ausströmöffnung 173 verläuft. Der Durchlass ist zu den Endflächen 178 und 179 in einem Winkel
182 geneigt, der dem Kegel-Halbwinkel der primären Düseneinrichtung (nicht dargestellt) entspricht. Mit anderen Worten, der Durchlass 181 ist stromabwärts gegen den Mantel 171 in einem Winkel von zwischen 15 und 45O geneigt.
Das Düsenelement ist an der Wand 184 des Mantels des Kanals befestigt und in dieser Wand 184 ist eine schräg verlaufende Öffnung
186 vorgesehen, die mit dem Durchlass 181 im Düsenelement fluchtet und innerhalb einer Ebene verläuft, in der die Mittel achse (nicht dargestellt) des Kanals liegt. Das Düsenelement ist ausreichend tief, um zusammen mit der Öffnung 186 eine Düse ausreichender Länge zu bilden und mit weiteren Düsen einen primären kegelförmigen Sprühstrahl von Arbeitsmedium in den Hauptkanal zu spritzen. Ein solcher Sprühstrahl soll ähnlich den Sprühstrahlen der vorgängig beschriebenen Strahldüsen ausgebildet sein, d. h. zunächst nach innen gegen eine theoretische Spitze des Kegels des primären Sprühstrahles konvergierend verlaufen.
Eine von mehreren, entsprechenden sekundären Strahldüsen 190 weist ein ähnliches sekundäres Düsenelement 192 auf, das ebenfalls mit einer Ausströmöffnung 193 versehen ist, die in einem flachen Winkel 194 gegen die Wand des Mantels des Kanals geneigt ist. Der Winkel liegt im Bereich zwischen 3O bis 100 und das Düsenelement ist folglich ein Äquivalent zur sekundären Strahldüse gemäss Fig. 1. Von solchen Düsenelementen sind zahlreiche mehrere am Umfang um den Hauptkanal angeordnet, wie durch zwei weitere Düsenelemente 188 und 189 in Fig. 8 angedeutet ist. Der Umfangsabstand zwischen benachbarten Düsenelementen und der Düsenbohrungen ist so gewählt, dass ein Treibmittelfluss erzielt wird, der eine ähnliche Höhe und Stärke hat wie der durch die kontinuierlichen Strahldüsen (Fig. 1) erreichte.
Die Achsen 197, 198 und 199 der Düsenelemente 188, 192 und 189 sind radial zur Wand des Mantels 171 des Kanals angeordnet (Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 8). Auf diese Weise wird eine Vielzahl solcher Düsenelemente in den entsprechenden primären und sekundären Ebenen 195 bzw. 196 vorgesehen, die die primären und sekundären Strahldüsen enthalten, die ähnlich wie die oben beschriebenen Strahldüsen funktionieren.
Im Abstand um den Mantel des Hauptkanals ist ein Verteiler 200 für das Treibmittel gelegt, der sowohl die primären als auch die sekundären Düsenelemente umschliesst und mit dem Treibmittel unter Druck durch eine axial angeordnete Einlassleitung 201 gespeist. Auf diese Weise wird das Treibmittel gleichzeitig zu den primären und sekundären Strahldüsen geliefert und geht durch diese in einer Menge, die proportional ist der Düsenabmessung, die den Anforderungen entsprechend eingestellt werden kann. Die Durchlässe sind vorzugsweise nach innen zusammenlaufend angeordnet, und zwar ähnlich wie die primären und sekundären Strahldüsen gemäss der Ausführungsform in Fig. 1.
Fig. 9 zeigt ein einzelnes Düsenelement 176, das aus einem Stück eines Zylinders mit schrägliegenden Endflächen besteht.
Ein einfacher Weg zur Herstellung des Düsenelementes besteht darin, dass ein dickwandiges Rohr in viele Rohrabschnitte mit schrägen, parallelen Endflächen zerschnitten wird.
Jedes einzelne Düsenelement wird dann am Mantel des Kanals in der entsprechenden Lage und Neigung angeschweisst. Die Bohrung des Rohres dient dann als Richtloch zum Bohren der Düsenöffnung durch das Element und gleichzeitig durch die Wand des Mantels des Kanals. Es wird bemerkt, dass jedes Stück des Rohres in jedem gewünschten Winkel zum Mantel des Kanals geneigt werden kann. Wenn dann die Ausströmöffnung gebohrt wird, kann die Düsenachse in einem flachen Steigungswinkel verlaufen, wie dies in Fig. 8 für die Achsen der sekundären Strahldüsen bei 197.1, 198.1 und 199.1 gezeigt ist. Durch diese Vorkehrung entsteht ein leicht gewundener Fluss durch den Kanal, der vorteilhaft ist, wenn Feststoffe entlang flacher Kanäle befördert werden, da dann die Neigung der Feststoffe, sich abzusetzen, verringert wird.
Um die Anzahl der Schrägschnitte zu verringern, die zur Herstellung der Düsenelemente erforderlich sind, kann das dickwandige Rohr in grössere Abschnitte schräg geschnitten werden, die dann durch einen senkrechten Schnitt halbiert werden können, wie es in Fig. 7 durch die gestrichelte Linie 203 gezeigt ist. Auf diese Weise wird ein Düsenelement mit einem Schrägschnitt und einem Senkrechtschnitt gebildet, wodurch die Herstellung vereinfacht wird. Der Durchlass bzw.
die Ausströmöffnung dieses Düsenelementes verläuft dann nur zu der inneren Schrägwand in einem Winkel, aber lotrecht zu der freiliegenden Stirnfläche des Düsenelementes.
Die Ausführungsformen gemäss den Darstellungen in den Fig. 7 bis 9 können wirtschaftlicher hergestellt und vielseitiger ausgeführt werden und sie erfordern weniger Wartung als die Ausführungsform gemäss Fig. 1. Aber aufgrund der diskontinuierlichen Strahldüsen kann ihre Leistung geringer sein.
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PATENT CLAIMS
1. Two-stage jet pump with a flow channel (13; 170) enclosed by a jacket (19; 171) and through which a medium to be accelerated flows, which has a central axis (24) and a substantially constant cross section along it, characterized by a first nozzle device (37 ; 174) and a second, downstream of the first nozzle device (55; 190) for a pressurized propellant, which nozzle devices each along a first (38; 195) or second (57; 196) radial plane of the casing (19;
171) are arranged and designed such that they have a first (40) or eject the second (60) downstream spray jet of the propellant in the absence of the medium to be accelerated and converging on the central axis (24), the first spray jet (40) making an angle (44; 182) with the longitudinal direction of the jacket (19; 171) ) from 15 to 45O, the second spray jet (6) forms an angle (61; 194) from 3 to 10o with the longitudinal direction of the jacket (19; 171), and the tip (42) of the first spray jet (40) is at least approximated lies in the second radial plane (57; 196) (Fig. 1, 7).
2nd Jet pump according to claim 1, characterized in that the jacket (19; 171) of the flow channel (13; 170) is provided on its outside with a distributor arrangement (14; 200) for the propellant, which is connected to the two nozzle devices (37; 174 or . 55; 190) communicates and feeds them with the pressurized propellant.
3rd Jet pump according to claim 1, characterized in that the jacket (19) of the flow channel (13) consists of an upstream section (16), a middle section (17) and a downstream section (18), all of which have the same cross section and are arranged concentrically around the central axis (24) of the flow channel (13) at short distances from one another, and that axial gaps (35; 54) of the sections (16, 17, 18) which are defined by mutually opposite, beveled edges (31, 32; 51, 52) of the sections (16, 17, 18) are limited, forming the first (37) and second (55) nozzle device, each with a continuous nozzle opening directed towards the central axis (24) along a conical surface.
4th Jet pump according to claim 4, characterized in that the sections (16, 17, 18) are arranged axially displaceable in order to adjust the width of the gaps and to be able to change the flow of the propellant.
5. Jet pump according to claim 5, characterized in that the angles (108; 110) at which the bevels of opposing edges (31, 32) of the sections (16, 17) are inclined to the central axis (24) are different, such that the width of the gap decreases in the direction of the central axis (24).
6. Jet pump according to claim 1, characterized in that a plurality of nozzles (173) are arranged along the circumferential lines of the jacket (171) lying in the radial planes (195, 196), the nozzles (173) of which are at a certain angle (182, 194) inclined axes (197, 198, 199) the angle of the first (40) or second (60)
Set the spray jet to the longitudinal direction of the jacket (171).
7. Jet pump according to claim 6, characterized in that each nozzle has a nozzle element (176, 192) arranged on the outer surface (184) of the casing (171) and having mutually parallel end surfaces (178, 179), one of which (178) rests on the outer surface (184) of the casing (171), that a passage (181) extends between the two end surfaces (178, 179), which is inclined to the end surfaces by a certain angle (182), and that the casing (171) is provided with openings (186) inclined to the longitudinal direction of the jacket (171), which are aligned with the passages (181) of the nozzle elements (176, 192) and each form the continuation of the passages (181).
8th. Two-stage jet pump with an outer jacket (114) and an inner jacket (119) coaxial with it, both of which extend along a central axis and delimit a flow channel (118) through which a medium to be accelerated flows, the annular cross section of which is essentially constant along the central axis characterized by a first nozzle means (124, 133) and a second, downstream of the first nozzle means (125, 136) for a pressurized propellant, each of which nozzle means has an outer (124; 125) on the outer jacket (114) and an inner (133; 136) part on the inner jacket (119), which parts (124; 133;
125, 136) of the first and second nozzle devices each along a first (127) and second (128) radial plane of the outer or inner jacket (114, 119) and are designed such that they have a first (160) or second (162) outer, downstream, in the absence of the medium to be accelerated cone-shaped spray jet of the propellant converging towards the central axis, and a first (164) or
expel second (166) inner, downstream, in the absence of the medium to be accelerated cone-shaped, diverging spray of the propellant, the first outer (160) and the first inner (164) spray being equal to the longitudinal direction of the shells (114, 119) (158, 165) from 15 to 45, the second outer (162) and the second inner (166) spray with the longitudinal direction of the shells (114, 119) form equal angles (159, 167) from 3 to 10O, and the cutting line of the first outer (160) and inner (164) spray jet is at least approximately in the second radial plane (128).
9. Jet pump according to claim 8, characterized in that the outer jacket (114) of the flow channel (118) on its outside and the inside of the inner jacket (119) are each provided with a distributor arrangement (126; 137) for the propellant, which are provided with the corresponding parts (124, 125; 133, 136) of the nozzle devices communicate and feed them with the pressurized propellant.
10th Jet pump according to claim 8, characterized in that the outer (114) and the inner (119) jacket of the flow channel (118) each consist of an upstream section (120; 130), a middle section (121; 131) and a downstream section (122; 132), which all three have the same cross section and are arranged concentrically around the central axis at short distances from one another, and that axial gaps (142, 145) of the sections (120, 121, 122, 130, 131, 132) , which are delimited by opposing, bevelled edges of the sections, form continuous nozzle openings (124, 125, 133, 136).
The invention relates to a two-stage jet pump according to the preambles of claims 1 and 8.
Jet pumps are used to accelerate one through the
Flow channel flowing medium, d. H. used to pump the medium. The term medium refers to liquids (especially water), gases and liquids
Gas mixtures.
Numerous types of such jet pumps are known, e.g. B. as pressure jet pumps or as suction jet pumps. In such pumps, an ordinary liquid pump serves as the primary device to within the main medium
containing flow channel to generate a central jet of the propellant, which accelerates the flow through the flow channel.
In many of the jet pumps, the energy consumed by the primary pump in pumping the propellant significantly exceeds the energy that would be required to pump the main medium using only a conventional vane or circulation pump. For the reason mentioned, the nozzle or jet pumps are generally relatively inefficient and therefore uneconomical and consequently they are usually only used where the normal rotary pump is not practical, for example when conveying brittle solids which are present in the main stream.
The relative poor performance of conventional jet pumps is attributed to two main factors. First, there is a comparatively large difference in speed between the blowing agent and the main medium during mixing, as a result of which vortex formation and thus excessive energy losses occur. Second, a boundary layer forming on the channel wall lowers performance and efficiency.
It is an object of the invention to provide a two-stage jet pump that can be used to accelerate liquids, gases or gas-liquid mixtures, to accelerate or separate solids contained in the media or to propel ships, which is also more powerful and economical than that is known devices and in which the adverse phenomena of boundary layers and turbulence are avoided.
The jet pump according to the invention has the in the characterizing part of claim 1 or of claim 8 mentioned features.
Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 shows a simplified longitudinal sectional view on a central axis of a first embodiment of the invention,
Fig. 2 shows a simplified end view of the jet pump according to FIG. 1;
Fig. 3 shows a simplified plan view of a section of the jet pump according to FIG. 1;
Fig. 4 shows an enlarged individual view in section, which is attached to a jet nozzle of the jet pump according to FIG. 1 shows adjacent components;
Fig. 5 shows a simplified longitudinal sectional view on a central axis of a further embodiment of the jet pump, which is used in particular for moving ships forward;
Fig. 6 shows a simplified sectional view along the line 6-6 in FIG. 5, with some parts omitted;
;
Fig. Fig. 7 is a simplified sectional view of part of another embodiment, illustrating modified jet nozzles; Fig. 8 is a simplified sectional view of a section along the line 8-8 in FIG. 7; and
Fig. 9 shows a perspective view of a single nozzle shape designed as an outflow nozzle.
A jet pump 10 (Fig. 1) consists of a main body 12 with a main channel 13 delimited by a side wall or casing 19. This pump serves to accelerate the flow of a main medium, such as air or water, which flows through the channel in the direction of arrow 11. A distributor arrangement 14 is arranged all around the channel and is supplied with a pressurized propellant through an inlet line 15. The propellant can be air or water that is pressurized by a primary pump (not shown). The channel consists of closely spaced, upstream, central and downstream sections 16, 17 and 18, each enclosing corresponding passages 20, 21 and 22.
The passages are aligned, are arranged symmetrically about a longitudinal central axis 24 of the channel and have essentially the same cross-sections, so that the channel has a substantially constant cross-sectional area over its entire length. Adjacent to the corresponding upstream and downstream section of the duct jacket is a pipe section 27 or 28 attached. These pipelines communicate with the channel, the upstream line section 27 being immersed in or supplied with the main medium to be accelerated and therefore serving as an inlet area.
The downstream edge 31 of the upstream section 16 is spaced from the upstream edge 32 of the central section 17 of the jacket. The axial space 35 formed in this way is measured parallel to the longitudinal central axis 24 of the channel and delimits a primary jet nozzle 37. This extends on the circumference around a section of the main channel, essentially within a primary diametrical plane 38 (shown in broken lines), which runs perpendicular to the longitudinal central axis. In this way, an essentially continuous or continuous jet nozzle or circumferential outflow opening is formed. The jet nozzle 37 communicates with the distributor 14 and receives the propellant from it under pressure.
The opposing edges 31 and 32 define the jet nozzle and are chamfered so that they direct a primary conical spray 40 of the propellant downstream into the main channel. The edges 3i and 32 are shaped in such a way that the beam initially converges against the longitudinal central axis 24 and hits it at a theoretical tip 42. The cone includes a half angle 44, which in the exemplary embodiment shown is approximately 260. The jet nozzle can, however, also be designed such that this half angle is smaller or larger, namely between approximately 150 and 45 °. The spray jet 40, which is represented by the center lines, is accordingly initially inclined at an angle 44 against the side wall or the casing 19 and the longitudinal central axis 24.
However, this is a theoretical state that only occurs if there is no main medium in channel 13.
The position of the tip 42 is theoretically determined by center lines of diametrically opposite parts of the first jet nozzle 37 which intersect one another on the longitudinal central axis 24.
This theoretical intersection of the spray jet is not reached under normal working conditions. When a jet pump is working, the propellant entering through the jet nozzle 37 influences the flow of the main medium in the channel 13 in the direction of the arrow 11, which in turn changes the spray pattern so that it takes on a general shape that looks something like it dashed lines 48 is shown. The theoretical intersection when using water as a blowing agent is likely to be approached approximately when there is relatively calm air in the channel. The jet nozzle 37 is explained in more detail with reference to FIG. 4 described.
The upstream edge 51 of the downstream section 18 of the jacket 19 and the adjacent downstream edge 52 of the center section 17 of the jacket 19 are also separated from one another by an axial distance 54 which delimits a secondary jet nozzle 55. This jet nozzle 55 runs around the circumference around a section of the main channel, essentially within a secondary diametrical plane 57 (shown in broken lines).
This plane is also perpendicular to the longitudinal center axis 24 and is arranged downstream at a distance from the first plane 38, which determines the nozzle spacing 59 running in the longitudinal direction. The angle 44 and the nozzle spacing 59 are selected such that without the main medium flowing through the channel 13, the theoretical tip 42 of the conical spray jet 40 is generally adjacent to a center point of the second plane 57. The secondary jet nozzle 55 also communicates with the distributor 14 and receives the propellant from it under pressure. The opposing edges 51 and 52 which define the jet nozzle 55 are chamfered and consequently direct a secondary conical spray 60 of the propellant downstream into the main channel.
The edges 51 and 52 are shaped such that the half-angle of the secondary conical spray jet 60 is approximately 7 without current flow in the main channel.
The actual tip of the cone is not shown. Geometrically speaking, the angle 61 of the spray jet inclined against the jacket of the channel corresponds to the half-angle and in operation the flow of the propellant flowing through the channel 13 changes the secondary spray jet 60 so that it generally runs as shown by the broken line 64 .
The angle 61 is chosen so that the secondary conical spray helps to reduce the undesirable boundary layer effects that occur downstream of the primary spray. It can run almost parallel to the inner wall of the jacket. A practical range of the angle 61 is between 30 and 100. For some types of applications, this range can also be expanded.
The distributor arrangement 14 consists of an inner housing 68 and an outer housing 69. The inner housing 68 is around the main body 12 or whose jacket 19 is placed and is on this by spaced ring connectors 72 and 73 attached. The outer housing 69 surrounds a central section of the inner housing 68 and delimits a first ring distributor 74. This ring distributor 74 has an inner wall 76 with a plurality of holes 78. A second distributor 80 is delimited by the inner housing 68, a part of the casing 19 of the main body 12 and parts of the ring connecting pieces 72 and 73. This second distributor 80 communicates directly with the primary and secondary jet nozzles 37 and 55 and through the holes 78 in the inner wall 76 with the first distributor 74.
A plurality of radially arranged supports 62 are provided between the inner housing 68 and the middle piece 17, around this middle piece 17 concentrically and aligned with the upstream and downstream sections 15 or 17 to keep the jacket 19.
The inlet line 15 is connected essentially tangentially to the distributor arrangement 14 (FIG. 2 and 3) and has a central axis 84 which is inclined at an angle 86 with respect to the longitudinal central axis 24 of the channel 13. In this way, the propellant flowing into the distributor arrangement 14 enters essentially tangentially and is also inclined with respect to the longitudinal central axis 24, namely at an angle of inclination which is approximately equal to the angle 86. Thus, a partially helical flow is generated within the first manifold 74, which is believed to reduce the initial vortex formation, thereby increasing performance and propulsive efficiency.
The holes 78 in the inner housing 68 change the direction of flow of the propellant and cause an essentially radial flow, so that the propellant entering the second distributor 80 does not essentially flow in a helical manner, but rather flows approximately longitudinally through the first and second jet nozzles. However, a flat helical flow through the nozzles can be achieved, which is desirable in some cases.
Several short tubes 87 protrude from the ring connectors 72 and 73. Plug pins (not shown) are provided for these pipes in order to facilitate the rotation of the connecting pieces with respect to the distributor arrangement 14 and to vary the size of the nozzles, as is also shown in FIG. 4 is explained in more detail. The ring connector 72 consists of a pair of identical or similar semicircular clamps 88 and 89 (Fig. 2), each bracket enclosing approximately 1800 of the main body. The abutting ends of the clamps are firmly connected to one another by screws and nuts 90 and 91, whereby the connecting piece can be adjusted as desired. The dimensions of the jet nozzles, i.e. H. the distance 35 or 54 partially determine the flow of the propellant through the nozzles.
This flow is adjusted so that a desired flow of the main medium in the channel 13 is achieved. The distance 35 is set with the aid of the ring connecting piece 72 and, independently of this, the distance 54 is varied by adjusting the ring connecting piece 73. The maximum cross-sectional area of the jet nozzles together is smaller than the cross-sectional area of the inlet line 15 to ensure that a corresponding flow of the propellant reaches the nozzles.
The semicircular clamp 89 has an inwardly sloping, V-shaped cut with internal surfaces 93 and a groove 94 at the V tip which creates a clearance. The ring connector 72 is provided with L-shaped rings 95 and 96, which interact with the semicircular clamps 88 and 89. The ring 95 is fastened to the upstream section 16 of the jacket 19 and has a partial cone end face 97 which essentially complements an inner surface 93 of the V-recess in the clamp 89. The ring 95 is also provided with a circumferential bearing surface 98, in which an annular groove 99 is recessed, in which an O-ring 100 is inserted.
This O-ring sealingly contacts an inner surface of the housing 68 to prevent leaking of propellant between the housing and the ring. The outer ring 96, which is L-shaped in section, also has a partial cone end face 103 which complements the second inner surface of the V groove in the clamp 89.
On the ring surface facing the inner housing 68, the outer ring 96 is provided with an internal thread 106 which can be screwed onto an external thread at the upstream end of the inner housing. In this way, inner surfaces 93 of the V-groove in the clamp 89 and a similar V-groove in the clamp 88 touch the partial cone end faces of the inner and the outer, in section L-shaped ring and press the two rings against each other to move between them to create a rigid connection.
To set the distance 35 of the first jet nozzle, the clamps 88 and 89 are partially loosened by the nuts and screws 90 and 91 (Fig. 2 and 3) can be relaxed. The pin or plug pin (not shown) is then inserted into one of the tubes 87 such that the outer ring 96 can be rotated with respect to the inner housing 68. Such rotation causes a relative longitudinal movement between the housing 68 and the inner ring 95, which is directly connected to the upstream section 19 of the jacket. The radial supports 82 connect the housing 68 to the middle piece 17, the casing 19, whereby the rotation varies the distance 35 between the middle piece 17 and the upstream section 16 of the casing 19 and the width of the jet nozzle is changed.
The nuts and bolts 90 and 91 are then tightened again to lock and lock the ring connector 72. The size of the secondary jet nozzle can be adjusted in a similar way. As a result, the individual sections of the channel are connected to one another in such a way that axial movement is possible between them in order to vary the nozzle dimensions.
The downstream edge 31 of the section 16 of the casing 19 of the channel 13 is chamfered so that it can be arranged at an angle 108 of approximately 240 with respect to the longitudinal central axis 24 of the channel. The upstream edge 32 of the central piece 17 of the casing 19 is similarly beveled and inclined at an angle 110 of approximately 280 to the longitudinal central axis 24. In this way, the bevelled edges of the sections of the shell form cone parts, in which the angles 108 and 110 delimit cone half angles. The cone angle is chosen such that the downstream edge is inclined at a steeper angle to the longitudinal central axis 24 than the upstream edge.
In this way, the distance between adjacent edges against the channel decreases, thereby forming a converging nozzle, the convergence angle of which is approximately 40 °. The spray jet has a theoretical center line 40 (Fig. 4), which is inclined to the jacket 19 at an angle 44, which has a nominal value of about 260. As a result, the distance at the nozzle exit adjacent the wall of the shell 19 of the channel is the smallest. This minimum distance at the nozzle outlet can be between approximately 0.254 mm and 2.54 mm, depending on the requirements of the flow. For a given manifold pressure, which can be between 3.50 kg / cm2 and 10.50 kg / cm3 (50-150 psi), as the nozzle spacing increases, the flow through the nozzles is increased and the pressure in the manifold is reduced.
The manifold pressure is set in order to achieve a corresponding throughput of the main medium in the channel.
One embodiment has, for example, a main channel with a diameter of 25.40 cm. The angular sizes correspond to the dimensions given above. The nozzle gaps for both the primary and the secondary nozzles are 1.27 mm. The distribution pressure is 6.30 kg / cm2. A water column of 3.66 m in height was held above a water level. The propellant was water, which was supplied by a conventional centrifugal pump driven by a 30 HP motor.
A channel with a maximum diameter of approximately 30.48 cm is provided for normal distributor pressures up to 10.50 kg / cm2. If the channel diameter is much larger than 30.48 cm, there is a risk that the primary spray will not penetrate the flow of the main medium enough to transfer enough energy between the media.
If a larger mass flow through the main channel is therefore desired, a modified jet pump according to the invention is preferable. Such is shown in FIGS. 5 and 6 and will be explained later.
The longitudinal distance 59 between the jet nozzles is quite critical and should be chosen so that the secondary plane 57 is approximately adjacent to the theoretical apex of the primary conical spray. It is noted that when the angle 44 is approximately 260 (as shown), the longitudinal distance 59 between the nozzles is substantially equal to the channel diameter. These details are approximate values and an optimal arrangement can be found by experiment. The performance of the device is due to the work of the secondary jet nozzle, which reduces undesirable boundary layer effects formed downstream of the primary jet nozzle.
The secondary jet nozzle is inclined at a shallow angle 61 to accelerate the flow of the main medium adjacent the wall of the jacket 19 downstream of the secondary jet nozzle, which is normally much slower than the main flow due to the boundary layer effects. The secondary jet nozzle therefore obviously reduces the undesirable boundary layer effects and can counteract eddy formation in order to increase the throughput through the channel. It is important that the secondary jet nozzle is inclined so that it is almost parallel, i. H. runs substantially parallel to the wall of the channel shell and does not splash far into the main river. Otherwise the effect of this secondary jet nozzle will be greatly reduced.
The above prints and dimensions relate to devices that use water as the blowing agent and main medium. This applies, for example, when pumping water with water, when transporting solids in water, for example fish, and where there are liquid pumps to pressurize the working medium. On the other hand, a gas such as air can be used as a blowing agent. In this case, however, if a gas is used to pump a liquid as the main medium, higher distribution pressures for the gas are usually required. Furthermore, both the main medium and the propellant can be gas or gases and the device can then be used as a fan for extracting air or air with solids suspended therein, for example in the case of dedusting.
If a liquid is used as a propellant for pumping air, for example water in an exhaust duct, particles can be separated from the exhaust gas with the liquid. As a result, the device can serve as a gas cleaner or scrubber. Other combinations of the blowing agent and main flow media can be designed for further areas of application.
The in Fig. Embodiment 115 of the jet pump according to the invention shown in FIG. 5 serves in particular to propel ships through water or for areas of application in which higher throughput speeds are required than those which can be achieved with only one main channel. The embodiment 115 consists of a main body 117 with a main channel surrounded by a jacket 114, in which an inner body 119 is inserted such that an annular channel 118 is formed between the inner body and the inside of the jacket 114. This ring channel 118 has a ring axis 116 which runs at the same distance between the outer wall of the inner body 119 and the inner wall of the jacket 114 of the main body 117.
The main body 117 is constructed similarly to the main body 12 according to FIG. 1 and consists of sections which are arranged close to one another, namely the upstream section 120, the central section 121 and the downstream section 122. Section 120 delimits an inlet and section 122 delimits an outlet. All three sections are aligned and have essentially the same cross sections. The main body is equipped with primary and secondary jet nozzles 124 and 125 provided within primary and secondary diametrical planes 127 and 128 are arranged. These jet nozzles are at a longitudinal distance 113 from one another and are supplied with a pressurized propellant by a distributor 126.
This propellant passes through an inlet line 129 into the distributor and through a perforated partition 123 to the jet nozzles. The design of the jet nozzles in the main body essentially corresponds to that of the nozzles in the device 10 according to FIG. 1.
Similar to the main body, the inner body 119 consists of sections 130, 131 and 132 which are located close to one another upstream, in the middle and downstream, which are also aligned and have essentially the same cross sections, so that the annular channel has a substantially uniform cross-sectional and thus flow area over its entire length. The ends of the inner body are streamlined to reduce eddy formation and flow resistance. The inner body is provided with an inner, primary jet nozzle 133 which runs all around a section of the inner body. This jet nozzle is determined by an axial distance 142 between the downstream edge 134 of the upstream section 130 and the adjacent upstream edge 135 of the central section 131.
A second jet nozzle 136 is also arranged circumferentially around a section of the inner body downstream of the primary jet nozzle 133. The jet nozzle 136 is formed by an axial distance 145 between the upstream edge 138 of the downstream section 132 and the opposite downstream edge 139 of the center section 131. The jet nozzles 133 and 136 of the inner body 119 are radially inward at a distance from the jet nozzles 134 and 135 of the main body 117 and essentially within the primary and secondary planes 127 and 127, respectively. 128 arranged. The opposite edges of the portions of the shell of the inner body are chamfered to form converging and downstream inclined nozzles, similar to the main channel nozzles.
Precautions (not shown) can be made to determine the size or to vary the outflow openings of the nozzles.
The inner body is provided with an inner distributor 137, which is enclosed by a perforated, cylindrical partition 140. This inner distributor is surrounded by an outer distributor 141 which runs as an annular space around the inner distributor between its partition 140 and the corresponding sections of the jacket of the inner body. Radial supports 143 are arranged between the perforated partition 140 and the adjacent sections of the inner body, which hold the sections of the inner body in relation to one another. The inner body 119 is supported at its front end by a plurality of front radial struts 144 and at its rear end by a plurality of similar radial struts 146.
The struts 144 have lines 149 which connect the inner distributor 137 to an outer front distributor 151. Similar lines 153 are provided in the rear struts 146 which communicate with a rear manifold 154. Longitudinal pipes 156 and 157 lead from the inlet line 129 to the outer distributors 151 and 154, which in turn convey the propellant to the inner distributor 137 of the inner body 119. The outer manifold communicates with the inner jets so that they receive the propellant under pressure, similar to the main body jets 124 and 125.
The two jet nozzles 124 and 125 of the main body are designed such that they in each case inject a primary and a secondary conical spray jet 110 and 162 of the propellant into the annular channel 118. These spray jets are initially at angles 158 or 159 inclined and converging inwards, as indicated by the dashed lines, which show conical beam paths.
The inner two (primary and secondary) jet nozzles 133 and 136 of the inner body 119 are designed similarly in order to spray a primary and a secondary conical spray jet 164 and 166 (dashed lines) downstream and outward into the annular channel. The inner primary cone-shaped spray jet is essentially inclined against the ring axis 116 of the channel at an angle 165 which essentially corresponds to the angle 158 of the primary jet nozzle 124 of the main channel. This spray jet initially converges in the direction of a theoretical tip 163 with the conical spray jet 160 of the jet nozzle 124. The theoretical tip 163 is located close to the ring axis 116, that is, approximately in a central position of the ring-shaped channel 118.
Similarly, the inner secondary conical spray 166 is initially against the side wall or the shell of the inner body inclined at a relatively shallow angle 167, which is generally the angle
159 corresponds to the secondary jet nozzle 125 of the main channel. The corresponding primary and secondary jet nozzles of radially opposite sections of the main channel and of the inner body accordingly generally form complementary conical spray jets of the propellant which are inclined towards one another without the flow of main medium, so that the complementary spray jets converge and intersect at the ring axis 116. The theoretical intersection is shown in Fig. 5 only shown for spray jets 160 and 164.
It is noted that the longitudinal distance 113 between the primary jet and the secondary jet and the angles 158 and 165 of the primary jet are designed so that the theoretically conical sprays 160, 164 converge and meet at the theoretical intersection 163, which is substantially within the diametrical secondary plane 128, in which both secondary jet nozzles 125 and 136 are arranged. Similar to the device 10 according to FIG. 1, the theoretical intersection is not reached when a main medium flows through the channel 118, since the individual spray jet 160, 162, 164 and 166 of the theoretically conical spray jet pairs is deflected and into curved paths, as shown in dashed lines at 160.1, 162, 1, 164.1 and 166.1 are drawn.
In the embodiment according to FIG. 5 the jet nozzles 124, 133 of the bodies 117 and 119 analogously to diametrically opposite parts of the jet nozzle 37 of the embodiment according to FIG. 1. The situation is similar with the secondary jet nozzles 125 and 136, which are analogous to the diametrically opposite parts of the jet nozzle 55 according to FIG. 1. In both embodiments, the secondary jet nozzles are designed and aligned in such a way that they produce undesirable boundary layer effects adjacent to the downstream parts of the inner or Reduce outer body. The jet pump 115 can be designed for ships and attached to them in a freely accessible location below the waterline of the ship, so that a relatively unhindered and unrestricted inflow into the inlet and outflow from the outlet is possible.
Instead of using the 1 and 5 described primary and secondary jet nozzles, a nozzle device can be provided with a plurality of nozzles spaced circumferentially around the channel jacket, which are in the plane of the corresponding nozzle device. This alternative construction offers a discontinuous jet nozzle device in contrast to and as a replacement for the continuous jet nozzles in the embodiments according to FIGS. 1 and 5.
Such an alternative is shown in Fig. 7, in which the casing 171 of the channel 170 can consist of a continuous tube with a constant cross section. An outflow opening 173 of one of several modified primary jet nozzles 174 is provided in a primary nozzle element 176, which consists of two obliquely and parallel spaced side walls with parallel end faces 178 and 179, the inclined passage 181 extending between the side walls of the outflow opening 173. The passage is at an angle to end faces 178 and 179
182 inclined, which corresponds to the cone half angle of the primary nozzle device (not shown). In other words, the passage 181 is inclined downstream against the jacket 171 at an angle of between 15 and 45 °.
The nozzle element is fastened to the wall 184 of the casing of the channel and in this wall 184 there is an oblique opening
186 is provided, which is aligned with the passage 181 in the nozzle element and extends within a plane in which the central axis (not shown) of the channel. The nozzle element is sufficiently deep to form a nozzle of sufficient length together with the opening 186 and to spray a primary conical spray of working medium into the main channel with further nozzles. Such a spray jet should be designed similarly to the spray jets of the jet nozzles previously described, i. H. initially converge inward against a theoretical peak of the cone of the primary spray.
One of several corresponding secondary jet nozzles 190 has a similar secondary nozzle element 192 which is also provided with an outflow opening 193 which is inclined at a flat angle 194 against the wall of the jacket of the channel. The angle is in the range between 30 to 100 and the nozzle element is consequently an equivalent to the secondary jet nozzle according to Fig. 1. Numerous such nozzle elements are arranged circumferentially around the main channel, as by two further nozzle elements 188 and 189 in FIG. 8 is indicated. The circumferential distance between adjacent nozzle elements and the nozzle bores is selected in such a way that a propellant flow is achieved which has a height and strength similar to that through the continuous jet nozzles (FIG. 1) reached.
The axes 197, 198 and 199 of the nozzle elements 188, 192 and 189 are arranged radially to the wall of the casing 171 of the channel (exemplary embodiment according to FIG. 8th). In this way, a large number of such nozzle elements in the corresponding primary and secondary levels 195 and 196 are provided which contain the primary and secondary jet nozzles which function similarly to the jet nozzles described above.
A distributor 200 for the propellant, which encloses both the primary and the secondary nozzle elements and is fed with the propellant under pressure through an axially arranged inlet line 201, is placed at a distance around the jacket of the main channel. In this way, the propellant is delivered to the primary and secondary jet nozzles simultaneously and passes through them in an amount proportional to the nozzle size that can be adjusted as required. The passages are preferably arranged to converge inwards, similarly to the primary and secondary jet nozzles according to the embodiment in FIG. 1.
Fig. 9 shows a single nozzle element 176, which consists of a piece of a cylinder with inclined end faces.
A simple way of producing the nozzle element is to cut a thick-walled tube into many tube sections with oblique, parallel end faces.
Each individual nozzle element is then welded to the jacket of the channel in the appropriate position and inclination. The bore of the tube then serves as a directional hole for drilling the nozzle opening through the element and at the same time through the wall of the jacket of the channel. It is noted that each piece of the pipe can be inclined at any desired angle to the jacket of the channel. If the outflow opening is then drilled, the nozzle axis can run at a flat pitch angle, as shown in Fig. 8 for the axes of the secondary jet nozzles at 197. 1, 198. 1 and 199. 1 is shown. This arrangement creates a slightly tortuous flow through the channel, which is advantageous when solids are transported along flat channels because the tendency of the solids to settle is then reduced.
In order to reduce the number of bevel cuts that are required to produce the nozzle elements, the thick-walled tube can be cut obliquely into larger sections, which can then be halved by a vertical cut, as shown in Fig. 7 is shown by dashed line 203. In this way, a nozzle element with an oblique cut and a vertical cut is formed, which simplifies production. The passage or
the outflow opening of this nozzle element then runs only at an angle to the inner inclined wall, but perpendicular to the exposed end face of the nozzle element.
The embodiments according to the representations in FIGS. 7 to 9 can be manufactured more economically and can be made more versatile and they require less maintenance than the embodiment according to FIG. 1. But due to the discontinuous jet nozzles, their performance may be lower.