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Publication number: DEC0006530MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 13. Oktober 1952 Bekanntgemacht am 29. September 1955Registration date: October 13, 1952. Advertised on September 29, 1955

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Vakuum oder Überdruck mit Hilfe mehrerer hintereinandergeschalteter Injektoren.The invention relates to a device for generating vacuum or overpressure with the aid of several series-connected injectors.

Dampfinjektoren sind seit sehr langer Zeit bekannt, und auch das Betriebsverhalten einstufiger Dampfinjektoren — einen solchen zeigt Abb. ι — ist bereits mehifach beschrieben. Aus einer amerikanischen Veröffentlichung ist z. B. die Bedeutung der Beziehung zwischen Diffusorhals d und engstem Querschnitt e der Treibdüse für einstufige Dampf inj ektoren bekannt, wobei jedoch die Treibdüse keine Erweiterung nach Art der Lavaldüse hat. Normalerweise ist die Treibdüse, besonders bei mehrstufigen Dampfstrahlluftsaugaggregaten, wo fast immer eine überkritische Expansion erfolgt, eine ganz normale Lavaldüse, deren Berechnung und Verhalten hinreichend bekannt sind. Jedoch reichen diese Erkenntnisse nicht einmal aus, um einen einstufigen Injektor so zu konstruieren, daß er bei gegebenem Treibdampfdruck eine vorgeschriebene Luft- bzw. Dampfmenge aus einem gewünschten Vakuum mit Sicherheit fördert. Die gebräuchlichen mehrstufigen Dampfstrahlluftsaugaggregate sind ausschließlich auf Grund empirischer Werte konstruiert. Die Literatur enthält keinerlei Angaben, nach denen die Berechnung oder Konstruktion mehrstufiger Dampfstrahlluftsaugaggregate oder Dampfstrahlkälteanlagen vorgenommen werden könnte.Steam injectors have been known for a very long time, and the operating behavior of single-stage steam injectors - one such is shown in Fig. 1 - has already been described several times. From an American publication z. B. the importance of the relationship between the diffuser neck d and the narrowest cross section e of the driving nozzle for single-stage steam injectors known, but the driving nozzle has no extension of the Laval nozzle type. Normally the motive nozzle, especially in multi-stage steam jet air suction units, where supercritical expansion almost always takes place, is a completely normal Laval nozzle, the calculation and behavior of which are sufficiently known. However, these findings are not even sufficient to design a single-stage injector in such a way that, with a given motive steam pressure, it delivers a prescribed amount of air or steam from a desired vacuum with certainty. The common multi-stage steam jet air suction units are designed exclusively on the basis of empirical values. The literature does not contain any information according to which the calculation or construction of multi-stage steam jet air suction units or steam jet cooling systems could be carried out.

Da die Kompressionsleitung eines Dampf inj ektors begrenzt ist, müssen zur Erreichung eines hohen Vakuums bzw. niedrigen Druckes von einigen TorrSince the compression line of a steam injector is limited, must be to achieve a high Vacuum or low pressure of a few Torr

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C 6530 IaI27dC 6530 IaI27d

mehrere Injektoren hintereinandergeschaltet werden, WoI)Ci der jeweilige Treibdampf, wie Abb. 2 zeigt, durch dazwischcngesehalW te Kinspritz- oder Oberflächenkondensatoren nu d^igeschlagen wird. Somit ist das Erreichen ein.:; b. stimmten Vakuums durch unterschiedliche Auslegung der Zwischenstufen auf verschiedenen Wegen möglich. Dadurch besteht die (iefalir, dal.i die einzelnen Stufen nicht gleichmäßig belastet werden und infolgedt ssen nicht mit optimalem Wirkungsgrad arbeiten.several injectors are connected in series, WoI) Ci the respective motive steam, as Fig. 2 shows Intermediate injection molded or surface capacitors is now struck. So that is Reach a.:; b. correct vacuum through different design of the intermediate stages on different Because of possible. As a result, the (iefalir, dal.i the individual stages do not exist uniformly are burdened and as a result do not eat optimally Working efficiency.

Der Kifmdung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bestimmte Menge I.uft bzw. Dampf oder (iase aus einem gewünschten Vakuum bei gegebenem Treibdampfdnick mit Hilfe mehrerer hintereinander schalteter, aber harmonisch aufeinardi r abgestimmter Injektoren zu fördern.The Kifmdung is an object of a certain amount I.uft or vapor or (IASE from a desired vacuum, for a given Treibdampfdnick with the help promote or more serially switched, but harmonious aufeinardi r tuned injectors.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß für die Konstruktion eines Dampfinjektors gemäß Abb. 1 nur der Durchmesser des Diffusorhalscs d, der engste Durchmesser c und der Öffnungsdurchmesser b der Treibdüse maßgebend sind, während alle anderen Abmessungen des Dampfinjektors einer Grundform geometrisch ähnlich sind. Diese drei Durchmesser müssen in einem ganz bestimmten Verhältnis zueinander stehen, das sich nach den gegebenen Verhältnissen, wie gewünschtes Vakuum, zu fördernde Gasmenge und Treibdanipfdnick, richtet. Das Öffnungsverhältnis Ö ist das Verhältnis des Öi'fmmgsdurchmessers b zum engsten Durchmesser f der Treibdüse (s. Abb. 1), und das Durchmesserverhältnis D ist das Verhältnis des Diflusorhalsdurchmessers d zum engsten Durchmesser c der Treibdüse, d. h. Ö =--■ bjc und /) (//ι¹. Ö und 1) sind die Kennwerte des Strahlers.The invention is based on the knowledge that for the construction of a steam injector according to Fig. 1 only the diameter of the diffuser neck d, the narrowest diameter c and the opening diameter b of the propellant nozzle are decisive, while all other dimensions of the steam injector are geometrically similar to a basic shape. These three diameters must be in a very specific relationship to one another, which depends on the given conditions, such as the desired vacuum, the amount of gas to be conveyed and the driving force. The opening ratio Ö is the ratio of the diameter b to the narrowest diameter f of the propellant nozzle (see Fig. 1), and the diameter ratio D is the ratio of the diffuser neck diameter d to the narrowest diameter c of the propellant nozzle, ie Ö = - ■ bjc and /) (// ι ^1. Ö and 1) are the characteristic values of the radiator.

Abb. 2 zeigt sehematisch einen fünfstufigen Dampfstrahlapparat mit den Injektoren 1 bis 5, den zwischen die Stufen geschalteten Öberilächenkondensatoren «I, />' und (.' und dem atmosphärisch belüfteten Dampfvernichter Ii. Der Rezipicnt ist mit /) bezeichnet.Fig. 2 shows sehematisch a five-stage steam jet apparatus to the injectors 1 through 5, the inter-stage Öberilächenkondensatoren "I, />'and(.' And atmospherically ventilated Dampfvernichter Ii. The Rezipicnt is /), respectively.

Erlindungsgemäß sind die Hauptabmessungen, nämlich der engste Durchmesser d des Diffusors, der engste Durchmesser c der Treibdüse und der Öffnungsdurchmesser b der Treibdüse der einzelnen Injektoren so aufeinander abgestimmt, daß die Kennwerte, d. h. log (//('und log bjt· der einzelnen Injektorstufen, in doppelt logarithinischen Koordinaten dargestellt, auf einer Geraden liegen, wobei zweckmäßig die Unterteilung der Zwischenstufen durch Aufteilung in logarithmisch etwa gleich große Druckstufen erfolgt. Damit sind die Hauptdurchmesser der Injektoren harmonisch aufeinander abgestimmt, wodurch die einzelnen Stufen gleichmäßig belastet und aus den unzähligen Kombinationsmöglichkeiten die jeweils bestmöglichen in Anwendung gebracht werden.According to the invention, the main dimensions, namely the narrowest diameter d of the diffuser, the narrowest diameter c of the motive nozzle and the opening diameter b of the motive nozzle of the individual injectors are coordinated in such a way that the characteristic values, i.e. log (// ('and log bjt , shown in double logarithinic coordinates, lie on a straight line, whereby the intermediate stages are appropriately subdivided into logarithmically roughly equal pressure stages. This means that the main diameters of the injectors are harmoniously coordinated, which means that the individual stages are evenly loaded and the innumerable possible combinations are applied in the best possible way.

Der Diffusorhalsdurchmesscr ist auf doppelt logarithmischen Koordinaten eine lineare Funktion vom Knickvakuum in Torr vor dem Injektor und von der Knickleistung in kg/h der betreffenden Stufe. Zwischen dem Öffnungsverhältnis Ö der Treibdüse und dem sogenannten Knickvakuum, d. h. dem Vakuum bei maximaler Förderleistung bzw. Knicklcistung in Torr, besteht bei doppelt logarithmischer Darstellung eine lineare Bczkhung. Zu jedem E^dwikuiim eines Injektors gehört ein bestimmtes, vom der Förderleistung unabhängiges Öffnungsverhältnis und je nach dem niedrigsten Treibdampfdruck ein ganz bestimmtes, optimales, von der Förderleistung gleichfalls unabhängiges Durchmesserverhältnis D. In der Regel sind die Durchflußquerschnitte der Injektoren kreisförmig, mitunter haben sie aber auch eine andere Form, z. B. elliptisch oder ringartig. Man hat auch schon Injektoren gebaut, bei denen mehrere Treibdüsen auf denselben Diffusor arbeiten. In diesen Fällen muß mit einem sogenannten äquivalenten Durchmesser gerechnet werden, d. h. mit dem Durchmesser desjenigen go Kreises, der mit dem tatsächlichen Durchflußqusrsclmitt flächengleich ist.The diffuser neck diameter is a linear function of the buckling vacuum in Torr in front of the injector and of the buckling capacity in kg / h of the relevant stage on double logarithmic coordinates. Between the opening ratio Ö the motive nozzle and the so-called buckling vacuum, ie the vacuum at maximum capacity or Knicklcistung in Torr, consists in a double logarithmic representation is a linear Bczkhung. Every E ^ dwikuiim of an injector has a certain opening ratio, independent of the delivery rate, and, depending on the lowest motive steam pressure, a very specific, optimal diameter ratio D that is also independent of the delivery rate. As a rule, the flow cross-sections of the injectors are circular, but sometimes they have also another form, e.g. B. elliptical or ring-like. Injectors have also been built in which several propulsion nozzles work on the same diffuser. In these cases, a so-called equivalent diameter must be used, ie the diameter of the circle that has the same area as the actual flow rate.

In Abb. 3 sind die Kennlinien, auf denen alle Kennwerte der einzelnen Injektoren liegen, für Kompressionsverhältnisse eines jeden Injektors von 2,3 bis 3,3 dargestellt, wobei unter Kompressionsverhältnis das Verhältnis der Drücke im Kondensator und im Mischraum, d. h. vor und hinter jedem Injektor K_st = -^In Fig. 3, the characteristic curves, on which all characteristic values of the individual injectors lie, are shown for compression ratios of each injector from 2.3 to 3.3, with the compression ratio being the ratio of the pressures in the condenser and in the mixing chamber, ie in front of and behind each Injector K _st = - ^

(s. Abb. 1), verstanden wird. Andererseits liegen die Kennwerte je nach dem vorhandenen Treibdampfdruck auf der für die jeweilige Stufe zuständigen zu der linearen Kennlinie etwa senkrecht stehenden optimalen Treibdampfdrucklinie. Diese ist in der Zeichnung für 2,5 atü ausgezogen und für 2 atü gestrichelt dargestellt.(see Fig. 1), is understood. On the other hand, they lie Characteristic values depending on the existing motive steam pressure on the person responsible for the respective stage the optimal motive steam pressure line, which is approximately perpendicular to the linear characteristic. This is in the drawing pulled out for 2.5 atmospheres and shown in dashed lines for 2 atmospheres.

example

Ein vierstufiger Dampfstrahler für 2,5 atü minimalen Treibdampfdruck mit folgenden Abmessungen:A four-stage steam jet for a minimum motive steam pressure of 2.5 atü with the following dimensions:

Difiiisurliiils-
(liiR'.lim. rfDifiiisurliiils-
(liiR'.lim. rf Treibdanipf-
durchni. e Treibdanipf-
through e Durcliinesser-
vcrhältn. D Durcliinesser-
behave D. log. ηlog. η Oflnungs-
durclim. b Opening
durclim. b 8,08.0 4,24.2 1,901.90 0,280.28 5,95.9 J 1,0J 1.0 3,83.8 2,842.84 o,45o, 45 7,57.5 21,021.0 4,54.5 4,684.68 0,670.67 14,214.2 35,535.5 4,54.5 7,887.88 0,890.89 25.325.3

öffnungsverhältn. Öopening ratio Ö

log. O log. O

I. StufeI. stage

1,971.97

5.625.62

0,14
0,29
0,50
o,750.14
0.29
0.50
o, 75

ergab mit drei Einspritzkondensatoren die in Abb. 4 ersichtliche Leistungskurve. Kennzeichnend und hervorzuheben ist die Druckunabhängigkeit aller Stufen des Strahlers in dem Bereich von 2,4 bis 3 atü.resulted in the performance curve shown in Fig. 4 with three injection capacitors. Characteristic and to be highlighted is the pressure independence of all stages of the radiator in the range from 2.4 to 3 atmospheres.

Die gestrichelten Linien der Abb. 4 stellen die Leistungskurven bei dem optimalen Treibdampfdruck \^ron 2,4 atü dar. Die ausgezogenen Linien zeigen die Leistungskurve für den gleichen Strahler bei einem Treibdampfdruck von 3 atü. Man sieht daraus, daß für einen bestimmten Strahler die Erhöhung des Treibdampfdrucks über den optimalen Wert trotz des dadurch hervorgerufenen stark erhöhten Dampfvcr-The dashed lines of Fig. 4 represent the performance curves at the optimum stripping steam pressure \ ^r on 2.4 atm. The solid lines show the output curve for the same radiator atm at a motive vapor pressure of 3. It can be seen from this that for a certain radiator the increase in the motive steam pressure above the optimal value despite the greatly increased steam pressure caused by it.

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C 6530 Ia/27 dC 6530 Ia / 27 d

brauchs nur eine geringfügige Leistungssteigerung ergibt.only results in a slight increase in performance.

Claims

PATENT CLAIMS:
5

i. Device for generating vacuum or overpressure with the help of several series-connected Injectors, characterized in that the main dimensions, namely the narrowest

ίο Diameter d of the diffuser, the narrowest diameter e of the driving nozzle and the opening diameter b of the driving nozzle of the individual injectors are coordinated so that the characteristic values, i.e. log ά'Je and log b each of the individual injector stages, are shown in double logarithmic coordinates, lie on a straight line, the intermediate stages expediently being subdivided into logarithmically approximately equal pressure stages.

2. Device-according to claim 1, characterized in that that the first two to three injector stages by water jet conveyor or other Vacuum pumps, e.g. B. water ring pumps are replaced, which are to be interpreted so that their performance is equal to the performance of one or more injectors whose characteristic values are based on the in Claim 1 mentioned straight line lie.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the free passages of the Injectors not circular, but z. B. are ring-shaped and for calculating the characteristic values an equivalent diameter is used instead of the main dimensions.

4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the propellant nozzle is divided into several nozzles, with an equivalent diameter to be expected for all narrowest diameters e and all opening diameters b.

5. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that instead of steam as the driving medium Air or another gas is used.

1 sheet of drawings