DE257562C

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Publication number: DE257562C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- Jig 257562 KLASSE 42 e. GRUPPE

Regelvorrichtung für gasförmige oder flüssige Medien. Patentiert im Deutschen Reiche vom 2. März 1910 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen, welche die Regulierung oder Einstellung irgendeines Hilfsmechanismus durch eine Flüssigkeit oder Gas bezwecken. Gemeint ist hierbei eine selbsttätige Einstellung.

Bekannt sind Anordnungen nach Fig. ι und 2. Beide bringen Nachteile.

Bei einer Anordnung nach Fig. ι hat man große Druckunterschiede vor und hinter dem

ίο Ventil bzw. Stauscheibe und mithin eine reichliche Verstellkraft auf die das Ventil haltende Spindel. Da aber die Geschwindigkeit (im Durchfluß querschnitt) durch Stoß vernichtet und nicht wieder in Druck umgesetzt wird, entsteht ein erheblicher Energieverlust. Demnach erfordert eine solche Regulierung einen hohen Kraftverbrauch.

Bei der ebenfalls bekannten Anordnung nach Fig. 2 findet eine allmähliche Umsetzung der Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie statt, daher geringer Verlust bzw. geringer Kraftverbrauch. Am Ende der Umsetzung, d. h. beim Erreichen des vollen Querschnittes, herrscht ein Druck p₂, der nur wenig von p_T abweicht. Die Energieumsetzung ist aber bereits zu Ende an der Stelle, wo das Ventil 2 aufhört. Daher wirkt, auf das Ventil 2 nur der Druckunterschied P₁ — p₂, welcher sehr klein ist und nur eine geringe Verstellkraft ermöglicht.

Nach der Erfindung wird nun eine neue Anordnung geschaffen, welche die Vorteile der bisher bekannten Anordnungen 1 und 2 besitzt, ohne deren Nachteile aufzuweisen. Sie besteht darin, daß die Drosselgeschwindigkeit bzw. der Drosselquerschnitt über die ganze Länge (in Strömungsrichtung betrachtet) des Drosselventils bzw. der Stauscheibe konstant oder nahezu konstant gehalten wird, und daß die Umsetzung der Geschwindigkeit erst da beginnt, wo das Drosselorgan zu Ende ist. Das Erfordernis für den Gegenstand der Erfindung ist demnach darin zu sehen, daß am Ende des Drosselorganes noch der Drosselquerschnitt vorhanden ist, und daß erst dahinter die allmähliche Umsetzung beginnt, so daß der Rohrquerschnitt, in welchem die Umsetzung zu Ende ist, durch einen größeren Zwischenraum vom Ende des Drosselorganes getrennt ist. Dadurch wird der der Drosselung entsprechende volle Druckunterschied zum Verstellen der Spindel nutzbar gemacht, und zwar in noch erheblicherem Maße als nach Fig. i, und außerdem wird der Energieverlust, ähnlich wie bei Fig. 2, vermieden.

Da die Regulierungsvorrichtung in verschiedenen Stellungen arbeiten muß, ist ferner erforderlich, daß der Drosselquerschnitt sich beim Verstellen des Regelorganes nicht oder nur in geringem Maße ändert.

In Fig. 3 sitzt der trichterförmige Regelkörper 6 in einem bei 7 konisch verengten und bei 8 konisch erweiterten Rohr. Der engste Querschnitt zwischen Regelkörper und Außenrohr ist bei 9 vorhanden. An dieser Stelle bestimmt sich also der Druckunterschied gegenüber dem Druck vor dem Regelkörper, d. i. h = P₁ — p₉ durch die bei 9 herrschende Ge-

schwindigkeitshöhe. In dem weiteren Strömungsquerschnitt der Luft zwischen dem Regelkörper 6 und dem Trichterrohr 7 bleibt nun die Geschwindigkeit c und somit der Unterdruck h erhalten. Es ist also der Querschnitt bei 9 gleich dem Querschnitt an der engsten Rohrstelle bei 10. Mithin herrscht jetzt auf dem ganzen Regelkörper der volle Unterdruck h. Von dem Querschnitt 10 an erweitert sich nun das Rohr trichterförmig, und die Geschwindigkeit c nimmt nahezu verlustfrei bis auf den Rohrquerschnitt bei 28 wieder ab, so daß der Druck p_z bei 28 wieder nahezu gleich dem Druck P₁ ist.

Eine ähnliche Ausführung, jedoch mit abgeänderter Anordnung, zeigt die Fig. 4. Hier ist der Regelkörper 11 als ungebogene Platte ausgeführt. Diese Anordnung bietet noch den Vorteil, daß bei einer Auf- und Abwärtsbewegung des Regelkörpers der Drosselquerschnitt 12 konstant bleibt, also auch für die verschiedenen Regelstellungen die Geschwindigkeitsumsetzung in Druck mit dem gleichen Gütegrad erfolgt. Die Geschwindigkeit c bleibt in jeder Lage des Regelkörpers 11 bis an dessen Ende, d, h. bis zu dem Spalt 13 erhalten. Erst von dieser Stelle an findet eine allmähliche Erweiterung durch die trichterförmigen Wandungen 14 und 15 statt, so daß auch hier eine Rückwirkung des allmählich zunehmenden Druckes auf den Regelkörper vermieden ist. Bei dieser Anordnung ist noch der besondere Vorteil erreicht, daß die durch den Spalt 12 mit der Geschwindigkeit c hindurchfließende Luft durch den Spalt 13 die Luft aus dem Raum 16 hinter dem Regelkörper 11 ejektorartig absaugt. Es wird also hinter dem Regelkörper 11 ein noch höherer Unterdruck erzielt, als der Geschwindigkeitshöhe im Drosselquerschnitt entspricht. Dieser Unterdruck kann dann durch irgendeine geeignete Verbindung des Raumes 16 mit dem Raum vor dem Regelkörper auf ein bestimmtes Maß eingestellt werden.

Eine dritte Anordnung zeigt Fig. 5. Hier ist der Durchtrittsquerschnitt für die Luft (Drosselquerschnitt) 17 in die Mitte gelegt, um eine möglichst verlustfreie Strömung zu haben. Es eignet sich diese Anordnung besonders für Vorrichtungen, bei welchen nur geringe Flüssigkeits- oder Gasmengen zur Verfügung stehen. Der Regelkörper 18 ist an seinem äußeren Umfange durch eine Membrane 19 mit dem Gehäuse 20 verbunden. Man kann also hierbei einen sehr großen Durchmesser des Regelkörpers ausführen und dadurch eine große Antriebskraft für die Regelvorrichtung erreichen, ohne die Luft durch einen zu engen Spalt zwingen zu müssen, durch welchen große Verluste auftreten würden.

Bei den genannten Anordnungen ist auf die Stauscheibe eine weit höhere Kraft auszuüben möglich, als der Druckdifferenz P₁ — p₂ in den beiden zu- und abführenden Leitungen entspricht. Da die Drosselgeschwindigkeit c fast vollständig wieder in Druck umgesetzt wird, so kann man z. B. bei einem Überdruck von nur ¹Z₂ Atm. dennoch eine Druckdifferenz von einer ganzen Atmosphäre auf den Regelkörper wirken lassen. Man ist daher hiermit imstände, ein Vielfaches der bei den bisher bekannten Anordnungen erzielten Antriebskraft zu erreichen. Der einzige Druckunterschied, welcher noch zwischen der vor dem Regelkörper und der nach der Druckumsetzung der Drosselgeschwindigkeit verbleibenden Spannung auftritt, besteht lediglich in den Verlusten, welche durch die Reibung der Luft bei dieser Umsetzung bedingt werden. Diese sind aber nur etwa den zehnten Teil so groß als wie bei bisher bekannten Anordnungen. Um außerdem bei den beschriebenen Anordnungen keinen allzu großen Widerstand in dem Drosselquerschnitt zu erhalten und auch die Reibungsverluste auf ein Mindestmaß herabzusetzen, kann man um den Drosselquerschnitt herum noch andere Ventile anordnen, welche sich erst bei einem gewissen Druckunterschied öffnen. Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt. Es sind dort die Ventile 27 angeordnet. Die Wirkungsweise derselben ist folgende: Der Druck P₁ betrage beispielsweise eine Atmosphäre Überdruck, in dem Drosselspalt 12 herrscht die Geschwindigkeit c und der dementsprechende Unterdruck p₁₂, in dem Raum 16 hinter dem Regelkörper herrscht die Spannung p₂. Für normale Verhältnisse wird alsdann P₁ 1 Atm., p₁₂ 0,8 Atm., p₂ nur wenig geringer als P₁, also etwa 0,98 Atm., betragen. Nimmt jetzt die durch die Vorrichtung hindurchgehende Luftmenge um etwa das Doppelte zu, so nimmt die Geschwindigkeit den doppelten, die Druckdifferenz den vierfachen Betrag an. Es würde demnach hierbei P₁ = 1 Atm., p₁₂ = 0,2 Atm. und p₂ — 0,92 Atm. werden. Um nun auch ' diese Druckdifferenz P₁ — p₂ =. 0,08 Atm., also beinahe V₁₀ Atm., zu vermeiden, sind die Ventile 27 derartig belastet, daß sie sich bereits bei einem weit geringeren Druck öffnen, z. B. schon bei einer Druckdifferenz von 0,03 Atm. Man ist also hierdurch imstande, stets die gewünschte Kraft auf den Regelkörper auszuüben und auch bei einer großen Liefermenge der Flüssigkeit oder des Gases keinen höheren Unterdruck als den ursprünglich gewollten zu erreichen.

Es ist klar, daß bei diesen Vorrichtungen auch noch eine gewisse Rückwirkung der Drucksteigerung hervorgerufen werden kann, wenn z. B. wie bei Fig. 3 die Ausführungsquerschnitte für die Flüssigkeit mit der Ge-

schwindigkeit c für verschiedene Stellungen des Regelkörpers nicht ganz genau eingehalten werden. Auf die Wirkung der Vorrichtung hat es ferner auch keinen Einfluß, wenn z. B. bei Fig. 3 oder 5 die Querschnitte für die Umsetzung der Geschwindigkeit c in Druck, z. B. durch Ausbildung der Spindeln 21 und

22 des Regelkörpers, als Hohlwelle verengt bzw. beeinflußt wird.

In Fig. 4 ist eine Anwendung der Regelvorrichtung dargestellt, bei welcher durch die von dem Regelkörper 11 angetriebene Spindel

23 das Ventil 24 je nach der Stellung des Regelkörpers 11 mehr oder weniger geöffnet wird und die Flüssigkeit aus dem Raum 25 durch die Öffnung 26 überströmen läßt.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Regelvorrichtung für gasförmige oder ao flüssige Medien, bei welcher durch den Regelkörper eine Verengung des Strömungsquerschnittes und hierdurch ein Druckunterschied erzeugt wird, der durch seine Einwirkung auf den beweglichen Regelkörper die für die Regelung erforderliche Verstellkraft liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt für die Strömung des Mediums längs des Regelkörpers von der Verengung ab so lange gleich oder nahezu gleich bleibt, bis durch eine entsprechende Formgestaltung dieses Regelkörpers ein von diesem im wesentlichen unabhängiger Querschnitt des Außenrohres erreicht ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Regelkörper und dem Gehäuse ein Spalt (13) befindet, durch welchen die Flüssigkeit oder das Gas aus dem Raum hinter dem Regelkörper abgesaugt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkörper einerseits durch eine bewegliche Membrane, andererseits durch die den Spalt auf der einen Seite begrenzende Wand abgedichtet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben, dem Drosselquerschnitt Ventile angeordnet sind, welche sich bei einer bestimmten Druckdifferenz vor und hinter der Regelvorrichtung selbsttätig öffnen und die Flüssigkeit oder das Gas hindurchtreten lassen, ohne den Drosselquerschnitt passieren zu müssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.