DE1523469A1

DE1523469A1 - Rueckstroemungs-Isolator

Info

Publication number: DE1523469A1
Application number: DE19661523469
Authority: DE
Inventors: Cawley Terence Joseph
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1965-02-16
Filing date: 1966-02-10
Publication date: 1969-07-31
Also published as: DE1973188U; NL6601450A; US3428065A; ES322724A1; GB1140191A; DE1523469B2; DE1523469C3

Description

Dr. Ing. E. B ERKEN FELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitötsttraße Anlage Aktenzeichen

lur Eingabe von, f , Februar l^ÖO HN+ Named.Anm. CORNING GLASS WORKS

Corning, New York, USA

Rucks tröinungs-Isolator

Die vorliegende Erfindung oezieht si cn auf mit einem Fluidurn betätigte Systeme und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Isolierung oder Beseitigung der Wirkung stromabwärts auftretender¹ Störungen oder eines stromabwärts auftretenden Rückstaues in einem mit einem Fluidum betriebenen System, während die Erfindung auf derartige Anwendungsfälle jedoch nicht beschränkt ist.

Der Einfachheit halber wird die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit Strömungsverstärkern beschrieben. Bei einem Strö.nungsverstärker tritt eine Fluidumsströmung, die im folgenden als arbeitsströmung bezeichnet wird, aus einer Düse oder Öffnung aus, die derart konstruiert ist, daß die Arbeitsströmung räumlich gut abgegrenzt ist. Eine Steuerströmung wird i„. wesentlichen rechtwinklig auf die Arbeitsströmung _oerichtet, um quer zur aroeitsstrolling einen Druckunterschied oder ein Druckgefälle zu schaffen. Das Gerät ist mit mindestens zwei Auslässen oder FluiüunisunscBilußöiTnungen oder -kanälen versehen, die der Arbeitsströuung gegenüberliegen, wobei die Anschlußöffnungen oder -Kanäle derart angeordnet sind, daß, wenn die Arbeitsströrnung von der ,jteuerströmung nicht abgelenkt wird, die gesamte Arbeitsströmung in einen der Auslaßkanäie gerichtet wird. ,. · -.'0,U-⁵^

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u.s. 433,096

C 46/28 - 1 -

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Die Ablenkung der Arbeitsströmung durch die Steuerströrnung führt zur Abgabe mindestens eines Teiles der Arbeitsströmung in den zweiten Auslaßkanal, wo ein Teil der kinetischen Energie der in den zweiten Auslaßkanal eintretenden Arbeitsströmung zurückgewonnen werden kann oder von wo das so geleitete Fluldum an eine Verbrauchsvorrichtung abgegeben werden kann» Eine Arbeitsströmung niedriger Energie kann eine räumlich gut begrenzte, energiereiche Arbeitsströmung in dem Umfang ablenken, wie es erforderlich ist, urn einen erheblichen Teil der Arbeitsströmung in den zweiten Aus-• laßkanal'abzugeben, während die Unversehrtheit oder die gute Begrenzung der Arbeitsströmung nach der Einwirkung der zwei strömungen

™ aufeinander so weit erhalten bleibt, daß die Gesamtenergie oder die Änderung der an den zweiten Auslaßkanal abgegebenen Gesamtenergie größer sein kann als die Energie oder die Energieänderung, die zur Durchführung dieser Ablenkung erforderlich ist. Da also die Energieänderungen, die in der Verbrauchsvorrichtung durch Ablenkung der Strömung erzeugt werden, größer sind als die zur Erzeugung dieser Ablenkung erforderlichen Energieänderungen, ist das Gerät zua? einer Verstärkung fähig und kann einen Kraftgewinn erzeugen. Hierbei handelt es sich natürlich nur um ein Strömungsverstärkersystem

^ und der mit einem bestimmten System erzielbare Gewinn ist verschieden und hängt in gewissem Umfang vom Abstand zwischen den ■ Auslaßkanälen und der Düse ab, aus der die Arbeitsströmung austritt.

Wenn nach dem Eintritt der Arbeitsströmung in einen Auslaßkanal der stromabwärts vorhandene Strömungswiderstand oder Druck aus irgendeinem Grunde zunimmt, etwa durch die Punktionsweise der Verbrauchsvorrichtung, nimmt die stromaufwärts vorhandene Strömung ab. Zudem kann eine aus irgendeinem Grunde vorhandene Strömung im anderen Auslaßkanal auf die Arbeitsdüse hin, die hier als Rückströrnung bezeichnet wird, auch eine Veränderung der Strömuntiseitien-

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schäften der Arbeitsströmung verursachen· Es ist offenbar, daß eine derartige Erhöhung des Strörnungswiderstandes und des Druckes oder eine derartige Rückströmung unerwünscht sind, weil die Strömungseigenschaften der Arbeitsströmung durch Ursachen beeinflußt werden, auf die man nur geringe oder keine Kontrolle ausüben kann.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, Mittel zur Erzeugung eines Arbeitsströmungs-Strörnungsverstärkers zu schaffen, die vollkommen unabhängig von irgendwelchen stromabwärts auftretenden Strömungs- oder Belastungsänderungen sind·

Ferner soll die Erfindung Mittel zur Erzeugung einer gutbegrenzten, energiereichen Fluidumsströmung schaffen, die vollkommen unabhängig von stromabwärts auftretenden Strömungswiderstands- oder Druckänderungen sind und die völlig unabhängig von irgendwelchen Rückströmungen oder einem Rückstau von irgendeiner stromabwärts gelegenen Quelle oder Ursache her sind»

Ferner soll die Erfindung Strömungsverstärker mit optimalen Kennwerten schaffen. Λ

Allgemein betrachtet wird gemäß der Erfindung ein Rückströmungs-Isolator geschaffen, üer einen Emitter zum Abgeben einer Fluidumsströmung unter Druck aufweist, der ferner einen Kollektor aufweist, welcher derart angeordnet ist, daß er die Strömung aufnimmt, und der eine "Kaminer mit konstantem-'Druck zwischen dem Emitter und dem Kollektor aufweist, 'wobei diese Strömung derart durch diese Kammer hindurchtritt, daß sie unversehrt bleibt und ein wesentlichei. Teil der strömung, ah cte.i Kollektor abgegeben wird.

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. Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden Einzelbeschreibung, in der auf die.beiliegenden zeichnungen Bezug genommen wird, welche nur der Erläuterung der Erfindung dienende Ausführungsbeispiele darstellen'«

Pig, 1 zeigt eine Teildraufsicht auf eine mit einem Pluidum betriebene Vorrichtung., die einen Rückströmungs-Isolator gemäß der Erfindung aufweist.

Pig, 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1, ■■ ■■■■ ■ ^:

Fig·. 3 zeigt einen Querschnitt nach der Linie 3-5 in Pig·· 1·

Pig· 4 zeigt eine Teildraufsicht auf eine mit einem Pluidum betriebene Vorrichtung,'in der eine andere Ausführungsform des Rückströmungs-lsolators gemäß der Erfindung dargestellt 1st,

Pig* 5 zeigt eine Draufsicht auf einen bistabilen Strömungsverstärker, der einen Ruckströmungsrlsolator in zwei seiner Auslaßöffnungen aufweist* .

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Die vorliegende Erfindung kann bei multistabilen Strömungsverstärkern oder anderen mit einem Fluidum betriebenen Vorrichtungen verwendet werden, bei denen ein energiereicher Fluidumsstrom durch einen Kanal oder eine öffnung hindurchtritt. Das Strömungsfluidum

O kann komprimierbar sein, wie etwa Luft, stickstoff oder andere Gase, . * oder es kann niohtkomprimierbar sein, wie etwa wasser oder andere C! Flüssigkeiten· Die Erfindung ist nicht auf irgendein bestimmtes

üi pluidum beschränkt, . ■

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Y In den Figuren 1, 2 und 5 ist eine iriit einem Fluidum betriebene

Vorrichtung 10 darstellt, die Platten 12 und l4 aufweist und in dea?en Platte 12 Strömungskanäle oder Öffnungen 16 und 18 für das Fluidum ausgebildet sind. Eine Ruckstromungs-Isolator-Emitterdüse 20 ist derart gestaltet, daß sie. in der Öffnung 16 endet. An die Öffnung 18 ist ein Kollektor 22 angeschlossen, der derart ausgebildet ist, daß er im Abstand von der Emitterdüse 20 liegt und mit dieser in Längsrichtung fluchtet und das Fluidum: aufnimmt. Eine Kammer 24 mit konstantem Druck, die einen Kanal und Öffnungen 28 und j50 aufweist, ist zwischen der Emitterdüse 20 und dem Kollektor 22 ausgebildet und trennt diese. Der Kanal 26 und die Öffnungen 28 und ^O sind in der platte 12 ausgeformt und ragen durch die Platte 14 auf die Außenseite der Vorrichtung 10» Der Druck in der Kammer 24 wird konstant gehalten, weil diese Kammer . zur Umgebung hin offen ist» .

Die Platten 12 und 14 können aus irgendeinem geeigneten Werkstoff hergestellt sein, beispielsweise aus Metall, Glas, Keramik, Kunst-· stoff oder dergleichen, und sie sind mittels irgendeines geeigneten, dem Fachmann vertrauten Verfahrens dicht miteinander verbunden.

V/enn eine gutbegrenzte, energiereiche Arbeitsströmung durch die Öffnung 16 in Iüchtung des in Figur 1 dargestellten Pfeiles strömt, tritt sie in den Emitter 20 ein. Da die Strömung genau begrenzt und energiereich ist, tritt sie durch den Kanal 26 der Kammer 24 hindurch und wird vom Kollektor 22 aufgenommen oder tritt in diesen

to ein, wobei sie ihre einwandfreie Begrenzung beibehält, so daß sie ο ■.■;..■

^ durch die Öffnung 18 hindurchtreten kann und die an der (nicht _, dargestellten) Verbrauchsstelle erforderliche Energie liefert·

ο Durch irgendeine Änderung des Strömungswiderstandes oder des

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Druckes Stromabwärts der Kammer 24, etwa infolge des Arbeitens der Verbrauchsvorrichtung, infolge von Abzweigungen oder infolge

irgendeiner anderen Ursache, oder durch irgendeine Rückströmung oder einen Rückstau niedriger Energie durch die Öffnung l8 werden die Qualität oder die Eigenschaften der Strömung in der Öffnung nicht beeinflußt, weil eine solche Änderung oder ein derartiger Rückstau in der Kammer 24 abgeleitet wird· Geeignete Verbrauchsvorrichtungen sind beispielsweise Zeitgeber, Digital-Logik« Schaltelemente^, Analogschaltelemente oder dergleichen*

Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsform der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung* Der Emitter j52 ist gegenüber der Emitterdüse 20 mit einem trichterförmigen Querschnitt ausgebildet, wo-™ bei dieser trichterförmige Querschnitt dazu beiträgt, daß die Arbeitsströmung ihre gutbegrenzte Form beibehält und daß irgendeine Rückströmung oder ein Rückstau abgeleitet wird.

Figur 5 zeigt eine bistabile Strömungsverstärkervorrichtung .^4, die in jeder ihrer Äuslaßöffnungen Ruckströmungs-lsolatoren gemäß der Erfindung aufweist. Auch diese Vorrichtung kann von zwei Platten gebildet werden, wie das im Zusammenhang mit der in den Figuren X bis > dargestellten Vorrichtung beschrieben fe wurde, wobei hier zur Verdeutlichung die obere Platte 36 jedocn durchsichtig dargestellt ist· Eine in geeigneter Weise regulierte Fluidumsstromung, die von einem Kompressor, einer Pumpe oder einer anderen Quelle dieser Art (nicht dargestellt) geliefert wird, tritt in die Öffnung'38 ein. Die Fluidumsströmung tritt durch die ; Düse 40 hindurch und tritt aus dieser als gutbegrenzte, energiereiche Arbeitsströmung aus. Am Auslaß der Düse 4o sind zwei Auslaßkanäle 42 und 44 ausgebildet..

Die Außenwände der in Form eines auf dem Kopf stehenden "v" aus-

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gebildeten Äuslaßkanäle 42 und 44, das heißt die linke Wand des" Kanals 42 und die rechte Wand des Kanals 44 sind gegenüber der Düse 40 zurückgesetzt* so daß gemäß dem Bernoullisehen Lehrsatz die aus der Düse 4ö austretende energiereiche Arbeitsströmung einen Bereich niedrigen Druckes an jeder dieser wände erzeugen kann, wodurch bewirkt wird, daß sich die Strömung an diese Wand anlegt. Dieser Zustand wird so lange aufrecht erhalten, wie S¹IuIdUm in die Öffnung 58 eingespeist wird und nichts die Arbeitsströmung stört«

Zur Steuerung sind zwei Steuersignaleingangsöffnungen 46 und 48 vorgesehen· Wenn die Arbeitsströmung gegen die linke Wand des Kanales 42 anliegt und Druck auf die öffnung 46 gelassen wird, tritt eine SteuerstrÖniung aus der Steuerdüse 50 aus und trifft auf die Arbeitsströmitng> wobei sie diese verlagert und bewirkt, daß sich sich gegen die rechte wand des Kanales 44 anlegt, umgekehrt gilt das gleiche· Wenn die Arbeitsströmung gegen die rechte Wand des Kanales 44 anliegt und ein Druck auf die Öffnung 48 gelassen wird* so feritt eine SteuerstrÖniung aus der Steuerdüse 52 aus und verlagert die Arbeitsströmung wiederum, so daß diese sich gegen die linke Wand des Kanales 42 anlegt«

Eine gemeinsame Kammer 54 mit konstantem Druck ist quer zu beiden Auslaßkanälen 42 und 44 angeordnet. Die Kammer 54 weist Kanäle $56 und 58 und Öffnungen 60» $2 und 64 auf« Wenn die energiereiche lg» Arbeitsströmung durch den Kanal 42 fließt, tritt sie durch die Emitterdüse 66 und den Kanal 56 hindurch in den Kollektor 68* von __, dem sie durch den Kanal 70 zu einer Verbrauchsstelle fließt. Wenn

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ο die energiereiche Arbeitsströmung durch den Kanal 44 fließt, ge«

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langt sie durch die Ernitterdüse J2 und den Kanal 58 zum Kollektor 74, von wo sie durch den Kanal 76 wiederum zu einer Verbrauchs·*

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■ stelle fließt. Irgendeine stromabwärts auftretende Erhöhung des Strömungswiderstandes oder des Druckes oder irgendein Rückstau oder eine Rüclfcströmung durch eine der Öffnungen 70 oder J6 wird unabhängig davon, durch welche Öffnung die Arbeitsströmung gerade hindurchfließt, von der Kammer 54 abgeleitet, so daß derartige Störungen die Arbeitsströmung stromaufwärts der Kammer 54 nicht beeinträchtigen.

Ein typisches Ausführungsbeispiel eines Rückströmungs-Isolators, der in einen Strömungsverstärker etwa gemäß der Figur 5 eingebaut ist, sieht folgendermaßen aus« Die Emitterdüse und der Kollektor ™ haben eine Weite von 0,762 mm (0,03 inch) und eine Höhe gleich¹ der Arbeitsströmungsdüse von Ι',Οΐβ mm (0,04 inch)· Die Kammer mit konstantem Druck hat eine Weite, das ist der Abstand zwischen der Emitterdüse und dem Kollektor, von O,5O8 mm (0,02 inch) und eine Länge von 2,286 mm (0,09 inch). Die Kammeröffnungen haben einen Durchmesser von 2,032 mm (0,08 inch). Es hat sich gezeigt,

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daß eine Arbeitsströmung mit einem Druck von 0,14 kg/cm (2psi) stromaufwärts eines Rückströmungs-Isolators mit den obigen Abmessungen beim Austritt aus dem isolator einen Druck von etwa 0,134 kg/cm²- (1,9 psl) hat.

Es wurde gefunden, daß bei einer Weite W der Arbeitsströmungsdüse die bevorzugte Weite der Emitterdüse und des Kollektors zwische: ' etwa W und lOW liegt, während die gleiche Hohe beibehalten wird.

_ω Es wurde weiter gefunden, daß. die Weite der Kammer mit konstantem

to Druck vorzugsweise mindestens awe*—« 2W beträgt. Weder die Länge

cj des Kammerkanals noch die Größe der Kammeröffnungen sind kritisch.

Der Pachmahn weiß, daß die endgültige Gestaltung irgendeines

speziellen Rückströmungs-Isolators zumindest teilv;eise von der

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Dichte, der Temperatur und dem Druck des Fluidums ebenso wie von den Solleig'enschaften der Arbeitsströmung an der Verwendungsstelle abhängt· Man beachte, daß zum richtigen Arbeiten der Kanal der Kammer mit konstantem Druck so weit sein muß, daß die gutbegrenzte, energiereiche-Strömung durch ihn hindurchtreten kann, während' gleichzeitig stromabwärts auftretende störungen oder Veränderungen durch diesen Kanal abgeleitet werden;

Die Erfindung wurde zwar" mit Bezug auf spezielle Einzelheiten und bestimmte Äusführungsförmen beschrieben, diese Einzelheiten sollen den in den folgenden Ansprüchen abgesteckten Rahmen der Erfindung Jedoch "nicht einengen.

Patentansprüche

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Claims

Dc. Ing. E. B ERKEN FELD, Patentanwalt, KDLN, Univeraitatssf re.fle. 31 Anlage Aktenzeichen * 7. Februar 1966 HN+ Να™ΑΑηη. CORNING GLASS WORKS Corning, New York, USA Patentansprüche

1. Rückströmungs-Isolator mit Mitteln, um--eine gutabgegrenzte FluidumsstrÖniung hoher Energie austreten zu lassen, gekennzeichnet durch einen Kollektor (22, Jl, 6¹O, ¹J¹I-)* der im Abstand, die Strömung auffangend und axial mit den erwähnten Mitteln (20, 66,-72) zur Aufnahme oder Führung der Strömung angeordnet ist, und durch eine Kammer (24, 5^) zwischen-'den erwähnten Mitteln zur Aufnahme der Strömung und dem Kollektor, wobei die Strömung durch diese Kammer führbar ist,

2, isolator nach Anspruch 1,'dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor (32) einen der Düse (20) gegenüberliegenden trichterförmigen Teil aufweist,

3> Isolator nach den Ansprüchen 1 oder 2* gekennzeichnet dtturch die Anordnung einer Verbrauchseinrichtung zur Aufnahme der aus der Kammer kommenden Fluidumsströmung, wobei die stromaufwärts der Kammer befindliehe Strömung durch Änderungen des Strömungszustandes stromabwärts der Kammer nicht beeinflußt wird.

„_ Julia-909 831/05 8 1

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