DE1523512A1

DE1523512A1 - Fluessigkeitsphasendruckverstaerker

Info

Publication number: DE1523512A1
Application number: DE1965G0045503
Authority: DE
Inventors: Toma Daniel Norman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1964-12-21
Filing date: 1965-12-20
Publication date: 1969-08-28
Also published as: FR1454808A; GB1067180A; NL6516005A; US3362422A

Description

PA TENTA N WAL TE

PATENTANWALT DIPL.-ING. RICHARD MÜLLER-BÖBNER PATENTANWALT DIPL.-ING. HANS-HEINRICH WEY BERLIN-DAHLEM · PODBIELSKIALLEE 68 MÜNCHEN Z2 ■ WIDENMAYERSTRASSE 49 TELEFON: 76 29 07 · TELEGRAMME: PROPINDUS TELEFON : 22 55 85 - TELEGRAMME: PROPINDUS

München, den 13· Dezember 1965

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G-eneral Electric Company Schenectady, N.Y. (USA)

Flüssigkeitsphasendruckverstärker

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsphasendruckverstärker mit einem Einlaßkanal in Verbindung mit zwei Auslaßkanälen und einem Ausgleichskanal relativ kleinen Durchmessers, der von der einen Wandseite des mit einer Flüssigkeitsquelle in Verbindung stehenden Einiaßk&nals ausgeht und zur leitung der durch den Einlaßkanal fließenden Flüssigkeit entlang dieser Wand und durch einen ersten der beiden Auslaßkanäle dient, und daß der Verstärker weiterhin einen Steuerkanal gegenüber dem Ausgleiciiskanal mit relativ großem Durchmesser aufweist, der mit der gegenüberliegenden anderen Wandseite des Einlaßkanals in Verbindung steht und Mittel zur wahlweisen Schließung des genannten Steuerkanais vorgesehen sind, um den Flüssigkeitsstrom von der Wandseite mit dem AuBgleicxiskanal auf die gegenüberliegende Wandseite zum Ausfluß durch den anderen zweiten Auslaßkanal umzulenken.

Derartige Flüssigkeitsverutilrker fanden in erster Linie bei logischen Jyatemen Ariwendunt,, wobei geringe Flüssigkeitsmengen mit

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gleichmäßig geregeltem Druck verwendet v/erden. Solche Vorrichtungen bieten außerdem große Vorteile als betriebssichere und billige Ventile unter anderem zur Steuerung¹ großer Flüssigkeitsdurchflußmengen. bie können z.B. für Wasserversorgungssysteme und Umwälzsysteme in V/asch- und Spüime.schinen verwendet v/erden. Für solche Zwecke sind digitale Flüssigkeitsverstärker den analog arbeitenden Flüssigkeitsverstärkern vorzuzienen. Die digitalen Flüssigkeitsverstärker arbeiten mit der Änderung des Flüssigkeit sdrucks quer zur Strömung, um auf diese Weise die Strömung wahlweise zwischen den Auslässen des Verstärkers schalten zu können, während analoge Flüssigkeitsverstärker einen Energieaustausch zwischen einer Hauptströmung und einer Führungs- oder leitströmung durchführen, um die Hauptströmung umzuschalten.

Bei Verwendung eines Zweiphasendruckverstärkers ist außerdem ein geringerer Aufwand und Vereinfachung des Mechanismus möglich; das ist dann der Fall, wenn die Querdruckänderung in der Flüssigkeitsströmung dadurch geschaffen wird, daß die Strömung der Atmosphäre ausgesetzt wird und nicht einem Flüssigkeitskörper mit Umgebungsdruck. Das kann durch Verwendung eines symmetrischen Verstärkers erreicht werden, der zwei Steuerkanäle besitzt, um einander gegenüberliegende Seiten der Flüssigkeitsströmung mit dem Umgebungsdruck zu verbinden. Jeder Kanal ist mit einem Ventil für wahlweises Öffnen und Schließen versehen. Durch Öffnen des einen Ventils und Schließen des anderen fließt die Flüs- ■ sigkeitsströmung aus einem der Verstärkerauslässe. Der Nachteil

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solcher symmetrisch aufgebauter Verstärker bzw. Umschaltgeräte besteht darin, daß zwei, miteinander verbundene Ventile erforderlich sind, was einen erheblichen Aufwand darstellt.

Eine weitgehende Vereinfachung erreicht man durch Verwendung eines asymmetrischen Gerätes, das einen relativ kleinen Öffnungskanal aufweist, der ständig nur eine Seite der Flüssigkeitsströmung mit dem Umgebungsdruck verbindet. Ein relativ größerer Steuerkanal liegt dem kleinen Öffnungskanal gegenüber, und es d kann ein Ventil zur wahlweisen Öffnung und Schließung des Steuerkanals vorgesehen werden, um wahlweise die andere Seite der Flüssigkeitsströmung mit dem Umgebungsdruck zu verbinden. Wenn der Steuerkanal geöffnet ist, so wirkt sich das auf die physikalischen Strömungsverhältnisse des Verstärkers derart aus, daß die Flüssigkeit durch einen der beiden Auslässe strömt; ist der Steuerkanal geschlossen, so wird die Flüssigkeitsströmung umgelenkt und fließt aus dem anderen Auslaß.

Bei der Verwendung solcher vorstehend beschriebener als aeymme- ' trische Digitalverstärker bezeichnete Zweiphasendruckgeräte stieß man auf große Schwierigkeiten. Der Flüssigkeitsstrom neigt dazu, an der Strömungskanalwand mit dem kleineren ^uffnungskanal anzuhaften. Durch sehr sorgfältiges -Abstimmen der einzelnen Tüinflußgrößen ist es möglich, die Strömung auf die gegenüberliegende andere Wand innerhalb eines bestimmten sehr kleinen Druckbereiches überspringen zu lassen. Jede meßbare Druckänderung im Flüssigkeitsstrom führt jedoch zu einem unregelmäßigen Betrieb, bei

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dem der Flüssigkeitsstrom nicht von der Strömungsseite mit dem kleinen Öffnungskanal weggelenkt werden kann. Es wurde jedoch erfinderseits die überraschende Feststellung gemacht, daß durch Blockierung des Auslasses an der S£euerfcanalseite durch eine Wirbelströmung eines Teils der Flüssigkeit ein asymmetrischer Digitalverstärker für Zweiphasendruckgeräte zuverlässig arbeitet und zwar trotz größerer Änderungen des Flüssigkeitsdruckes.

Einige vorbekannte, analoge und auch symmetrisch digitale Verstärker haben in der Trennwand zwischen den Strömungsauslässen eine Aussparung vorgesehen, um' eine Wirbelströmung in einer Tei-1-strömung der Flüssigkeit eu bewirken. Die Wirbelströmung bei solchen Vorrichtungen wurde dabei zur Erhöhung der Strömungsstabilität verwendet, d.h., um sicher zu gehen, daß die Flüssigkeitsströmung an einer bestimmten Seitenwand anhaftet, bis es wünschenswert ist, sie auf die andere Seitenwand umzuleiten.

Die Schwierigkeit bei der Verwendung asymmetrischer Digitalverstärker bei Zweiphasendruckverstärkern ist nicht die Instabilität dee Flüasigkeitsstromes, sondern vielmehr die übergroße Stabilität der Strömung an der Seitenwand mit dem kleinen Öffnungskanal. Bei der Betrachtung vorbekannter Vorrichtungen erscheint es, daß dieses Problem durch Schaffung einer Wirbelströmung in einer Teilströmung der Flüssigkeit erhöht wurde, d.h., daß es noch schwieriger würde, den Flüssigkeitsstrom erfolgreich von der Seitenwand mit der kleinen Öffnung'innerhalb eines großen Strömungsdruckbereiches umzuleiten. Der Erfindung liegt jedoch

die Feststellung zugrunde, daß es erstaunlicherweise umgekehrt _iste 909835/0671

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Der Flüssigkeitsstrom reißt sowohl vom Kanal mit dem geringen Querschnitt als auch vom Steuerkanal mit dem größeren Querschnitt Luft mit sich. Solange beide der Atmosphäre (dem Umgebungsdruck) ausgesetzt sind, ist der Druckunterschied quer zur Strömung sehr gering und der sogenannte Ooandaeffekt bewirkt, daß die Strömung an der Strömungswand mit der kleinen Kanalöffnunganhaftet. Wenn jedoch der Steuerkanal auf der gegenüberliegenden Strömungswand geschlossen ist, verursacht die durch den Flüssigkeitsstrom mitgerissene Luft eine Niederdruckzone im Steuerkanal. Hierdurch entsteht ein wesentliches Querdruckdifferential in dem Flüssig- λ keitsstrom und der Strom wird auf die Seitenwand des Steuerkanals umgeleitet. Y/enn in einem solchen Zweiphasendruckgerät der Steuerkanal geschlossen wird, so wird durch den Auslaß,der an die Steuerkanals ei tenwand angrenzt, Luft in den Verstärker angesaugt. Diese Luft verhindert die Entstehung eines entsprechenden Differentialquerdrucks und der Strom kann daher nicht auf die Steuerkanalseitenwand umgeleitet werden. Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, daß durch Schaffen einer Wirbelströmung in einem Teilstrom der Flüssigkeit, die den Auslaß an der Steuerkanalseitenwand wirksam schließt, der Flüssigkeitsstrom erfolgreich von der Strömungs- ' kanalseitenwand mit der kleinen Kanalöffnung auf die Steuerkanalseitenwand innerhalb eines relativ großen Strömungsdruckbereiches umgesteuert werden kann.

Die Erfindung ist nun derart ausgebildet, daß die Trennwand zwischen den beiden Auslaßkanälen mit einer Kerbe ver-

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sehen ist, die der Flüssigkeit während des Durchflusses durch den ersten Auslaßkanal ausgesetzt ist.und zu einer Wirbelströmung in einem Teil der Flüssigkeit führt, um den zweiten Auslaßkanal zu schließen, wobei das Schließen des Steuerkanals das Umschwenken des Flüssigkeitsstromes in Richtung auf den zweiten Auslaßkanal veranlaßt.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung in Aufbau und Wirkungsweise näher erläutert und beschrieben.

In der Zeichnung zeigt:

i^?ig. 1 eine teilweise aufgebrochene Ansicht eines '.Flüssigkeitsverstärkers als erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel.

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig.1 und Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1.

Fig. 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen digitalen Flüssigkeit s· phasendruckverstärker 1, der sich als Zweiphasendruckverstärker verwenden läßt. Der Verstärker besteht aus einem Bodenteil 2 und

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einem Oberteil 3, die durch eine Anzahl von Bolzen 4 aneinander befestigt sind, die durch entsprechende öffnungen in dem Oberteil 3 sowie Öffnungen 5 in dem unteren Teil 2 gesteckt sind und durch entsprechende Muttern 4a befestigt sind. Die Teile 2 und 3 bilden den Fliissigkeitsphasendruckverstärker 1 mit einer oberen Wand 6, einer Bodenwand 7 und getrennt liegenden, gestreckten Seitenwänden 8 und 9. Die Seitenwände 8 und 9 bilden einen Einlaßkanal 10. Eine Flüssigkeitseinlaßöffnung 11 ist an einem Ende des Verstärkers vorgesehen und diese umfaßt ein sich nach unten erstreckendes hohles Anschlußstück 12 im unteren Teil 2. Zwischen " ihren Enden sind die S_eitenwände 8 und 9 mit einem Abschnitt, mit reduziertem Durchmesser 13 versehen, der eine Treibstrahl- · düse bildet. Das Zwischenteil oder die Wand 14 liegt im unteren Teil 2 zwischen den Seitenwänden 8 und 9 an dem der Einlaßöffnung 11 gegenüberliegenden Ende. Die Seitenwand 8 und die Zwischenwand 14 bilden einen ersten Auslaßkanal 15» während die Seitenwand 9 und die Zwischenwand 14 einen zweiten Auslaßkanal 16 bilden, wobei beide Auslaßkanäle 15 und 16 mit dem Einlaßkanal 10 in Verbindung stehen.

Gerade unterhalb der Düse 13 umfaßt die Seitenwand 8 ein relativ kleines Bohrloch 17, das mit einem Rohr 18 verbunden ist. Das Bohrloch 17 und das Hohr 18 bilden zusammen einen Ausgleich.8-kanal, der den Einlaßkanal 1^U ständig mit dem Umgebungsdruck (normalerweise der Atmosphäre) verbindet. Gegenüber dem Bohrloch 17 umfaßt die Seitenwand 9 eine relativ große Bohrung 19, die durch ein Rohr 20 mit der Atmosphäre verbunden ist; die

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Bohrung 19 und das Rohr 20 bilden zusammen einen Steuerkanal für den Flüssigkeitsphasendruckverstärker.

Auf Grund der verschiedenen Größe der Bohrungen 17 und 19 (angenommen Rohr 20 sei ebenfalls dem Umgebungsdruck ausgesetzt), führt der sogenannte öoandaeffekt dazu, daß ein flüssigkeitsstrom, der durch die Einlaßöffnung 11 in den Einlaßkanal 10 gelangt, beim Austritt aus der Düse 13 an der Seitenwand 8 anhaftet und infolgedessen durch den Auslaßkanal 15.fließt. Ist der W Kanal 20 geschlossen, so verursacht die in dem Flüssigkeitsstrom mitgeführte Luft beim Durchfluß durch den Regelkanal eine Druckminderung im Bereich der Bohrung 19» wodurch einfDifferentialguerdruok in dem Flüssigkeitsstrom entsteht. Dieser Differentialquerdruck neigt dazu, daß sich der Flüssigkeitsstrom von der Seitenwand 8 löst und auf die Wand 9 übergeht und hier anhaftet, so daß er durch den Auslaßkanal 16 fließt.

Zur wahlweisen öffnung und Schließung des Rohres 20 zur Atmosphäre kann irgend ein beliebiges geeignetes Mittel verwendet werden. Als Beispiel ist ein Ventil 21 aufgezeigt. Das Ventil 21 ist mit , einem Betätigungsarm 25 ausgestattet, der mit einem Schraubgewinde versehen ist und der in ein hohles Anschlußstück 22 paßt, das sich vom Bodenteil 2 weg nach unten erstreckt. Durch Drehen des Arms 23 kann das Ventil 21 entweder zum Eingriff mit Anschlußstück 22 gebracht werden, oder aus diesem gelöst werden, und so kann der durch das Rohr 20 und die Bohrung 19 gebildete

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Steuerkanal entweder gegenüber dem Umgebungsdruck geöffnet oder geschlossen werden. Das Ventil ist nur zur Illustrierung dargestellt.Jedes andere geeignete Mittel kann nierfür verwendet werden.

Auf Grund des Ooandaeffektes ist die Affinität des Flüssigkeitsstromes an der Seitenwand 8 sehr groß und bei der ZweihphaaendruckverStärkung reicht das durch Schließen des Rohres 20 zur Atmosphäre bewirkte Druckdifferential nicht aus, um den Flüssigkeitsstrom stets auf die S_pitenwand 9 umzulenken. Das liegt daran,

daß bei solchen Anwendungen beide Auslaßkanäle 15 und 16 normalerweise einem relativ großen Bereich von Umgebungsdruck ausgesetzt sind und wenn das Rohr 20 geschlossen wird, so wird nur Luft durch den Auslaßkanal 16 eingesogen. Das verhindert die Bildung eines ausreichenden Querdruckdifferentials in dem Flüssigkeitestrom. Zur Beseitigung dieses Problems wurde die Zwischenwand 14 mit einer Kerbe 24 versehen, die Seitenwände 25 und 26 und eine Grundfläche 27 aufweist. Bei Strömung der Flüssigkeit durch den Auslaßkanal 15 (wie durch -Pfeil 28 aufgezeigt) gelangt ein Teil der Flüssigkeit in die Kerbe 24, wodurch eine Wirbelströmung ent- ( steht (wie Pfeil 29 aufzeigt). Diese Wirbelströmung schließt auf wirksame Weise den Auslaßkanal 16, so daß bei Schließung des Rohrea 20 gegenüber der Atmosphäre ein ausreichendes Querdruckdifferential im Flüssigkeitsstrom geschaffen wird um zu erreichen, daß dieser von der Seitenwand 8 auf die Seitenwand 9 übergeht und aus dem Kanal 16 fließt.

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Wenn der Flüssigkeitsstrom wieder zum Auslaßkanal 15 gelenkt werden soll, wird das Rohr 20 wieder zur Atmosphäre geöffnet, wodurch das Querdruckdifferential im Flüssigkeitsstrom beseitigt wird, und der Coandaeffekt bewirkt, daß der Flüssigkeitsstrom wieder zur Wand 8 und Auslaßkanal 15 zurückschwenkt. Die Kerbe kann durch eine Wirbelströmung ebenfalls den Auslaßkanal 15 verschließen, wenn der Flüssigkeitsstrom durch Auslaßkanal 16 fließt, bei Flüssigkeitsphasendruckverstärker dieser Art wirkt sich jedoch der Ooandaeffekt so stark aus, daß die Flüssigkeit immer wieder zur Wand 8 zurückkehrt, wenn das Hohr 20 geöffnet ist, selbst ohne daß eine Wirbelströmung den Auslaßkanal 15 schließt.

Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten ist einschließlich dessen, was in Abweichung von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.

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Claims

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München, den 13· Dezember 1965

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General Electric Company Scheneotady, Ή.Ί. (USA)

Patentansprüche

Flüssigkeitsphasendruclcverstärlcer mit einem Einlaßkanal in Verbindung mit zwei Auslaßkanälen und einem Ausgleichskanal relativ kleinen Durchmessers der von der einen Wandseite des mit einer !Plussigkeitsq.ueile in Verbindung stehenden Einlaßkanalä ausgeht und zur Leitung der durch den Einlaßkanal fließenden flüssigkeit entlang dieser Wand und durch einen ersten der beiden Auslaßkanäle dient, und daß der Verstärker weiterhin einen Steuerkanal gegenüber dem Ausgleichskanal mit relativ großem Durchmesser aufweist, der mit der gegenüberliegenden anderen Wandseite des Einlaßkanals in Verbindung steht und Mittel zur wahlweisen Schließung des genannten Steuerkanals vorgesehen sind, um den flüssigkeitsstrom von der vfandaeite mit dem Ausgleichskanal auf die gegenüberliegende Wandseite zum Ausfluß durch den anderen zweiten Auslaßkanal umzulenken,· dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand zwischen den beiden Aualaßkanälen (15, 16) mit

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: 0tC«0S7

einer Kerbe (24) "verseilen ift, -iie der Zlussijl-reit vii'hrencl öes jjurciiilusses durch" den ersten AuslaTkaral Oi?) ausgesetzt ist und au einer Y/irbelstTcmunj in einem '2eil der Flüssigkeit führt* um den zweiten .nuelalikanal ^u schüren, v.'obt;i ciao Dcnlit£en des otouerkana-ls das Umschwenken des riüssi^keitsstromes in -"dichtungauf den aweiten Au3lai3kanal veranlagt.
2. j^liissijkeitsj-haaonurivckverstf-trjrcr nacii ^Kfcpruc.'i 1 , dadurcji G&~ kennüreioiine t, änü der Vearst^rker alo ^./eipnauendruckverutilrker ^ aus^etildet ist, bei der ein Gas durch die Ausgleichs- und

oteuerkanäle (ic, !£0) einströmt.. .

;;. ^lussigkeitsxJiiasendruckverstarker nach Ans. rueu 2, dadurch. gekennzeichnet, daJs das Gas Luft bt.i Umrtebunfisdruck ist.

4· lⁱ¹lÜGsi_o'keitsphasendr:vckverct^.rker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, ansonst v.⁷ie beschrieb er und olv^. oder dargestellt. . ' .

BAD ORIGINAL

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