DE10011145A1 - Positive displacement machine for fluids has impeller in open displacement cavity rinning at speed dependent on crank, cam or oscillator drive - Google Patents
Positive displacement machine for fluids has impeller in open displacement cavity rinning at speed dependent on crank, cam or oscillator driveInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Verdrängerarbeitsmaschine mit einem Arbeitsraum und einem darin angeordneten, von einer Antriebseinrichtung gegen ein Fluid hin- und herbewegbaren Verdränger.The invention relates to a displacement machine with a Working space and one arranged therein, by a drive device against a fluid reciprocating displacer.
Verdrängerarbeitsmaschien werden für Fluide eingesetzt. Ihr Arbeitsprinzip beruht auf der Verdrängung des Förderfluids. Die Verdrängung bzw. Energieübertragung erfolgt durch feste Verdränger-Körper wie Kolben, Flügel, Membranen usw. in einem Verdrängerarbeitsraum. Hierzu ist es erforderlich, die Fluidwechsel im Arbeitsgang über Saug- und Druckventile zu regeln.Displacement machines are used for fluids. Your working principle is based on the displacement of the production fluid. The displacement or Energy transfer takes place through solid displacement bodies such as pistons, wings, Membranes etc. in a displacement work room. This requires that Control fluid changes in the work process via suction and pressure valves.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Energie von einem Verdränger auf ein Fluid zu übertragen und abzuführen.The invention has for its object energy from a displacer to transfer and discharge to a fluid.
Diese Aufgabe ist bei einer Verdrängermaschine der vorbezeichneten Gattung dadurch gelöst, daß der Arbeitsraum auf der dem Fluid zugekehrten Seite offen ist, daß der Verdränger über einen Teil seiner Länge aus dem Arbeitsraum heraus gegen das Fluid zunächst beschleunigt und nachfolgend verzögert vorschiebbar ist (oberer Totpunkt) und zur Erzeugung eines Füllraumes in den Arbeitsraum zunächst beschleunigt und nachfolgend verzögert einziehbar ist (unterer Totpunkt) und daß die sich mit den Geschwindigkeitsänderungen des Verdrängers ergebenden Beschleunigungen und Verzögerungen so einstellbar sind, daß sich das Fluid bei Vorschubbewegung des Verdrängers durch Kavitation vom Verdränger abkoppelt und sich bei Einziehbewegung des Verdrängers, dem Verdränger nachfolgend, vor Erreichen des unteren Totpunktes wieder an den Verdränger anlegt.With a displacement machine, this task is the one described above Generic solved in that the working space facing the fluid Side is open that the displacer over part of its length from the Working space accelerated against the fluid first and then can be advanced with a delay (top dead center) and to generate a Filling space in the work area first accelerated and then decelerated is retractable (bottom dead center) and that the with the Speed changes of the displacer resulting accelerations and delays are adjustable so that the fluid at The displacement movement of the displacer is decoupled from the displacer by cavitation and when the displacer moves in, following the displacer, before reaching bottom dead center again on the displacer.
Mit der Ausbildung nach der Erfindung wird der Verdränger in dem Arbeitsraum mit einer von dem Antrieb abhängigen Geschwindigkeit hin- und herbewegt und werden die mit den Geschwindigkeitsänderungen sich ergebenden Beschleunigungen und Verzögerungen durch Erhöhung der Antriebsdrehzahl so gesteigert, daß das vorher kraftschlüssig am Verdränger anhaftende Fluid durch Kavitation entkoppelt und die während einer Umdrehung übertragene Energie als Vortriebsenergie abgegeben wird.With the training according to the invention, the displacer in the Working space back and forth at a speed dependent on the drive moves and those with the speed changes themselves resulting accelerations and decelerations by increasing the Drive speed increased so that the positive on the displacer adhering fluid decoupled by cavitation and that during one revolution transferred energy is delivered as propulsive energy.
Mit der Verdrängerarbeitsmaschine nach der Erfindung können Strömungsmaschinen, wie z. B. Schiffsschrauben, Mixer, Rührer, Umwälzpumpen usw., ersetzt werden. Durch die gegenüber Strömungsmaschinen besseren und nahezu über den gesamten Arbeitsbereich konstanten Energieumsetzungswirkungsgrade werden erhebliche Energieeinsparungen erreicht.With the displacement machine according to the invention Fluid machines, such as B. propellers, mixers, stirrers, Circulation pumps, etc., to be replaced. By the opposite Fluid machines better and almost over the entire work area constant energy conversion efficiencies become significant Energy savings achieved.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Arbeitsraum ein Arbeitszylinder und ist der Verdränger als in dem Arbeitszylinder angeordneter Kolben ausgebildet.According to a preferred embodiment of the invention Working space is a working cylinder and is the displacer than in the working cylinder arranged piston formed.
Als Antriebseinrichtung für die Verdrängerarbeitsmaschine nach der Erfindung kommen Kurbeltriebe, Nockenantriebe oder Oszillatorantriebe zum Einsatz.As a drive device for the displacement machine according to the Invention come crank drives, cam drives or oscillator drives Commitment.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 einen in Wasser getauchten Schwimmkörper mit einer Verdrängerarbeitsmaschine nach der Erfindung in der Ausgangsstellung (unterer Totpunkt), Fig. 1 shows a floating body immersed in water with a Verdrängerarbeitsmaschine according to the invention in the initial position (bottom dead center),
Fig. 2 die Stellung der Maschine am Ende des Verdrängerhubes, Fig. 2, the position of the machine at the end of Verdrängerhubes,
Fig. 3 die Stellung der Maschine im oberen Totpunkt, Fig. 3 shows the position of the machine at top dead center,
Fig. 4 die Stellung der Maschine am Ende der Kavitationsphase, Fig. 4, the position of the machine at the end of Kavitationsphase,
Fig. 5 ein p - V Arbeitsdiagramm einer Arbeitsphase der Maschine. Figure 5 is a p -. V Working diagram of an operating phase of the machine.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen den rückwärtigen Teil eines in Wasser eingetauchten Schwimmkörpers 1. Am rückwärtigen Ende des Schwimmkörpers 1 ist ein in Längsrichtung des Schwimmkörpers ausgerichteter Arbeitszylinder 2 so angeordnet, daß er mit einem Abschnitt seiner Länge aus dem Schwimmkörper vorsteht. Der Arbeitszylinder 2 ist zur Wasserseite hin offen. In dem Arbeitszylinder ist ein Kolben 3 verschiebbar, der über eine Kolbenstange 4 mit einem schematisch dargestellten Kurbelantrieb 5 verbunden ist. Figs. 1 to 4 show the rear part of a submerged in water floating body 1. At the rear end of the floating body 1 is arranged in the longitudinal direction of the floating body working cylinder 2 so that it protrudes with a portion of its length from the floating body. The working cylinder 2 is open to the water side. A piston 3 is displaceable in the working cylinder and is connected via a piston rod 4 to a schematically illustrated crank drive 5 .
Der Kolben 3 bewegt sich mit der vom Kurbeltrieb 5 erzeugten Geschwindigkeit. Die vor dem Kolben befindliche Wassermasse wird entsprechend der Geschwindigkeitsänderung des Kolbens beschleunigt bzw. verzögert. Eine hieraus resultierende Energieabgabe an das Wasser erfolgt bei geringen Geschwindigkeitsänderungen und kraftschlüssiger Wassermasse dabei nicht. Werden durch eine Erhöhung der Drehzahl (Frequenz) die Geschwindigkeitsänderungen, Verzögerungen bzw. Beschleunigungen, gesteigert, kann eine Ablösung des dem Kolben anhaftenden Wassers erreicht werden. Es stellt sich dann der Siede- bzw. Sättigungsdruck des Wassers an der Kolbenoberfläche 6 mit Kavitationsbildung ein. Diese Kavitationsbildung tritt beim Verdrängerweg, Stellung des Kolbens von Fig. 2 über Stellung gemäß Fig. 3 nach Stellung gemäß Fig. 4, auf.The piston 3 moves at the speed generated by the crank mechanism 5 . The water mass in front of the piston is accelerated or decelerated in accordance with the speed change of the piston. The resulting transfer of energy to the water does not take place with slight changes in speed and non-positive water mass. If the speed changes, decelerations or accelerations are increased by increasing the speed (frequency), the water adhering to the piston can be detached. The boiling or saturation pressure of the water on the piston surface 6 with cavitation is then established. This formation of cavitation occurs in the displacement path, position of the piston from FIG. 2 via position according to FIG. 3 to position according to FIG. 4.
Durch Beschleunigen der Flüssigkeit aus dem unteren Totpunkt heraus wird der Wassermasse Energie zugeführt. Beim anschließenden Verzögern wird sich bei Wahl einer entsprechenden Geschwindigkeitsänderung die Wassermasse vom Kolben ablösen und wird die während einer Umdrehung übertragene Energie als Vortriebsenergie abgegeben.By accelerating the fluid out of bottom dead center energy is added to the water mass. With the subsequent delay will change when you select a corresponding speed change Detach the mass of water from the piston and it becomes during one revolution transferred energy delivered as propulsive energy.
Es ergeben sich die folgenden Zustandsänderungen: Das im ersten Teil des Verdrängerweges (Fig. 1 nach Fig. 2) verdrängte Wasser wird mit der aufgenommenen Energie auf dem Verdrängerweg (Fig. 2 nach Fig. 3) beim Erreichen des Siede-, Sättigungsdruckes des Wassers abgegeben. Nach der Umkehr der Bewegungsrichtung wird auf dem Wege (Fig. 3 nach Fig. 4) der Siede-, Sättigungsdruck den Verdränger belasten. Auf dem Wege (Fig. 4 nach Fig. 1) wird eine neue Wasserfüllung erreicht. Der Vorgang beginnt nun erneut mit der Energiezufuhr.The following changes in state result: The water displaced in the first part of the displacement path ( FIG. 1 to FIG. 2) is replaced with the absorbed energy on the displacement path ( FIG. 2 to FIG. 3) when the boiling and saturation pressure of the water is reached submitted. After the direction of movement is reversed, the boiling and saturation pressure will burden the displacer on the way ( FIG. 3 to FIG. 4). A new water filling is achieved on the way ( FIG. 4 to FIG. 1). The process now starts again with the energy supply.
Das p - V Arbeitsdiagramm zeigt gemäß Fig. 5 den Verlauf des Druckes p in Abhängigkeit des verdrängten Volumens V.The p - V Working diagram according to FIG 5 shows the course of the pressure p as a function of the displaced volume V..
Es bedeuten:
p = Druckverlauf beim Arbeitshub
It means:
p = pressure curve during the working stroke
pL = Luftdruck auf die Fluidoberfläche
pL + h ρ g = statischer Druck auf die Verdrängeroberfläche
ps = Siede-Sättigungsdruck abhängig von der Fluidtemperatur
V = Volumen
VH = Hubvolumen
UT = Unterer Totpunkt
OT = Oberer Totpunkt
p L = air pressure on the fluid surface
p L + h ρ g = static pressure on the displacement surface
p s = boiling saturation pressure depending on the fluid temperature
V = volume
V H = displacement
UT = bottom dead center
OT = top dead center
Mit dem Beginn der Bewegung des Verdrängers aus dem unteren Totpunkt UT heraus wird das Förderfluid beschleunigt und es baut sich in dem Fluid der maximale Druck p 10 auf. Dieser Druck wird sich bei der weiteren Bewegung 10 nach 11 des Verdrängers verringern. Hat der Verdränger die maximale Geschwindigkeit bei 11 erreicht, wird das Fluid nicht mehr beschleunigt. Nun beginnt auf dem weiteren Wege des Verdrängers der Abbau der Verdrängergeschwindigkeit. Damit ist eine Verzögerung - negative Beschleunigung - verbunden. Der Druck p an der Verdrängeroberfläche fällt weiter, da das verdrängte Fluid die erreichte maximale Geschwindigkeit nach dem Energieerhaltungsgesetz versucht beizubehalten. Wird der Siededruck ps der Flüssigkeit an der Verdrängeroberfläche erreicht, löst sich das energiereiche Fluid vom Verdränger, es beginnt die Kavitationsphase 11 nach 12. Dieser Siededruck wird sich bis zur Umkehr der Verdrängerbewegungsrichtung dem oberen Totpunkt OT 12 einstellen. Auch nach der Umkehr der Bewegungsrichtung aus dem oberen Totpunkt heraus bleibt der Siededruck, verbunden mit Kavitationsbildung erhalten, da nun das dem Verdränger umgebende Fluid den Beschleunigungen des Verdrängers nicht folgen kann. Hat der Verdränger auf dem Rückweg 12 nach 13, die maximale Geschwindigkeit erreicht, findet keine Beschleunigung mehr statt. Das Fluid folgt nun kraftschlüssig 13 nach 14 dem Verdränger, füllt den Verdrängerarbeitsraum auf, und belastet den Verdränger schließlich im unteren Totpunkt UT mit dem statischen Druck. Die im Arbeitsdiagramm durch die Aufzeichnung des Druckverlaufes sich ergebende Fläche stellt die an das Fluid vom Verdränger übertragene Arbeit eines Doppelhubes bzw. einer Umdrehung des Antriebes dar. With the start of the displacement of the displacer from the bottom dead center UT, the delivery fluid is accelerated and the maximum pressure p 10 builds up in the fluid. This pressure will decrease during the further movement 10 to 11 of the displacer. If the displacer has reached the maximum speed at 11 , the fluid is no longer accelerated. Now the displacement speed begins to decrease as the displacer continues. This is associated with a deceleration - negative acceleration. The pressure p on the displacer surface continues to drop, since the displaced fluid tries to maintain the maximum speed reached according to the energy conservation law. If the boiling pressure p s of the liquid is reached on the displacer surface, the high-energy fluid is released from the displacer and the cavitation phase 11 to 12 begins. This boiling pressure will adjust itself to the top dead center OT 12 until the direction of displacement is reversed. Even after the direction of movement is reversed from top dead center, the boiling pressure, associated with the formation of cavitation, is retained since the fluid surrounding the displacer cannot now follow the accelerations of the displacer. If the displacer has reached the maximum speed on the return path 12 to 13 , there is no longer any acceleration. The fluid now follows the displacer in a force-fitting manner 13 to 14 , fills the displacer working space, and finally loads the displacer with the static pressure at bottom dead center UT. The area resulting from the recording of the pressure curve in the working diagram represents the work of a double stroke or one revolution of the drive transferred to the fluid by the displacer.
11
Schwimmkörper
Floating body
22
Arbeitszylinder
Working cylinder
33rd
Kolben
piston
44
Kolbenstange
Piston rod
55
Antrieb
drive
66
Verdrängeroberfläche (Kavitationsentkopplungsfläche)
Displacement surface (cavitation decoupling surface)
77
offener Verdrängerarbeitsraum
h Eintauchtiefe
open displacement workspace
h immersion depth
1010th
Druck im Förderfluid durch Beschleunigungskräfte im
unteren Totpunkt
Pressure in the delivery fluid due to acceleration forces at bottom dead center
1111
Druck im Förderfluid beim Austritt des Verdrängers aus
dem Zylinder
Pressure in the delivery fluid when the displacer exits the cylinder
1212th
Druck im Förderfluid im oberen Totpunkt
Pump fluid pressure at top dead center
1313
Druck im Förderfluid beim Eintritt des Verdrängers in
den Zylinder
Pressure in the delivery fluid when the displacer enters the cylinder
1414
Druck im Förderfluid im unteren Totpunkt durch
statische Belastung
Pressure in the delivery fluid at bottom dead center due to static loads
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000111145 DE10011145A1 (en) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | Positive displacement machine for fluids has impeller in open displacement cavity rinning at speed dependent on crank, cam or oscillator drive |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000111145 DE10011145A1 (en) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | Positive displacement machine for fluids has impeller in open displacement cavity rinning at speed dependent on crank, cam or oscillator drive |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10011145A1 true DE10011145A1 (en) | 2001-09-20 |
Family
ID=7633878
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000111145 Withdrawn DE10011145A1 (en) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | Positive displacement machine for fluids has impeller in open displacement cavity rinning at speed dependent on crank, cam or oscillator drive |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10011145A1 (en) |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8130 | Withdrawal |