DE61760A - Boiling liquid pressure generator for remote motion transmitters - Google Patents
Boiling liquid pressure generator for remote motion transmittersInfo
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Description
KAISERLICHESIMPERIAL
PATENTAMT.PATENT OFFICE.
Apparate, bei welchen durch Erwärmung oder in anderer Weise erzeugte Drucke durch lufterfüllte Röhren (pneumatisch) fortgepflanzt und zur Bewegung von Membranen.verwendet werden, sind bekannt, ebenso solche, bei welchen die Membranbewegung zur Bethätigung von Ventilen, Schiebern oder elektrischen Contacten verwendet wird; hieraus ergiebt sich der Vortheil, dafs diese Bethätigung von einer aufserhalb des Gehäuses in beliebiger Entfernung liegenden Stelle möglich ist und eine Stopfbüchse nicht angewendet zu werden braucht. Als Typus einer solchen bekannten Vorrichtung kann die in Fig. 1 dargestellte gelten. Der völlig abgedichtete Raum A, den die Membrane m1 abschliefst, ist mit Luft gefüllt. Dieser ganze Bestandtheil soll als Druckerzeuger A bezeichnet werden. Die Leitung!, mit den zugehörigen Erweiterungen e und e1 und der Membrane m sei Uebertrager L genannt. Auch der Uebertrager ist völlig abgedichtet und mit Luft gefüllt.Apparatuses in which pressures generated by heating or otherwise are propagated through air-filled tubes (pneumatic) and used to move membranes are known, as are those in which the membrane movement is used to operate valves, slides or electrical contacts; from this there is the advantage that this operation is possible from a point outside the housing at any distance and a stuffing box does not need to be used. The type shown in FIG. 1 can apply as a type of such a known device. The completely sealed space A, which the membrane m 1 closes off, is filled with air. This whole component shall be referred to as pressure generator A. The line !, with the associated extensions e and e 1 and the membrane m, is called transformer L. The transmitter is also completely sealed and filled with air.
Wird auf die Membrane m] dadurch ein Druck ausgeübt, dafs man die Luft im Druckerzeuger .4 erwärmt, so wird m1 in den Raum von L hinein- und daselbst die Luft zusammengedrückt. Die Ausdehnung derselben bewirkt ein Hervortreiben der Membrane m und eine Bewegung des Ventils v. Erkaltet die Luft in A, so ziehen sich die Membranen wieder ein.If a pressure is exerted on the membrane m ] by heating the air in the pressure generator .4, m 1 is pushed into the space of L and there the air is compressed. The expansion of the same causes a propulsion of the membrane m and a movement of the valve v. If the air in A cools, the membranes retract again.
Durch Weglassen der Membrane m1 erhält man eine vereinfachte Form, bei welcher man die Erwärmung an irgend einer Stelle des Uebertragers (der Leitung), der jetzt auch als Druckerzeuger dient, vornehmen kann.By omitting the membrane m 1 , a simplified form is obtained in which the heating can be carried out at any point on the transmitter (the line), which now also serves as a pressure generator.
Der Hauptnachtheil derartiger pneumatischer Apparate, welcher eine erfolgreiche Anwendung derselben für praktische Zwecke in den meisten Fällen hindert, besteht darin, dafs die pneumatischen Drucke, welche bei den in der Praxis anwendbaren Dimensionen und Temperaturdifferenzen erzeugt werden können, häufig nicht ausreichen, jene Kräfte zu erzielen, welche nöthig sind, um die gewünschten Bewegungen hervorzubringen und besonders auch den dichten Abschlufs von Ventilen zu ver-r bürgen.The main drawback of such pneumatic apparatus, which is a successful application which in most cases prevents it from being used for practical purposes consists in the fact that the pneumatic Pressures, which in practice applicable dimensions and temperature differences can be generated, are often not sufficient to achieve the forces which are necessary to produce the desired movements and especially to ensure the tight closure of valves guarantee.
Diesem Nachtheile begegnen die folgenden Neuerungen:The following innovations counter this disadvantage:
a) Einschlufs einer bei bestimmter Temperatur siedenden tropfbaren Flüssigkeit in dem Druckerzeuger A;a) inclusion of a drip liquid boiling at a certain temperature in the pressure generator A ;
b) Anordnung eines Vacuums in A neben der dort eingeschlossenen Siedeflüssigkeit;b) Arrangement of a vacuum in A next to the boiling liquid enclosed there;
c) Ersatz der zusammendrückbaren Luft im Uebertrager durch eine unzusammendrückbare (tropfbare) Flüssigkeit, also Ersatz der pneumatischen Uebertragung durch eine hydraulische.c) Replacement of the compressible air in the transmitter by an incompressible one (drip) liquid, i.e. replacement of the pneumatic transmission by a hydraulic one.
Die Wirkungsweise der mit den Neuerungen versehenen Vorrichtung ist folgende:The mode of operation of the device provided with the innovations is as follows:
Durch Erwärmen bei A (Druckerzeuger) auf eine Temperatur i°, die über dem Siedepunkt der eingeschlossenen Flüssigkeit liegt, wird gesättigter Dampf von jenem Druck erzeugt, der i° entspricht. Dieser ganze Druck wird mittelst der Membrane «j1 und der Flüssigkeit im Uebertrager auf die mit dem Ventil verbundene Membrane übertragen.By heating at A (pressure generator) to a temperature i °, which is above the boiling point of the enclosed liquid, saturated vapor is generated at the pressure which corresponds to i °. The whole pressure is transferred by means of the diaphragm "j 1 and the liquid in the transformer and to the connected to the valve membrane.
Erkaltet A wieder, so condensirt der eingeschlossene Dampf, neben der Flüssigkeit ent- When A cools down again, the enclosed vapor condenses, along with the liquid.
steht ein Vacuum, die beiden Membranen sammt der Uebertragungsfiüssigkeit werden vom äufseren Luftdruck, der hier fast in seiner ganzen Stärke wirkt, gegen A hin eingedrückt, und das mitgenommene Ventil ν mit einer Kraft bethätigt, die bei einem pneumatischen Apparate nicht zu erreichen ist.If there is a vacuum, the two membranes together with the transfer fluid are pressed towards A by the external air pressure, which acts here almost in its full strength, and the entrained valve ν is actuated with a force which cannot be achieved with a pneumatic apparatus.
Bei der vereinfachten Form verdampft nur dort, wo die Leitung erhitzt wird, ein Theil der Siedeflüssigkeit, der Rest besorgt die hydraulische Uebertragung. Beim Erkalten condensirt der Dampf wieder, es entsteht ein Vacuum und der äufsere Ueberdruck biegt die Membrane wieder ein.In the simplified form only a part evaporates where the pipe is heated the boiling liquid, the rest takes care of the hydraulic transmission. When cooling The steam condenses again, a vacuum is created and the external overpressure bends it Membrane back on.
Wie aufserordentlich grofs die Vermehrung der Kräftewirkungen ist, welche durch Anwendung der angegebenen Neuerungen bei sonst gleichen Raumdimensionen des Apparates erzielt wird, möge folgendes Beispiel zeigen.How extraordinarily great is the increase in the effects of forces which are produced by application the specified innovations is achieved with otherwise the same spatial dimensions of the apparatus, the following example may show.
Die Dimensionen eines Apparates nach Fig. ι seien folgende:The dimensions of an apparatus according to FIG. 1 are as follows:
Rauminhalt des Druckerzeugers A ioo cbcm, Rauminhalt des Uebertragers L V0 = 1000 cbcm, Raumverdrängung durch die Membrane m x 5 cbcm, verfügbare Temperaturgrenzen io° und 1800C.Volume of the pressure generator A ioo cubic centimeters, volume of the transformer L V 0 = 1000 cubic centimeters, spatial displacement m through the membrane x 5 cubic centimeters, available temperature limits io ° and 180 0 C.
i. Die Füllung sei Luft vom Drucke einer Atmosphäre bei ioQ C.i. The filling is air with the pressure of one atmosphere at io Q C.
Der Druck, mit welchem das Ventil bei 10° von der Membrane in seine Lage gezogen wird, ist Null, es mufs eine andere Kraft, etwa die Schwere des Ventils, dies besorgen.The pressure with which the valve is pulled into its position by the membrane at 10 °, is zero, another force, such as the weight of the valve, has to do this.
Wird die Luft in A auf i8o° erwärmt, so wächst ihr Druck, wenn p0 der Atmosphärendruck ist, auf:If the air in A is heated to 180 °, its pressure increases when p 0 is atmospheric pressure:
( 1 ( 1
P=Po l· + P = Po l +
273273
somit um ρ —p0 =p0 thus around ρ - p 0 = p 0
180
273180
273
d. i. etwas weniger als 2/3 Atmosphären.di slightly less than 2/3 of atmospheres.
Dieser Ueberdruck kann aber nicht voll auf die Membrane m übertragen werden. Der Ueberdruck· in A kann nämlich nur die Membrane m1 um ihren ganzen Gang niederdrücken, d. h. im Uebertrager eine Volumenverminderung von 5 cbcm erzeugen.However, this excess pressure cannot be fully transferred to the membrane m . The overpressure in A can only depress the membrane m 1 by its entire length, ie it can produce a volume reduction of 5 cbcm in the transmitter.
. Ist nun p1 der Druck der Luftfüllung in dem verminderten Volumen (v0 —$), so ist bekanntlich. If p 1 is the pressure of the air filling in the reduced volume (v 0 - $), it is known
Po
die Po
the
"0—5
Druckvermehrung"0-5
Pressure increase
oder, weil V0 = 1000 cbcm,or, because V 0 = 1000 cbcm,
P —Po P —Po
PoPo
— Atmosphäre.- The atmosphere.
191191
Dieser Ueberdruck hat aber auch diesen kleinen Werth nur so lange, als die Membrane m nicht ausweicht.But this overpressure only has this small value as long as the membrane m does not give way.
2. Die Füllung im Druckerzeuger A sei Luft, jene im Uebertrager L eine unzusammendrückbare Flüssigkeit. Jetzt wird der volle, in A erzeugte Ueberdruck, also etwas weniger als 2/3 Atmosphäre, auf die Membrane m übertragen.2. Let the filling in the pressure generator A be air, that in the transmitter L an incompressible liquid. Now the full, generated in A positive pressure is therefore slightly less transmitted as 2/3 atmosphere m to the diaphragm.
3. Die Füllung im Druckerzeuger sei Wasser, neben einem kleinen Vacuum, jene im Uebertrager eine unzusammendrückbare Flüssigkeit, z. B. Glycerin.3. Let the filling in the pressure generator be water, next to a small vacuum, that in the transmitter an incompressible liquid, e.g. B. glycerin.
Im Vacuum beträgt der Druck des Wasserdampfes bei 100C. Y82 Atmosphäre.In a vacuum, the pressure of the water vapor at 10 ° C. is 82 atmospheres.
Der Ueberdruck von aufsen auf die Membrane m, welche das Ventil in seinen Sitz zieht, beträgt somit:The overpressure from outside on the membrane m, which pulls the valve into its seat, is thus:
ι ' 81 ·ι '81 ·
ι ^- = —— Atmosphäre.ι ^ - = --— atmosphere.
8282
Also ca. ι kg pro Quadratcentimeter.So about ι kg per square centimeter.
Wird das Wasser im Raum A auf 18o°
wärmt, so beträgt hier der Druck des gesättigten Dampfes, der nun erzeugt wird, ca. 10,
der Ueberdruck also 9 Atmosphären.If the water in room A is at 18o °
warms, then the pressure of the saturated steam, which is now generated, is about 10, the excess pressure is 9 atmospheres.
Diesen ganzen Druck überliefert der Uebertrager L an die Membrane m, welche das Ventil bewegt. The transmitter L transfers all of this pressure to the membrane m, which moves the valve.
Ein Vergleich der Resultate ergiebt:A comparison of the results shows:
Apparat ohne
NeuerungenApparatus without
Innovations
Apparat mitApparatus with
den
Neuerungenthe
Innovations
O atO at
8l
"82"8l
"82"
atat
atat
9 at9 at
Ueberdruck von aufsen
auf die Membrane bei
io0 C. (Schlufs desOverpressure from outside
on the membrane
io 0 C. (conclusion of
Ventils)Valve)
Ueberdruck von innen
auf die Membrane bei
i8o° G. (Oeffnen des 191
Ventils)Overpressure from inside
on the membrane
18o ° G. (opening of 191
Valve)
Nebst der sehr kräftigen, mit relativ grofsem Druck erfolgenden Bethätigung hat die mit den Neuerungen versehene Vorrichtung auch den Vortheil, dafs die Wirkung in dem Augenblick, wo die Siedetemperatur der Flüssigkeit in A über- oder unterschritten wird, sehr rasch erfolgt.In addition to the very vigorous operation, which takes place with relatively great pressure, the device provided with the innovations also has the advantage that the effect takes place very quickly at the moment when the boiling temperature of the liquid in A is exceeded or undershot.
Einen anderen wesentlichen Vortheil ergiebt der Umstand, dafs der Siedepunkt einer Flüssigkeit mit dem Druck sich ändert. Dieser läfst sich dazu ausnutzen, die Temperatur, bei welcher die Bethätigung erfolgen soll, dadurch zu verändern, dafs man z. B. das Ventil mehr oder weniger belastet.Another essential advantage is the fact that the boiling point of a liquid with the pressure changes. This can be used to determine the temperature at which the activity should be changed by the fact that one z. B. the valve more or less burdened.
Als Beispiel einer Anwendung der beschriebenen Neuerungen zeigen die Fig. 2 und 3 einen beim Erlöschen der Flamme automatisch wirkenden Leuchtgasabschlüfs.As an example of an application of the innovations described, FIGS. 2 and 3 show a luminous gas discharge that works automatically when the flame is extinguished.
Als Druckerzeuger A und Uebertrager L dienen hier dünnwandige Röhrchen, welche gleich dem Raum e mit einer bei etwa 80 ° siedenden Flüssigkeit (Benzol und andere Kohlenwasserstoffe haben sich bewährt) gefüllt ist.Thin-walled tubes serve as pressure generator A and transmitter L , which, like space e , is filled with a liquid boiling at about 80 ° (benzene and other hydrocarbons have proven their worth).
Durch Anziehen des Ventils ν bei kaltem Brenner wird die Membrane m, entgegen der Kraft des auf ihr liegenden äufseren Luftdruckes, etwas herabgezogen. Hierdurch entsteht einer-By pulling the valve ν when the burner is cold, the membrane m is pulled down a little against the force of the external air pressure on it. This creates a
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