DE1122785B

DE1122785B - Device for keeping constant the exit speed of a flowing medium from a nozzle

Info

Publication number: DE1122785B
Application number: DEST8894A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Manfred Siebker
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1954-10-20
Filing date: 1954-10-20
Publication date: 1962-01-25

Description

Einrichtung zum Konstanthalten der Austrittsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums aus einer Düse Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Konstanthalten der Austrittsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums, insbesondere der Verbrennungsluft von Feuerungen aus einer Düse, deren Austrittsquerschnitt durch eine schwenkbare Klappe veränderbar ist.Device for keeping the exit speed of a flowing medium from a nozzle The invention relates to a device for keeping constant the exit speed of a flowing medium, in particular the combustion air of furnaces from a nozzle, whose outlet cross-section through a pivotable Flap is changeable.

Bei technischen Strömungsvorgängen, in denen die kinetische Energie von flüssigen oder gasförnügen Medien beim Austritt aus Düsen von Wichtigkeit ist, beispielsweise in der chemischen Verfahrenstechnik, insbesondere aber in der Verbrennungstechnik, ist es vielfach erwünscht, die Austrittsgeschwindigkeit des Mediums aus einer Düse unabhängig von der Menge annähernd konstant zu halten.In technical flow processes in which the kinetic energy of liquid or gas-carrying media when exiting from nozzles is important, for example in chemical process engineering, but especially in combustion technology, it is often desirable to determine the exit speed of the medium from a nozzle to be kept approximately constant regardless of the amount.

Bekannt sind Düsen, deren öffnung durch Klappen oder Verdrängungskörper bei der Verringerung der Durchsatzmenge von Hand oder über eine Regelsteuerung gleichfalls verringert werden. Nachteilig ist dabei der große Aufwand. Für jede unabhängige Düse muß eine für sich von außen verstellbare Klappe od. dgl., eine Mengenmeßvorrichtung und gegebenenfalls eine Regelvorrichtung vorgesehen sein. Bei technischen Vorrichtungen mit vielen solcher Düsen ist ein derartiger Aufwand meist nicht vertretbar. Dies gilt beispielsweise für gewisse Wirbelfeuerungen (Tangentialmuffeln und Zyklone mit vielen am Umfang verteilten Einblasestellen).Nozzles are known whose opening is through flaps or displacement bodies also when reducing the throughput rate by hand or via a control control be reduced. The disadvantage is the great effort. For any independent The nozzle must have an externally adjustable flap or the like, a quantity measuring device and, if necessary, a control device can be provided. With technical devices With many such nozzles, such an effort is usually not justifiable. this applies, for example, to certain vortex firing systems (tangential muffles and cyclones with many injection points distributed around the circumference).

Bekannt sind ferner über einen Hebelarm gewichtsbelastete Klappen zur groben Stabilisation von Strömungsmengen bzw. zum Absperren beim Unterschreiten einer gewissen Strömungsmenge. Solche Klappen sind von einfacher Konstruktion und benötigen keine Meßeinrichtungen und keine fremdgesteuerten Regeleinrichtungen. Sie arbeiten derart, daß beim Überschreiten einer bestimmten Durchflußmenge der Strömungsdruck die Klappe von einem Anschlag, der sie in wenig geöffneter Stellung hält, gegen einen solchen umklappt, der eine weitere offene Stellung der Klappe bestimmt; die Klappe kehrt andererseits beim überschreiten eines bestimmten Strömungsdrucks unter der Wirkung eines Hebelgewichtes in die vorige Ausgangsstellung zurück. Es sind also zwei stabile Klappenstellungen vorhanden, von denen jeder ein bestimmter Durchströmmengenbereich zugeordnet ist. So arbeitende Regelelemente sind zwar von anzustrebender Einfachheit, aber für eine Aufgabe, wie sie der hier vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ungeeignet.Also known are flaps that are weight-loaded via a lever arm for the coarse stabilization of flow rates or for shutting off if they are not reached a certain amount of flow. Such flaps are of simple construction and do not require any measuring devices and no externally controlled regulating devices. They work in such a way that when a certain flow rate is exceeded, the Flow pressure of the flap from a stop that keeps it in the slightly open position holds, against such a fold that another open position of the flap certainly; on the other hand, the flap reverses when a certain flow pressure is exceeded back to the previous starting position under the action of a lever weight. It So there are two stable flap positions, each of which has a specific one Is assigned flow rate range. Control elements that work in this way are of The simplicity to be striven for, but for a task like the one at hand here Invention is based, unsuitable.

Die Erfindung hat zum Ziel, Einrichtungen schaffen, welche die Austrittsgeschwindigkeit strömender Medien aus einer Düse annähernd so gut konstant halten kann wie eine mit Meßvorrichtung und Sollwertregler arbeitende Einrichtung, jedoch mit etwa so einfachen Mitteln wie die oben geschilderten Kippklappen zur groben Beeinflussung von Strömungsmengen. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an den von dem Gesamtdruck des strömenden Mediums im öffnenden Sinn beaufschlagten Klappen eine autonome, d. h. ohne eine von einem Meßglied abhängige Steuerungseinrichtung arbeitende, mechanische Rückstellvorrichtung vorgesehen ist, deren Rückstellmoment in Abhängigkeit von der Klappenöffnung monoton abnimmt. Die Rückstellcharakteristik kann, wie nachstehend erläutert wird, so gewählt werden, daß eine annähernd konstante Austrittsgeschwindigkeit des strömenden Mediums unabhängig von dessen Menge gewährleistet ist. Im Prinzip wird davon ausgegangen, daß auf die Klappe einer Klappendüse durch die Strömung ein Drehmoment ausgeübt wird, das von der durchgesetzten Menge und der jeweiligen Klappenstellung abhängt. Dieses Drehmoment wird bei Klappen mit einer festen, von außen gegebenenfalls zu verändernden Einstellung von dem Haltegestänge der Klappe und dem Lager ihres Drehzapfens aufgenommen. Erfindungsgemäß soll es aber zur Klappenbetätigung selbst ausgenutzt werden. Wirkt nämlich auf die Klappe ein Rückstellmoment M mit einer eindeutig definierten Abhängigkeit vom Drehwinkel W (in Abb. 1 bezogen auf die Horizontale), so ist jeder Durchsatzmenge eine gewisse Düsenöffnung zugeordnet. Die Zuordnung hängt einerseits von der Charakteristik der Fördereinrichtung (z. B. eines Ventilators) und dem Widerstand der Leitungen ab, andererseits von dem Verlauf des durch die Strömung hervorgerufenen Klappenmomentes und der Rückstellcharakteristik. Von diesen Variablen läßt sich meist nur die Rückstellcharakteristik frei wählen. Die einfachste Anordnung zum Erzielen einer abnehmenden Drehmoment-Drehwinkel-Funktion ist ein gewichtsbelasteter Winkelhebel mit einem wirksamen Hebelarm, der n-üt zunehmender Gewichtshöhe seine Projektion auf die Waagerechte verkleinert.The aim of the invention is to create devices that can keep the exit speed of flowing media from a nozzle almost as constant as a device working with a measuring device and setpoint regulator, but with about as simple means as the tilting flaps described above for roughly influencing flow rates. This aim is achieved according to the invention in that an autonomous, ie. H. without a control device dependent on a measuring element, mechanical restoring device is provided, the restoring torque of which decreases monotonically as a function of the flap opening. As will be explained below, the resetting characteristic can be selected in such a way that an approximately constant exit speed of the flowing medium is ensured regardless of its amount. In principle, it is assumed that the flow exerts a torque on the flap of a flap nozzle, which torque depends on the amount passed through and the respective flap position. In the case of flaps with a fixed setting, which can be changed from the outside if necessary, this torque is absorbed by the retaining linkage of the flap and the bearing of its pivot pin. According to the invention, however, it should be used to actuate the flap itself. If a restoring torque M acts on the flap with a clearly defined dependence on the angle of rotation W (in Fig. 1 based on the horizontal), a certain nozzle opening is assigned to each throughput quantity. The assignment depends on the one hand on the characteristics of the conveying device (e.g. a fan) and the resistance of the lines, and on the other hand on the course of the flap torque caused by the flow and the resetting characteristic. Of these variables, only the reset characteristic can usually be freely selected. The simplest arrangement for achieving a decreasing torque-rotation angle function is a weight-loaded angle lever with an effective lever arm, which reduces its projection onto the horizontal as the weight increases.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt.Exemplary embodiments are shown schematically in the drawings.

Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Dabei ist 1 die Zuleitung zu einer Luftdüse 2 nüt einer Klappe 3, die um eine Achse 4 schwenkbar angeordnet ist. Verbunden mit der Klappe 3 ist ein Winkelhebel 5 mit einem Gewicht 6. Fig. 1 shows an embodiment. In this case, 1 is the supply line to an air nozzle 2 by means of a flap 3 which is arranged to be pivotable about an axis 4. An angle lever 5 with a weight 6 is connected to the flap 3.

Die relative Steilheit der Monientan-Charakteristik, also der auf das maximale Rückstellmoment Mmax bezogene Differentialquotient kann zwischen 0 und 1 gewählt werden.The relative steepness of the Monientan characteristic, i.e. the differential quotient related to the maximum self-aligning torque Mmax can be selected between 0 and 1 .

Abb. 2 zeigt den Funktionsverlauf eines einfachen Winkelhebels, bei dem in dem Gebiet zwischen y = 0 und 9) = 90' der Arbeitsbereich einer Klappendüse, wie sie in Abb. 1 dargestellt ist, liegt.Fig. 2 shows the functional course of a simple angle lever, in which the working range of a flap nozzle, as shown in Fig. 1 , lies in the area between y = 0 and 9) = 90 '.

Die Bemessung einer solchen Anordnung wird wie folgt vorgenommen: Gegeben ist der Düsenwinkel, die Neigung der Düsenachse gegen die Horizontale und die Lage der Klappe in der Düse. Daraus ergeben sich die Winkel der Klappe zur Horizontalen bei offener und geschlossener Düse und somit auch die Winkeldifferenz A V, da Klappe und Hebelarm ein starres System bilden. Durch Strömungsversuche an der Klappendüse und durch Berechnung der Widerstandswerte der Leitungen werden dann unter Einbeziehung der Ventilatorcharakteristik das notwendige Rückstellmoment der Klappe bei offener Düse (M2) und das bei geschlossener Düse (M) bestimmt. Aus dem maximal erforderlichen Rückstellmoment ergibt sich nach Abb. 2 ein Mindestwert für das Produkt G - r, wobei G das am Hebelarm r wirkende Gewicht des Winkelhebels ist. (Das Eigenwicht der Klappe und des Hebelarms 5 ist bei dieser vereinfachten Darstellung vernachlässigt.) Bei jetzt fest gewähltem Produkt G - r ergeben sich die den Extremalstellungen des Hebels entsprechenden Winkel V, und V, aus den gemessenen Drehmomenten M, und M2, da einem bestimmten Wertepaar M, und M2 zusammen mit der vorgegebenen Winkeldifferenz 1 y entsprechend Abb. 2 stets nur ein bestimmtes Wertepaar V, und V2 entspricht. Zwar würde ein anderes Winkelpaar, beispielsweise W3 und 'P41 die gleiche Differenz A y aufweisen können, je . doch würde von den zugehörigen Drehmomenten M3 und M4 nur eines durch nachträgliche Änderung von G - r den tatsächlichen Erfordernissen angepaßt werden; d. h. A M3,4 würde nicht mit dem gemessenen A M = Mi - M2 übereinstimmen.The dimensioning of such an arrangement is carried out as follows: The nozzle angle, the inclination of the nozzle axis relative to the horizontal and the position of the flap in the nozzle are given. This results in the angle of the flap to the horizontal with the nozzle open and closed and thus also the angle difference A V, since the flap and lever arm form a rigid system. The necessary restoring torque of the valve with the nozzle open (M2) and that with the nozzle closed (M) are then determined by means of flow tests on the valve nozzle and by calculating the resistance values of the lines, taking into account the fan characteristics . A minimum value for the product G - r results from the maximum required restoring torque according to Fig. 2, where G is the weight of the angle lever acting on the lever arm r. (The dead weight of the flap and the lever arm 5 is neglected in this simplified representation.) If the product G - r is now firmly selected, the angles V, and V, corresponding to the extreme positions of the lever, result from the measured torques M, and M2, da one specific pair of values M and M2 together with the predetermined angular difference 1 y according to Fig. 2 always corresponds to only one specific pair of values V and V2. A different pair of angles, for example W3 and P41, could have the same difference A y , each . but only one of the associated torques M3 and M4 would be adapted to the actual requirements by subsequently changing G - r; d. H. A M3,4 would not agree with the measured AM = Mi - M2.

Sind die Klappendüsen gegenüber der Horizontafe-n geneigt, so können nicht immer einfache Winkelhebel gewählt werden, sondern es sind Zwischenhebel oder Seilzugverbindungen notwendig.If the flap nozzles are inclined in relation to the horizon, so can not always simple angle levers are chosen, but there are intermediate levers or Cable connections necessary.

Abb. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit Seilzug. Dabei ist 1 die Zufuhrleitung zu der Düse 2 mit der Klappe 3, welche um die Achse 4 schwenkbar angeordnet ist. Am Punkt 7 ist ein Seil 8 befestigt, welches über Rollen 9 zu einem Hebel 10 führt. Dieser ist um eine Achse 11 drehbar gelagert und trägt am Ende ein Gewicht 12.Fig. 3 shows an embodiment with a cable. Here, 1 is the supply line to the nozzle 2 with the flap 3, which is arranged pivotably about the axis 4. At point 7 a rope 8 is attached, which leads to a lever 10 via rollers 9. This is rotatably mounted about an axis 11 and carries a weight 12 at the end.

, Soll das Eigengewicht der Klappe nicht zur Momenterzeugung herangezogen werden, so kann bei mehreren Düsen, die verschieden stark gegenüber der Horizontalen geneigt sind, ein Gewichtsausgleich durch ein zweites Gegengewicht dann zweckmäßig sein, wenn das Eigengewicht wesentlich zum Rückstellmoment beitragen würde und bei allen Düsen ein gleich eingestellter Winkelhebelmechanismus wünschenswert ist. , The own weight of the flap is not to be used for torque generation, so with a plurality of nozzles different from a weight compensation by a second counterweight are strongly inclined relative to the horizontal, then be advantageous if the self-weight would contribute significantly to the righting moment and all nozzles a the same set angle lever mechanism is desirable.

Zur Erzeugung der Rückstellmomente können außer den Gewichtshebelanordnungen auch Federanordnungen verwendet werden.In addition to the weight lever arrangements, the restoring torques can be generated spring arrangements can also be used.

Soll die an sich geringe Richtungsänderung der aus der Düse austretenden Strömung bei sich verstellender Öffnung vermieden werden, so können auch zwei oder mehr in an sich bekannter Weise symmetrisch-gegenläufig angeordnete Klappen das Konstanthalten der Austrittsgeischwindigkeit bewirken. Gegebenenfalls ist hierbei in der Mitte ein Verdrängungskörper anzuordnen, so daß ein einwandfreies Schließen der Düse erfolgt.Should be the slight change in direction of the emerging from the nozzle Flow can be avoided when the opening adjusts, so two or more flaps arranged symmetrically in opposite directions in a manner known per se Keep the exit speed constant. If applicable, this is to arrange a displacement body in the middle, so that it closes properly the nozzle.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for influencing the exit speed of a flowing medium, in particular the combustion air of furnaces, from a nozzle, the exit cross-section of which can be changed by a pivotable flap, characterized in that a flap acted upon by the total pressure of the flowing medium in the opening sense autonomous, d. H. without a control device dependent on a measuring element, mechanical restoring device is provided, the restoring torque of which decreases monotonically as a function of the flap opening in such a way that an approximately constant exit speed of the flowing medium is ensured regardless of its amount.

2. Device according to claim 1, characterized in that a weight attached to a pivotable lever. whose effective lever arm decreases as the flap opens, directly or indirectly, e.g. B. acts on the flap via a cable. 3. A device according to claim 1, characterized denotes Ge, that a spring arrangement causes the default. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the flap is balanced in a manner known per se by a counterweight with respect to its axis of rotation. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that two or more flaps arranged symmetrically in opposite directions in a manner known per se cause the exit speed to be kept constant. Considered publications: German Patent Specifications No. 609 337, 632 881; French Patent Nos. 1033 033, 1069 348; Austrian Patent No. 179,400 ; U.S. Patent Nos. 2,031,757, 2,232,981 .