DE2546827A1 - JET PUMP NOZZLE - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
- F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
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Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Pumpen und insbesondere auf Strahlpumpen, bei denen eine Düse ein Strömungsmittel in eine Saugkammer ausstößt, um ein Vakuum auf einer damit in Verbindung stehenden Leitung hervorzurufen und dadurch die Strömung de3 Mediums durch die Kammer hindurch zu bewirken.The invention relates generally to pumps and, more particularly, to jet pumps in which a nozzle is a fluid ejects into a suction chamber to create a vacuum on a line connected thereto and thereby the To cause the medium to flow through the chamber.
Im allgemeinen ist es beim Aufbau von Strahlpumpendüsen wünschenswert, daß das Strömungsmittel die Düse mit maximaler axialer Geschwindigkeit und einer minimalen seitlichen bzw. lateralen Geschwindigkeit verläßt. Wenn das Pumpmedium eine reine Flüssigkeit ist, arbeitet eine konventionelle konvergierende-divergierende Düse sehr schlecht, da die Austrittsgeschwindigkeit notwendigerweise im Unterschallbereich liegt.In general, when designing jet pump nozzles, it is desirable to that the fluid exits the nozzle with maximum axial velocity and minimum lateral or lateral velocity. lateral speed leaves. If the pumping medium is a pure liquid, a conventional converging-diverging one works Nozzle very bad, as the exit speed is necessarily in the subsonic range.
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Die !Flüssigkeit erreicht ihre maximale Geschwindigkeit am Hals des konvergierenden Abschnittes und verlangsamt sich dann, wenn sie in den divergierenden Abschnitt der Düse gelangt. Die Strömungslinien haben die Tendenz, an den Wänden des divergierenden Abschnittes anzuhaften, um den Strömungspfad zu verbreitern und dadurch die Geschwindigkeit des StrömungsmitteIs in seitlicher Richtung zu vergrößern und die axiale Geschwindigkeit zu verkleinern. Aus diesem Grunde ist die einfache konvergierende Düse bevorzugt, wenn eine reine Flüssigkeit als Pumpmedium verwendet wird.The liquid reaches its maximum velocity at the neck of the converging section and then slows down as it enters the diverging section of the nozzle. the Flow lines have a tendency to diverge on the walls of the Section to widen the flow path and thereby reduce the speed of the flow medium in to increase the lateral direction and decrease the axial speed. Because of this, the simple is converging Nozzle preferred when a pure liquid is used as the pump medium is used.
Wenn umgekehrt ein reines gasförmiges Strömungsmittel als Strahl inedium mit einer konventionellen konvergierenden Düse verwendet wird, besitzt der Wirkungsgrad der Düse die Tendenz, kleiner als zufriedenstellend zu sein, wegen der unvollständigen Expansion innerhalb der Düse, wenn das Druckverhältnis überkritisch ist. Dieser Düsenwxrkungsgrad wird zunehmend schlechter, wenn das Düsendruckverhältnis weiter in den überkritischen Bereich gelangt. Wenn ein kompressibles Strömungsmittel als Eumpmedium in einer Strahlpumpe verwendet wird, wird aus diesen Gründen eine konventionelle konvergierende-divergierende Düse gegenüber einer einfachen konvergierenden Düse bevorzugt.Conversely, when a pure gaseous fluid is used as the jet in medium with a conventional converging nozzle becomes, the efficiency of the nozzle tends to be less than satisfactory because of the incomplete expansion inside the nozzle when the pressure ratio is supercritical. This nozzle efficiency gets progressively worse when that Nozzle pressure ratio has reached the supercritical range. When a compressible fluid is used as the pump medium in For these reasons, a conventional converging-diverging nozzle is used over a jet pump is used simple converging nozzle preferred.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strahlpumpendüse zu schaffen, die in effektiver Weise arbeitet, wenn entweder eine Flüssigkeit oder ein Gas oder eine Mischung davon als Strahlmedium verwendet wird.It is therefore an object of the present invention to provide a jet pump nozzle which operates in an effective manner, when either a liquid or a gas or a mixture thereof is used as the jet medium.
Erfindungsgemäß wird eine Strahlpumpendüse mit einem Expansionsabschnitt geschaffen, der sich stromabwärts von dem kovergierenden Abschnitt befindet und der auf seiner Länge einen im wesentlichen gleichförmigen Durchmesser besitzt. Wenn also das Strömungsmittel in der Pumpe aus dem Hals ihres konvergierendenAccording to the invention, a jet pump nozzle is created with an expansion section which is located downstream of the converging Section is located and which has a substantially uniform diameter along its length. So if the fluid in the pump from the neck of her converging
es
Abschnitt/strömt, tritt eine plötzliche Vergrößerung der Düseit
Section / flows, there is a sudden enlargement of the nozzle
deshalb eine Expansion irgendeines kompressiblen Strömungsmittels auf, wenn e3 in den Expansionsabschnitt der Düse eintritt, Dieae Düsenkonstruktion sorgt für einen effizienten Pumpbetrieb,therefore an expansion of any compressible fluid when e3 enters the expansion section of the nozzle, The nozzle design ensures efficient pumping operation,
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X —X -
wenn entweder ein Gas oder eine Flüssigkeit oder eine Kombination davon als Strahlmedium verwendet wird. Wenn eine Flüssigkeit verwendet ist, wirkt die Düse als eine konvergierende Düse, wobei sich die Strömunglinien der Flüssigkeit von der Düsenwand am Rand des Halsaustrittes trennen, um dadurch die Düse mit einer maximalen axialen Geschwindigkeit zu verlassen. Wenn ein Gas als Medium verwendet wird, wirkt die Düse als eine konventionelle konvergierende-divergierende Düse, da sie eine vollständige Expansion des Gases innerhalb der Düse gestattet, bevor das Gas die Saugkammer der Pumpe erreicht.when either a gas or a liquid or a combination thereof is used as the jet medium. When using a liquid the nozzle acts as a converging nozzle, where the flow lines of the liquid from the nozzle wall on Separate the edge of the throat outlet, thereby exiting the nozzle at maximum axial speed. If a gas is used as the medium, the nozzle acts as a conventional converging-diverging nozzle because it is a complete expansion of the gas within the nozzle before the gas reaches the suction chamber of the pump.
dungmanure
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfir/ ist der divergierende Abschnitt der Düse so bemessen, daß eine höchst'effiziente Leistungsfähigkeit mit jeder der zwei Strömungsphasen erreicht wird. Die Länge des divergierenden Abschnittes ist so bemessen, daß» nachdem die flüssigen Strömungslinien sich von der Düsenwand abgelöst haben, diese nicht wieder an der Wand anhaften, bevor sie in die Saugkammer ausgetreten sind. Der Durchmesser des Expansionsabsc-hnittes der Düse hat eine solche Größe, daß das stromabwärtige/stromaufwärtige Flächenverhältnis der Düse genügend groß ist, um eine vollständige Expansion des Gases innerhalb der Düee für ein vorbestimmtes überkritisches Druckverhältnis dee Gases zu erhalten.According to a further feature of the Erfir / is the diverging section the nozzle dimensioned so that a most efficient performance is achieved with each of the two flow phases. The length of the diverging section is dimensioned so that »after the liquid flow lines become detached from the nozzle wall do not stick them back to the wall before they have passed into the suction chamber. The diameter of the expansion section of the nozzle is of such a size that the downstream / upstream area ratio of the nozzle is sufficient is large to allow a complete expansion of the gas within the nozzle for a predetermined supercritical pressure ratio to get dee gas.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention will now be based on further features and advantages the following description and the drawing of an exemplary embodiment explained in more detail.
Figur 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm von einem Schmierölsy3tem, für das die vorliegende Erfindung besonders gut geeignet ist.Figure 1 is a simplified block diagram of a lubricating oil system, for which the present invention is particularly well suited.
Figur 2 ist eine Längsschnittansicht der Düse gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.Figure 2 is a longitudinal sectional view of the nozzle according to the embodiment the invention.
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In Figur 1 ist die Strahlpumpe gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung allgemein mit 10 bezeichnet und in Verbindung mit einem Strömungsmittelsystem gezeigt, wie beispielsweise einem Flugzeug-Schmiersystem, das eine Hauptschmiermittel-Speisepuinpe 11 und eine Rücklaufpumpe 12 aufweist. Diese Pumpen werden im allgemeinen durch ein Hilfsgerät des Triebwerkes angetrieben und somit ist ihre Drehzahl während irgendeiner Betriebsperiode von der Triebwerksdrehzahl abhän, ig. Im normalen Betrieb liefert die Hauptschmiermittel-Zuführpumpe 11 das schmierende Strömungsmittel an die Triebwerkslager und Zahnräder 13 zu deren Kühlung und Schmierung, und dann fließt das schmierende Strömungsmittel durch die Schwerkraft in den Triebwerkssumpf 14. Das öl in dem Sumpf wird dann durch die ölabsaugpumpe 12 aufgenommen, um zum restlichen Teil des Systems und von dort zurück zur Hauptzuführpumpe 11 geliefert zu werden. Da die Hauptzuführpumpe 11 im allgemeinen eine Pumpe mit positiver Verschiebung ist, wird wünschenswerterweise für einen richtigen Betrieb eine kontinuierliche Zufuhr von Schmiermittel aufrecht erhalten. Die Strahlpumpe 10 ist somit derart in dem Syetem angeordnet, daß sie an ihrem Einlaß 16 durch die Austrittsströmung der ölabsaugpumpe 12 gespeist wird und Schmieröl an die Hauptzuführpumpe 11 über ihre Austrittsöffnung 17 liefert. Ein Entgasungstank 18 kann in dem System installiert sein, um irgendwelche Luft zu entfernen, die in dem Schmieröl enthalten sein kann, bevor es an die Hauptzufuhrpumpe 11 geliefert wird. Eine Zufuhr von Schmieröl ist an der Saugöffnung 19 der Strahlpumpe 10 von dem öltank 21 vorgesehen. Jede überschüssige ölströmung, die der Hauptzufuhrpumpe zugeführt wird, fließt über zum öltank 21.In Figure 1, the jet pump is according to the embodiment described of the invention, indicated generally at 10 and shown in connection with a fluid system such as an aircraft lubrication system which is a main lubricant feed pump 11 and a return pump 12. These pumps are generally operated by an auxiliary device of the engine driven and thus their speed is dependent on the engine speed during any operating period. in the The main lubricant supply pump 11 supplies normal operation the lubricating fluid to the engine bearings and gears 13 to cool and lubricate them, and then that flows lubricating fluids by gravity into the engine sump 14. The oil in the sump is then drawn through the oil suction pump 12 to be delivered to the remainder of the system and from there back to the main feed pump 11. Since the main feed pump 11 is generally a pump with positive Displacement is a continuous supply of lubricant is desirable for proper operation maintained. The jet pump 10 is thus arranged in the Syetem that it is at its inlet 16 by the outlet flow the oil suction pump 12 is fed and lubricating oil is fed to the main feed pump 11 via its outlet opening 17 supplies. A degas tank 18 can be installed in the system to remove any air that may be contained in the lubricating oil before it is delivered to the main feed pump 11 will. A supply of lubricating oil is provided at the suction opening 19 of the jet pump 10 from the oil tank 21. Any excess oil flow fed to the main feed pump, flows over to oil tank 21.
Im Betrieb übt die ölabgaugpumpe 12, die durch den gleichen Hauptantrieb angetrieben werden kann wie die Hauptzufuhrpumpe, eine Saugwirkung auf den Sumpf 14 aus und liefert ein Strömungsmittel an die Einlaßöffnung 16 der Pumpe. Das Strömungsmittel 3trömt durch eine Düse 22, wo seine Geschwindigkeit erhöht wird, um ein Teilvakuum in der Saugkammer 2k hervorzurufen, wenn es ausIn operation, the oil discharge pump 12, which can be driven by the same main drive as the main supply pump, applies suction to the sump 14 and delivers fluid to the inlet port 16 of the pump. The fluid 3 flows through a nozzle 22 where its speed is increased to create a partial vacuum in the suction chamber 2k when it comes out
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der Öffnung 17 austritt. Auf diese Weise wird das Schmieröl durch die Saugöffnung 19 von dem öltank 21 nach oben gezogen und von dort zur Auslaßöffnung 17 und dem Entgasungstank 18. Das flüssige Schmiermittel strömt dann durch die Hauptzufuhrpumpe 11, um die Triebwerks lager und -Zahnräder 13 zu schmieren. the opening 17 exits. This is how the lubricating oil becomes pulled up through the suction opening 19 from the oil tank 21 and from there to the outlet opening 17 and the degassing tank 18. The liquid lubricant then flows through the main supply pump 11 to lubricate the engine bearings and gears 13.
Verständlicherweise kann das System in der Umgebung eines Plugzeugtriebwerkes verschiedenen Lagen und Erdbeschleunigungskräften während eines Fluges ausgesetzt sein, so daß die verschiedenen Öl-Niveaus innerhalb des Systems beeinflußt werden. Wenn sich das Plugzeug beispielsweise in einem steilen Anstieg befindet, kann die Lage des Sumpfes so sein, daß die Absaugpumpe 12 nichts anderes als Luft zur Einlaßöffnung 16 der Strahlpumpe 10 pumpt. Während dieser Periode liefert jedoch die Hauptzufuhrpumpe 11 Schmieröl an die Lager und Zahnräder und das Volumen des Schmieröls in dem Sumpf nimmt somit zu. Damit die Rücklaufpumpe 12 mit der Hauptzufuhrpumpe 11 Schritt halten kann, muß ihre Kapazität größer als diejenige der Hauptpumpe sein. Es ist somit bei der Auslegung von Schmierölsystemen für Plugzeuge üblich, eine Rücklaufpumpe vorzusehen, deren Pumpkapazität zwei- bis dreimal größer als diejenige der zugehörigen Hauptzufuhrpumpe ist. Infolgedessen pumpt die Rücklaufpumpe selbst dann, wenn sich das Plugzeug in einer horizontalen Pluglage befindet, das gesamte öl aus dem Sumpf und beginnt Luft zur Strahlpumpe 10 zu pumpen. Somit wird deutlich, daß das an der Einlaßöffnung Ib der Strahlpumpe 10 vorhandene Pumpmedium ein reines flüssiges Schmiermittel, ein reines Luftströmungsmittel oder eine Kombination davon sein kann. Diese charakteristischen Betriebsbedingungen erfordern somit eine vielseitige Strahlpumpendüse, um eine zufriedenstellende Leistungsfähigkeit während aller Betriebsperioden zu erhalten. Es sind gerade diese Erfordernisse, die die Düse gemäß der Erfindung hauptsächlich erfüllen soll.Understandably, the system can be used in the vicinity of a plug-in engine be exposed to different positions and gravitational acceleration forces during a flight, so that the different Oil levels within the system are affected. For example, if the plug stuff is on a steep climb is located, the position of the sump can be such that the suction pump 12 is nothing other than air to the inlet opening 16 of the jet pump 10 pumps. However, during this period, the main supply pump 11 supplies lubricating oil to the bearings and gears and the like The volume of the lubricating oil in the sump thus increases. In order for the return pump 12 to keep pace with the main supply pump 11 its capacity must be greater than that of the main pump. It is thus used in the design of lubricating oil systems Plugzeug common to provide a return pump, its pumping capacity is two to three times larger than that of the associated main supply pump. As a result, the return pump pumps even if the plug stuff is in a horizontal plug position is located, all of the oil from the sump and begins to pump air to the jet pump 10. Thus it is clear that the the pump medium present in the inlet opening Ib of the jet pump 10 is a pure liquid lubricant, a pure air flow medium or a combination thereof. These characteristic operating conditions thus require a versatile one Jet pump nozzle to achieve satisfactory performance to be maintained during all operating periods. It is precisely these requirements that the nozzle according to the invention is primarily concerned with should meet.
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Anhand, von Figur 2 wird nun der Stralilpumpenabschnitt gemäß der Erfindung näher beschrieben. Figur 2 zeigt die Strahlpumpe mit einem Gehäuse 23, das einen Hohlraum oder eine Saugkammer 2*\ bildet, die strömungsmäßig mit der Saugöffnung 19 und der Auslaßöffnung 17 in Verbindung steht. Die Düse 22 ist konzentrisch zum Gehäuse 23 angeordnet und ragt wesentlich in die Kammer hinein, so daß ihre Längsachse mit derjenigen der Auslaßöffnung 17 fluchtet. Die Grundprinzipien der Arbeitsweise der Strahlpumpe sind üblich insofern, als ein Strahlströmungsmittel durch die Düse 22 über die Einlaßöffnung 16 strömt, und seine GeschivLndigkeit wird durch die Verkleinerung der Querschnitts fläche vergrößert, um dadurch eine Strahlströmung aus dem Düsenende zu erhalten. Diese eine erhöhte Geschwindigkeit aufweisende Strahlströmung bewirkt, daß ein gewisser Anteil des Strömungsmittels in der Saugkammer aus der Auslaßöffnung 17 ausgestoßen wird und das dadurch entstehende Vakuum zieht mehr Flüssigkeit nach oben durch die Ansaugleitung 19 und bewirkt dadurch eine kontinuierliche Strömung von der Saugleitung 19 durch die Saugkammer 22J zur Auslaßöffnung 17-The Stralil pump section according to the invention will now be described in more detail with reference to FIG. FIG. 2 shows the jet pump with a housing 23 which forms a cavity or a suction chamber 2 * \ which is in flow connection with the suction opening 19 and the outlet opening 17. The nozzle 22 is arranged concentrically to the housing 23 and protrudes substantially into the chamber so that its longitudinal axis is aligned with that of the outlet opening 17. The basic principles of operation of the jet pump are common in that jet fluid flows through nozzle 22 via inlet port 16 and its velocity is increased by reducing the cross-sectional area to thereby obtain jet flow from the nozzle end. This increased velocity jet flow causes a certain proportion of the fluid in the suction chamber to be expelled from the outlet opening 17 and the resulting vacuum pulls more liquid up through the suction line 19 and thereby causes a continuous flow from the suction line 19 through the suction chamber 2 2 J to outlet port 17-
Ea wird nun noch genauer auf die Düse 22 eingegangen, die in einer Reihenverbindung entlang ihrer Längsachse einen Einlaß ab3chn-itt 25, einen konvergierenden Abschnitt 26, einen Halsabschnitt 27 und einen Expansionsabschnitt 28 aufweist. Der Einlaßabschnitt 25 definiert die Einlaßöffnung mit einem Durchmesser d , und stromabwärts davon befindet sich der kovergierende Abschnitt 26, der den Düsendurchmesser auf eine Größe f verengt, um die Geschwindigkeit des Strömungsmittels in der Düse zu erhöhen. Der Halsabschnitt 27 hat auf seiner Länge einen im wesentlichen konstanten Durchmesser und kann irgendeine gewünschte Länge besitzen. Der Expansionsabschnitt 28, der direkt stromabwärts von dem Halsabschnitt 27 folgt, hat die Form eines Zylinders mit einem im wesentlichen gleichen Durchmesser g auf seiner Länge. Somit besteht am Übergang zwischen dem Halsabschnitt 27 und dem Expansionsabschnitt 2 8 eine plötzliche Vergrößerung durch die radiale Wand 29, die für die Struktur gemäßEa, the nozzle 22 will now be discussed in more detail, which is shown in FIG a series connection along its longitudinal axis an inlet section 25, a converging section 26, a neck section 27 and an expansion section 28. The inlet section 25 defines the inlet opening with a diameter d, and downstream therefrom is the converging section 26 which reduces the nozzle diameter to a size f narrowed to increase the velocity of the fluid in the nozzle. The neck portion 27 has one along its length substantially constant diameter and can be of any desired length. The expansion section 28, the direct downstream of the neck portion 27 has the shape of a cylinder with a substantially equal diameter g its length. There is thus a sudden increase in size at the transition between the neck section 27 and the expansion section 28 by the radial wall 29, which for the structure according to
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der vorliegenden Erfindung wesentlich ist. Die Größe der Vergrößerung oder der Durchmesser g des Expansionsabschnittes ist für die jeweiligen Leistungserfordernisse von signifikanter Bedeutung, wie es im folgenden noch deutlicher gezeigt wird. In ähnlicher Weise ist die Länge 1 des Expansionsabschnittes signifikant für die Verwendung der besonderen Strömungsmittelphasen und deren Geschwindigkeiten.is essential to the present invention. The size of the enlargement or the diameter g of the expansion section is more significant for the respective performance requirements Meaning, as will be shown more clearly below. Similarly, the length is 1 of the expansion section significant for the use of the particular fluid phases and their velocities.
P1Ur die Strömung eines zweiphasigen Strömungsmittel durch die Düse der Strahlpumpe sei zunächst die Strömung einer reinen Flüssigkeit durch die Düse betrachtet. Die Flüssigkeit tritt an der Einlaßöffnung 16 ein und strömt durch den konvergierenden Abschnitt 26, wo die Geschwindigkeit wesentlich erhöht wird. Dann etrömt sie durch den einen konstanten Durchmesser aufweisenden Hals 2? zum Übergangspunkt, wo die abrupte Strukturänderung der radialen Wände 29 bewirkt, daß sich die Strömungslinien der Flüssigkeit von der Düsenwand lösen und im wesentlichen axial durch den Expansionsabschnitt 2 8 hindurchwandern, ohne einen erneuten Kontakt mit den Seitenwänden 31 aufzunehmen. Auf diese Weise hat die Austrittsgeschwindigkeit des Strömungsmittels eine maximale axiale Komponente und eine minimale laterale Komponente, was ein wünschenswertes Charakteristikum für eine richtige Leistung von Strahlpumpen ist. Die Länge 1 des Expansionsabschnittes ist kritisch, da sie nicht 3O lang sein darf, daß die Flüssigkeitspartikelchen einen erneuten Kontakt mit den Seitenwänden des Abschnittes herstellen. Wie bereits ausgeführt wurde, ist die Geschwindigkeit der Strömungsmittelströmung bestimmt durch die Drehzahl des Triebwerkes und deshalb bestimmt die kleinste erwartete Triebwerksdrehzahl die Geschwindigkeit des Strömungsmittels und demzufolge die Länge 1 des Expansionsabschnittes .P 1 For the flow of a two-phase fluid through the nozzle of the jet pump, let us first consider the flow of a pure liquid through the nozzle. The liquid enters at the inlet port 16 and flows through the converging section 26 where the velocity is increased substantially. Then it flows through the neck 2, which has a constant diameter? to the transition point where the abrupt structural change of the radial walls 29 causes the flow lines of the liquid to detach from the nozzle wall and travel essentially axially through the expansion section 28 without making contact with the side walls 31 again. In this way, the exit velocity of the fluid has a maximum axial component and a minimum lateral component, which is a desirable characteristic for proper performance of jet pumps. The length l of the expansion section is critical because it must not be 30 long for the liquid particles to make contact with the side walls of the section again. As already stated, the speed of the fluid flow is determined by the speed of the engine and therefore the lowest expected engine speed determines the speed of the fluid and consequently the length l of the expansion section.
Strömt nun ein reines gasförmiges Strömungsmittel durch die Düse 22, so sei bemerkt, daß die Geschwindigkeit des Strömungsmittel am Halsabschnitt 27 Schallwerte erreicht, wenn das Druckverhältnis eines Gases innerhalb der Düse den kritischen Wert erreicht.If a pure gaseous fluid flows through the nozzle 22, it should be noted that the speed of the fluid reaches sound levels at the neck portion 27 when the pressure ratio of a gas within the nozzle reaches the critical value.
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Das bedeutet für normale Luft, wenn das Verhältnis des stromabwärtigen Druckes (am Austrittsende des Abschnittes 28) zu dem stromaufwärtigen Druck (im Abschnitt 25) gleich 0,52 8 ist, dann ist die Geschwindigkeit des Gases im Hal3 auf dem Schallwert. Wenn das Verhältnis in den überkritischen Bereich absinkt, steigt die Geschwindigkeit im Hals 27 nicht über den Schallwert. Während eines Triebwerksbetriebes bei hoher Drehzahl sind die dabei entstehenden überkritischer Drucke ein zujberücksichtigender Grund, da sie nicht gestatten, daß das Strahlgas vollständig expandiert (auf ein Druckverhältnis von weniger als 0,528) bevor es die Düse verläßt und in diesem Fall ist die Leistungsfähigkeit der Strahlpumpe nicht zufriedenstellend.That means for normal air if the ratio of the downstream Pressure (at the exit end of section 28) to the upstream pressure (in section 25) is equal to 0.52 8, then is the speed of the gas in Hal3 at the sound level. When the ratio drops into the supercritical range, it rises the speed in the neck 27 does not exceed the sound level. When the engine is operating at high speed, the resulting supercritical pressures a reason to be considered since they do not allow the jet gas to fully expand (to a pressure ratio of less than 0.528) before the Nozzle leaves and in this case the efficiency of the jet pump is not satisfactory.
Folgt man der Strömung eines reinen gasförmigen Strömungsmittels durch die Düse, so tritt es in die Einlaßöffnung 16 ein und strömt dann durch den Einlaßabschnitt 25 bei einem Druck P^If one follows the flow of a pure gaseous fluid through the nozzle, it enters the inlet opening 16 and then flows through the inlet section 25 at a pressure P ^
Wenn es in den konvergierenden Abschnitt 26 eintritt und durch diesen hindurchströmt, nimmt seine Geschwindigkeit zu und sein Druck fällt auf einen Druck P^ Es tritt dann in den Expansionsabschnitt 28 ein und strömt durch diesen hindurch, wo es auf einen Druck P^ an dessen Austrittsende expandiert. Damit der Strahl mit größter Effizienz arbeitet, muß das Gas vollständig expandieren, bevor es aus dem Expansionsabschnitt 28 ausgestoßen wird. Die Länge des Expansionsabschnittes 28 ist deshalb in dieser Beziehung kritisch, aber wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, ist die Länge durch die Erfordernisse bei Verwendung eines flüssigen Strömungsmittels begrenzt. Der Durchmesser des Expansionsabschnittes 28 wird somit die Dimension, von größter Bedeutung, wenn die Strömung eines gasförmigen Strömungsmittels betrachtet wird. Je größer Durchmesser des Expansionsabschnittes ist, desto größer ist die Expansion eines Gases. Die Düeenaustrittsfläche ist deshalb so bemessen, daß sie das Flächenverhältnis erfüllt, das das erwartete überkritische Druckverhältnis erfüllt, das von der Düse erreicht wird. Der mathematische Ausdruck, der die Relation zwischen den Flächen in der Düse und den erwarteten Drucken für eine vollständige Expansion der normalen Luft zeigt, kann in einer ähnlichen Form angegeben werden, wie für eine konventionelle konvergierende-divergierende Düse:As it enters and flows through the converging section 26, its velocity increases and its pressure drops to a pressure P ^ It then occurs into the expansion section 28 and flows through it, where there is a pressure P ^ at its outlet end expands. In order for the jet to work at its greatest efficiency, the gas must expand completely before it leaves the expansion section 28 is ejected. The length of the expansion section 28 is therefore critical in this regard, but as above has already been stated, the length is limited by the requirements when using a liquid fluid. Of the The diameter of the expansion section 28 is thus the dimension of paramount importance when considering the flow of a gaseous fluid. The larger the diameter of the expansion section, the greater the expansion of a gas. the The nozzle outlet area is therefore dimensioned in such a way that it has the area ratio that meets the expected supercritical pressure ratio achieved by the nozzle. The mathematical one Expression showing the relation between the areas in the nozzle and the expected pressures for a full expansion of the normal Air can be given in a similar form as for a conventional converging-diverging nozzle:
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1 -1 -
O 286O 286
Darin ist:In it is:
A, =Querschnittsflache des HalsesA, = cross-sectional area of the neck
A =Querschnittsflache des Expansionsabschnittes P =Druck am Austrittsende des ExpansionsabschnittesA = cross-sectional area of the expansion section P = pressure at the outlet end of the expansion section
P =Druck am Einlaßabschnitt
οP = pressure at the inlet section
ο
Selbstverständlich können im Rahmen der gegebenen Lehren verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden. Beispielsweise hat das beschriebene AusfUhrungsbeispiel einen einzigen Expansionsabschnitt j aber wenn die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Düse so sind, daß die gewünschte Länge und der angestrebte Durchmesser des Expansionsabschnittes diese nicht erfüllen können,dann können zahlreiche Expansionsabschnitte in einer Reihe in der Düse angeordnet werden. Auf diese Weise kann die Gesamtlänge und der Austrittsdurchmesser des Expansionsabschnittes so groß sein wie es erforderlich ist, um die Anforderungen für eine Verwendung mit einem Gasstrahl zu erfüllen, ohne daß die Konstruktionserfordernisse für einen Betrieb mit einem reinen flüssigen Strömungsmittel überschritten werden.Of course, within the framework of the teachings given, various Modifications are made. For example, the exemplary embodiment described has a single expansion section j but if the performance requirements are met of the nozzle are such that the desired length and the desired diameter of the expansion section do not meet them then numerous expansion sections can be arranged in a row in the nozzle. In this way the total length and the outlet diameter of the expansion section can be as large as is necessary to meet the requirements for use with a gas jet without the design requirements for operation with a pure liquid fluid are exceeded.
Weiterhin ist e3 durchaus möglich, daß die Länge des Düsenhalses variiert wird oder sogar auf null reduziert wird. Ferner könnte auch ein vergrößerter Abschnitt innerhalb des Einlaßabschnittes der Düse vorgesehen sein.Furthermore, e3 is quite possible that the length of the nozzle throat is varied or even reduced to zero. Further an enlarged section could also be provided within the inlet section of the nozzle.
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