DE343169C

DE343169C - Process for conveying compressible liquids by means of a jet device

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Publication number: DE343169C
Application number: DE1917343169D
Authority: DE
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Priority date: 1917-05-16
Filing date: 1917-05-16
Publication date: 1921-10-28

Description

Verfahren zur Förderung kompressibler Flüssigkeiten mittels eines Strahlapparates. Die gebräuchlichen Strahlpumpen zur Förderung kompressibler Flüssigkeiten, das sind Gase und Dämpfe, bestehen aus einer oder mehreren Düsen, aus welchen die unter Überdruck zugeführte Arbeitsflüssigkeit in Strahlform austritt, und aus einem in der Regel mit kegelförmigem Ein- und Auslauf versehenen Effusor, welcher gleichachsig mit dem Strahl oder mit dem Strahlenbündel vor den Düsen angeordnet ist.Method for conveying compressible liquids by means of a Jet apparatus. The common jet pumps for pumping compressible liquids, these are gases and vapors, consist of one or more nozzles from which the working fluid supplied under excess pressure emerges in the form of a jet, and from a usually with a conical inlet and outlet provided with an equiaxed effusor is arranged with the jet or with the beam in front of the nozzles.

Die Wirkungsweise dieser bekannten. Vorrichtung ist folgende- Der Strahl oder das Strahlenbündel, welche von der den Düsen entströmendenArbeitsflüssigkeit gebildet werden, mischen sich im Einlauf des Effusors oder auch innerhalb desselben mit der dem Einlauf des Effusors zugeführten Förderflüssigkeit.The mode of action of this well-known. Device is the following- The Jet or the bundle of rays emitted by the working fluid flowing out of the nozzles are formed, mix in the inlet of the effusor or within it with the delivery liquid fed to the inlet of the effuser.

Das Gemenge von Arbeits- und Förderflüssigkeit wird darauf im: kegelförmig erweiterten Auslauf des Effusors verzögert, wodurch gleichzeitig nach bekannten hydrodynamischen Gesetzen eine entsprechende Drucksteigerung des Gemenges erzielt wird. Eine Drucksteigerung lä.ßt sich ferner auch gewissermaßen durch Stoßwirkung unmittelbar bei der Mischung von Arbeits- und Förderflüssigkeit in dem Einlauf des Effusörs erzielen. Letzterer Anteil der- gesamten Drucksteigerung wird erfahrungsgemäß um so größer, je weiter man durch Anwendung vieler kleiner Düsen an Stehle einer einzigen die von der Arbeitsflüssigkeit gebildeten Strahlen unterteilt.The mixture of working and delivery fluid then becomes: conical extended outflow of the effusor delayed, thereby simultaneously after known hydrodynamic laws achieved a corresponding increase in pressure of the mixture will. An increase in pressure can also, to a certain extent, be caused by a shock effect immediately when the working and delivery fluid are mixed in the inlet of the Achieve effusörs. Experience shows that the latter part of the total pressure increase is the further you go by using many small nozzles on stealing one, the greater it is only subdivided the rays formed by the working fluid.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung ist daher imstande, ähnlich: einer Kolbenpumpe die Förderflüssigkeit gegen einen gewissen Gegendruck zu fördern.The device described above is therefore capable of similarly: a piston pump to deliver the pumped liquid against a certain counter pressure.

Sobald man die vorstehend beschriebene Art von: Strahlpumpen zur Förderung gegen höhere Gegendrucke benutzen will, muß man die Arbeitsflüssigkeit ebenfalls unter höherem Überdruck zuführen. Bei höherem Überdruck muh bekanntlich die Düse, aus welcher die Arbeitsflüssigkeit ausströmt, zur Vermeidung großer Verluste mit der üblichen Erweiterung ihrer Mündung ausgeführt werden, und die Arbeitsflüssigkeit entströmt der Düse mit Überschallgeschwindigkeit. Bisher ist nun kein Mittel bekannt geworden., diese Überschallgeschwindigkeit der Arbeitsflüssigkeit in wirtschaftlicher Weise in Druck umzusetzen. Die Druckumsetzung geschieht vielmehr bei den bekannten Strahlpumpen durch Vermittlung unstetiger Verdichtungsstöße, welche bekanntermaßen mit großen Verlusten an nutzbarer Energie verbunden sind. Der Erfinder hat nun festgestellt, daß es wohl möglich ist, die erwähnten Stoßverluste zu vermeiden, wenn man folgende Maßnahmen trifft: i. Man läßt den Strahl der Arbeitsflüssigkeit in ein Mischrohr eintreten, welches hier an Stelle des Effusors tritt und dessen erster Teil annähernd" zylindrischf ist, und mischt die Arbeitsflüssigkeit in dem; Mischrohr nur mit einer so geringen Menge von -Förderflüssigkeit, daß das, Gemisch von Förder-and Arbeitsflüssigkeit noch mit Überschallgeschwindigkeit das Mischrohr durchströmt.Once you have the type of: jet pumps for pumping described above wants to use against higher counterpressures, one must also use the working fluid Feed under higher pressure. At higher overpressure, as is well known, the nozzle must from which the working fluid flows out to avoid large losses the usual widening of their mouth, and the working fluid flows out of the nozzle at supersonic speed. So far, no remedy is known become., this supersonic speed of the working fluid in economic Way to translate into pressure. Rather, the pressure conversion happens with the known ones Jet pumps by mediating discontinuous compression shocks, which are known are associated with large losses of usable energy. The inventor has now established that it is possible to avoid the shock losses mentioned by following Take action: i. The jet of working fluid is passed into a mixing tube enter, which takes the place of the effusor and whose first part approximates " is cylindrical and mixes the working fluid in the; Mixing tube with only one so small a quantity of conveying liquid that the mixture of conveying and working liquid still flows through the mixing tube at supersonic speed.

a. Deng ersten annähernd zylindrischen Teil läßt man eine allmähliche Verengung folgen, in welcher das mit Überschallgeschwindigkeit strömende Gemisch beinahe verlustfrei verdichtet wird.a. The first approximately cylindrical part is left with a gradual Narrowing follow, in which the flowing at supersonic speed Mixture is compressed almost without loss.

Gemäß den in der Hydrodynamik als Kontinuitätsbedingung bezeichneten Eigenschaften einer Flüssigkeitsströmung kann-bei Beachtung des Impulssatzes, welcher die Berechnung der Geschwindigkeit eines Flüssigkeitsgemisches aus den Geschwindigkeiten seiner Bestandteile gestattet, im Mischrohr die für vorliegende Erfindung wesentliche Überschallgeschwindigkeit nur erreicht werden, wenn schon sein erster weiterer Teil nicht zu weit gemacht wird. Soll beispielsweise mit Dampf, welcher mit iooo m%sek. die Düse verläßt, Luft gefördert werden, wobei die Schallgeschwindigkeit im Dampfluftgemisch 5oo mIsek. betragen möge, so darf man dem Dampf höchstens die gleiche Gewichtsmenge oder angenähert das o,6 fache Volumen Luft beimischen, weil sonst die Geschwindigkeit des Dampfluftgemisches gemäß dem Impulssatz die Schallgeschwindigkeit unterschreitet. Das Dampfluftgemisch, dessen in der Zeiteinheit erzeugtes Volumen weniger als. das i,6 fache des in der Zeiteinheit aus der Düse entströmenden Dampfvolumens beträgt, muß. dabei mit mehr als 5oo mIsek. oder mit mehr als der Hälfte der Geschwindigkeit des Dampfstrahles das Mischrohr durchströmen, so daß zur Erfüllung der Kontinuitätsbedingung der Durchmesser des austretenden Dampfstrahles größer als das f I . r,6fache, das ist angenähert die Hälfte 2 des Durchmessers des Mischrohres, sein muß, wenn anders man im Gebiete der Überschallgeschwindigkeit bleiben will. Um ferner bei der nachfolgenden Verdichtung des Gemisches einen hinreichend großen Druckanstieg zu erreichen, muß man die Geschwindigkeit im Mischrohr sogar erheblich höher als die Schallgeschwindigkeit wählen, so daß praktisch der Durchmesser des ersten weiteren Teiles des Mischrohres nur um 1-1, bis größer als, der Durchmesser des aus der Düse austretenden Strahles der Arbeitsflüssigkeit werden darf. Als äußeres Merkmal des erfindungsgemäß mit Überschallgeschwindigkeit im, Mischrohr gebauten Strahlapparates kann daher gelten, daß der Querschnitt des Effusors oder des Mischrohres bereits in seinem ersten weiteren Teile nur wenig weiter als der Querschnitt des austretenden Strahles der Arbeitsflüssigkeit oder bei Anwendung mehrerer Düsen der Querschnittsumme dieser Strahlen ist.According to what is called the continuity condition in hydrodynamics Properties of a liquid flow can - if the law of momentum is observed, which the calculation of the speed of a liquid mixture from the speeds of its constituents allows the essential for the present invention in the mixing tube Supersonic speed can only be achieved if already its first further part is not taken too far. Should, for example, with steam, which with iooo m% sec. leaves the nozzle, air is conveyed, the speed of sound in the steam-air mixture 5oo msec. may amount to, then one may at most the same amount of weight as the steam or add approximately 0.6 times the volume of air, because otherwise the speed of the steam-air mixture falls below the speed of sound according to the law of impulses. The vapor-air mixture whose volume generated in the unit of time is less than. the i, 6 times the volume of steam flowing out of the nozzle in the unit of time, got to. with more than 5oo msec. or at more than half the speed of the steam jet flow through the mixing tube so that the continuity condition is met the diameter of the exiting steam jet is greater than the f I. r, 6 times that is approximately half of the diameter of the mixing tube, must be, if different one wants to stay in the area of the supersonic speed. To continue with the following Compression of the mixture to achieve a sufficiently large pressure increase must the speed in the mixing tube is even considerably higher than the speed of sound choose so that practically the diameter of the first further part of the mixing tube only 1-1 to larger than the diameter of the jet emerging from the nozzle the working fluid may be. As an external feature of the invention with Supersonic speed in the jet device built in the mixing tube can therefore apply that the cross section of the effuser or the mixing tube is already in its first further Part only slightly wider than the cross-section of the exiting jet of working fluid or, if several nozzles are used, the sum of the cross-sections of these jets.

Bekannt sind zur Luftförderung dienende Strahlpumpep, bei denern beispielsweiseDampf als Arbeitsflüssigkeit ein oder mehreren Düsen entströmt. Der Effusor wird jedoch hierbei in Unkenntnis der Vorteile, welche ein mit Überschallgeschwindigkeit durchströmtes Mischrohr mit sich bringen kann, stets so weit ausgeführt, daß in demselben gemäß den vorstehend angegebenen Grundsätzen das Dampf luftgemisch nicht mit Überschallgeschwindigkeit strömen kann.Jet pumps which are used for conveying air are known, in which, for example, steam flows out of one or more nozzles as working fluid. The effusor will, however here in ignorance of the advantages that flow through at supersonic speed Mixing tube can bring with it, always carried out so far that in the same according to The above principles do not allow the steam-air mixture to travel at supersonic speeds can flow.

Die Verdichtung des im ersten. Teile des Mischrohres. gebildeten, mit Überschallgeschwindigkeit strömenden Gemisches geschieht nun erfindungsgemäß in einer dem zweiten Teile des Mischrohres bildenden Verengung. Man darf jedoch die Verengung des Mischrohres nur so weit treiben, daß bis zur engsten Stelle die Schallgeschwindigkeit des Gemisches keinesfalls unterschritten wird, weil sonst die Strömung im ersten Teil des Mischrohres gestört wird. Aus der bekannten Anfangsgeschwindigkeit des Gemisches und seinen wärmetechnischen Eigenschaften läßt sich dabei berechnen, wie groß der engste Querschnitt der Verengung sein muß, um bei verlustfreier Verdichtung daselbst die Grenze der Schallgeschwindigkeit zu erreichen. Die Berücksichtigung der unvermeidlichen Reibungsverluste führt dazu, den engsten Querschnitt um ein Weniges weiter zu machen. Jedoch zeigt der Versuch,, daß dieseReibungsverluste bei zweckmäßiger Wahl der Verhältnisse nur eine unerhebliche Vergrößerung der engsten Stelle des Mischrohres nötig machen. Als äußeres Merkmal der erfindungsgemäß gebauten Strahlpumpe kann daher fernerhin gelten, daß gegenüber den bekannten Ausführungen von Strahlapparaten, welche bei Unterschallgeschwindigkeit mit einem eingeschnürten Effu.sor arbeiten, hier das Misch= rohr außerordentlich stark verengt ist. Im allgemeinen wird die engste Stelle des Mischrohres hier noch kleiner als der Ouierschnitt des austretenden Strahles der Arbeitsflüssigkeit oder bei mehreren Düsen der Querschnittssurnm.e der einzelnen Strahlen.The compression of the first. Parts of the mixing tube. educated, Mixture flowing at supersonic speed now happens according to the invention in a constriction forming the second part of the mixing tube. But you are allowed to the narrowing of the mixing tube only drive so far that the narrowest point The speed of sound of the mixture is never fallen below, because otherwise the flow in the first part of the mixing tube is disturbed. From the known initial speed of the mixture and its thermal properties can be calculated how large the narrowest cross-section of the constriction must be in order for loss-free compression there to reach the limit of the speed of sound. The consideration the inevitable frictional losses leads to the narrowest cross-section around one Little to continue. However, the experiment shows, that these friction losses at expedient choice of the ratios only an insignificant increase in the narrowest Make the place of the mixing tube necessary. As an external feature of the built according to the invention Jet pump can therefore also apply that compared to the known designs of jet devices, which constricted at subsonic speed with a Effortlessly work, here the mixing tube is extremely narrowed. In general the narrowest point of the mixing tube is even smaller here than the Oui section of the exiting jet of working fluid or, if there are several nozzles, the cross-sectional size e of the individual rays.

Der wesentliche physikalische Unterschied gegenüber den bekannten Ausführungen liegt darin, daß dort die Verdichtung des mit Unterschallgeschwindigkeit strömenden Gemisches im wesentlichen in einem kegelförmig erweiterten Effusor geschieht, während der Erfinder entdeckt hat; daß es praktisch möglich und zweckmäßig ist, das Gemisch mit Überschallgeschwindigkeit strömen zu lassen und es in einem kegelförmig verengten Mischrohre zu verdichten. Bringt man hinter dem erfindungsgemäß verengten Teile des Mischrohres eine Wiedererweiterung an, so- muß in dieselbe das Gemisch mit einer etwas unter der Schallgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit eintreten, weil, gemäßbekannten physikalischen Gesetzen _ ein allerdings -nur unbedeutender Verdichtungsstoß in .der eng steh Stelle bzw. kurz hinter derselben eintritt, derart, daß die Geschwindigkeit des Gemisches beim Verlassen der engsten Stelle näherungsweise ebensoviel unter seinerSchallgeschwindigkeit liegt, als sie vor dem Eintritt in die Verengung darüber lag. Es ist daher möglich, das nach Durchtritt durch die engste Stelle nunmehr mit Unterschallgeschwindigkeit abströmende Gemisch in der erwähnten Wiedererweiterung unter gleichzeitigem weiteren Druckgewinn zu verzögern.The main physical difference compared to the known The reason for this is that there is the compression of the subsonic speed flowing mixture happens essentially in a conically widened effusor, while the inventor has discovered; that it is practically possible and expedient, Let the mixture flow at supersonic speed and turn it into a cone to compress constricted mixing tubes. If you bring it behind the narrowed according to the invention If the mixing tube is to be extended again, the mixture must be in the same enter at a speed slightly below the speed of sound, because, according to well-known physical laws, an admittedly only insignificant one Compression shock in .der closely stand position or just behind it occurs in such a way that the speed of the mixture when leaving the narrowest Position is approximately as much below its speed of sound as it was above it before entering the constriction. It is therefore possible that after passage Mixture flowing through the narrowest point at subsonic speed in the mentioned re-expansion with simultaneous further pressure gain delay.

Die Abbildung zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. A ist die Düse für die Arbeitsflüssigkeit (Dampfdüse), deren kegelförmig erweiterter Auslauf die Arbeitsflüssigkeit mit Überschallgeschwindigkeit entläßt. Bei B wird die zu. verdichtende Förderflüssigkeit zugeführt. In dem ersten zylindrischen Teil C des Mischrohres D wird Arbeits- und Förderflüssigkeit zu einem ebenfalls mit Überschallgeschwindigkeit strömenden Gemisch vereinigt. In der folgenden Verengung, deren engste Stelle mit E bezeichnet ist, wird das Gemisch verdichtet und bis in die Nähe der Schallgeschwindigkeit verzögert. Kurz hinter E findet der Übergang von überschallgeschwindigkeit zuUnterschallgeschwindigkeit statt. In dem letzten förmig erweiterten Teil F wird unter weiterem Druckgewinn das Gemisch bis auf verhältnismäßig kleine Gesch.-,vindigkeiten verzögert.The figure shows an embodiment of the invention. A is the Nozzle for the working fluid (steam nozzle), whose cone-shaped widened outlet the working fluid discharges at supersonic speed. At B it becomes. compressing fluid supplied. In the first cylindrical part C of the Mixing tube D is working and delivery fluid to one also with supersonic speed flowing mixture combined. In the following narrowing, its narrowest point with E, the mixture is compressed and close to the speed of sound delayed. Shortly after E there is the transition from supersonic speed to subsonic speed instead of. In the last enlarged part F there is a further gain in pressure the mixture is delayed except for relatively small speeds.

Gemäß vorstehender Erfindung gebaute Strahlpumpen lassen sich auch durch Hintereinanderschaltung zu stufenweiser Verdichtung der Förderflüssigkeit benutzen. Die Anwendung der Überschallgeschwindigkeit in den Mischrohren schließt aus bekannten physikalischen Gründen dabei die gegenseitige Rückwirkung der einzelnen Stufen aufeinander aus, so daß auch die stufenweis hintereinander geschalteten Strahlpumpen mit vollkommener Ruhe arbeiten.Jet pumps constructed in accordance with the above invention can also be used through series connection to gradual compression of the pumped liquid use. The application of supersonic speed in the mixing tubes closes for known physical reasons, the mutual reaction of the individual Steps off one another, so that the jet pumps, which are stepped one behind the other, are also used work with complete calm.

Claims

PA, rF-rrT-AxspRuc $: Process for conveying compressible liquids by means of a jet device, characterized in that the mixture of working and liquid to be pumped through at supersonic speed. initially cylindrical held mixing tube and then the same in a narrowing part is compressed to its speed of sound with as little loss as possible.