DE177943C - - Google Patents

Description

W d^Kirnfac

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 177943 KLASSE 59 c. GRUPPE

erweiternden Düse.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. Dezember 1905 ab.

Im Patent 166520 ist eine Vorrichtung

beschrieben, mittels welcher ein Wasserstrom dadurch gekühlt wird, daß man einen Teil von ihm in einem mittels Dampfejektors hergestellten Vakuum verdampft.

Da der Wirkungsgrad dieser Vorrichtung vor allem von den Eigenschaften des Ejektors abhängt, so war derselbe so zu vervollkommnen, daß er einerseits eine stärkere Luftleere erzeugen konnte, andererseits seine Leistung verbessert wurde.

Im genannten Patent handelt es sich vorzugsweise um die Verwendung des Apparats ' für häusliche Zwecke, und es soll die Energiequelle aus Dampf von Atmosphärendruck bestehen.

Um die Ausströmung dieses Dampfes zu Wege zu bringen, mußte seinem Mangel an Druck nachgeholfen werden; aus diesem Grunde wurde die Anordnung getroffen, daß der Abdampf des die Luftleere erzeugenden Dampfejektors durch einen nachgeschalteten Wasserstrahlkondensator niedergeschlagen wurde.

Die Erfinder haben sich seitdem mit der Schaffung von Apparaten befaßt, welche von Hochdruckkesseln gespeist werden sollen. Hier bedarf es zur Ausströmung des Dampfes nicht des -gekennzeichneten Hilfsmittels. Es wurde ein Apparat von möglichst einfacher Bauart durch die Anordnung erzielt, daß der in den Ejektor gespeiste Dampf nicht nur den Dampf und die Luft, welche er mitreißen soll, sondern auch seih Kondensationswasser ansaugt und direkt in die Atmosphäre ausstößt.

Im allgemeinen ist ein Ejektor in folgender Weise gebaut (Fig. 1):

In eine Kammer 1, die durch Stutzen 2 mit dem mit Luftleere zu versehenden Behälter 3 kommuniziert, ragt eine Düse 4 herein, aus welcher von einem Kessel gelieferter Dampf, komprimierte Luft oder Gas oder gepreßte Flüssigkeit ausströmt.

Die Düse mündet vor der weiteren öffnung eines Hohlkegelstumpfes 5, der Mischer genannt wird. In demselben mischt sich der mitreißende Stoff mit dem mitgerissenen.

Der Hohlkegelstumpf 5 verlängert sich zu einem, Diffusor genannten Rohr 6, welches sich gewöhnlich allmählich erweitert. Dieser Diffusor mündet in einen Raum, der von der Atmosphäre gebildet sein kann.

In der Düse 4 wird die umsetzbare Energie des mitreißenden Stoffes in Form von lebendiger Kraft verfügbar. Indem der Stoff ausströmt, reißt er den die Kammer 1 erfüllenden, aus der Kammer 3 eingedrungenen Stoff mit.

Beide Stoffe (der mitreißende und der mitgerissene) mischen sich im Hohlkegelstumpf 5 zu einem gleichartigen Stoffe, dessen sämtliche Teilchen gleiche Geschwindigkeit besitzen. Im Diffusor 6 setzt sich dann die lebendige Kraft des Gemisches in Kornpressionsarbeit um.

Die Ejektordüsen haben eine sehr hohe Leistung, sofern sie, wenn es sich um korripressible Stoffe handelt, nach den Prinzipien der Thermodynamik und nach den von Rateau (Annales des mines, Januar 1902) abgeleiteten Regeln bemessen sind.

Der Energieverlust, welcher im Mischer statthat, während die Geschwindigkeiten der beiden Stoffe sich ausgeglichen, beruht auf Gesetzen der Mechanik. Er hängt ab von dem Gewicht, welches jedes Kilogramm des mitreißenden Stoffes mitreißt. Die Leistung der Düse und des Mischers läßt" sich kaum verbessern.

Dagegen kann mit der üblichen Gestaltung des Diffusors zu einem sich erweiternden Kegelstumpf, wenn ihn ein kompressibles Gemisch durchströmt, nur dann eine gute Leistung erzielt werden, wenn das Verhältnis der Drücke beim Eintritt und Austritt wenigstens gleich 0,5 ist.

Diese Leistung nimmt sehr rasch ab, wenn das obige Verhältnis abnimmt. In allen den Fällen nun, die hier in Betracht kommen, wird das genannte Verhältnis immer sehr klein sein.

Es werde z. B. eine Düse angenommen, durch welche einem Kessel mit dem Druck P entnommener Dampf abströmt und welche in einen Raum mit dem Druck ρ mündet.

Solange der Druck- größer ist als 0,58 P*), muß bekanntlich nach Rateau die Düse gemäß Fig. 2 gestaltet sein, d. h. sich in der Strömrichtung verengern.

Ist dagegen der Druck ρ kleiner als 0,58 P, so muß man, wie in Fig. 3, die Düse aus zwei Teilen, einem sich verengernden und einem sich wieder erweiternden, zusammensetzen.

Der Druck am Orte des Düsenhalses, d. i. an der Übergangsstelle der beiden obigen Düsenteile, ist beständig gleich 0,58 P., gleichgültig wie groß der Ausströmdruck sei.
Wird die Düse so verlängert, daß der Dampf unter einem Druck austritt, der genau gleich ist dem Druck in dem Räume, in welchen die Düse mündet, so wird die lebendige Kraft, die er in diesem Augenblick besitzt, sehr nahe derjenigen Arbeit kommen, die er in einer vollkommenen Maschine bei dem Druck P im Kessel und dem Druck ρ im Kondensator hätte leisten können.

Angenommen, es solle diese lebendige Kraft ausgenutzt werden, um den aus der Düse geströmten Dampf aus dem unter einem Druck P stehenden Mittel in ein unter höherem Druck stehendes Mittel zurückzuführen. Haben sowohl Düse wie Diffusor die

*) Im Falle von komprimierter Luft muß die Größe o,₅8 durch o,_5J ersetzt werden.

Leistung = 1, so wird der Dampf in den unter dem Druck P stehenden Kessel zurück- strömen können.

Wäre der Dampf im Diffusor auf einen zwischenliegenden Druckp¹ gebracht worden, so würde er die gleiche Geschwindigkeit und Dichte besitzen wie in der vorhergehenden Düse, wenn dort der Druck der gleiche gewesen wäre.

Folglich müßte der Diffusor dem Durchgang des Dampfes beim Druck ^denselben Querschnitt darbieten wie die Düse, d. h. der Diffusor müßte wie die Düse profiliert werden.

Er müßte also überall da, wo ρ >> 0,58 P, einfach in einem in der Strömrichtung sich verengernden Hohlkegelstumpf bestehen; dagegen müßte er, wenn ρ ■< 0,58 P ist, im Anschluß an den sich verengernden Stumpf noch mit einem sich wieder erweiternden Stumpf versehen werden.

Der Einfachheit halber wurde' für Düse wie Diffusor eine Leistung = 1 angenommen ; die gezogenen Schlüsse werden wenig berührt, wenn die Leistungen höher bleiben.

Ist das Verhältnis -~ klein, so muß der

Diffusor aus einem langgestreckten, in der Strömungsrichtung sich verengernden und einem sich anschließenden kurzen, in der Strömrichtung sich erweiternden Hohlkegelstumpf zusammengesetzt werden, wie in Fig. 4 veranschaulicht, wobei der Durchmesser der Eintrittsöffnung des Diffusors im Verhältnis zum Düsenhaisdurchmesser groß ist.

Wenn der Ejektor in Tätigkeit ist, würde der Druck während des Durchganges durch die Düse und den Diffusor sich gemäß der im Diagramm Fig. 5 gezeigten Kurve ändern müssen:

Das Experiment hat nun ergeben, daß dem nicht so ist; ein derartiger Diffusor würde sich sozusagen verstopfen. Der Druck würde in der unmittelbaren Nähe seiner Öffnung jählings ansteigen, und der Rest des Diffusors würde sich nach Art des Venturi sehen Konus verhalten, wo der Druck am Orte des Halses durch ein Minimum geht.

Die Verstopfung würde daher rühren, daß der Druck in den weiteren Partien des Diffusors ansteigt, anstatt in den engeren, wodurch zur Überwindung des gleichen Druckunterschiedes ein viel größerer Betrag an H5 Bewegung und folglich an lebendiger Kraft aufgezehrt wird.

Der Erfindung gemäß wird diese Verstopfung dadurch beseitigt, daß der Druck verhindert wird, in dem sich in der Strömrichtung verengernden Teile des Diffusors rascher zu steigen als er darf.

Hierzu ist der Diffusor wie in Fig. 6 gebaut: Der sich in der Strömrichtung verengernde Teil des Diffusors ist aus einer Reihe von Teilstumpfen 8, 9, 10, II, 12 zusammengesetzt. Dieselben sind in senkrecht zur Diffusorachse angeordnete Scheidewände 24 eingesetzt, durch welche eine Reihe von Kammern 13 bis 18 gebildet werden. Jede Scheidewand ist mit einem Ventil 19 ... 25 ausgestattet, welches sich entgegengesetzt zur Strömrichtung des den Diffusor durchströmenden Stoffes öffnen kann; die Ventile sind mit Gewichten 25 (oder Federn) belastet, die von Ventil zu Ventil nach einer beliebigen Gesetzmäßigkeit geregelt werden können. Infolge dieser Bauart ist die Druckdifferenz, welche der Diffusor zwischen zwei benachbarten Kammern entwickeln kann, begrenzt, und die Begrenzung hängt nur ab von der Belastung des diese beiden Kammern in Verbindung setzenden Ventiles.

Die Druckdifferenz zwischen den Enden eines der Teilstumpfe 8 ... 12 findet sich gleichzeitig und auf die gleiche Weise begrenzt.

Bezeichnet man mit ρ die Druckdifferenz zwischen den Enden eines Teilstumpfes, mit 0 den Eintrittsquerschnitt, mit m die diesen während jeder Sekunde durchströmende Masse Stoff und mit /\ ν die Geschwindigkeitsverminderung, welche der Stoff beim Durchströmen genannten Querschnittes erfährt, so hat man:

ο ρ;

alle übrigen Querschnitte des Teilstumpfes sind kleiner als der Eintrittsquerschnitt 0.

Man regelt also die Belastung der Ventile in der Art, daß der Druck längs des neuen Diffusors in dem Maße größer wird, als sein Querschnitt kleiner wird, gemäß einem Gesetz, welches sich um so mehr dem die oben definierte beste Leistung sichernden Gesetz nähert, je weiter die Teilung des Diffusors in Teilstumpfe getrieben wird.

In Fig. 6 sind die Ventile als in Scharnieren bewegliche Klappen gebildet, die durch Gewichtsdruck auf Öffnungen in den Scheidewänden gepreßt werden. Diese Ventilanordnung ist nur als' eine beispielsweise dargestellt; sie kann durch jede andere ersetzt ,.werden.

Es wurde vorausgesetzt, daß jede Kammer durch Ventil mit der vorhergenden verbunden sei; es steht jedoch nichts im Wege, alle Kammern durch entsprechende Regelung der Ventilbelastung mit derjenigen Kammer in Beziehung zu setzen, in welcher der niedrigste- Druck herrscht.

Die beschriebene Anordnung des sich verengernden Diffusorteiles findet überall da Verwendung, wo der den Diffusor durchströmende Stoff kompressibel ist, also wo eine Flüssigkeit ein Gas oder Dämpfe mitreißen, oder wo ein Gas- oder Dampf strom ein Gas oder Dämpfe bezw. Dämpfe oder Gas oder eine Flüssigkeit mitreißen soll.

Diese Anordnung ist anzuwenden, wo nicht die ganze lebendige Kraft des in den Diffusor einströmenden Gemisches aufgewendet zu werden braucht, um dasselbe zu komprimieren, und wo ein Teil der lebendigen Kraft zur Verrichtung irgendwelcher Arbeit verfügbar bleiben soll; dies ist z. B. dann der Fall, wenn ein Dampfejektor zunächst anderen Dampf ansaugen oder forttreiben und dann die Flüssigkeit, welche zur Kondensation gedient hat, ansaugen und in die Atmosphäre ausstoßen soll.

Letzteres ist der allgemeinste Fall, der ins Auge zu fassen ist und für welchen der Ejektor wie in Fig. 7 dargestellt ausgebildet worden ist.

Der Ejektor ist mit einer Düse 4 ausgerüstet, deren Halsweite durch die vermittels einer geeigneten Bewegungsvorrichtung einzustellende Nadel 26 beliebig geändert werden kann. Hierdurch soll das Anlassen erleichtert werden. Derselbe Zweck kann auch dadurch erfüllt werden, daß man die Halsweite konstant läßt und die Düse näher oder entfernter zum Diffusor einstellt.

Der in der Strömrichtung sich verengernde Teil des Diffusors umfaßt im allgemeinen einen ersten dem Mischer vorgeschalteten Hohlkegelstumpf 27, dessen Endkammer offen ist, so daß der Druck darin nicht ansteigen kann, und folgend eine Reihe von Hohlkegelstumpfen 28, 29, 30, die in Kammern 31^-32, 33 ragen, welche durch Ventile 34> 35> 3° miteinander in Verbindung gesetzt werden können.

In dem in Fig. 7 dargestellten Ejektor sind die Kammern 31, 32, 33 zylindrisch gestaltet, und die Ventile bestehen einfach aus Ringscheiben, die sich mittels Hülsen auf einer zylindrischen Ummantelung der Hohlkegelstumpfe führen.

Die Zahl der Hohlkegelstumpfe, auf der Zeichnung beispielsweise drei, wird am vor- no teilhaftesten möglichst groß genommen.

Wenn das den Diffusor durchströmende Gemisch unkondensierbar ist oder nicht kondensiert zu werden braucht, so schließt man an den verengerten Diffusorteil einfach den sich erweiternden Vorderteil an.

Wird die Düse mit Wasserdampf gespeist und besteht der durch 2 in 1 eindringende Stoff ebenfalls aus Wasserdampf, so tritt ein Augenblick ein, wo der Druck des in den Diffusor eingedrungenen Dampfgemisches gleich ist der Dampfspannung des Konden-

Claims (4)

sationswassers, welches man zur Verfügung· hat. Vorausgesetzt, es finde dies beim Austritt aus dem Hohlkegelstumpf 30 statt. Man kann nun diesen Stumpf in einen folgenden 39 hineinragen lassen und den zwischen beiden bestehenden ringförmigen Raum durch eine Leitung 40 mit der das Kondensationswasser liefernden Stelle verbinden. Die Kondensation findet entweder im Stumpf 39 oder in den ihm vorgeschalteten Stumpfen 41, 42 statt. Wie bei den Stumpfen 28 bis 30 wird auch in den Stumpfen 39, 41, 42 und unter Anwendung der gleichen Mittel, z. B. Ventile 34> 43» 44. das Ansteigen des Druckes begrenzt, der am Ende des Stumpfes 44 gleich Atmosphärendruck ist. Verfügt man über Kondensationswasser unter Druck, so hat man nur die Düsennadel 26 entsprechend zu handhaben, um den Ejektor (Fig. 7) in Tätigkeit zu setzen. Müßte dagegen das Kondensationswasser angesaugt werden, so müßte im Augenblick des Anstellens der Dampfdruck am Ende des Stumpfes 30 um so viel höher als der Atmosp-härendruck sein, daß die Dampfausströmung in der Leitung 40 eine zum Anheben des Wassers hinreichende Luftleere erzeugen könnte. Um dies ausführen zu können, müßte der Behälter, von welchem die Leitung 2 ausgeht, einem den Atmosphärendruck übersteigenden Druck Stand halten können, während er beim normalen Betrieb Luftleere zu widerstehen hat. Da dies Unzuträglichkeiten im Gefolge haben könnte, so ist es zweckmäßiger, die Anordnung, wie in Fig. 7 gezeigt, so zu treffen, daß der Hohlkegelstumpf 45 in einen kleinen durch Leitung 48 gespeisten Dampfejektor 46 hineinragt, der in 47 in die Atmosphäre mündet. Dieser kleine Ejektor dient nur zum Anstellen der Leitung 40 und wird abgestellt, sobald Wasser durch 47 austritt. Die beschriebene Vorrichtung wurde insbesondere zu dem Zwecke erfunden, um mittels Dampfstromes eine so kräftige Luftleere zu erzeugen, daß nicht nur Wasser von o° ins Sieden gerät, sondern auch Eis und solches Wasser, dessen Gefrierpunkt durch Zusatz von Salzen auf Temperaturen unterhalb o° herabgesetzt worden ist. Selbstverständlich kann der wie beschrieben verbesserte Diffussor bei jedem Strahlapparat Anwendung finden, der dazu dienen soll, ein kompressibles Gemisch, welches dabei einen flüssigen Bestandteil enthalten kann, aus einem unter einem gewissen Druck stehenden Gefäß in ein unter höherem Druck stehendes Gefäß zu fördern, sei es, um in einem Gefäß Luftleere oder Pressung zu erzeugen. Pate nt-A ν Sprüche:

1. Strahlapparat mit einer sich zunächst verengernden und dann sich wieder erweiternden Düse, dadurch gekennzeichnet, daß der sich erweiternde Teil in eine Anzahl von Abschnitten geteilt ist, und der Druck am Ausströmende jeden Abschnittes durch ein belastetes Ventil geregelt wird, um eine stufenweise Regelung der Drucksteigerung in dem sich erweiternden Teile der Düse herbeizuführen.

2. Ausführungsform des Strahlapparats nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmöffnung jeden Abschnittes (8, 9, 10, 11) mit einer entsprechenden Druckkammer (14, 15, 16, 17, 18) in Verbindung steht und jede der letzteren durch ein verstellbar belastetes Ventil (19, 20, 21, 22, 23) mit der vorhergehenden Kammer verbunden ist.

3. Ausführungsform des Strahlapparats nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Reihe der Abschnitte (28, 29, 30, 41, 42) ein offener Hohlkegelstumpf (39) eingeschaltet und zwischen diesem und dem vorangehenden Abschnitt (30) ein ringförmiger Raum zum Zulaß von Kondensationswasser vorhanden ist.

4. Ausführungsform des Strahlapparats nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein besonderer Anlaßejektor (46) angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.