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Vorrichtung zur Abnahme des statischen Druckes Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Abnahme des statischen Druckes in einem konvergierend-divergierend
geformten Strömungskanal, in dem als Druckabgriff axial ein Rohr mit einer Einlaßöffnung
angeordnet und herausgeführt ist.
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Für den Betrieb vieler Einrichtungen, z. B. Strahltriebwerkverdichtern,
bei denen ein bestimmtes Verhältnis von Einlaß- zu Auslaßdruck aufrechterhalten
werden muß, werden Anordnungen benötigt, die rasch und genau anzeigen, ob das gewünschte
Druckverhältnis eingehalten wird. Um ein Maß für das Druckverhältnis zu erhalten,
ist es notwendig, den Einlaßdruck durch den Auslaßdruck zu dividieren.
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Der Istwert des Druckverhältnisses wird dann mit dem Sollwert verglichen,
und eine etwaige Differenz zwischen diesen Werten kann zur Regelung des Auslaß-
oder Einlaßdruckes verwendet werden, um das gewünschte Druckverhältnis aufrechtzuerhalten.
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Durch die französische Patentschrift 851 640 ist bereits ein Staudruckmesser
bekanntgeworden, der einen kugelförmigen Gerätekörper enthält, der längs eines Durchmessers
von einem konvergierend-divergierend geformten Strömungskanal durchsetzt wird.
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Im Strömungskanal ist ein axial verlaufendes Druckabgriffsrohr angeordnet,
dessen offenes Ende in Strömungsrichtung kurz hinter der engsten Stelle des Strömungskanals
liegt, während das andere Ende über ein radial zum Strömungskanal verlaufendes Verbindungsstück
und eine Ausnehmung im Gerätekörper mit einer Druckmeßvorrichtung verbunden ist.
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Es ist weiterhin aus der deutschen Patentschrift 468 977 eine Anordnung
zum Messen des Druckunterschiedes zweier Räume bekannt, die ein beide Räume verbindendes
Venturirohr enthält, dessen Wand am Ort der engsten Stelle eine Druckabgriffsöffnung
aufweist, die mit einem Druckmesser verbunden ist.
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Die bekannten Meßgeräte oder Geber dieser Art lassen hinsichtlich
ihres Arbeitsbereiches, ihrer Genauigkeit oder Zuverlässigkeit zu wünschen übrig.
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Sie sind vor allem nur für bestimmte Druckbereiche geeignet und lassen
sich nicht in dem ganzen Druckbereich von Unterschall- bis zu Oberschalldrücken
verwenden, wie es beim Betrieb der obenerwähnten Anlagen erforderlich ist. Elektrische
oder elektronische Einrichtungen sind in Strahltriebwerkregelungen von Natur aus
relativ unzuverlässig. Gewöhnlich wird zur Teilung von Drucksignalen ein mechanisches
Gerät mit einer Art Waagebalken verwendet, das jedoch infolge der bei den beweglichen
mechanischen Teilen unvermeidlichen Lagerreibung relativ ungenau ist und außerdem
nur einen relativ begrenzten Arbeitsbereich hat. Zur Bestimmung von Druckverhältnissen
sind auch pneumatische Geber, bei denen die resultierende Ablenkung zweier in Wechselwirkung
stehender Strahlen ausgenutzt wird, und Wirbelstromgeber bekannt. Bei solchen Einrichtungen
hängt die Ausgangsgröße jedoch nicht ausschließlich vom Druckverhältnis, sondern
auch noch vom Auslaßdruck ab.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes
der Technik zu vermeiden und eine Vorrichtung zur Abnahme des statischen Drukkes,
insbesondere für Einrichtungen zur Messung von Druckverhältnissen, anzugeben, die
in einem weiten Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten, der von Unterschall- bis
Überschallgeschwindigkeiten reicht, arbeitsfähig ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art
gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Rohr axial verschieblich ist.
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Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung
mit der Zeichnung erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Querschnittansicht eines Druckverhältnisgebers,
F i g. 2 eine graphische Darstellung des Druckverhältnisbereiches, der mit dem in
F i g. 1 dargestellten Geber erfaßt wird, Fig.3 eine perspektivische, geschnittene
Ansicht einer Abwandlung des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels, F i g.
4 eine perspektivische Ansicht eines Kurvenkörpers zur Verstellung des Druckabgriffes.
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F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Druckverhältnismeßgerätes
oder Druckverhältnisgebers, das eine sich verengende und dann wieder erweiternde
Düse 2 enthält. In axialer Richtung durch die Düse 2 erstreckt sich ein Druckabgriffsrohr
4, das einen gleichförmigen Durchmesser hat, der kleiner ist als der Innendurchmesser
der Düse 2. Die Düse 2 umfaßt einen konvergierenden Teil 8, der bei einer Einlaßöffnung
6 beginnt und im Durchmesser dann allmählich bis zu einer engsten Stelle 10 abnimmt.
Von der engsten Stelle 10 aus nimmt der Durchmesser der Düse 2 in einem divergierenden
Teil 12 bis zu einer Auslaßöffnung 14 wieder zu. Das einstellbare Druckabgriffsrohr4
weist eine Öffnung 16 auf, durch die der statische Druck in der Düse 2 entnommen
werden kann. Das Rohr 4 wird am einen Ende durch eine Halterung 18, die einen Teil
eines Druckabnahmekanals bildet, in einer axial ausgerichteten Lage gehalten. Am
anderen Ende der Düse 2 wird das Rohr 4 durch eine gewöhnliche Halterungsanordnung
gehalten; dabei können auch Vorrichtungen zur Verschiebung des Rohres 4 in der Düse
2 vorgesehen sein. Die Halterung 18 enthält einen Kragen 20, durch den sich das
Rohr 4 erstreckt, und eine Basis 22 mit einer Öffnung 24, die über eine Öffnung
23 im Rohr 4 mit dessen Inneren in Verbindung steht. Das Rohr 4 könnte auch im Kragen
18 enden, wie es in F i g. 3 dargestellt ist. An Öffnungen 19, 21 der Halterung
18 sind geeignete Dichtungen vorgesehen.
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Im Betrieb tritt Druckmedium vom Auslaß eines nicht dargestellten
Verdichters durch die Einlaßöffnung 6 in die Düse 2 ein und durchströmt die Düse,
bis es aus der Auslaßöffnung 14 austritt. Das Druckabgriffsrohr 4 wird durch eine
noch zu beschreibende Anordnung so eingestellt, daß sich die Öffnung 16, durch die
der Druck abgegriffen wird, an einer Stelle innerhalb der Düse 2 befindet, die eine
Funktion des gewünschten Druckverhältnisses ist.
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Der statische Druck, der zu messen ist, wird durch die Öffnung 23
in die Halterung 18 und weiter durch die Öffnung 24 zum Meßort übertragen. Dieser
Druck wird dann mit dem Istwert des Verdichtereinlaßdruckes an der Auslaßöffnung
14 verglichen, und die Differenz zwischen diesen beiden Drücken wird zur Betätigung
eines Kraftschalters od. dgl. verwendet, um den Druck der Einlaßöffnung 6 auf den
gewünschten Wert zu erhöhen. Das gewünschte Druckverhältnis zwischen dem Einlaß
und Auslaß des Verdichters ist auf diese Weise gewährleistet.
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Man beachte, daß der Einlaßdruck des Verdichters, der an der Auslaßöffnung
14 herrscht, in ähnlicher Weise geregelt werden kann. Der Druckgeber stellt also
eine einfache Anordnung für einen Regler des Druckverhältnisses zwischen dem Einlaß-
und Auslaßdruck eines Verdichters dar, in dem dieses Druckverhältnis auf den Druck-Sollwert
bezogen wird.
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Die sich verengende und wieder erweiternde Düse, die in F i g. 2
dargestellt ist, hält infolge ihrer Formgebung in ihrer engsten Stelle 10 den Wert
Mach 1 aufrecht. Dies ergibt Unterschallgeschwindigkeiten und die entsprechenden
Druckverhältnisse im konvergierenden Teil 8 der Düse 2 und Uberschallgeschwindigkeiten
mit den entsprechenden Druckverhältnissen im divergierenden Teil 12 auf der anderen
Seite der Verengung 10. Wie die Kurve30 in F i g. 2 zeigt, sind Druckverhältnisse
beidseits des der Machzahl 1 entsprechenden Punktes 31 einstell-
bar, so daß also
alle zu messenden Druckverhältniswerte zur Verfügung stehen. In F i g. 2 ist längs
der Abszisse die Einstellung L des Druckabgriffsrohres bzw. der Öffnung 16 in der
Düse und längs der Ordinate das sich ergebende Druckverhältnis V aufgetragen.
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Das Druckabgriffsrohr 4 kann in Längsrichtung verschoben werden,
um die Öffnung 16 in der Düse 2 auf irgendein zu regelndes Druckverhältnis einzustellen.
Die Öffnung 16 kann nach einem bestimmten Programm verschoben werden, wenn der Druckverhältnisgeber
zur Erfassung mehrerer verschiedener Druckverhältnisbedingungen im selben Gerät
verwendet werden soll. Bei einer typischen Anwendung in einem Verdichter kann das
Verhältnis von Einlaßdruck zu Auslaßdruck gemessen und bei Anderung des Sollwertes
des Druckverhältnisses neu gemessen werden, um den Verdichter zu einer beliebigen
Zeit auf ein gewünschtes Druckverhältnis einstellen zu können oder es für verschiedene
Anwendungen während des Gebrauches den Erfordernissen gemäß einzustellen.
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F i g. 3 zeigt eine Abwandlung der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung.
Dieses zweite Ausführungsbeispiel enthält ein verschiebbares Druckabgriffsrohr 34,
das mit einer sich verengenden und dann wieder weiter werdenden Düse 36 zusammenarbeitet.
Bei dieser Ausführungsform ist die Düse auf zwei Seiten durch Ebenen begrenzt und
hat eine Öffnung, die im wesentlichen in einer Ebene liegt, um eine gleichförmige
Strömung durch die Vorrichtung zu gewährleisten. Die eine Begrenzungsebene wird
durch einen abnehmbaren Deckel40 und die andere durch eine Fläche 37 in einem Gerätekörper
42, in den die Düse 36 eingearbeitet ist, gebildet. Im Gegensatz zu dem kreisförmigen
Querschnitt der Düse der in Fig.1 dargestellten Vorrichtung ist der Querschnitt
der Düse 36 in F i g. 3 rechteckig. Diese Formgebung ist in fertigungstechnischer
Hinsicht vorzuziehen, da sie durch Ätzverfahren hergestellt werden kann; der Wirkungsgrad
ist der gleiche wie bei einer rotationssymmetrischen Düse. Die Konstruktion ist
auch leicht zugänglich, da der Deckel 40 leicht abgenommen werden kann, der den
Gerätekörper 42 verschließt. Das einstellbare Druckabgriffsrohr 34 ist in einem
Kanal im Körper 42 unterhalb der Fläche 37 gelagert, so daß die Strömung durch die
Düse nicht behindert wird. Der Einlaß der Vorrichtung gemäß Fig.3 enthält zwei Einlaßkanäle
44, die senkrecht zur Ebene der Düse 36 verlaufen; in F i g. 3 ist nur einer dieser
Einlaßkanäle zu sehen. Der Einlaß kann jedoch auch mit der Düse vereinigt werden
oder in derselben Ebene wie die Düse 36 in das Ende 39 des Körpers 42 eingearbeitet
werden. Der Auslaß besteht aus zwei Öffnungen 46, die in derselben Ebene wie die
Düse 36 liegen. Die Auslaßöffnungen 46 können ebenfalls zu einer Öffnung vereinigt
und/oder in einer vertikalen Ebene angeordnet werden, wie die Einlaßöffnungen 44.
In Fig.3 ist außerdem eine Aufnahmeeinrichtung 48 für das Druckabgriffsrohr 34 dargestellt.
In die Aufnahmeeinrichtung 48 ist ein Kanal 50 eingearbeitet, der eine Verstellung
des Druckabgriffsrohres 34 ähnlich wie bei F i g. 1 erlaubt. Die Aufnahmeeinrichtung
48 ist oben mit einem Deckel 52 verschlossen, der von einem Rohr 54 durchsetzt wird,
durch das der im Kanal herrschende und durch den Druckgeber abzuleitende Druck abgenommen
werden kann.
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Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet genau in
der gleichen Weise wie das der F i g. 1. Durch Verstellung des Druckabgriffsrohres
34 können die verschiedensten Druckverhältnisse erfaßt werden. Wie bei F i g. 1
wird die Abgrifföffnung 33 durch Verschieben des Rohres 34 in der gewünschten Weise
eingestellt. Das Rohr 34 ist im Körper 42 abgedichtet.
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F i g. 4 zeigt eine mögliche Vorrichtung zur Verstellung des Druckabgriffsrohres
4 (Fig. 1) oder 34 (F i g. 3). Die Vorrichtung enthält einen Kurvenkörper 60, der
entweder in Axialrichtung 62 verschoben oder in Richtung des Pfeiles 64 gedreht
werden kann und dabei ein mit einer Abfühlrolle 66 verbundenes Gestänge 68 bewegt.
Der KurvenkörpeX 60 kann so geformt sein, daß eine bestimmte Wahl von Druckverhältniswerten
gemäß zwei Regelparametern erfolgt, wie es bei Strahltriebwerkregelungen üblich
ist, und diese an eine Quelle meldet, um die Druckverhältnisse so einzustellen,
wie es für verschiedene wechselnde Bedingungen gewünscht ist. Statt des Kurvenkörpers
60 können auch andere wirkungsgleiche Getriebe verwendet werden.
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Durch die Verwendung einer konvergierend-divergierend geformten Düse
werden die einem Strömungskanal in Form eines geraden Rohres naturgemäß anhaftenden
Nachteile vermieden. Bei dem geraden Rohr ist der Wertebereich auf Unterschalldruckverhältnisse
beschränkt. Bei Verwendung einer konvergierend-divergierend geformten Schallgeschwindigkeitsdüse
ergibt sich außerdem eine Charakteristik, die aus einer einzigen Kurve besteht,
wie sie in F i g. 2 dargestellt ist, während sich bei einem geraden Rohr für verschiedene
Druckverhältnisse verschiedene Kurven ergeben.
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Die durch die Erfindung angegebene Einrichtung ist robust und kann
unter den verschiedensten Um-
gebungsbedingungen verwendet werden. Sie ist außerdem
leicht einzujustieren und Messung und Bedienung sind sehr einfach.