DE1750729C

DE1750729C - Power amplifier, especially for measuring and control devices

Info

Publication number: DE1750729C
Application number: DE19681750729
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing 7000 Stutt gart Bader
Original assignee: JC Eckardt AG
Current assignee: JC Eckardt AG
Filing date: 1968-05-30
Publication date: 1973-05-30

Description

Die Erfindung betrifft einen Strömungsmittelverstärker, insbesondere für Meß- und Regelvorrichtungen, mit einer Saugkammer, aus welcher ein Leistungsstrahl, austretend aus einer in der Saugkammer mündenden Leistungsdüse, Strömungsmittel ansaugt, und einer sich daran anschließenden Mischkammer, aus welcher das Strömungsmittel ausströmt.The invention relates to a fluid amplifier, in particular for measuring and control devices, with a suction chamber from which a power jet, emerging from a power nozzle opening into the suction chamber, sucks fluid, and an adjoining mixing chamber from which the fluid flows.

Derartige Strömungsmittelverstärker sind unter der Bezeichnung Strahlapparat bereits allgemein bekannt, wobei sich an die Mischkammer im allgemeinen ein Diffusor anschließt. Zum Verständnis soll darauf hingewiesen werden, dass der Strahlapparat aus der Venturidüse entstanden ist, bei der die Druckdifferenz der Strömung im engsten Querschnitt und der Strömung hinter dem Diffusor ausgenutzt wird, um eine Flüssigkeit oder Gas anzusaugen und wegzubewegen. Diese Druckdifferenz ergibt sich aus den physikalischen Grundlagen, die durch die Bernoulligleichung beschrieben sind.Such fluid amplifiers are already generally known under the designation jet apparatus, a diffuser generally being connected to the mixing chamber. For understanding, it should be pointed out that the jet device emerged from the Venturi nozzle, in which the pressure difference between the flow in the narrowest cross-section and the flow behind the diffuser is used to suck in a liquid or gas and move it away. This pressure difference results from the physical principles described by the Bernoulli equation.

Strahlapparate sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, weil der Anschluß des Saugkanals auf verschiedene Arten ausgebildet werden kann. Bei der Venturidüse wird die Saugkammer am einfachsten durch eine radial, am engsten Querschnitt mündende Bohrung dargestellt; die Ansaugwirkung wird jedoch verbessert, wenn die Saugkammer als eine Art Ringraum ausgebildet ist, der koaxial zur Leistungsdüse liegt und in die Mischkammer einmündet, wobei diese Einmündung düsenförmig ausgebildet ist.Jet devices are known in various embodiments because the connection of the suction channel can be designed in different ways. In the case of the Venturi nozzle, the suction chamber is most simply represented by a bore opening radially at the narrowest cross-section; However, the suction effect is improved if the suction chamber is designed as a type of annular space which is coaxial with the power nozzle and opens into the mixing chamber, this opening being designed in the shape of a nozzle.

Im Strahlapparat geht ein Mischvorgang vor sich. Aus der Leistungsdüse tritt nämlich eine Strömung hoher kinetischer Energie aus, und die Moleküle dieser Strömung stoßen auf die Moleküle, die von der Saugkammer mit einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit ankommen. Durch Impulsaustausch gleichen sich die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der beiden Strömungen in der Mischkammer aus, und es hat sich gezeigt, dass eine Beeinflussung der Strömungsvorgänge und insbesondere des Mischvorganges hinter der Leistungsdüse einen entscheidenden Einfluß auf die Druckverhältnisse in der Saugkammer haben.A mixing process takes place in the jet apparatus. A flow of high kinetic energy emerges from the power nozzle, and the molecules of this flow collide with the molecules that arrive from the suction chamber at a much lower speed. The different velocities of the two currents in the mixing chamber are balanced out by the exchange of impulses, and it has been shown that influencing the flow processes and in particular the mixing process behind the power nozzle have a decisive influence on the pressure conditions in the suction chamber.

Es wurde ferner bereits vorgeschlagen, derartige Strahlapparate als Übertragungsglieder für druckmittelbetriebene Meß- und Regeleinrichtungen zu verwenden, wobei die einander zuzuordnenden Drucksignale als Leistungsstrahldruck, als Gegendruck oder als Druck in die Saugkammer bei dem Strahlapparat eingegeben werden können. Dabei wird diese Anordnung jedoch nur dazu herangezogen, zwischen den einzelnen Drucksignalen vorbestimmte, wechselseitige Beziehungen herzustellen, d. h. funktionelle Abhängigkeiten (Funktionsgeber) herbeizuführen. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Strahlapparat als Verstärker durch Störung des Strömungsverlaufes hinter der Leistungsdüse auszubilden.It has also already been proposed to use such blasting devices as transmission elements for pressure-medium-operated measuring and control devices, the pressure signals to be assigned to one another being able to be entered into the suction chamber in the blasting device as power jet pressure, as counter pressure or as pressure. In this case, however, this arrangement is only used to establish predetermined, reciprocal relationships between the individual pressure signals, i. H. to bring about functional dependencies (function generator). In contrast, the invention is based on the object of designing the jet apparatus as an amplifier by disrupting the flow path behind the power nozzle.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass erfindungsgemäß durch eine hinter der Mündung der Leistungsdüse liegende Steuerdüse ein Strömungsmittel einführbar ist, durch welches der an der Saugkammer abnehmbare Druck veränderbar ist. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass der Wirkungsgrad des Strömungsmittelverstärkers mit zunehmendem Steuerstrom abnimmt und der Strömungswiderstand der Strömung in der Mischkammer und/oder im Diffusor zunimmt. Das führt dazu, dass der Mischvorgang gestört wird und dass aus der Saugkammer weniger Strömungsmittel angesaugt wird. Der Druck in der Saugkammer steigt daher bei einer nur geringfügigen Steigerung des Druckes an der Steuerdüse wesentlich stärker an, so dass eine Verstärkung erreicht wird.This object is achieved in that, according to the invention, a fluid can be introduced through a control nozzle located behind the mouth of the power nozzle, by means of which the pressure that can be removed at the suction chamber can be changed. This configuration ensures that the efficiency of the fluid booster decreases with increasing control current and the flow resistance of the flow in the mixing chamber and / or in the diffuser increases. This leads to the mixing process being disturbed and less fluid being sucked in from the suction chamber. The pressure in the suction chamber therefore rises much more rapidly with only a slight increase in the pressure at the control nozzle, so that a gain is achieved.

Die Steuerdüse kann an verschiedenen Stellen im Strömungsmittelverstärker angeordnet werden. Besonders groß wird die Verstärkung dann, wenn die Steuerdüse in die Mischkammer mündet. Dort herrscht nämlich auf Grund der Strömungsverhältnisse der niedrigste Druck, und der Strömungsmittelverstärker arbeitet dann als eine Art pneumatischer Transistor. Die mit kleinen Energien hervorgerufenen Verwirbelungen durch die Steuerdüse erhöhen den Strömungswiderstand in der Mischkammer wesentlich, was sich in einem deutlichen Druckanstieg in der Saugkammer auswirkt. Wird diese Steuerdüse so gelegt, dass sie entgegengesetzt der Leistungsdüse in der Mischkammer mündet, dann werden die Druckverhältnisse im Strömungsmittelverstärker durch das Strömungsmittel aus der Steuerdüse sehr wirksam geändert. Um zu vermeiden, dass der Staudruck von der Leistungsdüse her auf die Steuerdüse wirkt, was insbesondere bei sehr kleinen Eingangsdrücken störend sein kann, kann die Steuerdüse unter einemThe control nozzle can be placed in various locations in the fluid booster. The gain is particularly great when the control nozzle opens into the mixing chamber. Because of the flow conditions there is the lowest pressure there, and the fluid booster then works as a kind of pneumatic transistor. The turbulence caused by the control nozzle with small energies significantly increases the flow resistance in the mixing chamber, which results in a significant increase in pressure in the suction chamber. If this control nozzle is placed in such a way that it opens opposite the power nozzle in the mixing chamber, then the pressure conditions in the fluid booster are changed very effectively by the fluid from the control nozzle. In order to avoid that the dynamic pressure from the power nozzle acts on the control nozzle, which can be disruptive in particular with very low inlet pressures, the control nozzle can under a

Winkel zur Achse der als Rohr ausgebildeten Mischkammer münden. Dabei kann die Steuerdüse auch tangential in die Mischkammer münden, wobei diese Ausführungsform fertigungstechnische Vorteile aufweist.Open at an angle to the axis of the mixing chamber, which is designed as a tube. The control nozzle can also open tangentially into the mixing chamber, this embodiment having advantages in terms of manufacturing technology.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich dann, wenn das Ausgangsdrucksignal an einem aus Strömungsmittelwiderständen gebildeten Druckteiler abgenommen wird, der einerseits an den in der Saugkammer herrschenden und andererseits an einen Speisedruck angeschlossen ist, weil sich dann die durch das Eingangsdrucksignal in der Saugkammer hervorgerufene Änderung bei höherem Druckniveau auf das Ausgangssignal auswirkt. Durch die Vorschaltung des Druckteilers kann durch die Abstimmung der beiden Strömungsmittelwiderstände des Druckteilers sowohl das Niveau als auch der Bereich des Druckes für das Ausgangsdrucksignal festgelegt und damit der Arbeitspunkt eingestellt werden.A particularly advantageous embodiment results when the output pressure signal is taken from a pressure divider formed from fluid resistances, which is connected on the one hand to the pressure prevailing in the suction chamber and on the other hand to a feed pressure, because then the change caused by the input pressure signal in the suction chamber increases at a higher pressure Pressure level affects the output signal. By connecting the pressure divider upstream, both the level and the range of the pressure for the output pressure signal can be determined by coordinating the two fluid resistances of the pressure divider, and thus the operating point can be set.

Der dementsprechend ausgebildete Strömungsmittelverstärker weist den entscheidenden Vorteil auf, dass er keine bewegten Teile besitzt und dass auch Abdichtprobleme nicht zu befürchten sind, so dass ein besonders betriebssicherer, druckmittelbetriebener Strömungsmittelverstärker geschaffen ist, der auch in extrem kleinen Abmessungen hergestellt werden kann. Die Herstellung des Strömungsmittelverstärkers ist darüber äußerst einfach, weil im wesentlichen nur rotationssymmetrische Teile verwendet sind.The correspondingly designed fluid booster has the decisive advantage that it has no moving parts and that sealing problems are not to be feared either, so that a particularly reliable, pressure-medium-operated fluid booster is created that can also be manufactured in extremely small dimensions. The manufacture of the fluid booster is also extremely simple because essentially only rotationally symmetrical parts are used.

An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es stellt darThe invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawings. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Strömungsmittelverstärkers mit einer mit der Leistungsdüse fluchtenden Steuerdüse zum Anschluß des Eingangssignals,Fig. 1 is a schematic representation of a fluid amplifier with a control nozzle aligned with the power nozzle for connecting the input signal,

Fig. 2 eine ähnliche Ausführung wie Fig. 1, jedoch mit einer tangential in die Mischkammer mündenden Steuerdüse, undFIG. 2 shows an embodiment similar to FIG. 1, but with a control nozzle opening tangentially into the mixing chamber, and FIG

Fig. 3 einen Schnitt durch die Fig. 2 längs der Linie III-III.3 shows a section through FIG. 2 along the line III-III.

Gemäß Fig. 1 mündet die Leistungsdüse 1 eines Strömungsmittelverstärkers in eine Fangdüse 2, die sich in eine Mischkammer 3 und einen daran angrenzenden Diffusor 4 fortsetzt. Die Leistungsdüse 1 ist mit einem verhältnismäßig hohen Leistungsdruck P[tief]T beaufschlagt und gibt einen Leistungsstrahl unter hoher Geschwindigkeit in die Fangdüse 2 und in die Mischkammer 3 ab. Dadurch wird in bekannter Weise aus einer Saugkammer 5 Strömungsmittel angesaugt und vom Leistungsstrahl in die Mischkammer 3 hereingerissen. Dort mischt sich das aus der Leistungsdüse 1 und aus der Saugkammer 5 austretende Strömungsmittel, dessen Geschwindigkeitsenergie im Diffusor 4 wieder in Druckenergie umgesetzt wird. Durch den Abströmkanal 6, in dem der Gegendruck P[tief]G herrscht, strömt das Strömungsmittel ab. In die Mischkammer 3 hinein ragt nun bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eine mit der Leistungsdüse 1 fluchtende Steuerdüse 7, die mit dem Eingangsdruck P[tief]E beaufschlagt ist. An der Saugkammer 5 ist das Ausgangsdrucksignal P[tief]A über einen Druckteiler abnehmbar, der aus den Strömungsmittelwiderständen 8 und 9 besteht, wobei an den Strömungsmittelwiderstand 9 der Speisedruck P[tief]Z angelegt ist.According to FIG. 1, the power nozzle 1 of a fluid booster opens into a collecting nozzle 2, which continues into a mixing chamber 3 and a diffuser 4 adjoining it. The power nozzle 1 is acted upon by a relatively high power pressure P [deep] T and emits a power jet at high speed into the collecting nozzle 2 and into the mixing chamber 3. As a result, fluid is sucked in from a suction chamber 5 in a known manner and drawn into the mixing chamber 3 by the power jet. There the fluid emerging from the power nozzle 1 and from the suction chamber 5 mixes, the speed energy of which is converted back into pressure energy in the diffuser 4. The fluid flows out through the outflow channel 6, in which the counter pressure P [low] G prevails. In the embodiment shown in FIG. 1, a control nozzle 7 which is aligned with the power nozzle 1 and is subjected to the input pressure P [low] E protrudes into the mixing chamber 3. At the suction chamber 5, the output pressure signal P [low] A can be removed via a pressure divider, which consists of the fluid resistors 8 and 9, the feed pressure P [low] Z being applied to the fluid resistor 9.

Die Wirkungsweise des Strömungsmittelverstärkers ist nun folgende:The mode of operation of the fluid booster is now as follows:

Bei gleichbleibendem Leistungsdruck P[tief]T und konstantem Speisedruck P[tief]Z wird sich bei einem gegebenen Eingangsdruck P[tief]E im Strömungsmittelverstärker ein Gleichgewichtszustand ausbilden, der einen vorbestimmten Unterdruck P[tief]S in der Saugkammer 5 zur Folge hat, der über den Strömungsmittelwiderstand 8 wiederum das Ausgangsdrucksignal P[tief]A bestimmt. Die Höhe des Ausgangsdrucksignals P[tief]A ist abhängig von der Größe des Speisedruckes P[tief]Z und von den Werten der Strömungsmittelwiderstände 8 und 9. Beispielsweise kann in der Saugkammer 5 ein Unterdruck P[tief]S herrschen, während das Ausgangsdrucksignal P[tief]A schon im Überdruckbereich liegt.With constant power pressure P [deep] T and constant feed pressure P [deep] Z, a state of equilibrium will develop in the fluid booster at a given inlet pressure P [deep] E, which results in a predetermined negative pressure P [deep] S in the suction chamber 5, which in turn determines the output pressure signal P [low] A via the fluid resistance 8. The level of the output pressure signal P [low] A depends on the size of the feed pressure P [low] Z and on the values of the fluid resistances 8 and 9. For example, a negative pressure P [low] S can prevail in the suction chamber 5, while the output pressure signal P [deep] A is already in the overpressure range.

Wird nun der Eingangsdruck P[tief]E verändert, so ruft die entgegengesetzt zum Leistungsstrahl austretende Menge des Strömungsmittels eine Störung des Mischungsverlaufes in der Mischkammer 3 und damit eine Erhöhung des Strömungsmittelwiderstandes in diesem Bereich hervor. Diese Strömungsmittelwiderstandserhöhung führt zu einer Druckerhöhung in der Saugkammer 5, wodurch das Ausgangsdrucksignal P[tief]A auf ein höheres Druckniveau angehoben wird. Zur Störung des Mischungsverlaufes in der Mischkammer 3 sind nur ganz geringe Energien erforderlich, da in der Mischkammer aus Kontinuitätsbedingungen ein kleiner Druck herrscht.If the inlet pressure P [deep] E is changed, the amount of fluid exiting in the opposite direction to the power jet causes a disruption of the mixing process in the mixing chamber 3 and thus an increase in the fluid resistance in this area. This increase in fluid resistance leads to an increase in pressure in the suction chamber 5, as a result of which the output pressure signal P [low] A is raised to a higher pressure level. Only very small energies are required to disturb the mixing process in the mixing chamber 3, since there is a low pressure in the mixing chamber due to continuity conditions.

Gemäß Fig. 2 mündet die Steuerdüse 7 für den Eingangsdruck P[tief]E tangential in der Mischkammer 3. Die Ausführungsform hat den Vorteil, dass der durch den Leistungsstrahl erzeugte verhältnismäßig große Staudruck nicht auf die Spitze der Steuerdüse 7 wirkt, so dass bei dieser Ausführungsform Eingangsdrucksignale mit noch niedrigeren Eingangsdrücken P[tief]E verwendet werden können. Auch diese oder in einem Winkel in der Mischkammer einmündende Zuführung von Strömungsmitteln führt nämlich zu einer Strömungsmittelwiderstandserhöhung in der Mischkammer 3.According to FIG. 2, the control nozzle 7 for the inlet pressure P [deep] E opens tangentially in the mixing chamber 3. The embodiment has the advantage that the relatively high dynamic pressure generated by the power jet does not act on the tip of the control nozzle 7, so that in this case Embodiment Inlet pressure signals with even lower inlet pressures P [low] E can be used. This supply of fluid or fluid that opens into the mixing chamber at an angle also leads to an increase in fluid resistance in the mixing chamber 3.

Claims

1. Fluid amplifier, in particular for measuring and control devices, with a suction chamber from which a power jet, emerging from a power nozzle opening into the suction chamber, sucks in fluid, and an adjoining mixing chamber from which the fluid flows out, characterized in that by a control nozzle (7) located behind the mouth of the power nozzle (1), a fluid can be introduced by means of which the pressure which can be removed at the suction chamber (5) can be changed.

2. Fluid booster according to claim 1, characterized in that the control nozzle (7) opens into the mixing chamber (3).

3. Fluid booster according to claims 1 and 2, characterized in that the control nozzle (7) opens into the mixing chamber (3) opposite to the power nozzle (1).

4. Fluid booster according to claims 1 and 2, characterized in that the control nozzle (7) opens at an angle to the axis of the mixing chamber (3) designed as a tube.

5. Fluid booster according to claims 1, 2 and 4, characterized in that the control nozzle (7) opens tangentially into the mixing chamber (3).

6. A fluid booster according to claims 1 and 2, characterized in that a line fed with a feed pressure (P [deep] z) is connected to the suction chamber (5) via two fluid resistances (8, 9), between which a negative pressure ( P [deep] s) in the suction chamber compared to the output pressure (P [deep] T) and input pressure (P [deep] e) corresponding output pressure signal (P [deep] A) can be removed.