DE2452143A1

DE2452143A1 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung stroemender medien

Info

Publication number: DE2452143A1
Application number: DE19742452143
Authority: DE
Inventors: Joahua Swithenbank; John Russell Tippetts
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1973-11-02
Filing date: 1974-11-02
Publication date: 1975-05-07
Also published as: FR2275672A1; FR2264996A1; FR2264996B1; US4021146A; GB1480484A; FR2275672B1; DE2452143C2

Description

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

UNITED INGDOM ATOMIC ENERGY AUTHORITY

11 Charles II Street, London SWlY 4QP, England

Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung strömender Medien.

Bei vielen industriellen Systemen zur Steuerung strömender Medien bilden die strömenden Medien oder Fluide für die Absperrorgane und deren Steuerungen ein rauhes oder aggresives Milieu. Es erscheint daher durchaus angebracht, bei derartigen Systemen strömungstechnische Steuerungen (fluidic flow control techniques) in Betracht zu ziehen. Die strömungstechnische Steuerung (fluidic flow control) unterscheidet sich in gewissem Umfange von den besser bekannten Anwendungen der strömungstechnischen Logik (fluidic logic).

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Bei logischem System wird die Information allein verarbeitet, bei Systemen zur Steuerung strömender Medien muß jedoch das Medium einer bestimmten Bahn ohne Leckverlust folgen und die Schaltung muß naturgemäß auf logische Weise arbeiten. Aus diesem Grunde mußten für spezielle Zwecke ausgelegte Vorrichtungen zur Steuerung strömender Medien entwickelt werden, wobei erst in neuerer Zeit effiziente Vorrichtungen auf den Markt gekommen sind. Diese Entwicklungen erweitern den Rahmen für die vorteilhafte Anwendung der Pluidik auf Systeme zur Steuerung strömender Medien.

Besonderen Nutzen aus der Anwendung der Fluidik ließe sich bei Systemen erreichen, wie sie für den Betrieb von Regenerativ-Wärmetauschern oder Regeneratoren erforderlich sind. Bei konventionellen Regeneratoren werden Absperrorgane mit beweglichen Teilen benötigt, um große Mengen an sehr heißen oder oft staubbeladenen Gasen umzuleiten oder abzulenken«, Dabei arbeiten die Absperrorgane unter schwierigen Bedingungen, und die Aufrechterhaltung eines zuverlässigen Betriebes ist hierbei ein Hauptproblem. Wechselfluß-Ablenker, welche diese Arbeitsgänge ausführen können, wurden bereits beschrieben, und zwar beispielsweise in Process Engineering, Juni 1972, in einem Aufsatz von* J.R. Tippetts "Improved Reliability Results from Fluidic Flow Control",

Die Erfindung hat sich insbesondere die Aufgabe gestellt, eine leistungsfähige, unbedingt betriebssichere Vorrichtung zur Steuerung strömender Medien zu schaffen»

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Gekennzeichnet ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung strömender Medien im wesentlichen dadurch,, daß sie wenigstens zwei im allgemeinen fluchtend zueinander ausgerichtete Elemente mit konischen Durchgangsbohrungen aufweist, welche derart ausgebildet sind, daß sie eine Konvergenz bilden, an die sich eine durch einen Spalt davon getrennte allmähliche Divergenz anschließt, woM der Spalt mit einer Einlaß-/Auslaßöffnung in Verbindung steht. Aus Gründen der Einfachheit soll nachstehend eine derartige Vorrichtung als "Wechselfluß-Richtablenker" ("rectifier-type reverse flow divertor") oder "RPD" bezeichnet werden.

Bei irgendeinem System, welches die Gleichrichtung von Wechselströmungen erfordert, fließt das Medium, wenn zwei Elemente (Diffusoren) im allgemeinen koaxial zueinander vorgesehen sind und das Medium "vorwärts" strömt, in einen (Einlaß) Diffusor, welcher in diesem' Zustande als Düse wirkt, und strömt als Strahl über den Spalt hinweg in den zweiten (Auslaß) Diffusor, wobei die Geschwindigkeit des Mediums vermindert wird und Druck gewonnen wird. Bei korrekt arbeitender Vorrichtung herrscht in der Kinlaß-/Auslaßöffnung keine Strömung. Im Idealfall sollte im ^stAuslaß"-Diffusor so viel Druck wie möglich gewonnen werden, Während der Druck in der Einlaß-/AuslaßÖffnung niedrig gehalten wird. Im umgekehrten Fall, d.h. wenn das Medium in entgegen- ■ gesetzter Richtung oder "rückwärts" strömt, kann das Medium durch die Öffnung zum Spalt fließen, von wo aus es längs des Teiles strömt, was ursprünglich den "Einlaß"-Diffusor bildete. In diesem "Rücklauf"-Zustand ist es wichtig, daß der Strömung ein möglichst geringer Widerstand entgegengesetzt wird und daß alle Druck-

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Verluste zwischen der Einlaßöffnung und dem Beginn (dem weiteren Ende) des "Einlaß-Diffusors" sowie zwischen der Einlaß-/Auslaßöffnung und dem weiteren Ende des "Auslaß-Diffusors" gegenüber denen im "Vorlauf"-Zustand klein sind.

Hauptzweck der ¹¹RPD" ist ihr leistungsfähiger Betrieb in wenigstens zwei Strömungszuständen, welche gemäß folgender Tabelle umrissen werden können

Zustand	^qa	^qb	^qc	^ea	^eb
Vorlauf	1	-1	0	1	A
Rücklauf	-1	0	1	-B	-c,

wobei q die am weiteren Ende des Einlaß-Diffusors eintretende Strömung bedeutet,

q, die vom weiteren Ende des Auslaß-Diffusors austretende Strömung,

q die an der Ainlaß-/Auslaßöffnung eintretende Strömung, und e_a sowie e^ Druckunterschiede, welche sich ergeben aus

^ea = Pa - ^pc

^eb ^{β p}b - ^pc '

wobei ρ der Druck am weiteren Ende des Einlaßdiffusors, Pj₃ der Druck am weiteren Ende des Auslaßdiffusors, und P_n der Druck an der Einlaß-/Auslaßöffnung ist.

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Im Zustande des Vorlaufes tritt daher eine Strömungseinheit in den Einlaßdiffusor ein und aus dem Auslaßdiffusor aus, ohne daß in der Einlaß-/Auslaßöffnung eine Strömung vorhanden ist, wobei das Druckgefälle e_Q als eine Druokeinheit bezeichnet wird und das Druckgefälle e_b = A dieser Einheiten ist. Im Rückfluß-Zustand strömt die gleiche Strömungseinheit in die Einlaß-/^Auslaßo'ffnung und tritt aus dem Einlaßdiffusor aus, ohne daß im Auslaßdiffusor eine Strömung herrscht. Dabei ist das Druckgefälle e„ = B Druck-

einheiten und das Druckgefälle e^ = -C Druckeinheiten. Im Rückfluß-Zustand sind e_o und e, negativ, sodaß B und C positive

a ο

Zahlen sind. ,

In der Tabelle bezeichnen die Zahlen 1, -1 und 0 die wichtigen Strömungszustände. Die Parameter A, B und C sind Messungen des > Wirkungsgrades, und durch die erfindungsgemäße Vorrichtung soll erreicht werden, daß A groß ist. Im Idealfall wäre A gleich 1 (entsprechend 100$) ist jedoch gleich 0,7· Die beiden Parameter B und C sollten so klein wie möglich sein, d.h. im Idealfall beide gleich Null.

Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit gegen den Druck einer Flüssigkeitssäule wird in die Flüssigkeit ein konvergierender Einlaß und ein im allgemeinen damit fluchtender divergierender Auslaß eingetaucht, wobei zwischen beiden ein Spalt vorhanden ist, welcher eine ständige offene Verbindung mit der umgebenden Flüssigkeit gestattet, sodaß der Einlaß und der Auslaß mit der Flüssigkeit gefüllt werden, woraufhin die Flüssigkeit im Einlaß mit einem über dem Druck der Flüssigkeitssäule liegenden Wert derart druckbeaufschlagt wird, daß

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die Flüssigkeit direkt vom Einlaß zum Auslaß vorwärts strömt und eine Förderphase bildet, daß sodann dieser Druck unter den der Flüssigkeitssäule gesenkt wird* wodurch ein Rückstrom erzielbar ist, welcher in seinem Verlauf vom Auslaß zum Einlaß die umgebende Flüssigkeit durch den Spalt eintreten läßt, sodaß eine Saugphase entsteht. Durch fortlaufende., wechselweise Druckbeaufschlagung und Druckentspannung ergibt daher der Flüssigkeitseintritt in den Saugphasen zusammen mit jeden in gleicher Weise erzeugten Eindringen in den Förderphasen eine eindeutige Pumpenförderung. - ' ■

Nach diesem Verfahren arbeitende Pumpensysteme werden nachstehend im einzelnen erläutert.

Die Erfindung sieht des weiteren ein Verfahren vor, mittels welchem eine Wechselströmung in eine nur in einer Richtung fließende Strömung umwandelbar ist, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß an einen Strömungszufluß ein konvergierender Einlaß mit einem im allgemeinen fluchtend dazu angeordneten divergierenden Auslaß und einem mit einer öffnung in Verbindung stehenden Spalt zwischen beiden angeschlossen wird, daß der divergierende Auslaß an einen Arm einer Verbindungsleitung angeschlossen wird, daß ein zweiter konvergierender Einlaß mit einem zweiten Strömungszufluß verbunden wird, wobei dieser zweite konvergierende Einlaß einen im allgemeinen dazu fluchtenden divergierenden zweiten Auslaß aufweist und zwischen beiden ein mit einer zweiten öffnung verbundener Spalt vorgesehen ist, daß der zweite divergierende Auslaß mit einem zweiten Arm der Verbindungsleitung verbunden wird, daß ein divergierender Auslaß

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der Verbindungsleitung'mit einem Verbraucher verbunden wird und die beiden öffnungen mit einem Auslaß des Verbrauchers verbunden werden, daß das strömende Medium unter Druck dem ersten konvergierenden Einlaß zugeleitet wird, weiches über den Spalt hinweg und längs des ersten divergierenden Auslaßes zum ersten Arm der Verbindungsleitung strömt, von wo aus es längs des divergierenden Auslaßes der Verbindungsleitung durch den Verbraucher und zu der mit dem zweiten konvergierenden Einlaß und divergierenden Auslaß verbundenen öffnung geführt wird, von wo aus es durch den zweiten konvergierenden Einlaß strömt, woraufhin das strömende Medium unter Druck durch den zweiten konvergierenden Einlaß gedrückt wird, von wo aus es längs des zweiten divergierenden Auslaßes zum zweiten Arm der Verbindungsleitung geführt wird, von wo aus es durch dan divergierenden Auslaß der Verbindungsleitung, durch den Verbraucher und zu der mit dem ersten konvergierenden Einlaß und divergierenden Auslaß verbundenen Öffnung geführt wird, von welcher aus es durch den ersten konvergierenden Einlaß herausgeführt wird. Eine fortlaufend wechselweise Zufuhr des Strömungsmediums zum ersten und zum zweiten konvergierenden Einlaß ergibt eine in einer einzigen Richtung durch den Verbraucher führende Strömung.

Nachstehend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert; es zeigern

Figur 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung;

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Figur 2 und J der Figur 1 entsprechende Darstellungen bei "vorwärts" bezw, "rückwärts" fließender Strömungj

Figur 4 und 5 grafische Darstellungen der Merkmale im Bereich des Vorlaufes bezwo im Bereich des Rücklaufes;

Figur 6 eine Seitenansicht einer Pumpeinrichtung unter Verwendung der Vorrichtung aus Figur 1 in schernatischer Darstellung!

Figur 7 eine der Figur 6 entsprechende Darstellung einer Abwandlung;

Figur 8 eine der Figur β entsprechende Darstellung einer weiteren Abwandlung!

Figur 9 die perspektivische Darstellung eines Küfigs, an welchem die Elemente der Vorrichtungen aus Figur 6, und 8 befestigt werden, ·

Figur 10 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung!

Figur 11 eine typische Steuerschaltung unter Verwendung von zwei Vorrichtungen gemäß Figur 1 zusammen mit einer Verbindungsleitung! und

Figur 12 eine Seitenansicht von zwei zu einer Einheit zusammengefaßten Vorrichtungen gemäß Figur 1.

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In ihrer einfachsten Form ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung strömender Medien oder eine "RPD", wie Figur 1 zeigt, aus zwei konischen Diffusorteilen 1 und 2 zusammengesetzt, welche im allgemeinen koaxial zueinander angeordnet sind, wenn auch die axiale Ausrichtung nicht kritisch ist, so lange das Innenprofil der Vorrichtung glatt ist. Die beiden konischen Diffusoren sind an einem Gehäuse 5 befestigt, welches mit einem Einlaß-Auslaß 4 verbunden ist. Zwischen den beiden Diffusorteilen ist ein Spalt 5 vorgesehen. Für die genaue Funktionsweise der Vorrichtung sind ganz allgemein die Querschnittsflächen wichtig, welche vorzugsweise in eindeutiger Beziehung zueinander stehen. Wenn man daher die kleinste Querschnittsfläche des Diffusors 1 als eine Einheit behandelt, so sollte die kleinste Querschnittsfläche des Diffusors 2 zwischen 0,8 und 4 liegen und die kleinste Querschnittsfläche des Einlaßes/Auslaßes 4 sollte größer sein als 0,8.

Besonders vorteilhaft für die genaue Funktionsweise der Vorrichtung ist es, wenn zwischen der Stelle mit dem kleinsten Querschnitt an den Diffusoren und dem Einlaß/Auslaß ein allmählicher bogenförmiger Übergang ausgebildet ist.

Wenn die Vorrichtung gemäß Figur 1 in einen Kreislauf eingeschaltet wird, der für die Übertragung eines strömenden Mediums· vorgesehen ist, wobei die Strömungsrichtung des Mediums ge-, wechselt werden soll, stellt Figur 2 die Strömung dar, welche als "Vorlauf" bezeichnet werden könnte, während Figur 3 die Strömung zeigt, welche als "Rücklauf" bezeichnet werden könnte. Das Medium tritt daher in Figur 2 in den Einlaß des Diffusor-

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teiles 1 ein und wird während seiner Bewegung längs dieses Teiles bei gleichzeitiger Druckminderung beschleunigt. Das Medium strömt dann quer durch den Spalt 5 als Strahl und tritt in das Diffusorteil 2 ein, in welchem die Geschwindigkeit herabgesetzt und Druck wiedergewonnen wird. In diesem Zustande des "Vorlaufes" wird der Druck im Einlaß/Auslaß 4 niedrig gehalten. Im Zustande des "Rücklaufes" (Fig.^) wird das Medium durch den Einlaß 4 in den Spalt 5 eingelassen^ von wo aus es in das Diffusortell 1 strömt. Hierbei ist wichtig, daß der Strömung ein möglichst geringer Widerstand entgegengesetzt wird und daß alle Druckgefälle im Verhältnis zum Zustande des "Vorlaufes"'so klein wie möglich sind.

Die genaue Querschnittsform der Vorrichtung gemäß Figur 1 ist nicht kritisch» Sie kann wie beschrieben konisch sein, aber auch ebensogut rechteckig sein oder irgendeine andere zweckmäßige Form aufweisen,,

Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung eignet sich in idealer Weise zum Betrieb in beiden Strömungszuständen, ttfelehe als "Vorlauf" und "Rücklauf" bezeichnet wurden. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung dieser Art kann jedoch auch äußerst leistungsfähig in einem Bereich von Strömungszuständen arbeiten, und verschiedene Anwendungen erfordern einen Betrieb der Vorrichtungen bei verschiedenartigen Zuständen innerhalb des Bereiches. In den Figuren 4 und 5 sind die Merkmale dargestellt^ was zweckmäßigerweise als auf den Vorlauf zentrierter "Vorlaufbereich¹' bezw.- als auf den Rücklauf-Zustand zentrierter "Rücklaufbereich" der Strömungszustände bezeichnet wird.

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Bei dem Diagramm in Figur 4 wird davon ausgegangen, daß der Zufluß am Einlaß zum Diffusorteil 1 konstant gehalten wird, und die Kurven zeigen die Drücke ρ - ρ (e ) und ρ - ρ (e, ) als Punktion des Ausflusses aus dem Auslaßdiffusor 2. Die Drücke und Strömungen sind dimensionslos durch Teilung durch den Wert von

e„ im Vorlauf-Zustand "eJ¹ (für die Drücke) und durch q_o (für a ax a

die Strömungen). Der Punkt, an welchem q, = 1 den Vorlauf-Zustand und den entsprechenden Wert von e, darstellt, ist der Parameter A. Wenn q. größer als eine Einheit ist, dann wird der zusätzliche Ausfluß vom Diffusorteil 2 durch die öffnung 4 in der Art einer Strahlpumpe mitgerissen, wobei sich dies über den Bereich der Strömungszustände von q^ .= 1 bis zu dem Punkt erstreckt, an welchem die Kurve e, die Achse q, schneidet. Diese effektive Strahlpumpenfunktion ist besonders stark , wenn die Diffusorteile 1 und 2 ausPigur 1 identisch sind. Infolgedessen können erfindungsgemäße Vorrichtungen die Funktion einer Strahlpumpe in einem Ausmaß ausüben, welche von der anwendbaren Abmessung der Diffusorteile abhängt. Wenn die Mindestquerschnittsfläehe der Diffusoreinheit im Verhältnis zu der des Diffusorteiles 1 vergrößert wird, wird der Pumpbereich vergrößert, wobei _V1edoch unvermeidbar eine Verminderung des Druckes e, eintritt.

3".n Figur 5 wird davon ausgegangen, daß der Zufluß zur öffnung £;us Figur 1 konstant gehalten wird und denselben Einheitwert l.at, wie er für q_ im Vorlauf■*·Zustand verwendet wurde. Die Kur-

el

ven in Figur 5 stellen die Veränderungen der Drücke ρ - ρ und

C Q,

P₀ - p_b dar, wenn der Ausfluß aus dem Diffusorteil 1 verändert vird. Auch hier werden wiederum Einheitsmengen verwendet und die Drücke werden durch Teilung durnh e ~ (den Wert von ρ - ρ

ai ei c

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im Vorlauf-Zustand) dimensionslos, während die Strömungswerte dimensionslos werden durch Teilung durch q . Der Punkt, an

el

welchem q = -1 den Rücklauf-Zustand darstellt und die entsprechenden Werte von ρ - ρ und ρ - ρ, sind die Werte der Parameter B bezw. C. Eine den Kennzeichen der Figur 4 und 5 entsprechende typische erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher nachstehende Abmessungen haben:

Mindestdurchmesser des Diffusorteiles 1 7>l4 mm Mindestdurchmesser des Diffusorteiles 2 8,73 mm Spaltbreite 6,35 mm

q_a 120 1 Luft/min bei

Umgebungsbedingungen e_af l6o mm WS.

Die in den Figuren 1 bis ;5 dargestellte erfindungsgemäße RFD, deren Leistung in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist, läßt sich ohne weiteres in einer Vielzahl von Pumpensystemen einsetzen und eignet sich ideal zum Pumpen giftiger, schleifender oder aus anderen Gründen nur unter Schwierigkeiten zu handhabender Stoffe verwendet werden sollen. Ein derartiges Pumpensystem weist, wie Figur 6 zeigt, zwei Diffusorteile 1 und 2 auf, welche durch einen Spalt 5 voneinander getrennt sind. Zweckmäßigerweise werden die beiden Diffusorteile in entsprechendem Abstande durch einen Käfig 7 zusammengehalten. Der Einlai3 zum Diffusorteil 1 int an einen Zylinder 8 angeschlossen, welcher seinerseits an eine Hochdruckluftquelle angeschlossen ist. Der Auslaß des Diffusorteiles 2 ist mit einer Förderleitung 9'verbunden. Wenn

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wia die Figur zeigt, die Diffusorteile 1 und 2 in irgendwie geeigneter Weise am Boden eines Flüssigkeitsbehälters 10 eingesetzt sind und die Förderleitung 9 direkt zu einem Behälter führt., so kann das Medium aus dem Behälter 10 ohne weiteres in den Behälter 11 gepumpt werden. Hierzu wird zunächst der Druck aus dem Zylinder 8 abgelassen, sodaß die Flüssigkeit aus dem Behälter 10 durch die öffnung 4 und das Diffusorteil 1 in den Zylinder 8 einströmen kann. Dabei befindet sich die RFD im Rücklauf-Zustand gemäß Figur 3· Sobald dann der Zylinder 8 mit Druck beaufschlagt wird, wird die Flüssigkeit aus ihm durch das Diffusorteil 1 und das Diffusorteil 2 herausgedrückt, wobei die RFD sich im Vorlauf-Zustand gemäß Figur 2 befindet. Durch ständigen Druckwechsel im Zylinder 8 wird infolgedessen die Flüssigkeit aus dem Behälter 10 intermittierend über die Förderleitung 9 in den Behälter 11 gepumpt.

Während des Rücklauf-Zustandes fließt ein Teil der bereits in der Förderleitung 9 befindlichen Flüssigkeit nach unten zurück in die RFD und durch die Diffusorteile 2 und 1. Auf den ersten Blick könnte man nun annehmen, daß dadurch die Förderleistung herabgesetzt wird, doch liLlft dieser Rückfluß beim erneuten FULlen des Zylinders 8 und ermöglicht infolgedessen ein schnelleres Füllen dieses Zylinders, als sonst möglich wäre, sodaß eine Erhöhung der Gesamtförderleistung erleichtert wird. Der Strömungszustand der RFD in jeder Phase würde unter idealen Bedingungen dem der Figuren 2 und 3 entsprechen. In der Praxis kann die RFD eine Strahlpumpenfunktion einnehmen, wodurch während dos Vorlauf-Zustandes Flüssigkeit durch die Öffnung 4 mitgerissen wird. B'ür eine erfolgreiche Pumpenwirkung müssen dalier zwei

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Bedingungen erfüllt werden, und zwar muß

1. im Vorlauf-Zustand der Gasdruck im Zylinder größer sein als die zwischen den Behältern 10 und 11 vorhandene Wassersäulej und

2. in wenigstens einer Betriebsphase ein Zufluß durch die Öffnung 4 stattfinden.

Es ist jedoch nicht erforderlich, daß der Luftdruck im Zylinder während des Rückfluß-Zustandes niederiger ist als der Druck an der Einlaßöffnung 4. Dies ist vor allem dann besonders vorteilhaft, wenn eine derartige Vorrichtung bei hohen Temperaturen eingesetzt werden soll, um heiße, nahezu kochende Flüssigkeiten pumpen zu können.

Die wechselweise Druckbeaufschlagung und Entspannung des Zylinders 8 zur Erzeugung des Vorlauf- und des Rücklauf-Zustandes läßt sich durch irgendwelche geeignete Anordnungen erzielen, durch welche der Plüssigkeitsspiegel innerhalb des Zylinders zwischen zwei vorgegebenen Höhen hebbar und absenkbar ist. Dies läßt sich dadurch bewerkstelligen, daß irgendeine der in verschiedenster Weise auf dem Markt erhältlichen konventionellen Abtast einrichtungen 12 an vorbestimmten Stellen am Zylinder angeordnet ist. So können Niveau-Meßwertwandler, Verstärker oder Solenoidventile verwendet werden oder auch alternativ strömungstechnische Sensoren. Außerdem können Anordnungen vorgesehen werden, um die Gewichtsänderung der Flüssigkeit in den Zylindern zu messen, indem beispielsweise an der Basis der Förderleitung Drehkraft-

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Meßeinrichtungen vorgesehen werden. Außerdem kann der plötzliche Wechsel im Widerstand gegenüber dem Flüssigkeitsstrom, wenn Flüssigkeit bis nach oben in den.Zylinder eingesaugt wird und in die Luftspeiseleitung eindringt, durch irgendeine geeignete Schaltung gemessen werden, wobei zur Messung des unteren Flüssigkeitspegels ein symmetrischer Venturiauslaß am Zylinder vorgesehen würde, um den Durchgang der Luft/Flüssigkeits-Trennflache festzustellen.

Die intermittierende Förderung des Pumpensystems gemäß Figur 6 läßt sich glätten und unter gewissen Umständen kontinuierlich ausbilden, indem eine Gasmenge "oder ein hydraulischer Sammler eingesetzt wird, wie dies in Figur 7 dargestellt ist. Dabei ist zwischen dem Auslaß des Diffusorteiles 2 und dem Förderrohr 9 ein Sammler 13 vorgesehen, welcher während des Vorlauf-Zustandes der Vorrichtung gefüllt wird. Während des Rückfluß-Zustandes wird dann von diesem Sammler 13 Flüssigkeit in die Förderleitung 9 eingespeist.

Der Sammler kann geschlossen werden, wenn durch die einströmende Flüssigkeit die vorhandene Atmosphäre unter Druck gesetzt wird, sodaß die Flüssigkeit, durch diese unter Druck stehende Atmosphäre aus dem Sammler herausgepreßt werden kann. Alternativ kann, wie dies in strichpunktierten Linien angedeutet ist, der Sammler auch an eine Druckgasleitung angeschlossen werden.

Bei geringer Förderhöhe könnte allerdings ein sehr großer Sammler benötigt werden, wobei unter diesen Umständen vorzugsweise, wie dies in Figur <°> dargestellt ist, zwei Zylinder 8 vorgesehen

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werden, welche jeweils an ein Einlaßdiffusorteil 1 angeschlossen sind, deren jedes zu einem Diffusorteil 2 führt, die hinter einer Einlaßöffnung 4 liegen, wobei diese beiden Diffusorteile 2 zur Förderleitung 9 führen. Wenn bei dieser Ausbildung die beiden Zylinder abwechselnd arbeiten, sodaß, wenn der eine Zylinder 8 in der einen RFD den Vorlauf-Zustand und der andere Zylinder 8 den Rücklauf-Zustand in der anderen RFD herstellt, jede RFD eine intermittierende Speisung der Förderleitung 9 ergibt und beide RFD¹s zusammen einen praktisch fortlaufenden oder gleichbleibenden" Flüssigkeitsstrom durch die Förderleitung ergeben. Eine besonders einfache Konstruktion eines Verbindungsteiles für die beiden Diffusorteile 1 und 2 zeigen die Figuren 9 und 10 mit dem Käfig 7* welcher zwei Endringe und diese verbindende Stäbe besitzt, wobei diese beiden Diffusortelle 1 und 2mit den Ringen beispielsweise verschraubt werden.

RFD¹S. der Grundausbildung gemäß Figur 1 lassen sich,wie dies ir. Figur 11 dargestelJt ist, beispielsweise auch in einem Richtkreis verwenden, mittels welchem eine Wechselströmung in eine nur in einer Richtung fließende Strömung umgewandelt werden kann, ind^-ii eine Verbindungsleitung vorgesehen wird, welche aus zwei konisehen Diffusorteilen IA, IB besteht, die von ihrer-Verbindungsstelle aus über eine Anschlußleitung zu einem zweiten konischer. Diffusorteil 2A fühlen. Diese Schaltung arbeitet einfach und äußerst leistungsfähig. Wenn hierbei dem oberen DiffusorteJl J eine Flüssigkeit zugeleitet wird, arbeitet diese obere ~RVL· viX-sprechend Figur 2, wodurch die Flüssigkeit in den konverf;i* r iden Abschnitt IA, von diesem durch die Ariüohlußlei tung 6 und r^ das Diffusorteil 2A strömt, von wo aus sie der Einlaßöffrmn.fi.

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der unteren RFD .zuströmt, die infolgedessen gemäß Figur '*> arbeitet. Bei umgekehrter StrÖnungsrichtung wird die Flüssigkeit dem Diffusorteil 1 der unteren RFD eingespeist, welche dann g^rnäß Figur 2 arbeitet, sodaß die Flüssigkeit dem konvergierenden Abschnitt ID und von diesem dem Diffusorteil 2A zuströmt. Infolgedessen strömt die Flüssigkeit bei Breiohen des Difiusorfcelles 2A nur in einer Richtung, unabhängig davon, welche der beiden RFD¹s im "Vorlauf"-Zustand arbeitet.

Line derartige Schaltung läßt sich beispielsweise sehr gut bei einem Winderhitzer für beispielsweise einen Hochofen einsetzen. Hierbei wurden die_ obere und die untere RFD in Figur 11 jeweils ;·>α ein Paar Luftvorwärmer angeschlossen werden und der Verbrauch;. -·, d.h, der Ofen, würde irgendwo hinter dem Auslaß des DLffuöorbuiles 2A der Verbindungsleitung stehen. In dem einen Beuriejjr-jzustand würde daher Luft von einem bereits erhitzten Regfiior tt-jr über den Richtkreis entnommen und zum Verbraucher geführtj von welchem aus sie durch den Richtkrwin zurückgenommen und dem zweiten Regenerator zugeführt würde., um diesen vorzuwärmen. Die Strömung könnte dann umgeschaltet v-i orden, um wieder kälte Luft, durch diesen zweiten Regenerator zu l^it^ri, die erwärmt durch den Richtkreis in den Verbraucher r.ti'Örnt, von den aur> diene über den Richtpreis dem ersten Regenerator crriuut z\x~ tj<;führt wird. Lnx'ol^edesüon strömt die Luft unabhängig davon, W3JL- hot -Λ.ir bilden Regenoratoren zur Luftvorv/acruung veiwendet " wird, ^totj in der gleich in Richtung durch den Ofen.

it! ternatlv "zui¹ Schaltung ge.mäß Figur 11 könrien die beiden RFD'3 i )i- verbunden wurden, indom /λ*/ei Kinlaßdi ff uuor'eri J

'-", 0 9 rt 1 97 08 3 4

BAD ORfGINAL

Gesthuysen >& M«^ch>yBolfeiriiqAV¥äki@>in £ssen i-

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vorgesehen werden,' welche i-n.^; einem gemeinsamen Diffusorteil 2 zusammenlaufenj wobei ein wirksamer Spalt 5 zwischen jedem Diffusorteil 1 und dem Diffusorteil 2 mit einer Einlaßöffnung 4 in Verbindung" steht/wie dies in Figur"-1-2 dargestellt ist,. Wenn hierbei jedes Diffus or" teil i an eine Strömungsqueile und das ... Auslaßdiffusorte.il entsprechend .der unter Bezug^auf Figur·. 11 . beschriebenen Weise an den Verbraucher angeschlossen wird, so. . erfüllt die Aasbildung' gemäß Figur-12 den gleichen Zweck wie die'Ausbildung"gemäß Figur l'l*-" ;■'■"■- · - ■■ , ■

Selbstverständlich läßt sich der Richtkreis gemäß Figur 11 in gleicher Weise auch' für"' andere VJechseTströ'mungssysteme verwenden, wie beispielswelse^; zum Pumpen aggressiver oder sonstwienur schwer pumpbarer Medien.- '.

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Claims

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Patentansprüche :

I.J Vorrichtung zur Steuerung strömender Medien, g e k e η η zeichnet durch wenigstens zwei im allgemeinen fluchtend zueinander angeordnete Teile (1; 2) mit sich verjüngenden Durchgangsbohrungen, welche einen konvergierenden und einen davon durch einen Spalt (5) getrennten nachfolgenden allmählich divergierenden Durchfluß bilden und wobei der Spalt mit einer Einlaß-/Auslaßöffnung (4) in Verbindung steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinste Querschnittsfläche der Bohrung des Auslaßteiles (2) 0,8 bis 4 mal so groß ist wie die kleinste Querschnittsfläche des im allgemeinen fluchtend angeordneten Einlaßteiles (1) und daß die kleinste Querschnittsfläche der Auslaßöffnung (4) mehr als 0,8 mal so groß ist wie die kleinste Querschnittsfläche des Einlaßteiles (1).
J5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der engsten Stelle der Diffusoren (1; 2) und der Einlaß-/Auslaßöffnung (4) ein allmählicher Übergang mit kreisbogenförmigen Verlauf ausgebildet ist.
4. Pumpensystem mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3* gekennzeichnet durch einen an eine Druckgasquelle an·- schließbaren und mit dem Einlaß des einen Diffuscrteiles (1) verbindbaren Zylinder (8) und dadurch, daß der Auslaß des anderen

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Diffusorteiles (2) an eine Förderleitung (9) angeschlossen ist, daß die gesamte Vorrichtung unter dem Spiegel einer zu pumpenden Flüssigkeit eingesetzt ist und durch wechselweise Druckbeaufschlagung des Zylinders (8) die Flüssigkeit intermittierend in den Zylinder einsaugbar und durch die Förderleitung abpumpbar ist.
5. Pumpensystem nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (8) derart druckbeaufschlagbar ist, daß sein Flüssigkeitsspiegel zwischen zwei vorgegebenen Niveauhöhen schwankt, und daß zwecks Kontrolle und Steuerung des dem Zylinder z.ugeführten Druckgases dem Zylinder Niveauhöhen-Meßgeräte (12) zugeordnet sind.
6. Pumpensystem nach Anspruch \ oder 5λ dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Diffusorteil (2) und die Förderleitung (9) ein Sammler (13) zwischengeschaltet ist.
7. Pumpensystem mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zylinder (8) vorgesehen sind und jeweils mit dem einen Diffusorteil (1) einer Steuervorrichtung, verbunden sind, während das andere Diffusorteil (2) einer jeden Steuervorrichtung an eine gemeinsame Förderleitung (9) angeschlossen sind, und daß die beiden Zylinder abwechselnd druckbeaufschlagbar sind und dadurch eine im wesentlichen kontinuierliche Förderung durch die Förderleitung erzielbar ist.

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Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanvvälic in f ssen

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8. Pumpensystem nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinder (8) derart druckbeaufschlagbar ist, daß sein Flüssigkeitsspiegel zwischen zwei vorgegebenen Niveauhöhen schwankt, und daß zwecks Kontrolle und Steuerung den Zylindern zugeführten Druckgases einem jeden Zylinder Niveauhöhen-Meßgeräte (12) zugeordnet sind.
9. Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit gegen den Druck einer Flüssigkeitssäule, dadurch gekennzeichnet., daß in die Flüssigkeit ein konvergierender Einlaß (1) und ein im allgemeinen damit fluchtender divergierender Auslaß (2) eingetaucht werden, wobei zwischen beiden ein Spalt (5) vorhanden ist, welcher eine ständige offene Verbindung mit der umgebenden Flüssigkeit gestattet, sodaß der Einlaß (1) und der Auslaß (2) mit der Flüssigkeit gefüllt werden, daß die Flüssigkeit im Einlaß mit einem über dem Druck der Flüssigkeitssäule liegenden Wert derart druckbeaufschlagt wird, daß die Flüssigkeit direkt vom Einlaß zum Auslaß vorwärts strömt und eine Förderphase bildet, und daß sodann dieser Druck unter den der Flüssigkeitssäule gesenkt wird, wodurch ein Rückstrom erzielbar ist, welcher in seinem Verlauf vom Auslaß zum Einlaß die umgebende Flüssigkeit durch den Spalt eintreten läßt, sodaß eine Saugphase entsteht, und daß die Druckbeaufschlagung und die Drucksenkung fortlaufend wechselweise vorgenommen werden.
10. Richtkreis zur Umwandlung einer Wechselströmung in eine nur in einer Richtung fließende Strömung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Steuervorrichtungen gemäß Anspruch 1 vorgesehen sind und das eine Diffusorteil (1) einer jeden Steuervorrichtung

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jeweils an eine Flüssigkeitsspeiseleitung sowie die anderen Diffusorteile (2) über eine Anschlußleitung (6) an einen Verbraucher angeschlossen sind, der seinerseits mit jeder der Einlaß-/Auslaßöffnungen (4) der Steuervorrichtungen verbunden ist.
11. Richtkreis zur Umwandlung einer Wechselströmung in eine nur in einer Richtung fließende Strömung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, welche aus zwei zu einem gemeinsamen (Auslaß) Diffusor (2) konvergierenden (Einlaß) Diffusoren (1) besteht, die vom gemeinsamen Auslaßdiffusor (2) jeweils durch einen Spalt (5) getrennt sind, wobei jeder Trennspalt mit einer Einlaß-/Ausiaßöffnung (4) in Verbindung steht, und daß jeder Einlaßdiffusor (1) mit einer Flüssigkeitsspeiseleitung und der gemeinsame Auslaßdiffusor (2) über einen Verbraucher mit jeder der beiden Einlaß-/Auslaßöffnungen (4) verbunden ist.
12. Verfahren zur Umwandlung einer Wechselströmung in eine nur in einer Richtung fließende Strömung, dadurch gekennzeichnet, daß an einen Strömungszufluß ein konvergierender Einlaß ' (1) mit einem im allgemeinen fluchtend dazu angeordneten divergierenden Auslaß (2) und einem mit einer Öffnung (4) in Verbindung stehenden Spalt (5) zwischen beiden angeschlossen wird, daß der divergierende Auslaß (2) an einen Arm (1Ä) einer Anschlußleitung (6) angeschlossen wird, daß ein zweiter konvergierender Einlaß (1) mit einem zweiten Strömungszufluß verbunden wird, wobei dieser zweite konvergierende Einlaß einen im allgemeinen dazu fluchtenden divergierenden zweiten Auslaß (2)

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und zwischen beiden ein mit einer zweiten öffnung (4) verbundenen Spalt (5) vorgesehen ist, daß der zweite divergierende Auslaß mit einem zweiten Arm (IB) der Anschlußleitung (6) verbunden wird, daß ein divergierender Auslaß (2A) der Anschlußleitung mit einem Verbraucher verbunden wird und die beiden öffnungen (4) mit einem Auslaß des Verbrauchers verbunden werden, daß das strömende Medium unter Druck dem ersten konvergierenden Einlaß zugeleitet wird und über den Spalt hinweg und längs des ersten divergierenden Auslasses zum ersten Arm der Anschlußleitung, von dort längs des divergierenden Auslasses (2A) der Anschlußleitung durch den Verbraucher und zu der mit dem zweiten konvergierenden Einlaß und dem zweiten divergierenden Auslaß verbundenen öffnung in den zweiten konvergierenden Einlaß fließt, daß das strömende Medium unter Druck durch den zweiten konvergierenden Einlaß gedrückt wird und längs des zweiten divergierenden Auslasses zum zweiten Arm (IB) der Anschlußleitung, durch den divergierenden Auslaß (2A) der Anschlußleitung, durch den Verbraucher und zu der mit dem ersten konvergierenden Einlaß und dem ersten divergierenden Auslaß verbundenen Öffnung geführt wird, von welcher es durch den ersten konvergierenden Einlaß herausgeführt wird, und daß die beiden konvergierenden Einlasse abwechselnd.an den Strömungszufluß angeschlossen werden.

Patentanwalt.

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