EP0224527A1 - Device for transforming a fluid flow - Google Patents

Device for transforming a fluid flow

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Publication number
EP0224527A1
EP0224527A1 EP86903364A EP86903364A EP0224527A1 EP 0224527 A1 EP0224527 A1 EP 0224527A1 EP 86903364 A EP86903364 A EP 86903364A EP 86903364 A EP86903364 A EP 86903364A EP 0224527 A1 EP0224527 A1 EP 0224527A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
core
flow
fluid
spiral
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP86903364A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Istvan Majoros
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Majoros Istvan
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0224527A1 publication Critical patent/EP0224527A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65GTRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G53/00Conveying materials in bulk through troughs, pipes or tubes by floating the materials or by flow of gas, liquid or foam
    • B65G53/34Details
    • B65G53/58Devices for accelerating or decelerating flow of the materials; Use of pressure generators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/10Mixing by creating a vortex flow, e.g. by tangential introduction of flow components
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15DFLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00Influencing flow of fluids
    • F15D1/0015Whirl chambers, e.g. vortex valves

Definitions

  • the invention relates to a device for converting a fluid flow of a first type into a fluid flow of a second type according to the preamble of claim 1.
  • Such devices are known from various fields of technology.
  • There are cyclone dust separators which are constructed in such a way that a dust-containing gas flows in through the flow channel which opens tangentially into the chamber at a relatively high pressure, a vortex flow occurring inside the chamber and the dust collecting on the peripheral wall of the chamber due to the centrifugal force.
  • the gas which has now been cleaned, can leave the cyclone separator through an axially arranged passage opening.
  • the side wall of the chamber which has the axial passage opening, generally does not run perpendicular to the chamber axis, but rather at a relatively acute angle to it, in order to keep flow losses low.
  • the invention has for its object to develop a device according to the preamble of claim 1 such that the most favorable flow conditions are obtained.
  • the basic idea of the invention is to generate such a fluid flow within the chamber that it has the shape of a spiral potential vortex. It is thus very effectively possible to convert a fluid which is under a high pressure but has a low flow rate to one which has a high flow rate and a very low pressure.
  • rxw const.
  • r is the distance of a point from the vortex axis
  • w is the flow velocity of the fluid at this point.
  • the indices 1 and 2 refer to two different points and n is a constant, where 0 ⁇ n ⁇ . If n is 1, the conditions are the same as for a potential vortex with closed flow paths.
  • FIGS. 1A and 1B show sectional views of a chamber, which is bounded by a peripheral wall 1, which extends over a spiral arch, and side walls 11 and 12.
  • the peripheral wall 1 runs as shown over an angle that is greater than 360 °, so that there is an overlap area ⁇ .
  • the angle ⁇ can be up to about 30 °.
  • a flow channel opens tangentially into the chamber at the periphery of the chamber.
  • the side walls 11 and 12 are even.
  • the peripheral wall 1 is a spiral, flat surface. It is assumed here that the side walls of the tangential flow channel are flat with the side walls 11 and 12 of the chamber.
  • the upper wall 4 and the lower wall 5 of the tangential flow channel 3 are also flat and each extend perpendicular to the side walls, so that the tangential flow channel 3 has a rectangular cross section, which decreases towards the chamber.
  • the tangential flow channel 3 merges into the overlap area of the peripheral wall 1 and at the inner end of the peripheral wall 1 there is then a passage area 6 which has a rectangular cross-sectional area A 1 .
  • a spiral-shaped guide surface 2 is arranged concentrically to the peripheral wall 1 within the peripheral wall 1. This guide surface 2 extends over an angle which is at least 360 °, but is greater than 360 ° in the illustration according to FIG. 1A. At the inner end of the spiral guide surface 2, a passage area 7 is thus formed which has the cross-sectional area A 2 .
  • FIGS. 1A and 1B which serve to explain the basic principle, a spiral guide surface is arranged within the peripheral wall 1. However, this is not necessary if an opening is provided in at least one of the side walls 11, 12 through which the fluid flowing in a vortex shape can escape in the axial direction while maintaining its vortex flow.
  • an elongated core with a circular cross-section is arranged in the chamber, which extends through an opening with the formation of an annular gap in one of the side walls, then the flow circulating near the circumference of the elongated core can escape through the annular gap, whereby its vortex movement in the essentially bites.
  • a cylindrical flow channel adjoins the passage opening and has the same diameter as the passage opening, the fluid flows through this flow channel over a long distance while maintaining its vortex movement. Over time, the fluid velocity of the fluid flow decreases due to the friction and a normal axial fluid flow arises. If the flow channel then widens to the passage opening in the side wall, it acts Extension as a diffuser, so that an increasing pressure increase of the fluid takes place in the axial direction of the diffuser.
  • the elongated core can advantageously also have a continuous, inner flow channel which runs in the axial direction and which opens out at the end remote from the annular gap to the outside of the chamber.
  • a negative pressure is generated at the opening of the inner flow channel of the core, so that a fluid can be sucked in through the inner flow channel.
  • the fluid entering the chamber and exiting in a spiral through the annular gap would be a propellant fluid. Because of the spiral flow of the propellant fluid passing through the annular gap, the propellant jet flows continuously without fluttering, so that this arrangement is highly efficient.
  • the chamber which extends transversely to the axis of the chamber Actuator provided, which at least comes close to the inner surface of the peripheral wall.
  • the peripheral surface of the actuator can also be in contact with the inner wall of the peripheral wall or sealing means can be provided between the peripheral wall of the actuator and the inner surface of the peripheral wall of the chamber.
  • This actuator can preferably be moved along the chamber axis, so that the chamber can be divided into two rooms. Assume that the actuator is located in the median plane of the chamber. If fluid flows into the chamber, a spiral flow can only arise in the region of the chamber which is delimited by the actuator and the side wall having the passage opening, since only here can fluid escape through the annular gap. Fluid is also in the other part of the chamber, since fluid from the tangential flow region can continue to enter this part of the chamber through the passage area. However, this fluid remains "stationary" and has a pressure as it is in the passage area.
  • Actuator is very close to the side wall through which the elongated core extends to form an annular gap, the friction losses on the side wall and the surface of the actuator can be so great that the formation of a spiral eddy flow of the Fluids is severely hindered or even prevented.
  • flow conditions would exist, as is the case with the known, for example poppet valves, in which uncontrollable vortices form in the passage gap.
  • the friction forces mentioned do not prevent the formation of a spiral flow, a uniform flow is maintained, and since no uncontrollable eddies are formed, no disturbing noises occur.
  • the elongated core can be arranged in a stationary manner and the actuator can be displaceable relative to the core. But it is also possible to firmly connect the actuator to the core and to arrange the elongate core slidably. These two possibilities can also be used in the context of the invention if the elongate core has a continuous, inner flow channel. Care must be taken, however, that when the actuator is fixedly connected to the elongated core, the core is sufficiently long that it extends through the chamber from one side wall to the opposite regardless of its position of displacement. This prevents fluid in the chamber from entering the inner flow channel of the elongated core.
  • the elongated core can also be designed as a hollow cylinder which extends through the passage opening and with its outer surface touches the inner peripheral surface of the passage opening.
  • the end of the hollow cylindrical core protruding beyond the passage opening is closed.
  • a cone preferably adjoins, which tapers away from the elongated core.
  • the hollow cylindrical core is open to the chamber, fluid which flows in the shape of a vortex can enter the core while maintaining its vortex flow and can exit the core through the regions of the slots which are located outside the passage opening.
  • the longitudinal surfaces of the slots through which the fluid flows should be designed in such a way that the lowest possible flow losses occur.
  • these inflow surfaces of the slots can be flat and beveled, or they can also be provided with a streamlined profile.
  • the elongated core has a conically tapering end section at its downstream end in order to achieve favorable flow conditions.
  • the invention also encompasses that the entire elongated core tapers toward its downstream end. This has the consequence that when the elongate core is displaced in the direction of its longitudinal axis, the passage area of the annular gap can be changed as a function of the displacement position of the elongate core.
  • the invention it is also possible to connect at least two of the devices according to the invention to one another in terms of flow.
  • One possibility is to provide two chambers, the lateral passage openings of which are connected to one another via a circular cylindrical piece of pipe.
  • a common core extends through the two chambers and the connecting tube.
  • the device acts as a diffuser and the outflow device acts as a confuser.
  • fluid with low flow rate and high pressure is converted into fluid with high flow rate and low pressure and then into fluid with low flow rate and high pressure.
  • an axial, elongated core can be rotatably arranged, on which guide elements extending in the radial direction are attached, which extend as close as possible to the spiral guide surface 2 (FIG. 1A).
  • An axial opening through which a fluid can enter is provided in at least one of the side walls.
  • the guide elements extending in the radial direction from the elongated core can be designed such that their radial extent depends on the angle of rotation of the rotatable, elongated core. It can thereby be achieved according to the invention that the guide elements with their ends remote from the axis are as close as possible or preferably in contact with the inner surface of the spiral guide surface over the largest angular range of their circumferential rotation. In this way, an effective fluid movement or fluid delivery is achieved.
  • the scope of the invention strived to obtain a spiral potential vortex within the respective chamber. Because of the validity of the continuity equation, the amount of fluid flowing into the chamber per unit of time is equal to that per unit of time. the amount of fluid flowing out of the fluid chamber. Furthermore, the flow velocity of the fluid in the various layers of the spiral potential vortex depends on the shape of the side walls. If, for example, the side walls of the chamber approach each other towards the chamber axis, the area of a fictitious passage gap is reduced if its height remains unchanged in the radial direction. As a result, there is also a change in the fluid flow rate.
  • an actuator is provided in the chamber, it can also be designed in accordance with an inclined side wall.
  • 1A and 1B is a schematic representation of a device according to the invention for explaining the basic idea of the invention
  • 2A is a longitudinal sectional view of a first embodiment according to the invention
  • Figure 2B. 3 shows a sectional illustration along the line II-II in FIG. 2A
  • FIG. 3A shows a second embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 3B is a sectional view taken along the line III-III in Fig. 3A,
  • FIG. 6A shows a fifth embodiment according to the invention
  • FIG. 6B is a sectional view taken along the line VI-VI in Fig. 6A,
  • FIG. 7B is a sectional view taken along the line VII-VII in Fig. 7A,
  • a chamber 10 is defined by the inner peripheral wall 1, which runs along a spiral arch, and by side walls 11 and 12, which are perpendicular to the
  • An inlet channel 3 opens tangentially into the chamber 10 and is delimited by walls 4 and 5 running parallel to the chamber axis and by side walls (not shown).
  • the tangential inlet channel 3 opens into the chamber 10 at a first passage area 6.
  • the passage area 6 has a surface A 1 and has a rectangular cross section.
  • the side walls 4 and 5 of the inlet duct 3 merge tangentially into the end sections of the peripheral wall 1.
  • the side wall 12 is formed with a circular passage opening 8.
  • An elongated core 13 is arranged concentrically to the chamber axis in the chamber 10 and extends through the side wall 12 of the chamber 10 to form an annular gap with the cross-sectional area A 2 .
  • the core 13 has a circular cylindrical section 14 and an adjoining, conically tapering section 15.
  • a plate-shaped actuator is attached, which extends perpendicular to the chamber axis and is located with its peripheral surface in the immediate vicinity of the inner surface of the peripheral wall 1.
  • the peripheral surface of the actuator 16 can also touch the inner surface of the peripheral wall 1 or sealing means can also be provided between the peripheral surface of the actuator 16 and the peripheral wall 1.
  • peripheral wall 1 extends along a spiral arc and the peripheral surface of the actuator 16 is in the immediate vicinity of the peripheral wall 1 or touches it, means should be provided to prevent the core 13 from rotating. If such means are not provided, there is a risk that when the core 13 rotates, the peripheral surface of the actuator 16 is jammed with the peripheral wall 1.
  • an opening 18 through which a rod 17 extends, which is attached at one end to the actuator 16 or to the core 13 itself.
  • An unspecified sealing device such as an O-ring, is between the
  • the rod 17 serves to enable an axial displacement of the core 13 and of the actuator 16 attached to it.
  • a flow channel 19 adjoins the passage opening 8, which has a conically widening section 12 which adjoins the side wall 12 and which is adjoined by a cylindrical tube 21 with a constant cross section.
  • the width of the inlet-side passage area extends essentially over the entire width of the chamber, but space is provided on both sides of the inlet-side passage area for receiving the actuator 16 in its respective end positions.
  • the plate-shaped actuator 16 In the position of the core 13 and the actuator 16 shown in FIG. 2A, the plate-shaped actuator 16 has a position in which the actuator 16 divides the passage region 6 on the inlet side into two sections.
  • a fluid now flows through the tangential inlet channel 3, it reaches the part of the chamber 10 delimited by the actuator 16 and the side wall 11 on the one hand and the part of the chamber 10 delimited by the actuator 16 and the side wall 12 on the other hand 2A, the chamber 10 is divided into a small partial space and a large partial space on the side of the passage opening 8.
  • both subspaces of the chamber fill. Since fluid can escape through the annular gap between the cylindrical section 14 of the core 13 and the inner wall of the passage opening 8, a vortex-shaped flow in the form of a spiral fluid potential vortex is created in the larger part of the chamber.
  • Chamber 10 has no flow since there is no outlet opening. After formation of the spiral fluid potential vortex, a corresponding spiral fluid flow arises in the larger subspace of the chamber 10, the flow speed of which at the circumferential area of the cylindrical portion 14 is largest.
  • the fluid flow circulating in the immediate vicinity of the circumferential surface of the cylindrical section 14 of the core 13 emerges from the chamber while maintaining its rotational movement through the annular gap and reaches the conically widening tube section 20 as an axially shifting rotational flow. Since the elongated core 13 has a conically tapering end section 15, no uncontrolled vortices occur, but the fluid flows along a spiral in the axial direction. Because the pipe section
  • the cross-sectional area of the inlet-side passage area can be changed, that is to say, the inlet-side passage area into the part of the chamber 10 which is delimited by the side wall 12 and the actuator 16. If the area of this inlet-side passage area is reduced, only a smaller amount of fluid can enter the chamber 10 per unit of time. By moving the core 13, the amount of fluid passage can thus be changed. This also changes the pressure difference between the inlet-side fluid pressure and the outlet-side fluid pressure when it has been rebuilt by converting the kinetic energy of the fluid.
  • the characteristic curve which indicates the relationship between the flow rate per unit of time and the pressure difference between the inlet side and the outlet side, depends on the respective cross-sectional ratio between the area of the inlet-side passage area and the outlet-side passage area, i.e. the area of the annular gap.
  • the course of the characteristic curve mentioned can be influenced by changing this ratio.
  • a conical section which tapers in the direction of the passage opening 8 and to which the conical section 15 adjoins, or the entire section, can be used
  • Core 13 can be designed to taper conically. If such a configuration of the core 13 is present, the area of the annular gap changes as a function of the displacement position of the core 13. The smaller the distance between the actuator 16 and the side wall 12, the smaller the cross-sectional area of the annular gap.
  • Fig. 3A shows a second embodiment in partial longitudinal section
  • Fig. 3B shows a cross section along the line III-III in Fig. 3A.
  • the elongated core 13 has a cylindrical section and is formed with an inner flow channel 25 which extends in the longitudinal direction of the elongated core 13.
  • the core 13 also extends through an axial opening 26 formed in the side wall 11.
  • the core is by means of a sealing device, such as an O-ring 13 sealingly guided in this opening 26.
  • a cylindrical tube piece 19 adjoins the side wall 12 of the chamber 10 and has the same inner diameter as the passage opening 8 in the side wall 12.
  • the core 13 can be moved axially, whereby the length of the end section with which the
  • Core 13 extends into the tube 19, an annular gap always being formed between the outer surface of the end section of the core 13 and the inner wall of the passage opening 8.
  • An actuator 16 is also provided here, which is designed in the same way as in the first embodiment and has the same function.
  • a spiral potential flow is formed, as in the first embodiment, the flow layer close to the core of which has a high flow velocity.
  • This flow layer can flow in the axial direction while maintaining its rotational movement through the annular gap into the tube 19.
  • a vacuum is created in the tube 19, so that a vacuum is present at the opening of the inner flow channel 25, which is not shown, which is remote from the chamber, so that it is remote from the chamber
  • Opening the inner flow channel 25 a fluid can be sucked. This gives the effect of a jet pump.
  • the third embodiment according to the invention shown in FIG. 4 differs from that in FIG. 3A in that a further elongate core 30 is provided, which has a central cylindrical section
  • the cylindrical portion 31 has and has a circular cross-sectional area
  • the further elongated core 30 extends with its one end section 32 and a section of its cylindrical section 31 into the inner one.
  • the volume flow ratio between the driving jet and the suction jet can be influenced by selecting the size of the annular gap area.
  • the difference between the mode of operation of the second embodiment according to FIGS. 3A and 3B and the third embodiment according to FIG. 4 essentially consists in the fact that due to the rotary movement of the fluid passing through the annular gap, the fluid entering through the inner flow channel 25 also has an opening area Rotational movement is imposed, in which the further elongated core 30 extends. 4, the flow course of the fluid flowing through the chamber 10 is shown by a solid, spiral line. The spiral, broken line is intended to indicate the flow pattern of the fluid entering through the inner flow channel 25. It is advantageously achieved that the fluid flowing out of the annular gap and the fluid flowing out of the inner flow channel 25 into the tube 19 mix quickly with one another due to the common rotational movement.
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment, which differs from the third embodiment according to FIG. 4 essentially in that the core 13 is stationary and cannot be displaced, that a conically widening tube section 35 connects to the cylindrical tube 19, and that the downstream end section 33 of the further elongated core 30 is formed with guide elements 36.
  • the mode of operation is the same as in the third embodiment.
  • the flared tube section 35 which connects to the cylindrical tube 19, acts as a diffuser, thereby reducing the flow rate of the fluid flow.
  • the guide elements 36 which the cone-shaped end section 33 has, serve to deflect the rotational flow movement of the fluid in such a way that an exclusive as quickly as possible axial flow is achieved. As a result, considerable pressure build-up is obtained even at a short distance from the conically widening tube section 35, and there is therefore only a slight or no rotational movement of the flow.
  • the embodiment shown in FIG. 5 can, for example, be used as a mixing device for two fluids.
  • FIG. 6A and 6B show a fifth embodiment of the invention.
  • This fifth embodiment differs from the fourth embodiment according to FIG. 5 in that, instead of a conically widening tube section 35, a device 40 is connected to the cylindrical tube 19, which also has a chamber 10, which has side walls 11 and 12 and a spiral peripheral wall 1 is limited. An outlet channel 3 also opens tangentially into this chamber 10.
  • the downstream end of the tube 19 is connected directly to the chamber 10, ie a corresponding passage opening is provided in the side wall 11.
  • a hollow cylinder 40 is arranged axially concentrically in the chamber 10. Passage slots 41 extending parallel to the cylinder axis are formed in the jacket of the hollow cylinder 40. 6A, the downstream end portion of the further elongated core 30 does not taper, but retains its cylindrical shape like the cylindrical portion 31.
  • a fluid flowing through the left chamber in FIG. 6A undergoes a spiral flow movement in this chamber 10 and occurs while being maintained the rotational movement through the annular gap into the tube 19.
  • Through the inner flow Fluid 25 drawn through channel 25 also flows spirally through tube 19, namely both fluids flow together spirally around cylindrical portion 31 and move axially to the right in FIG.
  • the axially extending surfaces of the passage slots 41 are shaped so that the lowest possible flow resistance occurs for the passage of the fluid.
  • FIG. 7A and 7B show a longitudinal sectional view and cross-sectional view of a sixth embodiment according to the invention.
  • a chamber 10 is also provided here, which is delimited by a peripheral wall 1 and side walls 11, 12 running along a spiral arch.
  • An opening 8 is formed in the side wall 12.
  • Connected to the side wall 12 in the region of the opening 8 is a pipe section 19 which has a larger diameter than that Has opening 8.
  • a core 13 has a hollow cylindrical section 44, to which a preferably conically tapering section 46 connects downstream. At the connection point between the hollow cylindrical section 44 and the conical section 46, the hollow cylindrical section 44 is closed.
  • a rod 17 is attached centrally, which extends through the hollow cylindrical section 44 and through an opening (not shown) in the side wall 11 to the outside of the chamber 10.
  • the rod 17 is sealingly guided in the opening of the side wall 12, not shown.
  • the outer diameter of the hollow cylindrical section 44 is chosen to be so large that the peripheral surface of the hollow cylindrical section 44 lies essentially sealingly on the inner surface of the opening 8.
  • a sealing device can also be provided in order to achieve a reliable seal.
  • Passage slots 45 extending in the axial direction are formed in the jacket of the hollow cylindrical section 44.
  • the conical section 46 of the core 13 supports a uniform flow, so that the occurrence of undesirable turbulence is hindered. Since the fluid enters the tube 19 with a rotational movement component, it continues to flow in a spiral in this tube until the rotational flow component becomes smaller and smaller over time, so that an axial fluid flow finally occurs.
  • the axially extending surfaces of the passage slots 45 are preferably shaped so that no losses occur, i.e. these surfaces are adapted to the fluid flow.
  • the seventh embodiment shown in FIG. 8 is an example of how various of the previously discussed embodiments combine with each other can be renated.
  • An elongated core 13 extends from the chamber 10 into the pipe section 19 '. This core 13 can be moved in the axial direction by means of the rod 17 protruding from the chamber 10.
  • the core 13 is formed with an inner flow channel 25, the axial opening of which is located in the chamber 10 is closed.
  • the end portion of the core 13 facing the chamber 10 is formed with axial through slots 47.
  • an actuator 16 which extends from the circumferential surface of the core 13 to the circumferential wall 1' of the chamber 10 'and is designed in a manner corresponding to the actuators 16 already described in connection with the other embodiments.
  • This actuator 16 in the chamber 10 ' also has the same function as the actuators already described.
  • the core 13 is sealingly guided in the side wall 11 'of the chamber 10' and a seal 49 is provided for sealing.
  • the inside diameter of the pipe section 19 is only slightly larger than the outside diameter of the elongated core 13.
  • the inside diameter of the pipe section 19 ' is somewhat larger than the outside diameter of the core 13, which overall has the shape of a hollow cylinder, so that in the area of the pipe section 19' Ring channel is formed. If a fluid flows through the chamber 1, which enters the chamber 10 through the associated tangential flow channel 3, a spiral fluid flow arises which also at least partially flows around the end section of the core 13 projecting into the chamber 10 and thereby through the the area of the passage slots 47 located in the chamber 1 reaches the inner flow channel 25 of the elongated core 13. The fluid flow is spiral-shaped inside the flow channel 25, as is indicated by the broken lines. Through the open, conically widening end at 27, the fluid flow arrives from the interior of the flow channel 25 into the pipe section 19 '.
  • the embodiment according to FIG. 8 can be used for mixing two fluids or as a jet pump.
  • the fluids flow into the chambers 10 and 10 'each under the action of a positive pressure.
  • the fluid flows into the chamber 10 'under a positive pressure and in the region of the pipe section 19' a negative pressure is created which propagates through the inner flow channel 25, the through-slots 47, the chamber 10 up to the tangential flow channel 3.
  • a fluid can be sucked in through the tangential flow channel 3, which reaches the pipe section 19 ′ at the open end of the inner flow channel 25.
  • both fluids have a spiral flow in the tube section 19 '.
  • the toroidally widening tube section 48 acts as a diffuser, so that the rotational component of the flow becomes smaller, and an axial flow is established over time.
  • the length of the passage slits 47 is chosen such that the Dur ⁇ h ' slits 47 extend in the longitudinal direction substantially over the entire width of the chamber 10 when the elongated core 13 is shifted all the way to the left in FIG. 8.
  • Fig. 9 shows an eighth embodiment in which two "basic forms" of the invention are interconnected. As can be seen from FIG. 9, the two chambers 10 and 10 ′ are connected to one another via a cylindrical tube section 19. Along the longitudinal axis of the two
  • Chambers extends a core 13 slidably arranged in the longitudinal direction, which has an actuator 16 at the end located in the chamber 10.
  • the actuator 16 is followed by a rod 17, which is fixedly connected to the elongated core 13 and protrudes outwards through the chamber 10 through an opening in the side wall 11, which opening is not specified.
  • the core 13 extends with the end section opposite the actuator 16 in a circular, closed continuation of the side wall 12 '. This continuation and the unspecified opening in the side wall 11 of the chamber 10 serve to guide the core 13 . and its shift.
  • the rod 17 is sealed off from the side wall 11.
  • the inside diameter of the pipe section 19 is considerably larger than the outer diameter of the cylindrical core 13.
  • a fluid flowing into the chamber 10 through the tangential flow channel 3 forms a spiral flow vortex in this chamber 10, the fluid flowing around the outer surface of the elongated core 13 several times.
  • the fluid flow circulating around the core 13 moves in the axial direction through the pipe section
  • FIG. 9 can be compared with the mode of operation of a Venturi nozzle, because fluid entering the chamber 10 under higher pressure at low speed reaches a high flow rate at low pressure within the pipe section 19, and this becomes a high fluid flow rate reduced in the chamber 10 ', again, a pressure is built up in the tangential flow channel 3'.
  • the flow rate through the entire device can be set due to the mode of operation of the actuator 16, as has already been discussed above. If the chambers 10 and 10 'are identical, the same conditions as with a Venturi nozzle are obtained without the actuator 16 but with the core 13, or with the chamber 10 fully open.
  • the use of a fluid potential vortex according to the invention in connection with devices has been described in which the elongated core was stationary or movable.
  • the invention also encompasses devices in which a rotatably arranged core is provided which is arranged in a chamber with a peripheral wall which extends along an arc or spiral arc.
  • the choice of the type of curvature of the peripheral wall depends on the flow conditions in the transition region between the peripheral wall and the flow channel opening tangentially into the chamber. In this regard, it is important how much the flow velocity has changed after one revolution along the peripheral wall. In other words, it has to be taken into account whether or not two flow layers that come into contact with one another in the transition region between the tangential flow channel and the chamber have a greater speed difference.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a cross section of a device according to the invention with a rotatably arranged core 60.
  • a peripheral wall 1 delimiting the chamber 10 runs along a spiral arch.
  • a flow channel 3 connects tangentially to this peripheral wall 1.
  • the transition area between the interior of the chamber 10 and the connection end of the flow channel 3 is designated by 6.
  • a spiral-shaped guide surface 2 is arranged in a stationary manner within the peripheral wall 1, so that the chamber 10 is divided into an interior and an annular space, the latter being delimited by the peripheral wall 1 and the spiral-shaped guide surface 2.
  • Side walls which cannot be seen in FIG. 10 are provided, so that a housing is formed overall.
  • An elongated core 60 is rotatably mounted in the interior of the chamber 10. From the core 60 extend radially outward.
  • the radial extension of the guide elements 61 is selected so that a free rotation of the core 60 about its longitudinal axis is possible.
  • the rotatable core 60 is rotatably mounted in a bearing device which is fastened to at least one of the side walls, not shown. Furthermore, there is a passage opening in at least one of the side walls, so that the interior space of the chamber 10 located within the spiral guide surface 2 has a flow connection to the outside of the device.
  • the device according to FIG. 10 is filled with a liquid. Furthermore, the passage opening in at least one of the side walls is to be connected in terms of flow to a liquid supply, and the rotatable core 60 is to be connected in terms of drive to a drive device, such as a motor (not shown).
  • a drive device such as a motor (not shown).
  • the liquid located in the interior of the chamber 10 is set in rotation and passes through the passage area 7, which is delimited in the radial direction by the end sections of the spiral guide surface 2, into the annular space of the chamber 10 already mentioned, forming in this annular space a spiral-shaped liquid flow arises, and the liquid layer flowing along the peripheral wall 1 passes through the passage area 6 into the tangential flow channel 3 and from there to the outside. Since liquid is conveyed into the annular space from the interior, a negative pressure is created in the interior, so that liquid is sucked out of the liquid supply through the passage opening which is in flow communication with the interior in at least one of the side walls.
  • the size of the pressure built up in the tangential flow channel 3 depends, inter alia. on the speed of the core 60 and thus on the rate of entry of the liquid into the passage area 7, and on the radial dimension of the peripheral wall 1. Furthermore, the cross-sectional area of the passage area 6 also plays a role, because because of the continuity equation, the amount of liquid flowing through the passage areas 6 and 7 per unit of time must be the same. The passage amount in turn depends on the respective flow velocity in these areas.
  • the guide elements 61 can also be designed within the scope of the invention in such a way that their radial extension depends on the rotational position of the core 60 changes.
  • the device according to the invention with a rotatable core according to FIG. 10 has very low losses during its operation, since favorable flow conditions result.
  • a rotatable core 50 is arranged in a chamber 10 delimited by an arcuate or spiral arcuate peripheral wall 1.
  • a flow channel 3 opens tangentially into the chamber 10, the passage area from the flow channel 3 into the chamber 10 being designated by 6. 11, which cannot be seen from a radial section, are provided which, together with the peripheral wall 1, form a housing.
  • a rotatable core, generally indicated at 56 Arranged in chamber 10 is a rotatable core, generally indicated at 56, which has a rotating shaft 50 which extends through at least one of the side walls. 11, the core 56 has two curved guide elements 57 and 57 '.
  • the two guide elements 57 and 57 ' have concave outer cylindrical surfaces 54 and 54', the geometric location of the generatrix of these cylindrical surfaces 54 and 54 'being a spiral arc.
  • the ends 51 and 52 of the outer surface 54 and the inner surface 58 of the guide element 57 are connected to one another via an inflow surface 53, which is curved into the space delimited by the outer surface 54 and the inner surface 58.
  • the inflow surface 53 is also a cylindrical surface. In this example, the geometrical location of the generatrix of this inflow surface 53 is a semicircle.
  • the outer surface 54 and the inner surface 58 are connected to one another via an arcuate cylindrical surface.
  • the guide element 57 ' is designed in the same way as the guide element 57, so that the preceding description also applies to the outer surface 54', the inner surface 58 ', the ends 51' and 52 'of these surfaces, the inflow surface 53' and the end region 55 '. of the guide element 57 'applies.
  • the core 56 having the guide elements 57 and 57 ' is rotatably mounted.
  • a passage opening preferably a passage opening concentric with the axis of rotation of the core 56, is provided in the side walls (not shown).
  • the operation of the device according to the invention will now be described in the case where the fluid is a liquid.
  • chamber 10 is filled with a liquid.
  • Further liquid should now flow into the chamber through the tangential flow channel 3.
  • This inflowing liquid passes through the passage area 6 into the interior of the chamber 10, and a spiral flow is formed in the chamber 10 which, as provided in the context of the invention, has the shape of a spiral liquid potential vortex.
  • the spiral fluid potential vortex rotates in the clockwise direction.
  • the reference numeral 60 denotes a section of a spiral flow path which is already very close to the rotatable core 56.
  • this flow path 60 is divided at the radially outer connecting edge between the inflow surface 53 and the outer surface 54 of the guide element 57 into a proportion which is between the connecting edge 51 of the inflow surface 53 and the outer surface 54 and the end region 55 'of the guide element 57' and is deflected towards the interior of the core 56 by the inflow surface 53.
  • the other portion of the flow path 60 continues to flow on the outer surface 54 of the guide element 57 and finally reaches the passage area which is delimited by the connecting edge 51 'between the outer surface 54' and the inflow surface 53 'of the guide element 57' and the end region 55 of the guide element 57 is.
  • the liquid flowing through this area strikes the inflow surface 53 ′ and is deflected by this toward the interior of the core 56.
  • the liquid deflected into the interior of the core 56 can reach the outside of the chamber 10 through the passage opening already mentioned into one of the side walls.
  • the outer surfaces 54 and 54 'of the guide elements 57 and 57' are curved such that the curvature has essentially the same course as that of the flow paths adjacent to the outer surfaces 54 and 54 '.
  • the passage areas through which the liquid enters the interior of the core 56 are to be dimensioned in this way. that their cross-sectional areas are adapted to the cross-sectional area of the passage area between the tangential flow channel 3 and the interior of the chamber 10.
  • the flow velocity of the liquid plays a role in the respective passage area, because the liquid volume flowing through the passage area 6 is equal to the amount of liquid flowing through the passage areas between the ends of the guide elements 57 and 57 '.
  • two guide elements 57 and 57 ' are provided, the respective inflow surfaces 53 and 53' of which are acted upon by liquid, so that the core 56 is set in rotation.
  • more than two guide elements can also be provided, the passage areas between the respective ends of the. Guiding elements with regard to their cross-sectional areas and the existing ones
  • Flow velocities should be designed in such a way that the conditions resulting from the continuity equation are fulfilled as well as possible.
  • the fact that a spiral liquid potential vortex is provided with a plurality of revolutions and the outer surfaces of the guide elements are designed in accordance with the spiral flow paths ensures that the inflow surfaces are continuously exposed to the fluid. As a result, there are extremely low vibrations and losses and the risk of cavitation is extremely low.
  • the device according to the invention described above can also be operated so that the rotatable Core 56 is driven by a drive device, wherein the direction of rotation is then reversed, ie the rotatable core 56 then rotates counterclockwise.
  • the device acts like a conveying device for a fluid which axially enters the interior of the core through the passage opening provided in at least one of the side walls and is conveyed through the contact surfaces of the guide elements into the chamber surrounding the core, in which then results in a spiral fluid potential vortex.
  • the fluid or the liquid enters the tangential flow channel at the periphery of the chamber.
  • a rotating, spiral-shaped fluid potential vortex is generated in a chamber with a circular-arc-shaped or spiral-arc-shaped circumferential wall, such that the fluid rotates several times around the axis of the chamber as it flows through the chamber.
  • Flow velocity of the fluid and n mean a constant, for which 0 ⁇ n ⁇ gilt applies.
  • n is greater than or equal to 1. The value for n depends on the intended purpose for which a device according to the invention is to be used.
  • the devices according to the invention can be operated or used with liquid, gaseous and vaporous fluids. It is also noted that with the invention Devices, the pipe flow resistance in the pipe adjoining a device according to the invention, in which the fluid moves in a spiral, can be reduced. In other words, this means that, compared to a purely axial flow, a flow spiraling in the axial direction has less friction loss, so that along the pipe section in which the flow still has a rotating component, less energy, which the fluid contains, of the fluid is released.

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Abstract

Un dispositif de transformation de l'écoulement d'un fluide comprend une chambre avec deux parois latérales et une paroi périphérique circulaire ou en spirale s'étendant entre les parois latérales. Un canal d'écoulement s'ouvre dans la chambre tangentiellement à la paroi périphérique. Un noyau allongé à section transversale circulaire est agencé axialement dans la chambre et s'étend dans une ouverture d'une paroi latérale en formant une fente annulaire. Pour n'importe quels deux points de l'écoulement du fluide à l'intérieur de la chambre, la condition w1r1n = w2r2n doit être essentiellement remplie, ri étant l'écart radial entre le point P1 de l'arc de cercle ou de spirale décrit par la paroi périphérique, wi étant la vitesse d'écoulement du fluide au point P1 et n une constante définie par 0 < n < . Ce dispositif permet de transformer un écoulement axial de fluide en un écoulement de fluide se déplaçant en spirale dans le sens axial, ou vice-versa. L'invention décrit diverses possibilités d'application de ce dispositif.A device for transforming the flow of a fluid comprises a chamber with two side walls and a circular or spiral peripheral wall extending between the side walls. A flow channel opens into the chamber tangentially to the peripheral wall. An elongated core of circular cross section is arranged axially in the chamber and extends into an opening in a side wall forming an annular slot. For any two points of the fluid flow inside the chamber, the condition w1r1n = w2r2n must be essentially fulfilled, ri being the radial deviation between the point P1 of the arc of a circle or of a spiral described by the peripheral wall, wi being the flow velocity of the fluid at point P1 and n a constant defined by 0 <n <. This device makes it possible to transform an axial flow of fluid into a flow of fluid moving in a spiral in the axial direction, or vice versa. The invention describes various possibilities of application of this device.

Description

Vorrichtung zum Umwandeln einer Fluidströmung Fluid flow converting device
B e s c h r e i b u n gDescription
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln einer Fluidströmung einer ersten Art in eine Fluidströmung einer zweiten Art gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device for converting a fluid flow of a first type into a fluid flow of a second type according to the preamble of claim 1.
Solche Vorrichtungen sind aus verschiedenen Gebieten der Technik bekannt. Es gibt Zyklonstaubabscheider, die derart aufgebaut sind, wobei ein staubenthaltendes Gas durch den tangential in die Kammer einmündenden Strömungskanal unter relativ hohem Druck einströmt, wobei innerhalb der Kammer eine Wirbelströmung entsteht und sich der Staub aufgrund der Zentrifugalkraft an der Umfangswand der Kammer ansammelt. Durch eine axial angeordnete Durchtrittsöffnung kann das nun gereinigte Gas den Zyklonabscheider verlassen. Die Seitenwand der Kammer, welche die axiale Durchtrittsöffnung aufweist, verläuft im allgemeinen nicht senkrecht zu der Kammerachse, sondern unter einem relativ spitzen Winkel zu dieser, um Strömungsverluste gering zu halten.Such devices are known from various fields of technology. There are cyclone dust separators which are constructed in such a way that a dust-containing gas flows in through the flow channel which opens tangentially into the chamber at a relatively high pressure, a vortex flow occurring inside the chamber and the dust collecting on the peripheral wall of the chamber due to the centrifugal force. The gas, which has now been cleaned, can leave the cyclone separator through an axially arranged passage opening. The side wall of the chamber, which has the axial passage opening, generally does not run perpendicular to the chamber axis, but rather at a relatively acute angle to it, in order to keep flow losses low.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart weiterbilden, daß möglichst günstige Strömungsverhältnisse erhalten werden.The invention has for its object to develop a device according to the preamble of claim 1 such that the most favorable flow conditions are obtained.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn zeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the in the Kenn Character of claim 1 specified features solved.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, innerhalb der Kammer eine solche Fluidströmung zu erzeugen, daß diese die Form eines spiralförmigen Potentialwirbels aufweist. Damit ist es in sehr wirkungsvoller Weise möglich, ein Fluid, welches unter einem hohen Druck steht, jedoch eine geringe Strömungsgeschwindigkeit aufweist, in ein solches umzuwandeln, welches eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und einen sehr niedrigen Druck aufweist.The basic idea of the invention is to generate such a fluid flow within the chamber that it has the shape of a spiral potential vortex. It is thus very effectively possible to convert a fluid which is under a high pressure but has a low flow rate to one which has a high flow rate and a very low pressure.
Anhand der schematischen Darstellung in den Fig. 1A und 1B soll das Grundprinzip des Potentialwirbels erläutert werden. Bei einem Wirbel mit geschlossenen Strömungsbahnen gilt, daß r x w = const. ist. Dabei ist r der Abstand eines Aufpunktes von der Wirbelach.se und w die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids an diesem Aufpunkt. Ein spiralförmiger Potentialwirbel ist ein solcher, bei dem im wesentlichen die Bedingung r1 n x w1 = r2 n x w2 erfüllt ist. Dabei beziehen sich die Indizes 1 und 2 auf zwei verschiedene Aufpunkte und n ist eine Konstante,wobei 0 < n ∞ ist. Wenn n gleich 1 ist, so liegen die Verhältnisse wie bei einem Potentialwirbel mit geschlossenen Strömungsbahnen vor.The basic principle of the potential vortex will be explained using the schematic illustration in FIGS. 1A and 1B. In the case of a vortex with closed flow paths, rxw = const. is. Here r is the distance of a point from the vortex axis and w is the flow velocity of the fluid at this point. A spiral-shaped potential vortex is one in which essentially the condition r 1 n xw 1 = r 2 n xw 2 is fulfilled. The indices 1 and 2 refer to two different points and n is a constant, where 0 <n ∞. If n is 1, the conditions are the same as for a potential vortex with closed flow paths.
Fig. 1A und 1B zeigen Schnittdarstellungen einer Kammer, die von einer Umfangswand 1 , die über einen Spiralbogen verläuft, und Seitenwänden 11 und 12 begrenzt ist. Die Umfangswand 1 verläuft gemäß der Darstellung über einen Winkel, der größer ist als 360°, so daß sich ein Überlappungsbereich α ergibt. Der Winkel α kann bis zu etwa 30º betragen. Am Umfang der Kammer mündet ein Strömungskanal tangential in die Kammer ein. Die Seitenwände 11 und 12 sind eben. Die Umfangswand 1 ist eine spiralförmig verlaufende, ebene Fläche. Es wird hier angenommen, daß die Seitenwände des tangentialen Strömungskanals plan mit den Seitenwänden 11 und 12 der Kammer sind. Ferner sei angenommen, daß die obere Wand 4 und die untere Wand 5 des tangentialen Strömungskanales 3 auch jeweils eben ist und sich jeweils senkrecht zu den Seitenwänden erstrecken, so daß der tangentiale Strömungskanal 3 einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, der sich zur Kammer hin verringert. Der tangentiale Strömungskanal 3 geht in den Überlappungsbereich der Umfangswand 1 über und am inneren Ende der Umfangswand 1 ergibt sich dann ein Durchtrittsbereich 6, der eine rechteckförmige Querschnittsfläche A1 aufweist.1A and 1B show sectional views of a chamber, which is bounded by a peripheral wall 1, which extends over a spiral arch, and side walls 11 and 12. The peripheral wall 1 runs as shown over an angle that is greater than 360 °, so that there is an overlap area α. The angle α can be up to about 30 °. A flow channel opens tangentially into the chamber at the periphery of the chamber. The side walls 11 and 12 are even. The peripheral wall 1 is a spiral, flat surface. It is assumed here that the side walls of the tangential flow channel are flat with the side walls 11 and 12 of the chamber. Furthermore, it is assumed that the upper wall 4 and the lower wall 5 of the tangential flow channel 3 are also flat and each extend perpendicular to the side walls, so that the tangential flow channel 3 has a rectangular cross section, which decreases towards the chamber. The tangential flow channel 3 merges into the overlap area of the peripheral wall 1 and at the inner end of the peripheral wall 1 there is then a passage area 6 which has a rectangular cross-sectional area A 1 .
Innerhalb der Umfangswand 1 ist eine spiralförmige Leitfläche 2 konzentrisch zu der Umfangswand 1 angeordnet. Diese Leitfläche 2 erstreckt sich über einen Winkel, der mindestens 360° beträgt, jedoch in der Darstellung gemäß Fig. 1A größer als 360° ist. Am inneren Ende der spiralförmigen Leitfläche 2 wird somit ein Durchtrittsbereich 7 gebildet, der die Querschni ttsfläche A2 aufweist.A spiral-shaped guide surface 2 is arranged concentrically to the peripheral wall 1 within the peripheral wall 1. This guide surface 2 extends over an angle which is at least 360 °, but is greater than 360 ° in the illustration according to FIG. 1A. At the inner end of the spiral guide surface 2, a passage area 7 is thus formed which has the cross-sectional area A 2 .
Es sei angenommen, daß ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, in den tangentialen Strömungskanal eintritt und beim Durchtrittsbereich 6 die mittlere Geschwindigkeit w1 aufweist. In der Kammer bildet sich zwischen der spiralförmigen Umfangswand 1 und der spiralförmigenIt is assumed that a fluid, in particular a liquid, enters the tangential flow channel and has the average speed w 1 at the passage area 6. In the chamber forms between the spiral peripheral wall 1 and the spiral
Leitfläche 2 eine spiralförmige Wirbelströmung aus, die durch den Durchtrittsbereich 7 in den Raum austritt, der durch die Innenfläche der spiralförmigen Leitfläche 2 und die beiden Seitenwände 11 und 12 der Kammer begrenzt ist. Selbstverständlich muß dieser Raum eine Auslaßöffnung für das Fluid aufweisen. Bei der Darstellung gemäß Fig. 1A verläuft die Umfangswand 1 längs eines Spiralbogens. Dadurch wird erreicht, daß die an die Umfangswand 1 anschließende Fluidströmungs- schicht nach einem Umlauf von 360° im wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit wie die Fluidströmungsschicht aufweist, welche am inneren Ende der spiralförmigen Umfangswand 1 in die Kammer mündet. Dadurch ergibt sich keine oder nahezu keine Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Fluidströmungsschichten, so daß keine Sekundärwirbelverluste auftreten. Wenn ein Fluid kontinuierlich durch die Kammer von dem Durchtrittsbereich 6 zu dem Durchtrittsbereich 7 strömt, so liegt ein spiralförmig "aufgewickeltes" Fluidströmungsband vor. Zwischen den einzelnen Lagen des Strömungsbandes tritt im wesentlichen keine Relativgeschwindigkeit auf, so daß im wesentlichen die Reibung zwischen dem Fluid und den Seitenwänden 11 und 12 der größte Verlustfaktor ist.Guide surface 2 from a spiral vortex flow which exits through the passage area 7 into the space which is limited by the inner surface of the spiral guide surface 2 and the two side walls 11 and 12 of the chamber. Of course, this space must have an outlet opening for the fluid. In the illustration according to FIG. 1A, the peripheral wall 1 runs along a spiral arch. It is thereby achieved that the fluid flow layer adjoining the peripheral wall 1 has, after a revolution of 360 °, essentially the same speed as the fluid flow layer which opens into the chamber at the inner end of the spiral peripheral wall 1. This results in no or almost no relative speed between the two fluid flow layers, so that no secondary vortex losses occur. When a fluid flows continuously through the chamber from the passage area 6 to the passage area 7, there is a spiral "wound" fluid flow band. There is essentially no relative speed between the individual layers of the flow band, so that essentially the friction between the fluid and the side walls 11 and 12 is the greatest loss factor.
In Fig. 1B ist der Abstand der Oberkante des Durchtritts- bereiches 6 von der Achse der Spirale mit R0, der Abstand der Unterkante des Durchtrittsbereiches 6 mit R1, der Abstand des äußeren Endes der spiralförmigen Leitfläche 2 mit R2 und der Abstand des inneren Endes der spiralförmigen Leitfläche mit R'2 bezeichnet,In FIG. 1B, the distance of the upper edge of the passage area 6 from the axis of the spiral with R 0 , the distance of the lower edge of the passage area 6 with R 1 , the distance of the outer end of the spiral guide surface 2 with R 2 and the distance of the designated R ' 2 on the inner end of the spiral guide surface,
Bei dem der Erläuterung des Grundprinzips dienenden Figuren 1A und 1B ist eine spiralförmige Leitfläche innerhalb der Umfangswand 1 angeordnet. Dies ist jedoch dann nicht erforderlich, wenn in mindestens einer der Seitenwände 11, 12 eine Öffnung vorgesehen ist, durch die das Wirbeiförmig strömende Fluid unter Beibehaltung seiner Wirbelströmung in axialer Richtung austreten kann.In FIGS. 1A and 1B, which serve to explain the basic principle, a spiral guide surface is arranged within the peripheral wall 1. However, this is not necessary if an opening is provided in at least one of the side walls 11, 12 through which the fluid flowing in a vortex shape can escape in the axial direction while maintaining its vortex flow.
Es wird noch darauf hingewiesen, daß, wenn die Höhe des Durchtrittsbereiches 6, welche gleich R0 minus R1 ist, einen relativ kleinen Wert aufweist, eine Fluidströmung in der Form eines spiralförmigen Potentialwirbels erhalten werden kann, wenn die Umfangswand 1 längs e ines Kreisbogens verläuft . Dann können nämlich solche Verhältnisse vorliegen, daß die relative Geschwindigkeit zwischen dem durch den Durchtrittsbereich 6 einströmen- den Fluid und dem Fluid, welches im wesentlichen einen ersten, vollen Umlauf durchgeführt hat, relativ klein ist, so daß nur geringfügige Strömungs- bzw. Reibungsverluste auftreten.It should be noted that if the height of the passage area 6, which is equal to R 0 minus R 1 , has a relatively small value, a fluid flow in the form of a spiral potential vortex can be obtained if the circumferential wall 1 along an arc runs. Then there may be conditions such that the relative speed between the fluid flowing through the passage area 6 and the fluid which has essentially carried out a first, full circulation is relatively small, so that only slight flow or friction losses occur .
Wenn in der Kammer ein länglicher Kern mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet ist, der sich durch eine Öffnung unter Bildung eines Ringspaltes in einer der Seitenwände erstreckt, so kann die nahe dem Umfang des länglichen Kernes umlaufende Strömung durch den Ringspalt hindurch austreten, wobei sie ihre Wirbelbewegung im wesentlichen beißehält. Wenn an die Durchtrittsöffnung ein zylinderförmiger Strömungskanal anschließt, der den gleichen Durchmesser wie die Durchtrittsöffnung aufweist, so strömt das Fluid durch diesen Strömungskanal über eine lange Strecke unter Beibehaltung seiner Wirbelbewegung. Mit der Zeit nimmt aufgrund der Reibung die Wirbelgeschwindigkeit der Fluidströmung ab und es entsteht eine normale axiale Fluidströmung. Erweitert sich der Strömungskanal anschließend an die Durchtrittsöffnung in der Seitenwand, so wirkt diese Er Weiterung als Diffusor, so daß in Achsrichtung des Diffusors ein zunehmender Druckanstieg des Fluids erfolgt.If an elongated core with a circular cross-section is arranged in the chamber, which extends through an opening with the formation of an annular gap in one of the side walls, then the flow circulating near the circumference of the elongated core can escape through the annular gap, whereby its vortex movement in the essentially bites. If a cylindrical flow channel adjoins the passage opening and has the same diameter as the passage opening, the fluid flows through this flow channel over a long distance while maintaining its vortex movement. Over time, the fluid velocity of the fluid flow decreases due to the friction and a normal axial fluid flow arises. If the flow channel then widens to the passage opening in the side wall, it acts Extension as a diffuser, so that an increasing pressure increase of the fluid takes place in the axial direction of the diffuser.
Der längliche Kern kann vorteilhafter Weise auch einen in Axialrichtung verlaufenden durchgehenden, inneren Strömungskanal aufweisen, welcher an dem von dem Ringspalt entfernten Ende nach außerhalb der Kammer mündet. An dem Ende des länglichen Kernes, der sich in einen an den Ringspalt anschließenden Strömungskanal erstreckt, wird an der Öffnung des inneren Strömungskanals des Kernes ein Unterdruck erzeugt, so daß durch den inneren Strömungskanal hindurch ein Fluid angesaugt werden kann. Das in die Kammer eintretende und durch den Ringspalt spiralförmig austretende Fluid wäre in diesem Fall ein Treibfluid. Wegen der spiralförmigen Strömung des durch den Ringspalt hindurchtretenden Treibfluids strömt der Treibstrahl kontinuierlich ohne Flattern, so daß diese Anordnung einen hohen Wirkungsgrad aufweist.The elongated core can advantageously also have a continuous, inner flow channel which runs in the axial direction and which opens out at the end remote from the annular gap to the outside of the chamber. At the end of the elongated core, which extends into a flow channel adjoining the annular gap, a negative pressure is generated at the opening of the inner flow channel of the core, so that a fluid can be sucked in through the inner flow channel. In this case, the fluid entering the chamber and exiting in a spiral through the annular gap would be a propellant fluid. Because of the spiral flow of the propellant fluid passing through the annular gap, the propellant jet flows continuously without fluttering, so that this arrangement is highly efficient.
Wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in dem inneren Strömungskanal des länglichen Kernes ein weiterer länglicher Kern, dessen Endabschnitte sich jeweils verjüngen, vorzugsweise konisch spitz zulaufen,so daß sich einer der sich verjüngenden Endabschnitte in den inneren Strömungskanal erstreckt, so erfährt das durch den inneren Strömungskanal strömende Fluid zumindest im Endbereich des inneren Strömungskanals auch eine spiralförmige Drehung, so daß sich das Treibfluid und das aus dem inneren Strömungskanal ausströmende Fluid ohne zusätzliche, Energie verbrauchende Wirbelbildung gut miteinander vermischen.If according to an advantageous development of the invention in the inner flow channel of the elongated core, another elongated core, the end sections of which taper, preferably taper conically, so that one of the tapering end sections extends into the inner flow channel, this is experienced by the inner one Fluid flowing in the flow channel, at least in the end region of the inner flow channel, also has a spiral rotation, so that the propellant fluid and the fluid flowing out of the inner flow channel mix well with one another without additional energy-consuming vortex formation.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist in der Kammer ein sich quer zur Kammerachse erstreckendes Stellglied vorgesehen, welches zumindest bis nahe an die Innenfläche der Umfangswand heranreicht. Die Umfangsfläche des Stellgliedes kann auch mit der Innenwandung der Umfangswand in Berührung stehen oder es können Dichtungsmittel zwischen der Umfangswand des Stellgliedes und der Innenfläche der Umfangswand der Kammer vorgesehen sein. Dieses Stellglied kann vorzugsweise längs der Kammerachse bewegt werden, so daß die Kammer in zwei Räume unterteilt werden kann. Es sei angenommen, daß das Stellglied in der Mittelebene der Kammer angeordnet ist. Wenn Fluid in die Kammer einströmt, so kann eine spiralförmige Strömung nur in dem Bereich der Kammer entstehen, die von dem Stellglied und der die Durchtrittsöffnung aufweisenden Seitenwand begrenzt ist, da nur hier Fluid durch den Ringspalt austreten kann. In dem anderen Teil der Kammer befindet sich auch Fluid, da in diesen Teil der Kammer weiterhin durch den Durchtritts- bereich hindurch Fluid aus dem tangentialen Strömungsbereich eintreten kann. Jedoch bleibt dieses Fluid "stationär" und weist einen Druck auf, wie er beim Durchtrittsbereich vorliegt.According to another development of the invention, there is one in the chamber which extends transversely to the axis of the chamber Actuator provided, which at least comes close to the inner surface of the peripheral wall. The peripheral surface of the actuator can also be in contact with the inner wall of the peripheral wall or sealing means can be provided between the peripheral wall of the actuator and the inner surface of the peripheral wall of the chamber. This actuator can preferably be moved along the chamber axis, so that the chamber can be divided into two rooms. Assume that the actuator is located in the median plane of the chamber. If fluid flows into the chamber, a spiral flow can only arise in the region of the chamber which is delimited by the actuator and the side wall having the passage opening, since only here can fluid escape through the annular gap. Fluid is also in the other part of the chamber, since fluid from the tangential flow region can continue to enter this part of the chamber through the passage area. However, this fluid remains "stationary" and has a pressure as it is in the passage area.
Da in dem mit dem Ringspalt verbundenen Teil der Kammer weiterhin eine spiralförmige Fluidströmung vorliegt, strömt das Fluid gleichmäßig durch diesen Teil der Kammer.Since there is still a spiral fluid flow in the part of the chamber connected to the annular gap, the fluid flows evenly through this part of the chamber.
Es wird darauf hingewiesen, daß dann, wenn sich dasIt should be noted that if the
Stellglied sehr nahe der Seitenwand befindet, durch die sich der längliche Kern unter Bildung eines Ringspaltes erstreckt, die Reibungsverluste an der Seitenwand und der Fläche des Stellgliedes so groß sein können, daß die Ausbildung einer spiralförmigen Wirbelströmung des Fluids stark behindert oder sogar verhindert wird. In diesem Fall würden Strömungsverhältnisse vorliegen, wie es bei den bekannten, z.B. Tellerventilen, der Fäll ist, bei denen sich im Durchtrittsspalt unkontrollierbare Wirbel bilden. Wenn jedoch die genannten Reibungskräfte die Ausbildung einer spiralförmigen Strömung nicht verhindern, so wird eine gleichförmige Strömung aufrecht- erhalten, und da sich keine unkontrollierbaren Wirbel bilden, treten auch keine störenden Geräusche auf.Actuator is very close to the side wall through which the elongated core extends to form an annular gap, the friction losses on the side wall and the surface of the actuator can be so great that the formation of a spiral eddy flow of the Fluids is severely hindered or even prevented. In this case flow conditions would exist, as is the case with the known, for example poppet valves, in which uncontrollable vortices form in the passage gap. However, if the friction forces mentioned do not prevent the formation of a spiral flow, a uniform flow is maintained, and since no uncontrollable eddies are formed, no disturbing noises occur.
Im Rahmen der Erfindung kann der längliche Kern ortsfest angeordnet und das Stellglied relativ zu dem Kern verschiebbar sein. Es ist aber auch möglich, das Stellglied fest mit dem Kern zu verbinden und den länglichen Kern verschiebbar anzuordnen. Diese beiden Möglichkeiten können im Rahmen der Erfindung auch dann angewandt werden, wenn der längliche Kern einen durchgehenden, inneren Strömungskanal aufweist. Es ist jedoch dann darauf zu achten, daß, wenn das Stellglied fest mit dem länglichen Kern verbunden ist, der Kern ausreichend lang ist, daß er sich unabhängig von seiner Verschiebestellung durch die Kammer von einer Seitenwand zur gegenüberliegenden erstreckt. Dadurch wird verhindert, daß sich in der Kammer befindendes Fluid in den inneren Strömungskanal des länglichen Kernes eintreten kann.In the context of the invention, the elongated core can be arranged in a stationary manner and the actuator can be displaceable relative to the core. But it is also possible to firmly connect the actuator to the core and to arrange the elongate core slidably. These two possibilities can also be used in the context of the invention if the elongate core has a continuous, inner flow channel. Care must be taken, however, that when the actuator is fixedly connected to the elongated core, the core is sufficiently long that it extends through the chamber from one side wall to the opposite regardless of its position of displacement. This prevents fluid in the chamber from entering the inner flow channel of the elongated core.
Im Rahmen der Erfindung kann der längliche Kern auch als ein Hohlzylinder ausgebildet sein, der sich durch die Durchtrittsöffnung erstreckt und mit seiner Mantelfläche die innere Umfangsfläche der Durchtrittsöffnung berührt. Das über die Durchtrittsöffnung hinausragende Ende des hohlzylinderförmigen Kernes ist geschlossen. In dem Zylindermantel sind längliche Durchtrittsschlitze ausgebildet, die sich vorzugsweise parallel zu der Längsachse des länglichen, hohlzylinderförmigen Kernes erstrecken. An das abgeschlossene Ende des länglichen Kernes schließt bevorzugt ein Konus an, der sich von dem länglichen Kern fort verjüngt.In the context of the invention, the elongated core can also be designed as a hollow cylinder which extends through the passage opening and with its outer surface touches the inner peripheral surface of the passage opening. The end of the hollow cylindrical core protruding beyond the passage opening is closed. There are elongated through slots in the cylinder jacket formed, which preferably extend parallel to the longitudinal axis of the elongated, hollow cylindrical core. At the closed end of the elongated core, a cone preferably adjoins, which tapers away from the elongated core.
Da bei dieser Ausbildung nach der Erfindung der hohlzylinderförmige Kern zur Kammer hin offen ist, so kann wirbeiförmig strömendes Fluid unter Beibehaltung seiner Wirbelströmung in den Kern eintreten und durch die Bereiche der Schlitze aus dem Kern austreten, die sich außerhalb der Durchtrittsöffnung befinden. Um günstige Strömungsverhältnisse zu haben, sollten die Längsflächen der Schlitze, über die das Fluid fließt, so ausgebildet sein, daß möglichst geringe Strömungsverluste auftreten. Beispielsweise können diese Anströmflachen der Schlitze eben und abgeschrägt oder auch mit einem strömungsgünstigen Profil versehen sein.Since in this embodiment according to the invention the hollow cylindrical core is open to the chamber, fluid which flows in the shape of a vortex can enter the core while maintaining its vortex flow and can exit the core through the regions of the slots which are located outside the passage opening. In order to have favorable flow conditions, the longitudinal surfaces of the slots through which the fluid flows should be designed in such a way that the lowest possible flow losses occur. For example, these inflow surfaces of the slots can be flat and beveled, or they can also be provided with a streamlined profile.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der längliche Kern an seinem stromabwärtigen Ende einen sich konisch verjüngenden Endabschnitt auf, um günstige Strömungsverhältnisse zu erzielen. Von der Erfindung wird auch umfaßt, daß sich der gesamte längliche Kern zu seinem stromabwärtigen Ende hin verjüngt. Dies hat zur Folge, daß, wenn der längliche Kern in Richtung seiner Längsachse verschoben wird, die Durchtrittsfläche des Ringspaltes in Abhängigkeit von der Verschiebestellung des länglichen Kernes veränderbar ist.According to an advantageous development, the elongated core has a conically tapering end section at its downstream end in order to achieve favorable flow conditions. The invention also encompasses that the entire elongated core tapers toward its downstream end. This has the consequence that when the elongate core is displaced in the direction of its longitudinal axis, the passage area of the annular gap can be changed as a function of the displacement position of the elongate core.
Wenn es erwünscht ist, bereits in geringer Entfernung von der Kammer eine im wesentlichen ausschließlich axiale Strömung zu haben, so können in dem Strömungska nal, in dem sich der Kern erstreckt, oder an dem stromabwärtigen Ende des Kernes, bevorzugt in dessen sich verjüngendem Abschnitt, Leitelemente vorgesehen sein, die die Wirbelströmung in Richtung zu einer axialen Strömung umlenken. Ferner kann, wenn möglichst schnell ein Druckanstieg stromabwärts der Kammer erhalten werden soll, ein Diffusor vorgesehen sein.If it is desired to have an essentially exclusively axial flow even at a short distance from the chamber, then in the flow chamber nal, in which the core extends, or at the downstream end of the core, preferably in its tapering section, guide elements are provided which deflect the vortex flow in the direction of an axial flow. Furthermore, if a pressure increase downstream of the chamber is to be obtained as quickly as possible, a diffuser can be provided.
Bei den bisherigen Erörterungen wurde im allgemeinen davon ausgegangen, daß ein Fluid durch den tangential zu der Kammer angeordneten Strömungskanal ein- und durch den Ringspalt austritt. Es ist aber auch möglich, die Strömungsrichtung umzukehren und eine wirbeiförmigeIn previous discussions, it was generally assumed that a fluid enters through the flow channel arranged tangentially to the chamber and exits through the annular gap. But it is also possible to reverse the direction of flow and a vortex-shaped
Strömung mit umgekehrtem Richtungssinn von außerhalb der Kammer zuzuführen. Dadurch werden die bisher erörterten Strömungsverhältnisse umgekehrt, d.h. in der Kammer wird nun ein in umgekehrter Richtung, umlaufender Spiralwirbel erzeugt, wobei dann das Fluid seine Strömungsgeschwindigkeit zur Umfangswand der Kammer hin verringert und schließlich durch den tangentialen Strömungskanal unter Druckaufbau austritt.Feed the flow in the opposite direction from outside the chamber. This reverses the flow conditions previously discussed, i.e. In the chamber, a spiral vortex revolving in the opposite direction is then generated, the fluid then reducing its flow velocity to the peripheral wall of the chamber and finally exiting through the tangential flow channel under pressure build-up.
Inwieweit die Strömungsverhältnisse jeweils umkehrbar sind, hängt selbstverständlich von dem angestrengten Ziel ab.The extent to which the flow conditions are reversible depends of course on the goal sought.
Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, mindestens zwei der erfindungsgemäßen Vorrichtungen strömungsmäßig miteinander zu verbinden. Eine Möglichkeit besteht darin, zwei Kammern vorzusehen, deren seitliche Durchtrittsöffnungen über ein kreiszylinderförmiges Rohrstück miteinander verbunden sind. Ein gemeinsamer Kern erstreckt sich durch die beiden Kammern und das Verbindungsrohr. Wenn ein Fluid durch den tangentialen Strömungskanal in eine der Kammern eintritt, so strömt es in dieser längs eines spiralförmigen Potentialwirbels und tritt sich spiralförmig um den länglichen Kern drehend durch den Ringspalt der Kammer aus. Das Fluid bewegt sich unter Beibehaltung seiner Wirbelströmung in Längsrichtung des Kernes und tritt durch den Ringspalt der anderen Kammer in diese ein. In dieser strömt es längs eines spiralförmigen Potentialwirbels von dem länglichen Kern her nach außen zur Umfangswand dieser anderen Kammer und tritt schließlich durch den tangentialen Strömungskanal aus der Kammer aus. Selbstverständlich muß der tangentiale Strömungskanal, durch den das Fluid austritt, entsprechend zu der Wirbeldrehung in der mit ihm verbundenen Kammer orientiert sein. Mit dieser beschriebenen Anordnung von zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen erhält man Strömungsverhältnisse, die mit einer Venturi-Düse vergleichbar sind. Die einströmseitigeAccording to the invention, it is also possible to connect at least two of the devices according to the invention to one another in terms of flow. One possibility is to provide two chambers, the lateral passage openings of which are connected to one another via a circular cylindrical piece of pipe. A common core extends through the two chambers and the connecting tube. When a fluid enters the chamber through the tangential flow channel, it flows in it along a spiral potential vortex and exits in a spiral around the elongated core through the annular gap of the chamber. The fluid moves in the longitudinal direction of the core while maintaining its vortex flow and enters the other chamber through the annular gap. In this it flows along a spiral vortex of potential from the elongated core outwards to the peripheral wall of this other chamber and finally exits the chamber through the tangential flow channel. Of course, the tangential flow channel through which the fluid exits must be oriented in accordance with the vortex rotation in the chamber connected to it. With this described arrangement of two devices according to the invention, flow conditions are obtained which are comparable to a Venturi nozzle. The inflow side
Vorrichtung wirkt als Diffusor und die ausströmseitige Vorrichtung als Konfusor. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß Fluid mit geringer Strömungsgeschwindigkeit und hohem Druck in ein Fluid mit hoher Strömungsge- schwindigkeit und niederem Druck und daraufhin in ein Fluid mit niederer Strömungsgeschwindigkeit und hohem Druck umgewandelt wird.The device acts as a diffuser and the outflow device acts as a confuser. In other words, fluid with low flow rate and high pressure is converted into fluid with high flow rate and low pressure and then into fluid with low flow rate and high pressure.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann bei einer Ausgestaltung gemäß Fig. 1, die zur Erläuterung desAccording to an advantageous development, in an embodiment according to FIG. 1, which is used to explain the
Grundprinzips der Erfindung bereits diskutiert wurde, zusätzlich ein axialer, länglicher Kern drehbar angeordnet sein, an dem sich in radialer Richtung erstreckende Leitelemente angebracht sind, die sich bis möglichst nahe zu der spiralförmigen Leitfläche 2 (Fig. 1A) erstrecken. In mindestens einer der Seitenwände ist eine axiale Öffnung vorgesehen, durch die ein Fluid eintreten kann. Wenn der längliche Kern durch ein Antriebsmittel, wie z.B. einen Motor, in Drehung versetzt wird, so wird Fluid, welches von der spiralförmigen Leitfläche eingeschlossen ist, auch in Drehung versetzt und tritt durch den Durchtrittsbereich zwischen den Enden der Leitfläche in den Raum aus, der von der Außenfläche der spiralförmigen Leitfläche und der Umfangswand begrenzt ist. An der an der Axialseite vorgesehenen Öffnung entsteht ein Unterdruck, so daß dort weiteres Fluid angesaugt werden kann. In dem von der spiralförmigen Leitfläche und der Umfangswand begrenzten Raum entsteht ein spiralförmiger Fluidpotentialwirbel, und das Fluid tritt schließlich durch den von der Umfangswand in Radialrichtung begrenzten Durchtrittsbereich hindurch und strömt über den tangentialen Strömungskanal aus. Die Strömungs- Verhältnisse sind mithin umgekehrt zu denjenigen, die in Fig. 1A mit den w1 und w2 bezeichneten Pfeilen angedeutet sind. Vorteilhafterweise können die sich in radialer Richtung von dem länglichen Kern erstreckenden Leitelemente so ausgebildet sein, daß ihre radiale Erstreckung von dem Drehwinkel des drehbaren, länglichen Kernes abhängt. Dadurch kann erfindungsgemäß erreicht werden, daß sich die Leitelemente mit ihren achsfernen Enden über den größten Winkelbereich ihrer Umfangsdrehung möglichst nahe oder vorzugsweise in Berührung mit der Innenfläche der spiralförmigen Leitfläche befinden. Auf diese Weise wird eine wirkungsvolle Fluidbewegung bzw. Fluidförderung erreicht.The basic principle of the invention has already been discussed, in addition, an axial, elongated core can be rotatably arranged, on which guide elements extending in the radial direction are attached, which extend as close as possible to the spiral guide surface 2 (FIG. 1A). An axial opening through which a fluid can enter is provided in at least one of the side walls. When the elongated core is rotated by a drive means such as a motor, fluid enclosed by the spiral baffle is also rotated and exits into the space through the passage area between the ends of the baffle is limited by the outer surface of the spiral guide surface and the peripheral wall. A vacuum is created at the opening provided on the axial side, so that further fluid can be drawn in there. A spiral fluid potential vortex is created in the space delimited by the spiral guide surface and the peripheral wall, and the fluid finally passes through the passage area delimited by the peripheral wall in the radial direction and flows out via the tangential flow channel. The flow conditions are therefore reversed to those indicated in FIG. 1A by the arrows designated w 1 and w 2 . Advantageously, the guide elements extending in the radial direction from the elongated core can be designed such that their radial extent depends on the angle of rotation of the rotatable, elongated core. It can thereby be achieved according to the invention that the guide elements with their ends remote from the axis are as close as possible or preferably in contact with the inner surface of the spiral guide surface over the largest angular range of their circumferential rotation. In this way, an effective fluid movement or fluid delivery is achieved.
Es wird noch auf folgendes hingewiesen:The following is also pointed out:
Wie bereits erörtert wurde, wird im Rahmen der Erfindung angestrebt, innerhalb der jeweiligen Kammer einen spiralförmigen Potentialwirbel zu erhalten. Wegen der Gültigkeit der Kontinuitätsgleichung ist die pro Zeiteinheit in die Kammer einströmende Fluidmenge gleich der pro Zeiteinheit aus. der Fluidkammer ausströmenden Fluidmenge. Ferner hängt die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in den verschiedenen Lagen des spiralförmigen Potentialwirbels von der Formgebung der Seitenwände ab. Wenn sich beispielsweise die Seitenwände der Kammer zur Kammerachse hin einander nähern, so verringert sich die Fläche eines fiktiven Durchtrittsspaltes, wenn dessen Höhe in radialer Richtung unverändert bleibt. Infolgedessen ergibt sich auch eine Änderung der Fluidströmungsgeschwindigkeit.As has already been discussed, the scope of the invention strived to obtain a spiral potential vortex within the respective chamber. Because of the validity of the continuity equation, the amount of fluid flowing into the chamber per unit of time is equal to that per unit of time. the amount of fluid flowing out of the fluid chamber. Furthermore, the flow velocity of the fluid in the various layers of the spiral potential vortex depends on the shape of the side walls. If, for example, the side walls of the chamber approach each other towards the chamber axis, the area of a fictitious passage gap is reduced if its height remains unchanged in the radial direction. As a result, there is also a change in the fluid flow rate.
Diese Überlegungen sind bei der Dimensionierung der Kammer, des länglichen Kernes und der Strömungsdurchtritts- bereiche zu berücksichtigen.These considerations must be taken into account when dimensioning the chamber, the elongated core and the flow passage areas.
Wenn ein Stellglied in der Kammer vorgesehen ist, so kann dieses auch entsprechend einer schräg verlaufenden Seitenwand ausgebildet werden.If an actuator is provided in the chamber, it can also be designed in accordance with an inclined side wall.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The invention will now be explained in more detail using exemplary embodiments with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1A und 1B eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung des Grundgedankens der Erfindung, Fig. 2A eine Längsschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform nach der Erfindung,1A and 1B is a schematic representation of a device according to the invention for explaining the basic idea of the invention, 2A is a longitudinal sectional view of a first embodiment according to the invention,
Fig. 2B. eine Schnittdarstellung längs der Linie II-II in Fig. 2A,Figure 2B. 3 shows a sectional illustration along the line II-II in FIG. 2A,
Fig. 3A eine zweite Ausführungsform einer erfindungs- gemäßen Vorrichtung,3A shows a second embodiment of a device according to the invention,
Fig. 3B eine Schnittdarstellung längs der Linie III-III in Fig. 3A,3B is a sectional view taken along the line III-III in Fig. 3A,
Fig. 4 eine dritte Ausführungsform nach der Erfindung,4 shows a third embodiment according to the invention,
Fig. 5 eine vierte Ausführungsform nach der Erfindung,5 shows a fourth embodiment according to the invention,
Fig. 6A eine fünfte Ausführungsform nach der Erfindung,6A shows a fifth embodiment according to the invention,
Fig. 6B eine Schnittdarstellung längs der Linie VI-VI in Fig. 6A,6B is a sectional view taken along the line VI-VI in Fig. 6A,
Fig. 7A eine sechste Ausführungsform nach der Erfindung,7A shows a sixth embodiment according to the invention,
Fig. 7B eine Schnittdarstellung längs der Linie VII-VII in Fig. 7A,7B is a sectional view taken along the line VII-VII in Fig. 7A,
Fig. 8 eine siebte Ausführungsform nach der Erfindung,8 shows a seventh embodiment according to the invention,
Fig. 9 eine achte Ausführungsform nach der Erfindung,9 shows an eighth embodiment according to the invention,
Fig. 10 eine neunte Ausführungsform nach der Erfindung,10 shows a ninth embodiment according to the invention,
Fig. 11 eine zehnte Ausführungsform nach der Erfindung, Bei der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.11 shows a tenth embodiment according to the invention, In the following description of the embodiments, the same parts are denoted by the same reference numerals.
Fig. 2A und 2B zeigen eine erste Ausführungsform nach der Erfindung. Eine Kammer 10 wird durch die innere Umfangswand 1 , die längs eines Spiralbogens verläuft, und durch Seitenwände 11 und 12, die senkrecht zu der2A and 2B show a first embodiment according to the invention. A chamber 10 is defined by the inner peripheral wall 1, which runs along a spiral arch, and by side walls 11 and 12, which are perpendicular to the
Achse der spiralförmigen Umfangswand 1 angeordnet sind, begrenzt. In die Kammer 10 mündet tangential ein Einlaßkanal 3, der durch parallel zu der Kammerachse verlaufende Wände 4 und 5 und durch nicht dargestellte Seitenwän- de begrenzt ist. Der tangentiale Einlaßkanal 3 mündet bei einem ersten Durchtrittsbereich 6 in die Kammer 10. Der Durchtrittsbereich 6 weist eine Fläche A1 auf und hat einen rechteckförmigen Querschnitt. Die Seitenwände 4 und 5.des Einlaßkanals 3 gehen tangential in die End- abschnitte der Umfangswand 1 über.Axis of the spiral peripheral wall 1 are limited. An inlet channel 3 opens tangentially into the chamber 10 and is delimited by walls 4 and 5 running parallel to the chamber axis and by side walls (not shown). The tangential inlet channel 3 opens into the chamber 10 at a first passage area 6. The passage area 6 has a surface A 1 and has a rectangular cross section. The side walls 4 and 5 of the inlet duct 3 merge tangentially into the end sections of the peripheral wall 1.
Die Seitenwand 12 ist mit einer kreisförmigen Durchtrittsöffnung 8 ausgebildet. Konzentrisch zu der Kammerachse ist in der Kammer 10 ein länglicher Kern 13 angeordnet, der sich unter Bildung eines Ringspaltes mit der Querschnittsfläche A2 durch die Seitenwand 12 der Kammer 10 nach außen erstreckt. Der Kern 13 weist gemäß der Darstellung in Fig. 2A einen kreiszylinderförmigen Abschnitt 14 und einen sich daran anschließenden, konisch verjüngenden Abschnitt 15 auf. An dem ringspaltfernen Ende des zylinderförmigen Abschnittes 14 ist ein plattenförmiges Stellglied angebracht, welches sich senkrecht zu der Kammerachse erstreckt und sich mit seiner Umfangsflache in unmittelbarer Nähe der Innenfläche der Umfangswand 1 befindet. Die Umfangsflache des Stellgliedes 16 kann auch die Innenfläche der Umfangswand 1 berühren oder es können auch Dichtungsmittel zwischen der Umfangsfläche des Stellgliedes 16 und der Umfangswand 1 vorgesehen sein. Da sich die Umfangswand 1 längs eines Spiralbogens erstreckt und .sich die Umfangsfläche des Stellgliedes 16 in unmittelbarer Nähe der Umfangswand 1 befindet oder diese gegebenenfalls berührt, sollten Mittel vorgesehen sein, die eine Drehung des Kernes 13 verhindern. Sind solche Mittel nicht vorgesehen, so besteht die Gefahr, daß sich bei einer Drehung des Kernes 13 die Umfangsfläche des Stellgliedes 16 mit der Umfangswand 1 verklemmt.The side wall 12 is formed with a circular passage opening 8. An elongated core 13 is arranged concentrically to the chamber axis in the chamber 10 and extends through the side wall 12 of the chamber 10 to form an annular gap with the cross-sectional area A 2 . As shown in FIG. 2A, the core 13 has a circular cylindrical section 14 and an adjoining, conically tapering section 15. At the end of the cylindrical section 14 remote from the annular gap, a plate-shaped actuator is attached, which extends perpendicular to the chamber axis and is located with its peripheral surface in the immediate vicinity of the inner surface of the peripheral wall 1. The peripheral surface of the actuator 16 can also touch the inner surface of the peripheral wall 1 or sealing means can also be provided between the peripheral surface of the actuator 16 and the peripheral wall 1. Since the peripheral wall 1 extends along a spiral arc and the peripheral surface of the actuator 16 is in the immediate vicinity of the peripheral wall 1 or touches it, means should be provided to prevent the core 13 from rotating. If such means are not provided, there is a risk that when the core 13 rotates, the peripheral surface of the actuator 16 is jammed with the peripheral wall 1.
In der Seitenwand 11 ist eine Öffnung 18 vorgesehen, durch die sich eine Stange 17 erstreckt, welche mit einem Ende an dem Stellglied 16 oder auch an dem Kern 13 selbst befestigt ist. Eine nicht näher bezeichnete Dichtungseinrichtung, wie ein O-Ring, ist zwischen derIn the side wall 11 there is an opening 18 through which a rod 17 extends, which is attached at one end to the actuator 16 or to the core 13 itself. An unspecified sealing device, such as an O-ring, is between the
Innenfläche der Öffnung 18 und der Stange 17 vorgesehen. Die Stange 17 dient dazu, eine axiale Verschiebung des Kernes 13 und des an ihm angebrachten Stellgliedes 16 zu ermöglichen.Inner surface of the opening 18 and the rod 17 are provided. The rod 17 serves to enable an axial displacement of the core 13 and of the actuator 16 attached to it.
Außerhalb der Kammer 10 schließt an die Durchtrittsöffnung 8 ein Strömungskanal 19 an, der einen sich unmittelbar an die Seitenwand 12 anschließenden, konisch erweiternden Abschnitt 12 aufweist, an den sich ein zylinderförmiges Rohr 21 mit konstantem Querschnitt anschließt,Outside the chamber 10, a flow channel 19 adjoins the passage opening 8, which has a conically widening section 12 which adjoins the side wall 12 and which is adjoined by a cylindrical tube 21 with a constant cross section.
Der zwischen dem zylindrischen Abschnitt 14 und der Durchtrittsöffnung 8 gebildete Ringspalt ist gut in Fig. 2B zu erkennen.The annular gap formed between the cylindrical section 14 and the passage opening 8 can be clearly seen in FIG. 2B.
Die Breite des einlaßseitigen Durchtrittsbereiches er streckt sich im wesentlichen über die gesamte Breite der Kammer, wobei auf beiden Seiten des einlaßseitigen Durchtrittsbereiches jedoch Raum zur Aufnahme des Stellgliedes 16 in seinen jeweiligen Endstellungen vorgesehen ist.The width of the inlet-side passage area extends essentially over the entire width of the chamber, but space is provided on both sides of the inlet-side passage area for receiving the actuator 16 in its respective end positions.
Bei der in Fig. 2A gezeigten Stellung des Kernes 13 und des Stellgliedes 16 weist das plattenförmig ausgebildete Stellglied 16 eine solche Lage auf, bei der das Stellglied 16 den einlaßseitigen Durchtrittsbereich 6 in zwei Abschnitte unterteilt.In the position of the core 13 and the actuator 16 shown in FIG. 2A, the plate-shaped actuator 16 has a position in which the actuator 16 divides the passage region 6 on the inlet side into two sections.
Wenn nun durch den tangentialen Einlaßkanal 3 ein Fluid einströmt, so gelangt dieses einerseits in den von dem Stellglied 16 und der Seitenwand 11 begrenzten Teilraum der Kammer 10 und andererseits in den durch das Stellglied 16 und die Seitenwand 12 begrenzten Teilraum der Kammer 10. Gemäß der Darstellung in Fig. 2A wird die Kammer 10 in einen kleinen Teilraum und in einen großen Teilraum auf der Seite der Durchtrittsöffnung 8 unterteilt. Wenn Fluid durch den einlaßseitigen Strömungskanal 3 in die Kammer einströmt, so füllen sich beide Teilräume der Kammer. Da durch den Ringspalt zwischen dem zylindrischen Abschnitt 14 des Kernes 13 und der Innenwandung der Durchtrittsöffnung 8 Fluid austreten kann, entsteht in dem größeren Teilraum der Kammer eine wirbeiförmige Strömung in der Form eines spiralförmigen Fluidpotentialwirbels. In dem kleineren Teilraum derIf a fluid now flows through the tangential inlet channel 3, it reaches the part of the chamber 10 delimited by the actuator 16 and the side wall 11 on the one hand and the part of the chamber 10 delimited by the actuator 16 and the side wall 12 on the other hand 2A, the chamber 10 is divided into a small partial space and a large partial space on the side of the passage opening 8. When fluid flows into the chamber through the inlet-side flow channel 3, both subspaces of the chamber fill. Since fluid can escape through the annular gap between the cylindrical section 14 of the core 13 and the inner wall of the passage opening 8, a vortex-shaped flow in the form of a spiral fluid potential vortex is created in the larger part of the chamber. In the smaller part of the
Kammer 10 entsteht keine Strömung, da keine Austrittsöffnung vorgesehen ist. Nach Ausbildung des spiralförmigen Fluidpotentialwirbels entsteht in dem größeren Teilraum der Kammer 10 eine entsprechende spiralförmige Fluidströmung, deren Strömungsgeschwindigkeit am Umfangs- bereich des zylinderförmigen Abschnittes 14 am größten ist. Die in unmittelbarer Nähe der Umfangsfläche des zylindrischen Abschnittes 14 des Kernes 13 umlaufende Fluidströmung tritt unter Beibehaltung ihrer Rotationsbewegung dur,ch den Ringspalt aus der Kammer aus und gelangt als eine sich axial verschiebende Rotationsströmung in den sich konisch erweiternden Rohrabschnitt 20. Da der längliche Kern 13 einen sich konisch verjüngenden Endabschnitt 15 aufweist, treten keine unkontrollierten Wirbel auf, sondern das Fluid strömt längs einer Spirale in axialer Richtung. Da sich der RohrabschnittChamber 10 has no flow since there is no outlet opening. After formation of the spiral fluid potential vortex, a corresponding spiral fluid flow arises in the larger subspace of the chamber 10, the flow speed of which at the circumferential area of the cylindrical portion 14 is largest. The fluid flow circulating in the immediate vicinity of the circumferential surface of the cylindrical section 14 of the core 13 emerges from the chamber while maintaining its rotational movement through the annular gap and reaches the conically widening tube section 20 as an axially shifting rotational flow. Since the elongated core 13 has a conically tapering end section 15, no uncontrolled vortices occur, but the fluid flows along a spiral in the axial direction. Because the pipe section
20 konisch erweitert, ändert sich die Rotationsgeschwin- digkeit der Fluidströmung entsprechend. Die Strömung fließt dann weiter in den zylindrischen Rohrabschnitt20 conically expanded, the rotational speed of the fluid flow changes accordingly. The flow then continues into the cylindrical tube section
21 unter Beibehaltung ihrer Drehbewegung, die den axialen Rohrströmungswiderstand reduziert und deren Geschwindigkeit mit der Zeit wegen der Rohrreibung abnimmt, so daß sich schließlich eine axiale Strömung einstellt.21 while maintaining their rotational movement, which reduces the axial pipe flow resistance and whose speed decreases over time due to the pipe friction, so that an axial flow finally occurs.
Durch axiale Verschiebung des Kernes 13 mittels der Stange 17 von außerhalb der Kammer 10 kann die Querschnittsfläche des einlaßseitigen Durchtrittsbereiches verändert werden, d.h. genau gesagt, der einlaßseitige Durchtrittsbereich in den Teil der Kammer 10, der von der Seitenwand 12 und dem Stellglied 16 begrenzt wird. Wenn die Fläche dieses einlaßseitigen Durchtrittsbereiches verringert wird, so kann pro Zeiteinheit auch nur geringere Fluidmenge in die Kammer 10 eintreten. Durch Verschieben des Kernes 13 läßt sich somit die Fluid- durchtrittsmenge verändern. Damit ändert sich auch die Druckdifferenz zwischen dem einlaßseitigen Fluiddruck und dem auslaßseitigen Fluiddruck, wenn dieser durch Umwandeln der Bewegungsenergie des Fluids wieder aufgebaut worden ist. Die Kennlinie, welche die Beziehung zwischen der Durchflußmenge pro Zeiteinheit und dem Druckunterschied zwisehen der Einlaßseite und der Auslaßseite angibt, hängt von dem jeweiligen QuerSchnittsverhältnis zwischen der Fläche des einlaßseitigen Durchtrittsbereiches und des auslaßseitigen Durchtrittsbereiches, d.h. der Fläche des Ringspaϊtes, ab. Durch Änderung dieses Verhältnisses kann der Verlauf der genannten Kennlinie beeinflußt werden. So kann erfindungsgemäß statt eines zylindrischen Abschnittes 14 des Kernes 13 ein sich in Richtung zu der Durchtrittsöffnung 8 verjüngender, bevorzugt konischer Abschnitt verwendet werden, an den sich der konische Abschnitt 15 anschließt, oder aber der gesamteBy axially displacing the core 13 by means of the rod 17 from outside the chamber 10, the cross-sectional area of the inlet-side passage area can be changed, that is to say, the inlet-side passage area into the part of the chamber 10 which is delimited by the side wall 12 and the actuator 16. If the area of this inlet-side passage area is reduced, only a smaller amount of fluid can enter the chamber 10 per unit of time. By moving the core 13, the amount of fluid passage can thus be changed. This also changes the pressure difference between the inlet-side fluid pressure and the outlet-side fluid pressure when it has been rebuilt by converting the kinetic energy of the fluid. The characteristic curve, which indicates the relationship between the flow rate per unit of time and the pressure difference between the inlet side and the outlet side, depends on the respective cross-sectional ratio between the area of the inlet-side passage area and the outlet-side passage area, i.e. the area of the annular gap. The course of the characteristic curve mentioned can be influenced by changing this ratio. Thus, according to the invention, instead of a cylindrical section 14 of the core 13, a preferably conical section which tapers in the direction of the passage opening 8 and to which the conical section 15 adjoins, or the entire section, can be used
Kern 13 kann sich konisch verjüngend ausgestaltet sein. Wenn eine solche Ausgestaltung des Kernes 13 vorliegt, so ändert sich die Fläche des. Ringspaltes in Abhängigkeit von der Verschiebestellung des Kernes 13. Je kleir ner der Abstand zwischen dem Stellglied 16 und der Seitenwand 12 ist, desto kleiner wird dann die Querschnittsfläche des Ringspaltes.Core 13 can be designed to taper conically. If such a configuration of the core 13 is present, the area of the annular gap changes as a function of the displacement position of the core 13. The smaller the distance between the actuator 16 and the side wall 12, the smaller the cross-sectional area of the annular gap.
Fig. 3A zeigt eine zweite Ausführungsform im Teillängsschnitt, während Fig. 3B einen Querschnitt längs der Linie III-III in Fig. 3A zeigt.Fig. 3A shows a second embodiment in partial longitudinal section, while Fig. 3B shows a cross section along the line III-III in Fig. 3A.
Diese Ausführungsform unterscheidet sichven der gemäß Fig. 2A und 2B im wesentlichen dadurch, daß der längliche Kern 13 einen zylinderförmigen Abschnitt aufweist und mit einem inneren Strömungskanal 25 ausgebildet ist, der sich in Längsrichtung des länglichen Kernes 13 erstreckt. Der Kern 13 erstreckt sich ferner durch eine in der Seitenwand 11 ausgebildete axiale Öffnung 26. Mittels einer Dichtungseinrichtung, wie z.B. einem O-Ring, ist der Kern 13 dichtend in dieser Öffnung 26 geführt. Bei dieser Ausbildungsform schließt an die Seitenwand 12 der Kammer 10 ein zylindrisches Rohrstück 19 an, welches den gleichen Innendurchmesser wie die Durchtrittsöffnung 8 in der Seitenwand 12 aufweist.2A and 2B essentially differ in that the elongated core 13 has a cylindrical section and is formed with an inner flow channel 25 which extends in the longitudinal direction of the elongated core 13. The core 13 also extends through an axial opening 26 formed in the side wall 11. The core is by means of a sealing device, such as an O-ring 13 sealingly guided in this opening 26. In this embodiment, a cylindrical tube piece 19 adjoins the side wall 12 of the chamber 10 and has the same inner diameter as the passage opening 8 in the side wall 12.
Der Kern 13 kann axial bewegt werden, wodurch die Länge des Endabschnittes veränderbar ist, mit dem sich derThe core 13 can be moved axially, whereby the length of the end section with which the
Kern 13 in das Rohr 19 erstreckt, wobei auch hier stets ein Ringspalt zwischen der Außenfläche des Endabschnittes des Kernes 13 und der Innenwandung der Durchtrittsöffnung 8 gebildet wird.Core 13 extends into the tube 19, an annular gap always being formed between the outer surface of the end section of the core 13 and the inner wall of the passage opening 8.
Auch hier ist ein Stellglied 16 vorgesehen, welches in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet ist und die gleiche Funktion hat.An actuator 16 is also provided here, which is designed in the same way as in the first embodiment and has the same function.
Wenn durch den tangentialen Strömungskanal 3 ein Fluid in die Kammer 10 einströmt, so bildet sich ebenso wie bei der ersten Ausführungsform eine spiralförmige Potentialströmung auf, deren kernnahe Strömungsschicht eine große Strömungsgeschwindigkeit aufweist. Diese Strömungsschicht kann in axialer Richtung unter Beibehaltung ihrer Drehbewegung durch den Ringspalt in das Rohr 19 strömen. Infolgedessen entsteht in dem Rohr 19 ein Unterdruck, so daß an der nicht dargestellten, kammerfernen Öffnung des inneren Strömungskanals 25 ein Unterdruck vorliegt, so daß durch diese kammerferneIf a fluid flows into the chamber 10 through the tangential flow channel 3, a spiral potential flow is formed, as in the first embodiment, the flow layer close to the core of which has a high flow velocity. This flow layer can flow in the axial direction while maintaining its rotational movement through the annular gap into the tube 19. As a result, a vacuum is created in the tube 19, so that a vacuum is present at the opening of the inner flow channel 25, which is not shown, which is remote from the chamber, so that it is remote from the chamber
Öffnung des inneren Strömungskanals 25 ein Fluid angesaugt werden kann. Mithin ergibt sich die Wirkung einer Strahlpumpe.Opening the inner flow channel 25, a fluid can be sucked. This gives the effect of a jet pump.
Durch axiale Verschiebung des Kernes 13 wird auch das Stellglied mitverschoben, so daß ebenso wie bei der ersten Ausführungsform die durch die Kammer 13 hindurchströmende Fluidmenge verändert werden kann. Damit ändert sich auch der Unterdruck an der in das Rohr 19 mündenden Öffnung des inneren Strömungskanals 25, was zur Folge hat, daß das Saugvermögen auch verändert wird. Betrachtet man das durch die Kammer 10 hindurchströmende Fluid als ein Treibfluid, so läßt sich durch Änderung der Treibfluidströmungsmenge die Saugwirkung der Vorrichtung ändern.By axially shifting the core 13 is also Actuator also moved so that, just as in the first embodiment, the amount of fluid flowing through the chamber 13 can be changed. This also changes the negative pressure at the opening of the inner flow channel 25 opening into the tube 19, with the result that the pumping speed is also changed. If one considers the fluid flowing through the chamber 10 as a driving fluid, the suction effect of the device can be changed by changing the amount of driving fluid flow.
Die in Fig. 4 dargestellte, dritte Ausführungsform nach der Erfindung, unterscheidet sich von derjenigen in Fig. 3A dadurch, daß ein weiterer länglicher Kern 30 vorgesehen ist, der einen mittleren zylindrischen AbschnittThe third embodiment according to the invention shown in FIG. 4 differs from that in FIG. 3A in that a further elongate core 30 is provided, which has a central cylindrical section
31 und sich an diesen konisch verjüngende Endabschnitte31 and at these tapered end sections
32 und 33 aufweist. Der zylindrische Abschnitt 31 hat eine kreisförmige Querschnittsfläche und einen solchen32 and 33. The cylindrical portion 31 has and has a circular cross-sectional area
Durchmesser, daß die Umfangsfläche des zylindrischen Abschnittes 31 von der Innenwandung des inneren Strömungskanals 25 beabstandet ist. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 erstreckt sich der weitere längliche Kern 30 mit seinem einen Endabschnitt 32 und einem Abschnitt seines zylindrischen Abschnittes 31 in den inneren. Strömungskanal 25, und legt einen Ringspalt für den Saugstrahl fest. Durch Wahl der Größe der Ringspaltfläche läßt sich das Volumstromverhältnis zwischen Treibstrahl und Saugstrahl beeinflussen.Diameter that the peripheral surface of the cylindrical portion 31 is spaced from the inner wall of the inner flow channel 25. As shown in FIG. 4, the further elongated core 30 extends with its one end section 32 and a section of its cylindrical section 31 into the inner one. Flow channel 25, and defines an annular gap for the suction jet. The volume flow ratio between the driving jet and the suction jet can be influenced by selecting the size of the annular gap area.
Der Unterschied zwischen der Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 3A und 3B und der dritten Ausführungsform gemäß Fig.4 besteht im wesentlichen darin, daß durch die Drehbewegung des durch den Ringspalt hindurchtretenden Fluids auch dem durch den inneren Strömungskanal 25 eintretenden Fluid in dem Öffnungsbereich eine Drehbewegung aufgezwungen wird, in dem sich der weitere längliche Kern 30 erstreckt. In der Fig. 4 ist der Strömungsverlauf des durch die Kammer 10 strömenden Fluids durch eine ausgezogene, spiralförmige Linie dargestellt. Die spiralförmige, unterbrochene Linie soll den Strömungsverlauf des durch den inneren Strömungskanal 25 eintretenden Fluids andeuten. In vorteilhafter Weise wird erreicht, daß sich das aus dem Ring- spalt ausströmende Fluid und das aus dem inneren Strömungskanal 25 in das Rohr 19 ausströmende Fluid schnell miteinander aufgrund der gemeinsamen Drehbewegung vermischen.The difference between the mode of operation of the second embodiment according to FIGS. 3A and 3B and the third embodiment according to FIG. 4 essentially consists in the fact that due to the rotary movement of the fluid passing through the annular gap, the fluid entering through the inner flow channel 25 also has an opening area Rotational movement is imposed, in which the further elongated core 30 extends. 4, the flow course of the fluid flowing through the chamber 10 is shown by a solid, spiral line. The spiral, broken line is intended to indicate the flow pattern of the fluid entering through the inner flow channel 25. It is advantageously achieved that the fluid flowing out of the annular gap and the fluid flowing out of the inner flow channel 25 into the tube 19 mix quickly with one another due to the common rotational movement.
Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform, die sich von der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 4 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß der Kern 13 ortsfest ist und nicht verschoben werden kann, daß sich an das zylindrische Rohr 19 ein konisch erweiternder Rohrabschnitt 35 anschließt, und daß der abströmseitige Endabschnitt 33 des weiteren länglichen Kernes 30 mit Leitelementen 36 ausgebildet ist.FIG. 5 shows a fourth embodiment, which differs from the third embodiment according to FIG. 4 essentially in that the core 13 is stationary and cannot be displaced, that a conically widening tube section 35 connects to the cylindrical tube 19, and that the downstream end section 33 of the further elongated core 30 is formed with guide elements 36.
Abgesehen davon, daß bei dieser vierten Ausführungsform kein Stellglied vorgesehen ist, und somit auch die Fluid- durchströmungsmenge durch die Kammer 10 nicht verändert werden kann, ist die Arbeitsweise die gleiche wie bei der dritten Ausführungsform. Ein Unterschied besteht jedoch darin, daß der sich konisch erweiternde Rohrabschnitt 35, der an das zylindrische Rohr 19 anschließt, als ein Diffusor wirkt, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung verringert wird. Ferner dienen die Leitelemente 36, die der konusförmige Endabschnitt 33 aufweist, dazu, die Rotationsströmungsbewegung des Fluids so umzulenken, daß möglichst schnell eine ausschließlich axiale Strömung erzielt wird. Infolgedessen erhält man bereits in kurzer Entfernung von dem sich konisch erweiternden Rohrabschnitt 35 einen beträchtlichen Druckaufbau, und damit liegt nur noch eine geringfügige oder auch gar keine Drehbewegung der Strömung mehr vor. Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform kann beispielsweise als eine Mischvorrichtung für zwei Fluide verwen- det werden.Apart from the fact that no actuator is provided in this fourth embodiment, and thus the amount of fluid flow through the chamber 10 cannot be changed, the mode of operation is the same as in the third embodiment. One difference, however, is that the flared tube section 35, which connects to the cylindrical tube 19, acts as a diffuser, thereby reducing the flow rate of the fluid flow. Furthermore, the guide elements 36, which the cone-shaped end section 33 has, serve to deflect the rotational flow movement of the fluid in such a way that an exclusive as quickly as possible axial flow is achieved. As a result, considerable pressure build-up is obtained even at a short distance from the conically widening tube section 35, and there is therefore only a slight or no rotational movement of the flow. The embodiment shown in FIG. 5 can, for example, be used as a mixing device for two fluids.
Fig. 6A und 6B zeigen eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. Diese fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 5 dadurch, daß an das zylindrische Rohr 19 statt eines sich konisch erweiternden Rohrabschnittes 35 eine Vorrichtung 40 anschließt, die ebenfalls eine Kammer 10 aufweist, die von Seitenwänden 11 und 12 und einer spiralförmigen Umfangswand 1 begrenzt ist. Auch in diese Kammer 10 mündet ein Auslaßkanal 3 tangential ein.6A and 6B show a fifth embodiment of the invention. This fifth embodiment differs from the fourth embodiment according to FIG. 5 in that, instead of a conically widening tube section 35, a device 40 is connected to the cylindrical tube 19, which also has a chamber 10, which has side walls 11 and 12 and a spiral peripheral wall 1 is limited. An outlet channel 3 also opens tangentially into this chamber 10.
Das stromabseitige Ende des Rohres 19 ist direkt mit der Kammer 10 verbunden, d.h. in der Seitenwand 11 ist eine entsprechende Durchtrittsöffnung vorgesehen. In der Kammer 10 ist ein Hohlzylinder 40 axial konzentrisch angeordnet. In dem Mantel des Hohlzylinders 40 sind sich parallel zur Zylinderachse erstreckende Durchtrittsschlitze 41 ausgebildet. Gemäß Fig. 6A verjüngt sich der stromabwärtige Endabschnitt des weiteren länglichen Kernes 30 nicht, sondern behält seine zylindrische Form wie der zylindrische Abschnitt 31. Ein durch die linke Kammer in Fig. 6A hindurchströmendes Fluid erfährt in dieser Kammer 10 eine spiralförmige Strömungsbewegung und tritt unter Beibehaltung der Drehbewegung durch den Ringspalt in das Rohr 19 ein. Durch den inneren Strömungs- kanal 25 hindurch angesaugtes Fluid strömt ebenfalls spiralförmig durch das Rohr 19, und zwar strömen beide Fluide gemeinsam spiralförmig um den zylindrischen Abschnitt 31 herum und bewegen sich in axialer Richtung nach rechts in Fig. 6A. Das um den zylindrischen Abschnitt 31 herumströmende Fluid gelangt. in das Innere des Hohlzylinders 40, wobei es seine Drehbewegung beibehält. Da der Hohlzylinder 40 mit in Axialrichtung verlaufenden Durchtrittsschlitzen 41 ausgebildet ist, kann das Fluid durch diese Schlitze hindurchtreten und in die in Fig. 6A rechte Kammer 10 gelangen. In dieser Kammer befindet sich ebenfalls ein spiralförmiger Fluid- potentialwirbel, dessen äußerste Strömungsschicht durch den Durchtrittsbereich 6 hindurch aus der Kammer 10 in den tangentialen Strömungskanal 3 gelangen kann. Somit ergibt sich, da mit zunehmendem Radius die Strömungsgeschwindigkeit abnimmt, in dem tangentialen Strömungskanal 3 ein Druckaufbau.The downstream end of the tube 19 is connected directly to the chamber 10, ie a corresponding passage opening is provided in the side wall 11. A hollow cylinder 40 is arranged axially concentrically in the chamber 10. Passage slots 41 extending parallel to the cylinder axis are formed in the jacket of the hollow cylinder 40. 6A, the downstream end portion of the further elongated core 30 does not taper, but retains its cylindrical shape like the cylindrical portion 31. A fluid flowing through the left chamber in FIG. 6A undergoes a spiral flow movement in this chamber 10 and occurs while being maintained the rotational movement through the annular gap into the tube 19. Through the inner flow Fluid 25 drawn through channel 25 also flows spirally through tube 19, namely both fluids flow together spirally around cylindrical portion 31 and move axially to the right in FIG. 6A. The fluid flowing around the cylindrical section 31 passes. inside the hollow cylinder 40 while maintaining its rotational movement. Since the hollow cylinder 40 is formed with through-slots 41 running in the axial direction, the fluid can pass through these slots and into the chamber 10 on the right in FIG. 6A. In this chamber there is also a spiral fluid potential vortex, the outermost flow layer of which can pass through the passage area 6 from the chamber 10 into the tangential flow channel 3. Thus, since the flow velocity decreases with increasing radius, a pressure build-up results in the tangential flow channel 3.
Vorteilhafterweise sind die sich in Axialrichtung erstreckenden Flächen der Durchtrittsschlitze 41 so geformt, daß für das Durchtreten des Fluids ein möglichst kleiner Strömungswiderstand auftritt.Advantageously, the axially extending surfaces of the passage slots 41 are shaped so that the lowest possible flow resistance occurs for the passage of the fluid.
Die Fig. 7A und 7B zeigen eine Längsschnittdarstellung bzw. Querschnittdarstellung einer sechsten Ausführungsform nach der Erfindung. Wie bei den anderen Ausführungs- formen ist hier auch eine Kammer 10 vorgesehen, die von einer längs eines Spiralbogens verlaufenden Umfangswand 1 und Seitenwänden 11, 12 begrenzt ist. In der Seitenwand 12 ist eine Öffnung 8 ausgebildet. An die Seitenwand 12 schließt im Bereich der Öffnung 8 ein Rohrabschnitt 19 an, der einen größeren Durchmesser als die Öffnung 8 aufweist. Ein Kern 13 weist einen hohlzylinderförmigen Abschnitt 44 auf, an den stromabwärts ein sich bevorzugt konisch verjüngender Abschnitt 46 anschließt. An der Verbindungsstelle zwischen dem hohlzylindrischen Abschnitt 44 und dem konischen Abschnitt 46 ist der hohlzylindrische Abschnitt 44 geschlossen. An dem durch die Grundfläche des Abschnittes 46 geschlosse- nen Ende des, Abschnittes 44 ist zentrisch eine Stange 17 befestigt, die sich durch den hohlzylindrischen Abschnitt 44 sowie durch eine nichtdargestellte Öffnung in der Seitenwand 11 nach außerhalb der Kammer 10 erstreckt. Die Stange 17 ist dichtend in der nichtdargestellten Öffnung der Seitenwand 12 geführt. Der Außendurchmesser des hohlzylindrischen Abschnittes 44 ist so groß gewählt, daß die Umfangsfläche des hohlzylindrischen Abschnittes 44 an der Innenfläche der Öffnung 8 im wesentlichen dichtend anliegt. Es kann auch eine Abdichtungseinrichtung vorgesehen sein, um eine zuverlässige Abdichtung zu erzielen. In dem Mantel des hohlzylindrischen Abschnittes 44 sind sich in Axialrichtung erstreckende Durchtrittsschlitze 45 ausgebildet.7A and 7B show a longitudinal sectional view and cross-sectional view of a sixth embodiment according to the invention. As with the other embodiments, a chamber 10 is also provided here, which is delimited by a peripheral wall 1 and side walls 11, 12 running along a spiral arch. An opening 8 is formed in the side wall 12. Connected to the side wall 12 in the region of the opening 8 is a pipe section 19 which has a larger diameter than that Has opening 8. A core 13 has a hollow cylindrical section 44, to which a preferably conically tapering section 46 connects downstream. At the connection point between the hollow cylindrical section 44 and the conical section 46, the hollow cylindrical section 44 is closed. At the end of section 44, which is closed by the base of section 46, a rod 17 is attached centrally, which extends through the hollow cylindrical section 44 and through an opening (not shown) in the side wall 11 to the outside of the chamber 10. The rod 17 is sealingly guided in the opening of the side wall 12, not shown. The outer diameter of the hollow cylindrical section 44 is chosen to be so large that the peripheral surface of the hollow cylindrical section 44 lies essentially sealingly on the inner surface of the opening 8. A sealing device can also be provided in order to achieve a reliable seal. Passage slots 45 extending in the axial direction are formed in the jacket of the hollow cylindrical section 44.
In bezug auf die Fig. 7A und 7B sind nur diejenigen7A and 7B are only those
Teile beschrieben, die noch nicht im Zusammenhang mit den vorhergehenden Ausführungsformen erwähnt worden sind.Described parts that have not yet been mentioned in connection with the previous embodiments.
Wenn durch die Kammer 10 ein Fluid strömt, welches durch den tangentialen Strömungskanal 3 in die Kammer 10 gelangt, so entsteht auch hier eine spiralförmige Umlauf- Strömung, deren Geschwindigkeit nahe der Stange 17 innerhalb der Kammer 10 am größten ist. Diese umlaufende Strömung setzt sich im Inneren des hohlzylindrischen Ab Schnittes 44, der zur Kammer 10 hin offen ist, fort. Die in dem hohlzylindrischen Abschnitt 44 umlaufende Fluidströmung kann durch die Durchtrittsschlitze 45 in dem Bereich dieser Schlitze austreten, der sich im wesentlichen innerhalb des Rohrabschnittes 19 erstreckt. Da die Strömung innerhalb des hohlzylindrischen Abschnittes 44 eine umlaufende oder wirbeiförmige Strömung ist, strömt das Fluid durch die genannten Bereiche der Durchtrittsschlitze 45 aus und gelangt in den Raum zwischen dem Abschnitt des hohlzylindrischen Abschnittes 44, der sich in das Rohr 19 erstreckt, und der Innenwandung des Rohres 19. Der konusförmige Abschnitt 46 des Kernes 13 unterstützt eine gleichmäßige Strömung, so daß das Auftreten von unerwünschten Turbulenzen behindert wird. Da das Fluid mit einer Rotationsbewegungskomponente in das Rohr 19 eintritt, strömt es in diesem Rohr spiralförmig weiter, bis mit der Zeit die Rotationsströmungs- komponente immer kleiner wird, so daß sich schließlich eine axiale Fluidströmung einstellt.If a fluid flows through the chamber 10, which enters the chamber 10 through the tangential flow channel 3, a spiral circulation flow also arises here, the speed of which is greatest within the chamber 10 near the rod 17. This circulating flow settles in the interior of the hollow cylindrical Ab Section 44, which is open to the chamber 10, continues. The fluid flow circulating in the hollow cylindrical section 44 can exit through the through slots 45 in the region of these slots which extends essentially within the tube section 19. Since the flow within the hollow cylindrical section 44 is a circumferential or vortex-shaped flow, the fluid flows out through the mentioned areas of the passage slots 45 and reaches the space between the section of the hollow cylindrical section 44, which extends into the tube 19, and the inner wall of the tube 19. The conical section 46 of the core 13 supports a uniform flow, so that the occurrence of undesirable turbulence is hindered. Since the fluid enters the tube 19 with a rotational movement component, it continues to flow in a spiral in this tube until the rotational flow component becomes smaller and smaller over time, so that an axial fluid flow finally occurs.
Die in Axialrichtung verlaufenden Flächen der Durchtrittsschlitze 45 sind vorzugsweise derart geformt, daß keine Verluste auftreten, d.h. diese Flächen sind der Fluidströmung angepaßt.The axially extending surfaces of the passage slots 45 are preferably shaped so that no losses occur, i.e. these surfaces are adapted to the fluid flow.
Durch Verschieben des länglichen Kernes 13, was von außerhalb durch die Stange 17 möglich ist, kann die durch die Kammer 10 hindurchströmende und in das Rohr 19 gelangende Fluidmenge verändert werden.By moving the elongated core 13, which is possible from the outside through the rod 17, the amount of fluid flowing through the chamber 10 and entering the tube 19 can be changed.
Die in Fig. 8 dargestellte siebte Ausführungsform ist ein Beispiel dafür, auf welche Weise verschiedene der bisher erörterten Ausführungsformen miteinander kombi niert werden können. Zwei Kammern 10, 10' mit Seitenwänden 11, 12 bzw. 11', 12' sind über einen Rohrabschnitt 19 strömungsmäßig miteinander verbunden. An die Seitenwand 12' der Kammer 10' schließt sich ein Rohrabschnitt 19' an, an den sich ein torusförmig erweiternder Rohrabschnitt 48 anschließt. Ein länglicher Kern 13 erstreckt sich von der Kammer 10 bis in den Rohrabschnitt 19'. Dieser Kern 13 kann mittels der aus der Kammer 10 hervorstehenden Stange 17 in Axialrichtung verschoben werden. Der Kern 13 ist mit einem inneren Strömungskanal 25 ausgebildet, dessen sich in der Kammer 10 befindende axiale Öffnung geschlossen ist. Der Endabschnitt des Kernes 13, der zu der Kammer 10 weist, ist mit axialen Durchtrittsschlitzen 47 ausgebildet. In der Kammer 10' befindet sich ein Stellglied 16, welches sich von der Umfangsfläche des Kernes 13 zu der Umfangswand 1' der Kammer 10' erstreckt und in entsprechender Weise wie die bereits im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsformen beschriebenen Stellglieder 16 ausgebildet ist. Dieses Stellglied 16 in der Kammer 10' hat auch die gleiche Funktion wie die bereits beschriebenen Stellglieder.The seventh embodiment shown in FIG. 8 is an example of how various of the previously discussed embodiments combine with each other can be renated. Two chambers 10, 10 'with side walls 11, 12 and 11', 12 'are connected to one another in terms of flow via a pipe section 19. A pipe section 19 'adjoins the side wall 12' of the chamber 10 ', which is adjoined by a pipe section 48 which widens in a toroidal shape. An elongated core 13 extends from the chamber 10 into the pipe section 19 '. This core 13 can be moved in the axial direction by means of the rod 17 protruding from the chamber 10. The core 13 is formed with an inner flow channel 25, the axial opening of which is located in the chamber 10 is closed. The end portion of the core 13 facing the chamber 10 is formed with axial through slots 47. In the chamber 10 'there is an actuator 16 which extends from the circumferential surface of the core 13 to the circumferential wall 1' of the chamber 10 'and is designed in a manner corresponding to the actuators 16 already described in connection with the other embodiments. This actuator 16 in the chamber 10 'also has the same function as the actuators already described.
In der Seitenwand 11' der Kammer 10' ist der Kern 13 dichtend geführt, und es ist eine Dichtung 49 zum Abdichten vorgesehen. Der Innendurchmesser des Rohrabschnittes 19 ist nur geringfügig größer als der Außendurchmesser des länglichen Kernes 13. Der Innendurchmesser des Rohrabschnittes 19' ist etwas größer als der Außendurchmesser des Kernes 13, welcher insgesamt die Form eines Hohlzylinders aufweist, so daß im Bereich des Rohrabschnittes 19' ein Ringkanal gebildet wird. Wenn durch die Kammer 1 ein Fluid strömt, welches durch den ihr zugeordneten tangentialen Strömungskanal 3 in die Kammer 10 eintritt, so entsteht eine spiralförmige Fluidströmung, welche auch den in die Kammer 10 ragenden Endabschnitt des Kernes 13 zumindest teilweise umströmt und dabei durch den sich in der Kammer 1 befindenden Bereich der Durchtrittsschlitze 47 in den inneren Strömungsfkanal 25 des länglichen Kernes 13 gelangt. Die Fluidströmung ist im Inneren des Strömungskanals 25 spiralförmig, wie es durch die unterbrochene Linienführung angedeutet ist. Durch das offene, sich bei 27 konisch erweiternde Ende gelangt die Fluidströmung aus dem inneren des Strömungskanals 25 in den Rohrabschnitt 19'.The core 13 is sealingly guided in the side wall 11 'of the chamber 10' and a seal 49 is provided for sealing. The inside diameter of the pipe section 19 is only slightly larger than the outside diameter of the elongated core 13. The inside diameter of the pipe section 19 'is somewhat larger than the outside diameter of the core 13, which overall has the shape of a hollow cylinder, so that in the area of the pipe section 19' Ring channel is formed. If a fluid flows through the chamber 1, which enters the chamber 10 through the associated tangential flow channel 3, a spiral fluid flow arises which also at least partially flows around the end section of the core 13 projecting into the chamber 10 and thereby through the the area of the passage slots 47 located in the chamber 1 reaches the inner flow channel 25 of the elongated core 13. The fluid flow is spiral-shaped inside the flow channel 25, as is indicated by the broken lines. Through the open, conically widening end at 27, the fluid flow arrives from the interior of the flow channel 25 into the pipe section 19 '.
Der Teil der Ausführungsform gemäß Fig. 8, der den tangentialen Strömungskanal 3 ' und die Kammer 1 0 ' umfaßt , entspricht im wesentlichen der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 3A und 3B .The part of the embodiment according to FIG. 8, which comprises the tangential flow channel 3 'and the chamber 10', essentially corresponds to the second embodiment according to FIGS. 3A and 3B.
Die Au3führungsform gemäß Fig. 8 kann zum Mischen von zwei Fluidenoder auch als eine Strahlpumpe eingesetzt werden. Im ersteren Fall strömen die Fluide in die Kammern 10 und 10' jeweils unter der Wirkung eines positiven Drukkes ein. Im letztgenannten Fall strömt das Fluid in die Kammer 10' unter einem positiven Druck ein und im Bereich des Rohrabschnittes 19' entsteht ein Unterdruck, der sich durch den inneren Strömungskanal 25, die Durchtrittsschlitze 47, die Kammer 10 bis zu dem tangentialen Strömungskanal 3 fortpflanzt. Infolgedessen kann durch den tangentialen Strömungskanal 3 ein Fluid angesaugt werden, welches an dem offenen Ende des inneren Strömungskanals 25 in den Rohrabschnitt 19' gelangt. eei dieser Ausführungsform weisen beide Fluide in dem Rohrabschnitt 19' eine spiralförmige Strömung auf. Der sich torusförmig erweiternde Rohrabschnitt 48 wirkt als Dif- fusor, so daß die Rotationskomponente der Strömung kleiner wird, und sich mit der Zeit eine axiale Strömung einstellt.The embodiment according to FIG. 8 can be used for mixing two fluids or as a jet pump. In the former case, the fluids flow into the chambers 10 and 10 'each under the action of a positive pressure. In the latter case, the fluid flows into the chamber 10 'under a positive pressure and in the region of the pipe section 19' a negative pressure is created which propagates through the inner flow channel 25, the through-slots 47, the chamber 10 up to the tangential flow channel 3. As a result, a fluid can be sucked in through the tangential flow channel 3, which reaches the pipe section 19 ′ at the open end of the inner flow channel 25. egg In this embodiment, both fluids have a spiral flow in the tube section 19 '. The toroidally widening tube section 48 acts as a diffuser, so that the rotational component of the flow becomes smaller, and an axial flow is established over time.
Die Länge der Durchtrittsschlitze 47 ist so gewählt, daß sich die Durσh'trittsschlitze 47 in Längsrichtung im wesentlichen über die gesamte Breite der Kammer 10 erstrecken, wenn der längliche Kern 13 ganz nach links in Fig. 8 verschoben ist.The length of the passage slits 47 is chosen such that the Durσh ' slits 47 extend in the longitudinal direction substantially over the entire width of the chamber 10 when the elongated core 13 is shifted all the way to the left in FIG. 8.
Fig. 9 zeigt eine achte Ausführungsform, bei der zwei "Grundformen" der Erfindung zusammengeschaltet sind. Wie aus der Fig. 9 ersichtlich, sind die beiden Kammern 10 und 10' über einen zylindrischen Rohrabschnitt 19 mit- einander verbunden. Längs der Längsachse der beidenFig. 9 shows an eighth embodiment in which two "basic forms" of the invention are interconnected. As can be seen from FIG. 9, the two chambers 10 and 10 ′ are connected to one another via a cylindrical tube section 19. Along the longitudinal axis of the two
Kammern erstreckt sich ein in Längsrichtung verschiebbar angeordneter Kern 13, der an dem sich in der Kammer 10 befindenden Ende ein Stellglied 16 aufweist. An das Stellglied 16 schließt eine Stange 17 an, die fest mit dem länglichen Kern 13 verbunden ist und über die Kammer 10 durch eine nicht näher bezeichnete Öffnung in der Seitenwand 11 nach außen hervorsteht. Der Kern 13 erstreckt sich mit dem dem Stellglied 16 gegenüberliegenden Endabschnitt in einer rchrförmigen, geschlosse- nen Fortsetzung der Seitenwand 12'. Diese Fortsetzung und die nicht näher bezeichnete Öffnung in der Seitenwand 11 der Kammer 10 dienen zur Führung des Kernes 13. und dessen Verschiebung. Auch hier ist die Stange 17 gegenüber der Seitenwand 11 abgedichtet. Der Innendurch- messer des Rohrabschnittes 19 ist wesentlich größer als der Außendurchmesser des zylindrischen Kernes 13.Chambers extends a core 13 slidably arranged in the longitudinal direction, which has an actuator 16 at the end located in the chamber 10. The actuator 16 is followed by a rod 17, which is fixedly connected to the elongated core 13 and protrudes outwards through the chamber 10 through an opening in the side wall 11, which opening is not specified. The core 13 extends with the end section opposite the actuator 16 in a circular, closed continuation of the side wall 12 '. This continuation and the unspecified opening in the side wall 11 of the chamber 10 serve to guide the core 13 . and its shift. Here, too, the rod 17 is sealed off from the side wall 11. The inside diameter of the pipe section 19 is considerably larger than the outer diameter of the cylindrical core 13.
Ein durch den tangentialen Strömungskanal 3 in die Kammer 10 einströmendes Fluid bildet in dieser Kammer 10 einen spiralförmigen Strömungswirbel, wobei das Fluid die Außenfläche des länglichen Kernes 13 mehrere Male umströmt. Die den Kern 13 umlaufende Fluidströmung bewegt sich in axialer Richtung durch den RohrabschnittA fluid flowing into the chamber 10 through the tangential flow channel 3 forms a spiral flow vortex in this chamber 10, the fluid flowing around the outer surface of the elongated core 13 several times. The fluid flow circulating around the core 13 moves in the axial direction through the pipe section
19 hindurch in die Kammer 10', beider die Fluidströmung ebenfalls in Form eines spiralförmigen Potentialwirbels vorliegt. Aus der Kammer 10' tritt die Strömung durch den tangentialen Strömungskanal 3' aus. Die Orientierung der tangentialen Strömungskanäle 3 und 3' ist der Umlaufrichtung der jeweiligen Fluidpotentialwirbel angepaßt.19 into chamber 10 ', both of which the fluid flow is also in the form of a spiral potential vortex. The flow exits the chamber 10 'through the tangential flow channel 3'. The orientation of the tangential flow channels 3 and 3 'is adapted to the direction of rotation of the respective fluid potential vortices.
Die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform kann mit der Arbeitsweise einer Venturi-Düse verglichen werden, denn unter höherem Druck mit geringer Geschwindigkeit in die Kammer 10 eintretendes Fluid erreicht innerhalb des Rohrabschnittes 19 eine hohe Strömungsgeschwindigkeit bei niederem Druck, und diese große Fluidströmungsge- schwindigkeit wird in der Kammer 10' abgebaut, wobei wieder, ein Druck in dem tangentialen Strömungskanal 3' aufgebaut wird. Durch axiale Verschiebung des Kernes 13 kann aufgrund der Wirkungsweise des Stellgliedes 16, wie bereits vorstehend erörtert worden ist, die Durch- flußmenge durch die gesamte Vorrichtung eingestellt werden. Bei identischen Kammern 10 und 10' erhält man ohne Stellglied 16 aber mit Kern 13, oder bei voll geöffneter Kammer 10 die gleichen Verhältnisse wie bei einer Venturi-Düse.The embodiment shown in FIG. 9 can be compared with the mode of operation of a Venturi nozzle, because fluid entering the chamber 10 under higher pressure at low speed reaches a high flow rate at low pressure within the pipe section 19, and this becomes a high fluid flow rate reduced in the chamber 10 ', again, a pressure is built up in the tangential flow channel 3'. By axially displacing the core 13, the flow rate through the entire device can be set due to the mode of operation of the actuator 16, as has already been discussed above. If the chambers 10 and 10 'are identical, the same conditions as with a Venturi nozzle are obtained without the actuator 16 but with the core 13, or with the chamber 10 fully open.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen wurde die erfindungsgemäße Anwendung eines Fluidpotentialwirbels im Zusammenhang mit Vorrichtungen beschrieben, bei denen der längliche Kern ortsfest oder verschiebbar war. Von der Erfindung werden aber auch Vorrichtungen umfaßt, bei denen ein drehbar angeordneter Kern vorgesehen ist, der in einer Kammer mit einer Umfangswand angeordnet ist, die sich längs eines Kreisbogens oder Spiralbogens erstreckt. Wie bereits erwähnt wurde, hängt die Wahl der Art der Krümmung der Umfangswand von den Strömungsver- hältnissen im Übergangsbereich zwischen der Umfangswand und dem tangential in die Kammer einmündenden Strömungskanal ab. Diesbezüglich ist von Bedeutung, wie stark sich die Strömungsgeschwindigkeit nach einem Umlauf an der Umfangswand entlang geändert hat. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß zu berücksichtigen ist, ob zwei im Übergangsbereich zwischen dem tangentialen Strömungskanal und der Kammer vorliegende, miteinander in Berührung kommende Strömungsschichten einen größeren Geschwindigkeitsunterschied aufweisen oder nicht.In the previously described embodiments, the use of a fluid potential vortex according to the invention in connection with devices has been described in which the elongated core was stationary or movable. However, the invention also encompasses devices in which a rotatably arranged core is provided which is arranged in a chamber with a peripheral wall which extends along an arc or spiral arc. As has already been mentioned, the choice of the type of curvature of the peripheral wall depends on the flow conditions in the transition region between the peripheral wall and the flow channel opening tangentially into the chamber. In this regard, it is important how much the flow velocity has changed after one revolution along the peripheral wall. In other words, it has to be taken into account whether or not two flow layers that come into contact with one another in the transition region between the tangential flow channel and the chamber have a greater speed difference.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung eines QuerSchnitts einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem drehbar angeordneten Kern 60. Eine die Kammer 10 begrenzende Umfangswand 1 verläuft längs eines Spiralbogens. An diese Umfangswand 1 schließt sich tangential ein Strömungskanal 3 an. Der Übergangsbereich zwischen dem Inneren der Kammer 10 und dem Anschlußende des Strömungskanals 3 ist mit 6 bezeichnet. Innerhalb der Umfangswand 1 ist ortsfest eine spiralförmige Leitfläche 2 angeordnet, so daß die Kammer 10 in einen Innenraum und einen Ringraum unterteilt ist, wobei letzterer von der Umfangswand 1 und der spiralförmigen Leitfläche 2 begrenzt ist. In der Fig. 10 nicht erkennbare Seitenwände sind vorgesehen, so daß insgesamt ein Gehäuse gebildet wird. Im Innenraum der Kammer 10 ist ein länglicher Kern 60 drehbar gelagert. Von dem Kern 60 erstrecken sich radial nach .außen Leitelemente 61. Die radiale Erstreckung der Leitelemente 61 ist so gewählt, daß eine freie Drehung des Kernes 60 um seine Längsachse möglich ist. Der drehbare Kern 60 ist in einer Lagereinrichtung drehbar gelagert, die an mindestens einer der nicht dargestellten Seitenwände gefestigt ist. Ferner befindet sich in mindestens einer der Seitenwände eine Durchtrittsöffnung, so daß der innerhalb der spiralförmigen Leitfläche 2 liegende Inrienraum der Kammer 10 eine Strömungsverbindung nach außerhalb der Vorrichtung aufweist.10 shows a schematic representation of a cross section of a device according to the invention with a rotatably arranged core 60. A peripheral wall 1 delimiting the chamber 10 runs along a spiral arch. A flow channel 3 connects tangentially to this peripheral wall 1. The transition area between the interior of the chamber 10 and the connection end of the flow channel 3 is designated by 6. A spiral-shaped guide surface 2 is arranged in a stationary manner within the peripheral wall 1, so that the chamber 10 is divided into an interior and an annular space, the latter being delimited by the peripheral wall 1 and the spiral-shaped guide surface 2. Side walls which cannot be seen in FIG. 10 are provided, so that a housing is formed overall. An elongated core 60 is rotatably mounted in the interior of the chamber 10. From the core 60 extend radially outward. Guide elements 61. The radial extension of the guide elements 61 is selected so that a free rotation of the core 60 about its longitudinal axis is possible. The rotatable core 60 is rotatably mounted in a bearing device which is fastened to at least one of the side walls, not shown. Furthermore, there is a passage opening in at least one of the side walls, so that the interior space of the chamber 10 located within the spiral guide surface 2 has a flow connection to the outside of the device.
Es sei nun angenommen, daß die Vorrichtung gemäß Fig. 10 mit einer Flüssigkeit gefüllt ist. Ferner soll die Durchtrittsöffnung in zumindest einer der Seitenwände mit einem Flüssigkeitsvorrat strömungsmäßig in Verbindüng stehen, und der drehbare Kern 60 soll mit einer Antriebseinrichtung, wie z.B. einem Motor (nicht dargestellt), antriebsmäßig verbunden sein. Wenn der Kern 60 durch die Antriebseinrichtung in Drehung versetzt wird, so drehen sich ebenfalls die an den Kern 60 angebrachten Leitelemente 61 mit. Infolgedessen wird die sich im Innenraum der Kammer 10 befindende Flüssigkeit in Drehung versetzt und gelangt durch den Durchtritts- bereich 7, der von den Endabschnitten der spiralförmigen Leitfläche 2 in radialer Richtung begrenzt wird, in den bereits genannten Ringraum der Kammer 10. In diesem Ringraum bildet sich eine spiralförmige Flüssigkeitsströmung aus, und die an der Umfangswand 1 entlangfließende Flüssigkeitsschicht gelangt durch den Durchtrittsbereich 6 in den tangentialen Strömungskanal 3 und von dort nach außen. Da aus dem Innenraum Flüssigkeit in den Ringraum gefördert wird, entsteht im Innenraum ein Unterdruck, so daß Flüssigkeit durch die mit dem Innenraum in Strömungsverbindung stehende Durchtrittsöffnung in mindestens einer der Seitenwände aus dem Flüssigkeitsvorrat angesaugt wird.It is now assumed that the device according to FIG. 10 is filled with a liquid. Furthermore, the passage opening in at least one of the side walls is to be connected in terms of flow to a liquid supply, and the rotatable core 60 is to be connected in terms of drive to a drive device, such as a motor (not shown). When the core 60 is rotated by the drive device, the guide elements 61 attached to the core 60 also rotate. As a result, the liquid located in the interior of the chamber 10 is set in rotation and passes through the passage area 7, which is delimited in the radial direction by the end sections of the spiral guide surface 2, into the annular space of the chamber 10 already mentioned, forming in this annular space a spiral-shaped liquid flow arises, and the liquid layer flowing along the peripheral wall 1 passes through the passage area 6 into the tangential flow channel 3 and from there to the outside. Since liquid is conveyed into the annular space from the interior, a negative pressure is created in the interior, so that liquid is sucked out of the liquid supply through the passage opening which is in flow communication with the interior in at least one of the side walls.
In vorteilhafter Weise ist es mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 10 möglich, in dem tangentialen Strömungskanal 3 einen relativ hohen Flüssigkeitsdruck aufzubauen. Die Größe des in dem tangentialen Strömungskanal 3 aufgebauten Druckes hängt u.a. von der Drehzahl des Kernes 60 und damit von der Eintrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in den Durchtrittsbereich 7, sowie von der radialen Abmessung der Umfangswand 1 ab. Ferner spielt auch die Querschnittsfläche des Durchtrittsbereiches 6 eine Rolle, denn wegen der Kontinuitätsgleichung muß die jeweils durch die Durchtrittsbereiche 6 und 7 strömende Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit gleich groß sein, Die Durchtrittsmenge hängt wiederum von der jeweiligen Strömungsgeschwindigkeit in diesen Bereichen ab.It is advantageously possible with a device according to FIG. 10 to build up a relatively high liquid pressure in the tangential flow channel 3. The size of the pressure built up in the tangential flow channel 3 depends, inter alia. on the speed of the core 60 and thus on the rate of entry of the liquid into the passage area 7, and on the radial dimension of the peripheral wall 1. Furthermore, the cross-sectional area of the passage area 6 also plays a role, because because of the continuity equation, the amount of liquid flowing through the passage areas 6 and 7 per unit of time must be the same. The passage amount in turn depends on the respective flow velocity in these areas.
Wenn die radiale Erstreckung der Leitelemente 61 unabhängig von der Drehstellung des Kernes 60 ist, so ändert sich in Abhängigkeit von der Drehstellung der Zwischenraum zwischen den Enden der Leitelemente 61 und der Innenfläche der spiralförmigen Leitfläche 2 während einer Umdrehung. Um durch die Leitelemente 61 eine gute Förderung des Fluids, was bei diesem Beispiel als eine Flüssigkeit angenommen war, zu erreichen, können im Rahmen der Erfindung die Leitelemente 61 auch so ausgebildet sein, daß sich ihre radiale ErStreckung in Abhängigkeit von der Drehstellung des Kernes 60 ändert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit drehbarem Kern gemäß Fig. 10 weist bei ihrem Betrieb sehr geringe Verluste auf, da sich günstige Strömungsverhältnisse ergeben.If the radial extension of the guide elements 61 is independent of the rotational position of the core 60, the space between the ends of the guide elements 61 and the inner surface of the spiral-shaped guide surface 2 changes during one revolution depending on the rotational position. In order to achieve good conveyance of the fluid by the guide elements 61, which was assumed to be a liquid in this example, the guide elements 61 can also be designed within the scope of the invention in such a way that their radial extension depends on the rotational position of the core 60 changes. The device according to the invention with a rotatable core according to FIG. 10 has very low losses during its operation, since favorable flow conditions result.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die in einer Kammer mit einer kreisbogenförmigen oder spiralbogenförmigen Umfangswand erzeugten Fluidwirbel dazu zu verwenden, einen drehbaren Kern in Drehung zu versetzen. Ein erfindungsgemäßes Beispiel hierfür ist in Fig. 11 dargestellt.Within the scope of the invention it is also possible to use the fluid vortices generated in a chamber with a circular-arc-shaped or spiral-arc-shaped peripheral wall to set a rotatable core in rotation. An example of this according to the invention is shown in FIG. 11.
In einer von einer kreisbogenförmigen oder spiralbogenförmigen Umfangswand 1 begrenzten Kammer 10 ist ein drehbarer Kern 50 angeordnet. In die Kammer 10 mündet tangential ein Strömungskanal 3, wobei der Durchtrittsbereich von dem Strömungskanal 3 in die Kammer 10 mit 6 bezeichnet ist. Aus der einen Radialschnitt darstellenden Fig. 11 nicht erkennbare Seitenwände sind vorgesehen, die zusammen mit der Umfangswand 1 ein Gehäuse bilden. In der Kammer 10 ist ein allgemein mit 56 bezeichneter, drehbarer Kern angeordnet, der eine Drehwelle 50 aufweist, die sich durch mindestens eine der Seitenwände erstreckt. Bei der Darstellung gemäß Fig. 11 weist der Kern 56 zwei gebogene Leitelemente 57 und 57' auf. Die beiden Leitelemente 57 und 57' weisen konkav nach innen gewölbte äußere Zylinderflächen 54 und 54' auf, wobei der geometrische Ort der Erzeugenden dieser Zylinderflächen 54 und 54' ein Spiralbogen ist. Die Innenflächen 58 und 58' sind in Richtung zu der Kernachse hin gewölbte Zylinderflächen. Die Enden 51 und 52 der Außenfläche 54 und der Innenfläche 58 des Leitelementes 57 sind über eine Anströmfläche 53 miteinander verbunden, die in den von der Außenfläche 54 und der Innenfläche 58 begrenzten Raum hineingewölbt ist. Die Anströmflache 53 ist ebenfalls eine Zylinderfläche. Der geometrische Ort der Erzeugenden dieser Anströmfläche 53 ist bei diesem Beispiel, ein Halbkreis. In dem zu der Anströmfläche 53 entgegengesetzten Endbereich 55 des Leitelementes 57 sind die Außenfläche 54 und die Innenfläche 58 über eine kreisbogenförmige Zylinderfläche miteinander verbunden.A rotatable core 50 is arranged in a chamber 10 delimited by an arcuate or spiral arcuate peripheral wall 1. A flow channel 3 opens tangentially into the chamber 10, the passage area from the flow channel 3 into the chamber 10 being designated by 6. 11, which cannot be seen from a radial section, are provided which, together with the peripheral wall 1, form a housing. Arranged in chamber 10 is a rotatable core, generally indicated at 56, which has a rotating shaft 50 which extends through at least one of the side walls. 11, the core 56 has two curved guide elements 57 and 57 '. The two guide elements 57 and 57 'have concave outer cylindrical surfaces 54 and 54', the geometric location of the generatrix of these cylindrical surfaces 54 and 54 'being a spiral arc. The inner surfaces 58 and 58 'are curved cylinder surfaces in the direction of the core axis. The ends 51 and 52 of the outer surface 54 and the inner surface 58 of the guide element 57 are connected to one another via an inflow surface 53, which is curved into the space delimited by the outer surface 54 and the inner surface 58. The inflow surface 53 is also a cylindrical surface. In this example, the geometrical location of the generatrix of this inflow surface 53 is a semicircle. In the end region 55 of the guide element 57 opposite the inflow surface 53, the outer surface 54 and the inner surface 58 are connected to one another via an arcuate cylindrical surface.
Das Leitlement 57' ist in gleicher Weise wie das Leitelement 57 ausgebildet, so daß die vorhergehende Beschreibung auch für die Außenfläche 54', die Innenfläche 58', die Enden 51' und 52' dieser Flächen, die Anströmfläche 53' und den Endbereich 55' des Leitelementes 57' gilt.The guide element 57 'is designed in the same way as the guide element 57, so that the preceding description also applies to the outer surface 54', the inner surface 58 ', the ends 51' and 52 'of these surfaces, the inflow surface 53' and the end region 55 '. of the guide element 57 'applies.
Wie bereits erwähnt, ist der die Leitelemente 57 und 57' aufweisende Kern 56 drehbar gelagert. In wenigstens einer. der nicht dargestellten Seitenwände ist eine Durchtrittsöffnung,vorzugsweise eine zu der Drehachse des Kernes 56 konzentrische Durchtrittsöffnung vorgesehen.As already mentioned, the core 56 having the guide elements 57 and 57 'is rotatably mounted. In at least one. A passage opening, preferably a passage opening concentric with the axis of rotation of the core 56, is provided in the side walls (not shown).
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die beispielhaft in Fig. 11 dargestellt ist, wird nun für den Fall beschrieben, daß das Fluid eine Flüssigkeit ist. Es sei angenommen, daß die Kammer 10 mit einer Flüssigkeit gefüllt ist. Weitere Flüssigkeit soll nun durch den tangentialen Strömungskanal 3 in die Kammer einströ- men. Diese einströmende Flüssigkeit gelangt durch den Durchtrittsbereich 6 in das Innere der Kammer 10, und es bildet sich in der Kammer 10 eine spiralförmige Strömung aus, die wie es im Rahmen der Erfindung vorgesehen ist, die Form eines spiralförmigen Flüssigkeits- potentialwirbels aufweist. Bei der Darstellung gemäß Fig. 11 dreht sich der spiralförmige Flüssigkeitspotentialwirbel in Richtung des Uhrzeigersinns. Mit dem Bezugszeichen 60 ist ein Abschnitt einer spiralförmigen Strömungsbahn bezeichnet, die sich bereits sehr nahe bei dem drehbaren Kern 56 befindet. Verfolgt man diese Strömungsbahn 60 im Uhrzeigersinn, so ist zu erkennen, daß diese Strömungsbahn an der radial äußeren Verbindungskante zwischen der Anströmfläche 53 und der Außenfläche 54 des Leitelementes 57 in einen Anteil aufgeteilt wird, der zwischen der Verbindungskante 51 der Anströmfläche 53 und der Außenfläche 54 und dem Endbereich 55' des Leitelementes 57' eintritt und durch die Anströmfläche 53 zum Inneren des Kernes 56 hin umgelenkt wird. Der andere Anteil der Strömungsbahn 60 strömt an der Außenfläche 54 des Leitelementes 57 weiter und gelangt schließlich in den Durchtrittsbereich, der von der Verbindungskante 51' zwischen der Außenfläche 54' und der Anströmflache 53' des Leitelementes 57' und dem Endbereich 55 des Leitelementes 57 begrenzt ist. Die durch diesen Bereich hindurchströmende Flüssigkeit trifft auf die Anströmfläche 53' auf und wird durch diese zum Inneren des Kernes 56 umgelenkt. Die in das Innere des Kernes 56 umgelenkte Flüssigkeit kann durch die bereits erwähnte Durchtrittsöffnung in eine der Seitenwände nach außerhalb der Kammer 10 gelangen.The operation of the device according to the invention, which is shown by way of example in FIG. 11, will now be described in the case where the fluid is a liquid. Assume that chamber 10 is filled with a liquid. Further liquid should now flow into the chamber through the tangential flow channel 3. This inflowing liquid passes through the passage area 6 into the interior of the chamber 10, and a spiral flow is formed in the chamber 10 which, as provided in the context of the invention, has the shape of a spiral liquid potential vortex. In the presentation according to 11, the spiral fluid potential vortex rotates in the clockwise direction. The reference numeral 60 denotes a section of a spiral flow path which is already very close to the rotatable core 56. If one follows this flow path 60 in a clockwise direction, it can be seen that this flow path is divided at the radially outer connecting edge between the inflow surface 53 and the outer surface 54 of the guide element 57 into a proportion which is between the connecting edge 51 of the inflow surface 53 and the outer surface 54 and the end region 55 'of the guide element 57' and is deflected towards the interior of the core 56 by the inflow surface 53. The other portion of the flow path 60 continues to flow on the outer surface 54 of the guide element 57 and finally reaches the passage area which is delimited by the connecting edge 51 'between the outer surface 54' and the inflow surface 53 'of the guide element 57' and the end region 55 of the guide element 57 is. The liquid flowing through this area strikes the inflow surface 53 ′ and is deflected by this toward the interior of the core 56. The liquid deflected into the interior of the core 56 can reach the outside of the chamber 10 through the passage opening already mentioned into one of the side walls.
Die Außenflächen 54 und 54' der Leitelemente 57 und 57' sind derart gekrümmt, daß die Krümmung im wesentlichen den gleichen Verlauf wie die der Außenflächen 54 und 54' benachbarte Strömungsbahnen aufweisen.The outer surfaces 54 and 54 'of the guide elements 57 and 57' are curved such that the curvature has essentially the same course as that of the flow paths adjacent to the outer surfaces 54 and 54 '.
Die Durchtrittsbereiche, durch die die Flüssigkeit in das Innere des Kernes 56 gelangt, sind so zu bemessen. daß ihre Querschnittsflächen der Querschnittsfläche des Durchtrittsbereiches zwischen dem tangentialen Strömungskanal 3 und dem Inneren der Kammer 10 angepaßt sind. Auch hier spielt die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in dem jeweiligen Durchtrittsbereich eine Rolle, denn die durch den Durchtrittsbereich 6 strömende Flüssigkeitsmenφe ist gleich der durch die Durchtrittsbe- reiche zwischen den Enden der Leitelemente 57 und 57' hindurchfließenden Flüssigkeitsmenge.The passage areas through which the liquid enters the interior of the core 56 are to be dimensioned in this way. that their cross-sectional areas are adapted to the cross-sectional area of the passage area between the tangential flow channel 3 and the interior of the chamber 10. Here, too, the flow velocity of the liquid plays a role in the respective passage area, because the liquid volume flowing through the passage area 6 is equal to the amount of liquid flowing through the passage areas between the ends of the guide elements 57 and 57 '.
Bei der in Fig. 11 dargestellten Ausbildungsform sind zwei Leitelemente 57 und 57' vorgesehen, deren jeweilige Anströmflächen 53 und 53' mit Flüssigkeit beaufschlagt werden, so daß dadurch der Kern 56 in Drehung versetzt wird. Es können jedoch auch mehr als zwei Leitelemente vorgesehen sein, wobei die Durchtrittsbereiche zwischen den jeweiligen Enden der. Leitelemente im Hinblick auf ihre Querschnittsflächen und die jeweils vorliegendenIn the embodiment shown in FIG. 11, two guide elements 57 and 57 'are provided, the respective inflow surfaces 53 and 53' of which are acted upon by liquid, so that the core 56 is set in rotation. However, more than two guide elements can also be provided, the passage areas between the respective ends of the. Guiding elements with regard to their cross-sectional areas and the existing ones
Strömungsgeschwindigkeiten so auszubilden sind, daß die sich aus der Kontinuitätsgleichung ergebenden Bedingungen möglichst gut erfüllt sind.Flow velocities should be designed in such a way that the conditions resulting from the continuity equation are fulfilled as well as possible.
In vorteilhafter Weise wird dadurch, daß ein spiralförmiger Flüssigkeitspotentialwirbel mit mehreren Umläufen vorgesehen ist, und die Außenflächen der Leitelemente entsprechend den spiralförmigen Strömungsbahnen ausgebildet sind, erreicht, daß eine fortlaufende Beaufschla- gung der Anströmflächen mit dem Fluid erzielt wird. Infolgedessen ergeben sich äußerst geringe Vibrationen und Verluste und auch die Gefahr einer Kavitation ist äußerst gering.Advantageously, the fact that a spiral liquid potential vortex is provided with a plurality of revolutions and the outer surfaces of the guide elements are designed in accordance with the spiral flow paths ensures that the inflow surfaces are continuously exposed to the fluid. As a result, there are extremely low vibrations and losses and the risk of cavitation is extremely low.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung nach der Erfindung kann auch so betrieben werden, daß der drehbare Kern 56 durch eine Antriebseinrichtung angetrieben wird, wobei dann der Drehsinn umgekehrt ist, d.h. der drehbare Kern 56 dreht sich dann entgegen dem Uhrzeigersinn. In diesem Fall wirkt die Vorrichtung wie eine Fördervorrichtung für, ein Fluid, welches durch die in mindestens einer der Seitenwände vorgesehene Durchtrittsöffnung in das Innere des Kernes axial eintritt und durch die Anströrαflachen,der Leitelemente in die den Kern umgebende Kammer gefördert wird, in der sich dann ein spiralförmiger Fluidpotentialwirbel ergibt. Das Fluid bzw. die Flüssigkeit tritt am Umfang der Kammer in den tangentialen Strömungskanal ein.The device according to the invention described above can also be operated so that the rotatable Core 56 is driven by a drive device, wherein the direction of rotation is then reversed, ie the rotatable core 56 then rotates counterclockwise. In this case, the device acts like a conveying device for a fluid which axially enters the interior of the core through the passage opening provided in at least one of the side walls and is conveyed through the contact surfaces of the guide elements into the chamber surrounding the core, in which then results in a spiral fluid potential vortex. The fluid or the liquid enters the tangential flow channel at the periphery of the chamber.
Zusammenfassend ergibt sich somit, daß dem Grundgedanken der Erfindung zur Folge in einer Kammer mit kreisbogenförmiger oder spiralbogenförmiger Umfangswand ein sich drehender, spiralförmiger Fluidpotentialwirbel erzeugt wird, derart, daß das Fluid beim Durchströmen der Kammer mehrmals die Achse der Kammer umläuft. Der spiralförmige Fluidpotentialwirbel ist derart aufgebaut, daß im wesentlichen für zwei beliebige Aufpunkte P1 und P2 des spiralförmigen Fluidpotentialwirbels gilt w1r1 n = w1r2 n, wobei ri den radialen Abstand von der Wirbelachse, wi die jeweils vorliegende Strömungsgeschwindigkeit des Fluids und n eine Konstante bedeuten, für welche gilt 0 < n < ∞ . Vorzugsweise ist n größer oder gleich 1. Der Wert für n hängt von dem jeweils angestrebten Zweck ab, für den eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden soll.In summary, it follows that, according to the basic idea of the invention, a rotating, spiral-shaped fluid potential vortex is generated in a chamber with a circular-arc-shaped or spiral-arc-shaped circumferential wall, such that the fluid rotates several times around the axis of the chamber as it flows through the chamber. The spiral fluid potential vortex is constructed in such a way that essentially for any two points P 1 and P 2 of the spiral fluid potential vortex, w 1 r 1 n = w 1 r 2 n , where r i is the radial distance from the vortex axis, w i is the present one Flow velocity of the fluid and n mean a constant, for which 0 <n <gilt applies. Preferably n is greater than or equal to 1. The value for n depends on the intended purpose for which a device according to the invention is to be used.
Es wird noch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäßen Vorrichtungen mit flüssigen, gasförmigen und dampfförmigen Fluiden betrieben bzw. verwendet werden können. Ferner wird darauf hingewiesen, daß mit erfindungsgemäßen Vorrichtungen der Rohrströmungswiderstand in dem an eine erfindungsgemäße Vorrichtung anschließenden Rohr, in welchem sich das Fluid spiralförmig fortbewegt, verringert werden kann. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß gegenüber einer rein axialen Strömung eine sich in axialer Richtung spiralförmig verlaufende Strömung einen geringeren Reibungsverlust aufweist, so daß längs desjenigen Rohrabschnittes, in dem die Strömung noch eine Drehkomponente aufweist, weniger Energie, die das Fluid enthält, von dem Fluid abgegeben wird. It is also pointed out that the devices according to the invention can be operated or used with liquid, gaseous and vaporous fluids. It is also noted that with the invention Devices, the pipe flow resistance in the pipe adjoining a device according to the invention, in which the fluid moves in a spiral, can be reduced. In other words, this means that, compared to a purely axial flow, a flow spiraling in the axial direction has less friction loss, so that along the pipe section in which the flow still has a rotating component, less energy, which the fluid contains, of the fluid is released.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Vorrichtung zum Umwandeln einer Fluidstörmung einer ersten Art in eine Fluidströmung einer zweiten Art, mit einer Kammer, die von zwei Seitenwänden und einer sich zwischen den Seitenwänden erstreckenden konkaven Umfangswand begrenzt ist, mit einem im wesentlichen tangential zu der Umfangswand angeordneten, unter Bildung eines Durchtrittsbereiches in die Kammer mündenden Strömungskanals und einer Durch trittsöffnung in einer Seitenwand, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Umfangswand (1) längs eines Kreisbogens oder eines Spiralbogens verläuft, daß in der Kammer (10) ein länglicher Kern (13) angeordnet ist, der einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und dessen mittlere Längsachse mit der Achse des Kreisbogens bzw. Spiralbogens zusammenfällt und der sich durch die Durchtrittsöffnung (8) unter Bildung eines Ringspaltes erstreckt, und daß für zwei beliebige Punkte (P1, P2) der Fluidströmung zwischen dem ersten Durchtrittsbereich (6) und der Außenfläche des axialen Kernes (13) im wesentlichen die Bedingung w1r1 n = w2r2 n erfüllt ist, mit ri dem radialen Abstand des Punktes Pi von dem Mittelpunkt (0) des Kreisbogens bzw. des Spiralbogens, wi der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids am Punkt Pi und n einer Konstanten mit 0 < n < ∞ .1. A device for converting a fluidity of a first type into a fluid flow of a second type, having a chamber which is delimited by two side walls and a concave peripheral wall extending between the side walls, with a substantially arranged tangentially to the peripheral wall, to form a Passage area flowing into the chamber and a passage Step opening in a side wall, characterized in that the peripheral wall (1) runs along a circular arc or a spiral arc, that in the chamber (10) an elongated core (13) is arranged, which has a circular cross-section and its central longitudinal axis with the axis of the circular arc or spiral arc and which extends through the passage opening (8) to form an annular gap, and that for any two points (P 1 , P 2 ) the fluid flow between the first passage area (6) and the outer surface of the axial core ( 13) essentially the condition w 1 r 1 n = w 2 r 2 n is met, with r i the radial distance of the point P i from the center (0) of the circular arc or the spiral arc, w i the flow velocity of the fluid on Point P i and n of a constant with 0 <n <∞.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß sich an die Durchtrittsöffnung (8) in der einen Seitenwand (12) ein Strömungskanal (19) anschließt, in den sich der längliche Kern (13) erstreckt und dessen Innenwandung von der Umfangsfläche des länglichen Kernes (13) beabstandet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that a flow channel (19) adjoins the passage opening (8) in one side wall (12), into which the elongate core (13) extends and the inner wall of which extends from the peripheral surface of the elongate Core (13) is spaced.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der längliche Kern (13) einen durchgehenden, sich in Längsrichtung des länglichen Kernes (13) erstreckenden, inneren Strömungskanal (25) aufweist und sich bis zu der dem Ringspalt gegenüberliegenden, anderen Seitenwand (11) erstreckt, und daß der innere Strömungskanal (25) auf der Seite dieser anderen Seiten wand (11) nach außerhalb der Kammer (10) mündet.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the elongated core (13) has a continuous, in the longitudinal direction of the elongated core (13) extending, inner flow channel (25) and up to the opposite of the annular gap, others Side wall (11) extends, and that the inner flow channel (25) on the side of these other side wall (11) opens outside the chamber (10).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem inneren Strömungskanal (25) des länglichen Kernes (13) ein,weiterer länglicher Kern (30) angeordnet ist, dessen Umfangsfläche von der Innenwandung des innneren Strömungskanals (25) beabstandet ist, und daß sich der weitere längliche Kern (30) über das ringspaltseitige Ende. des länglichen Kernes (13) hinaus erstreckt.4. The device according to claim 3, characterized in that in the inner flow channel (25) of the elongated core (13), a further elongated core (30) is arranged, the peripheral surface of which is spaced from the inner wall of the inner flow channel (25), and that the further elongated core (30) over the annular gap end. of the elongated core (13) extends.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Kammer (10) ein zwischen ihren Seitenwänden (11, 12) bewegbares Stellglied (16) vorgesehen ist, dessen5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the chamber (10) between its side walls (11, 12) movable actuator (16) is provided, the
Umfangsfläche sich in nächster Nähe der Innenfläche der Umfangswand (1) der Kammer (10) befindet.The peripheral surface is in close proximity to the inner surface of the peripheral wall (1) of the chamber (10).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das6. The device according to claim 5, characterized g e k e n n z e i c h n e t that the
Stellglied (16) plattenförmig ist und sich von dem länglichen Kern (13) ausgehend in Richtung zu der Umfangswand (1) der Kammer (10) erstreckt.Actuator (16) is plate-shaped and extends from the elongated core (13) towards the peripheral wall (1) of the chamber (10).
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Stellglied (16) senkrecht zu der Längsachse des länglichen Kernes (13) verläuft. 7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that the actuator (16) extends perpendicular to the longitudinal axis of the elongated core (13).
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 und einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der längliche Kern (13) längs seiner Längsachse bewegbar und das Stellglied (16) an ihm angebracht ist.8. The device according to claim 1 or 2 and one of claims 5 to 7, characterized in that the elongated core (13) is movable along its longitudinal axis and the actuator (16) is attached to it.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der längliche Kern (13) längs seiner Längsachse verschiebbar ist und sich durch eine Öffnung. (26) in der anderen Seitenwand (11) unabhängig von seiner Verschiebestellung erstreckt, und daß das Stellglied (16) an dem länglichen Kern (13) angebracht ist.9. Device according to one of claims 1 to 4 and one of claims 5 to 7, characterized in that the elongated core (13) is displaceable along its longitudinal axis and extends through an opening. (26) in the other side wall (11) regardless of its displacement position, and that the actuator (16) is attached to the elongated core (13).
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der längliche Kern (13) wenigstens einen sich in Richtung zu seinem ringspaltseitigen Ende verjüngenden Abschnitt (35) aufweist.10. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the elongated core (13) has at least one portion (35) tapering in the direction of its annular gap end.
11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der weitere längliche Kern (30) wenigstens einen sich in Richtung zu einem seiner Enden verjüngenden Abschnitt (32, 33) aufweist.11. The device according to claim 4, characterized in that the further elongated core (30) has at least one portion (32, 33) tapering towards one of its ends.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der sich über die eine Seitenwand (12) hinaus erstrekkende Abschnitt des Kernes (13) mindestens ein Leitelement aufweist, durch das wenigstens ein Teil der Fluidwirbelströmung in Richtung einer axialen Strömung umlenkbar ist. 12. The apparatus according to claim 10, characterized in that the extending beyond the one side wall (12) section of the core (13) has at least one guide element through which at least part of the fluid vortex flow can be deflected in the direction of an axial flow.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der sich über den länglichen Kern (13) hinaus erstrekkende Abschnitt des weiteren länglichen Kernes (30) mindestens ein Leitelement (36) aufweist, durch das wenigstens ein Teil der Fluidwirbelströmung in Richtung einer axialen Strömung umlenkbar ist.13. The apparatus according to claim 11, characterized in that the extending beyond the elongated core (13) portion of the further elongated core (30) has at least one guide element (36) through which at least part of the fluid vortex flow in the direction of an axial flow is deflectable.
14. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Querschnittsfläche des an die Durchtrittsöffnung (8) in der einen Seitenwand (12) anschließenden Strömungskanal (19) konstant ist oder sich erweitert,14. The apparatus according to claim 2, characterized in that the cross-sectional area of the flow channel (19) adjoining the passage opening (8) in one side wall (12) is constant or widens,
15. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der längliche Kern (13) die Form eines Hohlzylinders (44) aufweist, dessen sich über die eine Seitenwand (12) hinaus erstreckendes Ende abgeschlossen ist, daß in der Mantelfläche des Hohlzylinders (44) mindestens ein sich parallel zu der Zylinderachse erstreckender Durchtrittsschlitz (45) ausgebildet ist, daß der längliche Kern (13) in Richtung der Zylinderachse verschiebbar ist und dichtend in der Durchtrittsöffnung (8) in der einen Seitenwand (12) geführt ist.15. The apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the elongated core (13) has the shape of a hollow cylinder (44), the end extending beyond the one side wall (12) is completed that in the outer surface of the hollow cylinder ( 44) at least one passage slot (45) extending parallel to the cylinder axis is formed such that the elongated core (13) is displaceable in the direction of the cylinder axis and is sealingly guided in the passage opening (8) in one side wall (12).
16. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Kammer (10) zwischen dem länglichen Kern (60) und der Umfangswand (1) eine spiralförmige Leitfläche (2) ortsfest angeordnet ist, die sich zwischen den Seitenwänden und über einen Winkel von im wesentli chen 360° erstreckt und gleichsinnig zu dem tangential in die Kammer (10) mündenden Strömungskanal (3) orientiert ist, daß in einer der Seitenwände eine Durchtrittsöffnung ausgebildet ist, die innerhalb der spiralförmigen Leitfläche (2) in die Kammer (10) mündet, daß der längliche Kern (60 ) um seine Längsachse drehbar angeordnet ist und sich radial bis sehr nahe an die kernseitige Fläche der spiralförmigen Leitfläche (2) erstreckende Leitelemente (61) aufweist.16. The apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that in the chamber (10) between the elongate core (60) and the peripheral wall (1) a spiral guide surface (2) is arranged stationary, which is between the side walls and over a Angle of essentially Chen extends 360 ° and is oriented in the same direction to the tangentially into the chamber (10) opening flow channel (3) that a passage opening is formed in one of the side walls, which opens within the spiral guide surface (2) in the chamber (10) that the elongate core (60) is arranged so as to be rotatable about its longitudinal axis and has guide elements (61) extending radially to very close to the core-side surface of the spiral-shaped guide surface (2).
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß sich der Durchtrittsbereich (6) des tangential in die Kammer (10) mündenden Strömungskanals (3) im wesentliehen über die Breite der Umfangswand (1) erstreckt.17. Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the passage area (6) of the flow channel (3) opening tangentially into the chamber (10) extends essentially across the width of the peripheral wall (1).
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Durchtrittsbereich (6) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist.18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the passage area (6) has a rectangular cross section.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Durchtrittsbereich (6) einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweist, der sich zu einer der Seitenwände (11, 12) hin verjüngt.19. The apparatus according to claim 17, characterized in that the passage area (6) has a substantially trapezoidal cross section that tapers towards one of the side walls (11, 12).
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Mittel vorgesehen sind, durch die die Querschnittstlache des Durchtrittsbereiches (6) veränderbar ist. 20. Device according to one of claims 17 to 19, characterized in that means are provided through which the cross-sectional area of the passage area (6) can be changed.
21. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein sich nach außerhalb der Kammer (10) erstreckendes, bewegbares Betätigungsorgan (17) vorgesehen ist, welches innerhalb der Kammer (10) fest mit dem länglichen Kern (13) verbunden ist.21. The apparatus according to claim 8, characterized g e k e n n z e i c h n e t that a to the outside of the chamber (10) extending, movable actuator (17) is provided, which is fixedly connected within the chamber (10) with the elongated core (13).
22. Vorrichtung zum Umwandeln einer Fluidströmung einer ersten Art in eine Fluidströmung einer zweiten Art, mit einer Kammer, die von zwei Seitenwänden und einer sich zwischen den Seitenwänden erstreckenden konkaven Umfangswand begrenzt ist, mit einem im wesentlichen tangential zu der Umfangswand angeordneten, unter Bildung eines Durchtrittsbereiches in die Kammer mündenden Strömungskanals und einer Durchtrittsöffnung in einer Seitenwand, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Umfangswand (1) längs eines Kreisbogens oder eines Spiralbogens verläuft, daß in der Kammer (10 ein länglicher Kern (13) drehbar angeordnet ist, der einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und dessen mittlere Längsachse mit der Achse des Kreisbogens bzw. Spiralbogens zusammenfällt, daß der Kern (56) mindestens zwei Leitelemente (57, 57') mit jeweils einer zu der Umfangswand (1) weisenden ersten Zylinderfläche (57, 57') und einer an die erste Zylinderfläche (57, 57') anschließenden und in etwa in der Richtung zu der Längsachse des Kernes (56) verlaufenden zweiten Zylinderfläche (53, 53') aufweist, daß der geometrische Ort der jeweiligen Erzeugenden der ersten Zylinderfläche (57, 57') ein dem Verlauf der Fluidströmung angepaßter Spiralbogenabschnitt ist, daß der geometrisehe Ort der jeweiligen Erzeugenden der zweiten Zylinderfläche (53, 53') ein Abschnitt einer Kurve ist, daß die beiden Erzeugenden parallel zur Längsachse des22. Apparatus for converting a fluid flow of a first type into a fluid flow of a second type, having a chamber which is delimited by two side walls and a concave peripheral wall extending between the side walls, with a substantially tangential to the peripheral wall, forming a Passage area in the flow channel opening into the chamber and a passage opening in a side wall, characterized in that the peripheral wall (1) runs along a circular arc or a spiral arch, that in the chamber (10) an elongated core (13) is rotatably arranged, which has a circular cross-section and the central longitudinal axis of which coincides with the axis of the circular arc or spiral arc, that the core (56) has at least two guide elements (57, 57 '), each with a first cylindrical surface (57, 57') facing the peripheral wall (1) and one to the first cylinder surface (57, 57 ') and approximately in the Direction to the longitudinal axis of the core (56) extending second cylinder surface (53, 53 '), that the geometric location of the respective generatrix of the first cylinder surface (57, 57') is a spiral arc section adapted to the course of the fluid flow, that the geometric location of the respective generatrix of the second cylinder surface (53, 53 ') is a portion of a curve that the two generators parallel to the longitudinal axis of the
Kernes (56) verlaufen, daß die Tangente an dem Spiralbogenabschnitt und diejenige an dem Kurvenabschnitt in ihrem gemeinsamen Punkt einen spitzen Winkel einschließen, daß zwischen zwei jeweils benachbarten Leitelementen (57, 57') ein Durchtrittsspalt zur Mitte des Kernes (56) hin vorgesehen ist, daß die kernseitigen Öffnungsbereiche der Durchtrittsspalte mit der Durchtrittsöffnung in einer Seitenwand in Fluidveröindung stehen, und daß für zwei beliebigeCore (56) run that the tangent to the spiral arc section and that at the curve section form an acute angle at their common point, that between two respectively adjacent guide elements (57, 57 ') a passage gap is provided towards the center of the core (56) that the core-side opening areas of the passage gaps are in fluid communication with the passage opening in a side wall, and that for any two
Punkte (P1,P2) der Fluidströmung zwischen dem ersten Durchtrittsbereich (6) und der Außenfläche der Leitelemente des Kernes (56) im wesentlichen die Bedingung w1r1 n = w2r2 n erfüllt ist, mit ri dem radialen Abstand des Punktes Pi von dem Mittelpunkt des Kreisbogens bzw. des Spiralbogens, wi der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids am Punkt Pi und n einer Konstanten mit 0 < n <oo. Points (P 1 , P 2 ) of the fluid flow between the first passage area (6) and the outer surface of the guide elements of the core (56) essentially satisfy the condition w 1 r 1 n = w 2 r 2 n , with r i the radial Distance of the point P i from the center of the circular arc or of the spiral arc, w i the flow velocity of the fluid at the point P i and n a constant with 0 <n <oo.
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