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Durchflußmengenregler für gasförmige Medien mit nebeneinander angeordneten
aufweitbaren Regel- und Drosselgliedern Die, Erfindung betrifft einen Durchflußmengenregler
für gasförnüge Medien, insbesondere für Ventilatorenpräfstände, mit über den gesamten
Durchflußquerschnitt nebeneinander angeordneten aufweitbaren Regel- und Drosselgliedern.
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Zur stufenlosen Regelung der Durchflußmengen gasförmiger Medien in
Strömungskanälen od. dgl. sind Vorrichtungen bekannt, die mit Gitterblenden (Jalousieverschluß)
arbeiten. Die Gitterblenden sind als flache Glieder in rechteckigen Streifen aufgeteilt,
die senkrecht zur Störinungsrichtung angeordnet über den gesamten Durchflußquerschnitt
gleichmäßig verteilt sind.
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Zu ihrer Bestätigung werden diese entweder hintereinander verschoben
oder zur Strömungsrichtung gedreht.
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Es sind auch Durchflußmengenregelgeräte bekannt, die aus einem aufblasbaren
elastischen Hohlkörper mit und ohne Stütze bestehen. Bei Beaufschlagung mit einem
Druckmittel werden diese zentral in dem Durchflußkanal angeordneten Hohlkörper bis
zum Durchmesser des Kanals gedehnt, wodurch der Durchflußkanalquerschnitt verengt
und in der Endstellung abgeschlossen wird.
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Diese bekannten Regelvorrichtungen haben den Nachteil, daß sie in
der Strömung des gedrosselt durchfließenden Mediums Wirbel hervorrufen, die für
verschiedene Anwendungsgebiete vermieden werden müssen, so z. B. bei der Prüfung
von Ventilatoren für sonderbewetterte Strecken in Bergbauuntertagebetrieben. Nach
den hierüber bestehenden bergpolizeilichen Vorschriften muß die Saugleistung solcher
Ventilatoren mit einer Vorrichtung geprüft werden, die aus einem Durchflußmengenregelgerät
mit vorliegender Einlaßdüse und hinterliegender Rohrstrecke als Strömungskanal besteht,
an deren Ende der zu prüfende Ventilator angeschlossen wird.
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Die für diese Prüfung bei gedrosselter Durchflußmenge am Ende der
Rohrstrecken entnommenen Meßwerte für den statischen und dynamischen Druck, Gesamtdruck
usw. sind nur dann zuverlässig, wenn an der Meßstelle keine Wirbel auftreten und
die Strömung gleichgerichtet und gleichmäßig verteilt ist. Bei den bekannten Regelvorrichtungen
kann aber an den Meßstellen die Wirbelbildung nur vermieden und eine gleichgerichtete
bzw. gleichmäßig verteilte Strömung nur erreicht werden, wenn zusätzlich ein Strömungsgleichrichter
verwendet wird und der Durchflußkanal eine entsprechende Länge hat. Ein langer Durchflußkanal
muß aber vermieden werden, denn, abgesehen von dem hierfür erforderlichen Kostenaufwand,
Raumbedarf usw., bei einem kurzen Kanal wird die gleichmäßige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit
weniger beeinflußt, da die Verminderung dieser Geschwindigkeit in der Nähe der Kanalwand,
die durch die Reibung an dieser hervorgerufen wird, insbesondere von der Länge des
Durchflußkanals abhängig ist.
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Bei den eingangs als bekannt angeführten Durchflußmengenreglern bestehen
die Drosselglieder aus vier gleich großen rechteckigen dünnen Platten, die an ihren
Längsseiten durch beiderseitig herausragende Schamierbolzen miteinander beweglich
verbunden sind, so daß der Querschnitt der vier zusammengefüten Platten ein Trapez
bildet. Die herausragenden Enden der vier Scharnierbolzen eines jeden Drosselgliedes
sind beiderseitig in den Rahmen des Durchflußmengenreglers verschiebbar gelagert.
Während zwei diagonal gegenüberliegende Scharnierbolzen in einer Ebene senkrecht
zur Strömungsrichtung durch eine Betätigungsvorrichtung so bewegbar sind, daß beide
sich nähern oder voneinander entfernen, sind die beiden anderen Schamierbolzen in
einer Ebene parallel zur Strömungsrichtung beweglich angeordnet und verlagern sich
in dieser Ebene zwangläufig mit der Bewegung der beiden ersteren. Dadurch, daß durch
die Betätigungsvorrichtung alle Drosselglieder gleichzeitig bewegt werden, wird
eine stufenlose Verengung und Schließung des Durchflußquerschnittes erzielt.
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Es ist auch bekannt, dem durch die Drosselglieder gebildeten Querschnitt
durch Verwendung von zwei Plattenpaaren verschiedener Breite eine Form zu geben,
die
annähernd einem Tropfenlängsschnitt entspricht, jedoch ebene Begrenzungsflächen
hat.
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Um den Durchflußquerschnitt möglichst auch im vollen Umfang freizugeben,
dürfen die Platten, aus denen die Drosselglieder dieser bekannten Regler zusammengesetzt
sind, nicht gewölbt sein, sondern müssen eben verlaufen. Der Querschnitt dieser
Drosselglieder kann daher nur eckig ausgebildet werden und wird somit im Strömungsfeld
zur Wirbelbildung führen. die sich ablösen und in den Durchflußkanal fortpflanzen.
Der konstruktive Aufbau der Drosselglieder erfordert in seinem Querschnitt Abmessungen
von einer bestimmten Mindestgröße. Da die Wirbel sich bekanntlich in Strömungsrichtung
so weit auswirken, bis die abgeleitete Strömung einen Winkel von 8' zur Strömungsrichtung
unterschreitet, kann diese bekannte Vorrichtung wohl kaum zu einer Verkürzung der
sonst erforderlichen Länge des Durchflußkanals führen.
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Die Querschnittsausbildung des Drosselgliedes in angedeuteter Tropfenform,
jedoch mit ebenen Begrenzungsflächen, verbessert diesen Zustand, abgesehen von einer
gewissen Gleichrichterwirkung, nur unwesentlich, da die Strömung auch hierbei an
scharfen Kanten gebrochen bzw. abgeleitet wird.
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Die seitlich aus dem Gehäuse herausgeführten Scharnierbolzen der vorher
geschilderten Regelvorrichtung, die in den Schlitzen der Gehäuseseitenwand gelagert
und darin durch eine Betätigungsvorrichtung verschiebbar sind, machen eine Abdichtung
des Gehäuses sehr schwierig. Auch ist eine spielfreie Abschfießung des Durchflußquerschnittes
mit der bekannten Vorrichtung nicht möglich, da die senkrecht zur Strömungsrichtung
von der Betätigungsvorrichtung bewegten Kanten der Drosselglieder, die die Abschheßung
bewirken sollen, durch Scharniere unterbrochen sind.
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Allein schon diese Nachteile machen die Entnahme von Meßwerten z.
B. für Ventilatorenprüfstände unmöglich.
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Nach der Erfindung wird dieser übelstand behoben, und zwar dadurch,
daß als Regel- und Drosselglieder auf Stützen angeordnete aufblasbare elastische
Hohlkörper verwendet werden, deren Stützen jedoch als flache rechteckige Platten
ausgebildet und feststehend gitterförfnig nebeneinander angeordnet sind, wobei jede
Platte von einem aufblasbaren elastischen Hohlkörper umschlossen ist.
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Die Drosselung bzw. das Absperren des Durchflußmengenreglers nach
der Erfindung geschieht dadurch, daß durch Beaufschlagung jedes Hohlkörpers mit
einem Druckmittel (gasförmige oder flüssige Medien) diese senkrecht zur Strömungsrichtung
annähernd ellipsenförmig ausgedehnt werden, bis diese nach zunehmender Drucksteigerung
gegen die in gleicher Weise sich ausdehnenden benachbarten Hohlkörper gepreßt werden.
Dadurch entsteht eine stufenlose, auf dem gesamten Durchflußquerschnitt gleichmäßig
fortschreitende Verengung und schließlich eine spielfreie Abschließung desselben.
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Auf die Hohlkörper des Durchflußmengenreglers nach der Erfindung wirken
gleichzeitig der Mediendruck in Strömungsrichtung und senkrecht hierzu das Druckmittel
in den Hohlkörpem. Die hieraus sich bildende Druckkomponente gibt den Hohlkörpern
zwangläufig solche Form, daß zwei benachbarte Hohlkörper dem Querschnitt einer idealen
Düse entsprechen. Hiermit werden die günstigsten Strömungsverhältnisse in dem Durchflußkanal
geschaffen, die eine Wirbelablösung praktisch ausschließen. Wenn in gewissen Regelstellungen
sich trotzdem hinter den Hohlkörpern kleine Wirbelbildungen ablösen, so können sich
diese nur auf einer kurzen Strecke im Durchflußkanal auswirken, da die Hohlkörper
in ihrer Ausdehnung senkrecht zur Strömungsrichtung sehr flach gehalten sind.
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Da parallel zu den Hohlkörpern die Strömung nicht beeinflußt wird,
werden unter Fortfall eines Strömungsgleichrichters und einer wesentlichen Verkürzung
des Durchflußkanals mit diesem genaue Meßwerte erzielt, die beispielsweise für Ventilatorenprüfstände
erforderlich sind. Eine Beeinflussung dieser Meßwerte durch nicht zureichende seitliche
Abdekkung des Reglergehäusses oder nicht spielfreien Abschluß des Durchflußkanals
wird bei dem Regler nach der Erfindung durch die Druckmittel beaufschlagten, sich
aneinander anschmiegenden elastischen Hohlkörper, die keine aus dem Reglergehäuse
herausgeführten mechanischen Betätigungsteile benötigen, ausgeschlossen.
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Ferner ist nach der Erfindung für jeden Hohlkörper des Durchflußmengenreglers
je ein zusätzlicher Hohlkörper kleineren Querschnittes vorgesehen, der durch
die gleiche Stütze so in dem größeren Hohlkörper gehalten wird, daß bei seiner Beaufschlagung
mit einem Druckmittel der Querschnitt des äußeren Hohlkörpers die Form eines Tropfenlängsschnitts
annimmt. Durch diese Formgebung werden die Strömungsverhältnisse in dem Durchflußkanal
noch weiter verbessert.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung
dargestellt.
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Es zeigt Fig. 1 die Ansicht des Durchflußmengenreglers nach
der Erfindung; ein Teil der Hohlkörper ist mit dem Steuerdruckmittel beaufschlagt,
Fig. 2 den Querschnitt eines Hohlkörpers mit Stütze, Fig. 3 im Querschnitt
einen mit dem Steuerdruckmittel beaufschlagten Hohlkörper, Fig. 4 im Querschnitt
einen Hohlkörper mit in ihn zusätzlich eingelegten Hohlkörper und Fig.
5 die Hohlkörper in mit dem Steuerdrucknüttel beaufschlagtem Zustand.
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In einem Rahmen 1, entsprechend der Form und Größe des Durchflußkanalquerschnitts,
durch den das in seiner Durchflußmenge zu regelnde Medium strömt, sind die Stützen
2, umschlossen von den elastischen Hohlkörpern 3 parallel zur Strömungsrichtung
angeordnet. In die Hohlkörper 3 wird durch die gemeinsame Zuleitung 4 das
Steuerdruckmittel eingebracht; der hierin jeweils herrschende Druck und damit die
jeweilige Verengung des Strömungsquerschnittes wird von dem Manometer
8 angezeigt.
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Soff der Querschnitt des Durchflußkanals mit dem Durchflußmengenregier
nach der Erfindung vermindert werden, so wird das zur Steuerung vorgesehene Druckmittel
durch das Einlaßventil 6 freigegeben, das durch die gemeinschaftliche Zuleitung
4 in die Hohlkörper gelangt, wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist. Im drucklosen
Zustand liegt der Hohlkörper 3 fest um die Stütze 2, wie in Fig. 2 dargestellt
ist. Mit zunehmendem Steuerdruck wird der Hohlkörper 3 seitlich. also senkrecht
zur Strömungsrichtung gedehnt und nimmt in seinem Querschnitt die in Fig.
3 dargestellte Form einer Ellipse an. Der Raum zwischen dem benachbarten
Hohlkörper 3 wird dadurch stufenlos und
über den gesamten
Durchflußkanalquerschnitt gleichmäßig verringert. Mit weiter zunehmendem Steuerdruck
werden die seitlichen Mantelflächen der Hohlkörper 3 gegeneinandergepreßt
und schließen dadurch den Durchflußkanalquerschnitt ab. Das Manometer
8
wird auf die Flächengröße des Durchflußkanalquerschnittes geeicht, so daß
die jeweils eingestellte öff-
nungsweite direkt ablesbar ist. Mit dem Auslaßventil
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kann das Steuerdruckmittel aus den Hohlkörpern 3
wieder entfernt und
der gedrosselte Durchflußkanalquerschnitt wieder freigegeben werden.
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Ferner kann nach der Erfindung ein Hohlkörper 5
mit kleinerem
Querschnitt in den Hohlkörper3 eingelegt werden, der einen Teil der Stütze 2 umschließt,
wie in Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Im drucklosen Zustand nehmen die Hohlkörper
5 und 3 die in Fig. 4 im Querschnitt dargestellte Lage ein. Wird der
Hohlkörper 5 mit dem Steuerdruckmittel beaufschlagt, so wird die in Fig.
5 im Querschnitt dargestellte Form eines Tropfenlängsschnittes gebildet.