EP0251152A1 - Vorrichtung zum Erzeugen eines Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsstrahles - Google Patents

Vorrichtung zum Erzeugen eines Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsstrahles Download PDF

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EP0251152A1
EP0251152A1 EP87109009A EP87109009A EP0251152A1 EP 0251152 A1 EP0251152 A1 EP 0251152A1 EP 87109009 A EP87109009 A EP 87109009A EP 87109009 A EP87109009 A EP 87109009A EP 0251152 A1 EP0251152 A1 EP 0251152A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve body
liquid
valve
pipeline
pressure
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Withdrawn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
EP87109009A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerd E.A. Dr. Meier
Andreas Unrau
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.)
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV filed Critical Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Publication of EP0251152A1 publication Critical patent/EP0251152A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/06—Use of pressure wave generated by fuel inertia to open injection valves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H9/00—Pneumatic or hydraulic massage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • B05B1/08—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape of pulsating nature, e.g. delivering liquid in successive separate quantities ; Fluidic oscillators
    • B05B1/083—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape of pulsating nature, e.g. delivering liquid in successive separate quantities ; Fluidic oscillators the pulsating mechanism comprising movable parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration

Definitions

  • the invention relates to a device for generating a high-speed liquid pulse jet, having a pipe which has at one pipe end a valve with a valve body, which can be moved from an initial position into an operating position, and an actuating device acting on the valve body and at a distance from one another this pipe end is connected to a liquid inlet.
  • the invention achieves the object of designing such a device in such a way that the high-speed liquid pulse jet is generated using the flow energy of a low-pressure flow in the pipeline.
  • the pulse jet is thus generated by utilizing the known liquid hammer, which arises when a flow in a pipeline is braked very quickly within a period of time which, according to Joukowski, must be less than twice the pipeline length divided by the speed of sound in the liquid .
  • the liquid becomes compressible in the area of the rapid flow change, whereby a pressure pulse arises which, according to the invention, accelerates part of the liquid at the pipe end containing the valve, which exits the device as a high-pressure pulse jet through the jet opening.
  • valve body which controls a flow opening for the flow in the pipeline, is moved under the flow pressure against the force of a return spring onto its valve seat, as a result of which the flow opening is shut off and the flow is suddenly stopped while generating the liquid blow.
  • the resulting sound pulse is emitted via a membrane or the like.
  • a high-pressure pulse jet is generated by opening at least one jet opening at the pipe end having the valve, which is preferably designed as a converging nozzle and which is open at the latest in the operating position of the valve body, so that the liquid jet due to the pressure increase in the pipe can arise as a result of the occurrence of the liquid hammer in the operating position of the valve body.
  • the pressure that builds up due to the liquid hammer is many times higher than the excitation pressure for the liquid flow that is decelerated. Therefore, separate high-pressure generating devices are not required for the formation of the high-pressure jet.
  • the increase in pressure that occurs in the pipeline due to the liquid hammer subsequently decreases again, as a result of which the generated pulse jet decays.
  • the valve body is then moved back into its starting position, after which the flow in the pipeline is started again and, by moving the valve body into the operating position, it is braked again to generate a further pressure pulse and thus high-speed jet.
  • a targeted reduction of the pressure increase in the pipeline and therefore in the region of the jet opening can be favored in that the pipeline end facing away from the valve opens into an acoustically soft device which reflects the pressure wave generated by the liquid shock as a dilution wave.
  • the pressure is reduced by the dilution wave returning to the valve, as a result of which the velocity of the liquid jet discharged from the jet opening also decreases.
  • the wave of dilution is in turn according to Re flexion at the pipeline end having the valve is reflected at the acoustically soft pipeline end as a pressure wave which contributes to the renewed start of the flow towards the pipeline end having
  • the acoustically soft device can e.g. B. be a damping container with a gas volume, which is completed with a piston or a membrane to the associated pipe end.
  • a damping container with gas-filled elastomer bubbles such as rubber balls, e.g. Tennis balls, proven.
  • the device according to the invention it is necessary that in the pipeline under the supply pressure or by means of a separate flow drive arranged in the pipeline, a flow directed towards the pipeline end containing the valve is formed, which can then be braked suddenly with the generation of the liquid hammer.
  • the liquid column in the pipeline together with the valve body in the starting position which in this case is designed in the manner of a piston which can be displaced in the pipeline, can be accelerated to a sufficient flow rate.
  • a flow opening having a larger cross section than the jet opening is provided, the flow opening being open for the liquid passage in the starting position of the valve body and being closed by the valve body in the operating position.
  • the valve body can, for example, be a rotary body which can be rotated by means of the adjusting device about an axis running perpendicular to the pipe axis and is pierced perpendicularly to the axis of rotation, so that in its initial position it at least partially releases the pipe cross-section with the aid of the bore and after it has turned 90 ° is turned into its operating position, shuts off the cross section of the pipeline for braking the liquid flow.
  • the valve body is preferably pivotable or in particular displaceable in the axial direction of the pipeline, the operating position of the valve body being determined by a stop. It can be provided that the valve body is moved into its operating position by means of a controlled actuating device as soon as the liquid flow is to be braked, and is returned to the starting position by means of the actuating device or a separate resetting device.
  • the device according to the invention can also be designed such that the valve body is moved from its initial position into the operating position under the liquid pressure which acts on the valve body due to the fully developed liquid flow, without additional drive, the actuating device returning as the valve body in its initial position Reset device is formed.
  • This resetting device is in particular a spring acting on the valve body, which is weak enough on the one hand that the valve body moves under the flow pressure of the liquid in the fully developed flow against the force of the return spring into the operating position, but on the other hand is strong enough to move the valve body in its initial position can be attributed when the liquid pressure in front of the valve body has sufficiently decreased again after the liquid pulse jet has been emitted before the liquid flow is fully built up again. It is also possible to lock the valve body in its initial position and to release it in a controlled manner for the movement into the operating position at a selected point in time.
  • the resetting device can also be designed as a controllable actuator, from which the valve body is driven back from the operating position into the starting position and from which the valve body is released again in the starting position for its movement driven by the flow pressure into the operating position, possibly at a controlled predetermined time .
  • the pipeline can be designed as a pipeline section of limited length.
  • the pipeline can also be designed as a circulation line, which can be shut off by the valve body while interrupting the circulation flow.
  • the "pipe end" having the valve is understood to mean that part of the pipe which has the valve.
  • a liquid container can be connected into the circulation line, which on the one hand forms the liquid inlet by means of a pump arranged in the pipeline and in which on the other hand the liquid is returned with the valve open.
  • an adjustable stroke limiting device cooperating with the valve body in its starting position can be provided.
  • the frequency and the pressure value of the liquid pulse jet can be adjusted via the spring force acting on the valve body in the starting position as a function of the supply pressure.
  • the jet opening can also be open in the initial position of the valve body. Then, as soon as a liquid flow occurs in the pipeline, an initial jet with low flow velocity flows out of the jet opening before the liquid hammer occurs and the high-pressure jet is generated. However, since this has a significantly higher flow velocity than the initial jet, it can be "overtaken" by the high-pressure jet, which penetrates into the initial jet and can burst. If this is to be avoided depending on the field of application of the invention, it can be ensured that the jet opening is shut off in the starting position of the valve body, preferably also during its movement into the operating position until the liquid impact occurs.
  • valve body in cooperation with the pipe wall or - if the jet opening is formed in the valve body itself - by means of a shut-off device, e.g. B. a mandrel can be reached, which projects into the jet opening in the starting position of the valve body.
  • a pressure valve e.g. B. to provide a spring-loaded, outward-opening check valve, which only opens when there is a certain pressure relative to the normal pressure in the pipeline when the pressure rises due to the liquid hammer.
  • the pressure pulse When the liquid hammer occurs, when the flow at the valve body assuming its operating position and / or the pipeline end having the valve is braked, the pressure pulse also acts on the pipeline itself, so that it is accelerated. In order to avoid or at least mitigate such a setback, the end of the pipeline, which is remote from the valve, can be returned to the end having the valve in such a way that the pipeline ends point in the same direction and are aligned with one another. As a result, the pressure pulse for the pipeline acting on the pipeline end at which the liquid hammer is generated is at least partially compensated for.
  • the invention can be applied in such a way that when the pipeline is formed between the liquid inlet and the jet opening as a circulation line, in which a flow drive can be arranged, an annular flow is started, which is diverted to an accumulation device in order to generate the liquid impact by interrupting the annular flow, at which the deflected liquid is suddenly braked to produce the liquid impact and at which the jet opening opens.
  • This storage device can be directly a wall of the pipeline containing the jet opening.
  • the pipeline is preferably relatively stiff. If, however, the pipeline can increase its diameter and / or its length due to the pressure that acts on it during the liquid blow, this affects the pressure amplitude and the duration of the pulse jet emerging through the jet opening.
  • the invention can with appropriate training of the device, for. B. for vehicle cleaning, building cleaning, sewer cleaning, training massage showers, injecting fuel into the intake line or the cylinders of an internal combustion engine and the like. It is also possible to charge a high-pressure accumulator using the pulsating high-pressure jets.
  • embodiments are possible with which low-frequency or high-frequency interval operation for generating pulsating high-pressure jets, resonance operation or single-pulse operation with a large pressure amplitude of the high-speed impulse jet are possible.
  • the device contains a pipeline 5 which is connected to a liquid inlet 2 and at a distance from the river fluid inlet 2 has a valve head 22 with a plate valve body 3 which, in cooperation with a valve seat designed as a stop 8, controls a flow opening 7.
  • the valve body 3 is pierced to form a jet opening 12 and is pressed into the open position of the valve by a return spring 4.
  • the pipeline 5 opens into an acoustically soft device 1, which is designed as a damping container with pressure-compliant damping material.
  • the sound wave created by the liquid shock in the valve head 22 runs back in the pipeline 5 and is reflected on the acoustically soft device 1 as a dilution wave, by which the pressure in the valve head 2 is reduced. This also reduces the speed of the liquid jet emerging from the jet opening 12.
  • the dilution wave is reflected on the valve body 3 in its operating position as a dilution wave, whereby the pressure in the pipeline 5 is additionally reduced.
  • the frequency of this process and the pressure amplitude of the pressure pulse jet depend on the spring constant of the return spring 4, the ratio of the areas of the valve opening 7 to the jet opening 12, the stroke of the valve body 3 and the cross-sectional area of the pipeline 5.
  • An increase in the spring constant, the ratio of the cross-sectional areas of the flow opening 7 and the jet opening 12 and the stroke of the valve body 3 as well as a reduction in the cross section of the pipeline 5 result in a lowering of the frequency of the liquid pulse jet.
  • the frequency and pressure amplitude also depend on the supply pressure and the acoustic impedance of the system. If the frequency increases, the pressure amplitude of the liquid pulse jet output decreases, since the liquid in the pipeline 5 is no longer accelerated to very high flow rates.
  • an adjustable stroke limiting device 6 is additionally provided for the valve body 3.
  • the frequency of the output pulse beams can be controlled.
  • a low frequency of the pulse beams results in a high pressure of the same.
  • a low-frequency high-pressure interval operation is obtained in this frequency range.
  • the device works in high-frequency interval operation with liquid pulse jets of lower pressure.
  • the full width at half maximum of the pressure pulses depends on the impedance of the system. This means that by selecting suitable materials for the pipelines 5 (influence of elasticity) and the damping material in the acoustically soft device 1, the duration of the liquid pulse jet can be influenced.
  • the device can also be operated in resonance mode.
  • the frequency of the valve is synchronized with the running time of the sound waves in the pipeline 5.
  • the sound waves reflected in the pipeline 5 add up with the pressure increase due to the liquid jet when the valve closes. This increases the speed of the high pressure pulse jet again.
  • FIG. 3 enables the same operating modes as the embodiments according to FIGS. 1 and 2.
  • Valve body 3 is provided a swivel plate which has a return spring on its axis and which is pierced several times to form a plurality of jet openings 12.
  • the device from FIG. 4 is suitable for single-pulse operation with a large pressure amplitude of the output high-pressure jets.
  • the valve body 3 is designed as a piston which is displaceable in the valve head 22 and which can be moved back into the starting position by means of a controlled actuator 9 from the operating position in which the actuator body 3 blocks the flow opening 7.
  • the valve body 3 is released by the actuator 9, so that the valve body 3 is moved under the pressure of the liquid column flowing in the pipeline 5 against the stop 8 forming the valve seat, as a result of which the valve body 3 and thus the liquid column in the pipeline 5 are suddenly braked.
  • FIG. 5 A device according to the invention is shown schematically in FIG. 5, which corresponds in principle to that in FIGS. 1 to 4, the acoustically soft device 1 being a pneumatic container with a counter to the force of a spring 18, which is also represented by the compression of the gas volume in the container can, displaceable piston 17 is shown.
  • a stroke limiting device 6 is provided for the valve body 3 according to FIG. 5, which is simultaneously designed as a shut-off device 15, by which the jet opening 12 is shut off in the starting position of the valve body 3.
  • the adjustable stroke limiting device 6 for the valve body 3, of which the shut-off device 15 for the jet opening 12 is formed in the valve body 3 in its initial position is designed as an axially adjustable mandrel, which in the initial position of the valve body 3 in the jet opening 12 engages and therefore blocks it until the valve body 3 reaches its operating position, in which it is struck on the stop 8 while blocking the lateral flow opening 7.
  • the plurality of jet openings on the valve head 22 in the wall of the pipeline 5 are designed such that they are oriented obliquely backwards with respect to the flow in the pipeline 5.
  • This embodiment is particularly suitable as a cleaning head for sewer cleaning.
  • Pressure valves 13 are installed in the jet openings 12, from which the jet openings 12 are released when the liquid hammer is caused by the valve body 3 hitting the valve seat 8.
  • FIG. 8 A similar embodiment is shown in FIG. 8, in which, however, the jet openings 12 are formed in the cavity of the valve body 3 which is closed at the end and are only opened by means of the shut-off tube extension when the valve body 3 strikes the valve seat 8.
  • the jet openings 12 can open tangentially from the valve body 3 in such a way that the valve body 3 is rotated after the jet openings 12 are released and the high-pressure jets emitted from the jet openings 12 are therefore rotated, for example, for sewer cleaning.
  • the pipeline 5 is returned with its pipeline end facing away from the valve such that the pipeline ends point in the same direction and are aligned with one another. This allows the device to be largely free of setbacks.
  • valve body 3 is designed as a displaceable, pierced piston in the pipeline 5, from which the jet openings 12 formed in the pipeline wall are blocked until the flow openings 7 are closed and the valve body 3 strikes the stop 8.
  • FIG. 11 shows a schematic diagram of the application of the invention for the time-controlled injection of fuel into the intake line 21 of an internal combustion engine seem.
  • the fuel line 5 is designed as a circulation line, in which a fuel reservoir 19, a pump 20 and a shut-off valve are switched on, with the valve body 3 of which, in cooperation with a valve seat acting as a stop 8, the flow cross-section 7 of the pipeline 5 can be shut off at controlled times.
  • the valve body 3 is therefore actuated by a controlled actuator 9.
  • valve body 3 When the valve body 3 is adjusted by the actuator 9 against the valve seat 8, the circulation flow in the pipeline 5 on the valve body 3 is suddenly braked, as a result of which the liquid hammer occurs. Due to the pressure increase, the pressure valve 13 is opened, whereby a fuel pulse jet is injected through the jet opening 12 into the intake line 21. Thereafter, the valve body 3 is adjusted by the actuator 9 or by the pressure which has since been reduced again to its initial position, in which the flow opening 7 is opened, so that the circulation flow can form again for the next injection process.
  • the embodiment from FIG. 12 corresponds in principle to that from FIG. 1.
  • the valve body 3 according to FIG. 12, however, is designed as a pierced rotary body, which by means of an actuator 9 moves out of its initial position, in which it opens the flow opening 7 through its bore, through 90 ° its operating position can be rotated, in which it blocks the flow opening 7.
  • lateral jet openings 12 are formed on the pipeline 5, each of which is blocked by a pressure relief valve 13, which opens under the pressure increase when the liquid hammer occurs in order to output the pulse jet.
  • the damping container 1 at the pipe end facing away from the valve contains a gas volume which is blocked off from the pipe 5 by a piston 17.
  • the piston 17 is supported on a return spring 18, which can optionally also be formed by the gas volume itself.
  • the pipeline 5 behind the liquid inlet 2 is designed as a circulation line, in which an annular flow 10 is generated by means of a flow drive 14, which is arranged in the form of a paddle wheel in the pipeline 5.
  • a stowage device 16 in the form of a pipe socket is branched off from the latter, in the end wall of which a jet opening 12 is formed.
  • a valve At the transition from the ring line to the Storage device 16 is a valve, the valve body 3 of which is actuated by a controlled actuator 9 in order to interrupt the ring flow 10 at a preselected point in time and to divert the flowing liquid into the storage device 16.
  • the ring flow is gradually accelerated by the flow drive 14.
  • valve body 3 When the maximum speed is reached, the valve body 3 is adjusted by the actuator 9 into its operating position until it abuts the stop 8, so that the ring flow 10 is interrupted.
  • the liquid flow deflected thereby into the stowage device 16 is suddenly braked in the stowage device, so that the liquid hammer occurs and a high-pressure pulse jet is emitted from the jet opening 12.
  • This pulse jet lasts until the pressing liquid flow has come to a complete standstill. Since this time period is approximately twice the sound propagation time in the circulation line, such embodiments are particularly suitable for generating long-lasting pulse beams because of the relatively long length of the ring line, which can also consist of several spiral turns. Furthermore, this embodiment works independently of the pressure in the liquid inlet 2.

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Abstract

Vorrichtung zum Erzeugen eines Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsimpulsstrahles, mit einer Rohrleitung (5), welche an dem einen Rohrleitungsende ein Ventil mit einem Ventilkörper (3), der aus einer Ausgangsstellung heraus in eine Betriebsstellung bewegbar ist, und einer an den Ventilkörper (3) angreifenden Stellvorrichtung (4) aufweist und im Abstand von diesem Rohrleitungsende an einem Flüssigkeitszulauf (2) angeschlossen ist. Zur Erzeugung des Hochdruck-Flüssigkeitsimpulsstrahles ohne gesonderte Hochdruckvorrichtung wird die Flüssigkeit an dem das Ventil enthaltenden Rohrleitungsende dadurch, daß der Ventilkörper (3) seine Betriebsstellung erreicht, unter Erzeugung eines Flüssigkeitsschlages plötzlich abgebremst, wobei an dem das Ventil aufweisenden Rohrleitungsende wenigstens eine Strahlöffnung (12) kleineren Querschnitts als der Rohrleitungsquerschnitt mündet, die wenigstens in der Betriebsstellung des Ventilkörpers (3) zum Ausgeben des Impulsstrahles offen ist. Vorzugsweise wird von dem Ventilkörper (3) (3) eine in der Betriebsstellung des Ventilkörpers geschlossene Durchflußöffnung (7) größeren Querschnitts als die Strahlöffnung (12) (12) beherrscht und mündet das dem Ventil abgewandte Rohrleitungsende in eine akustisch weiche, die bei dem Flüssigkeitsschlag erzeugte Druckwelle als Verdünnungswelle reflektierende Vorrichtung (1). Bevorzugt ist außerdem die Strahlöffnung (12) in der Ausgangsstellung des Ventilkörpers (3) abgesperrt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Hochgeschwindig­keits-Flüssigkeitsimpulsstrahles, mit einer Rohrleitung, welche an dem einen Rohrleitungsende ein Ventil mit einem Ventilkörper, der aus einer Ausgangs­stellung heraus in eine Betriebsstellung bewegbar ist, und einer an dem Ventil­körper angreifende Stellvorrichtung aufweist und im Abstand von diesem Rohr­leitungsende an einem Flüssigkeitszulauf angeschlossen ist.
  • Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine derartige Vorrichtung so auszu­bilden, daß der Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsimpulsstrahl erzeugt wird unter Ausnutzung der Strömungsenergie einer Niederdruckströmung in der Rohrleitung.
  • Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Flüssigkeit an dem das Ventil enthaltenden Rohrleitungsende dadurch, daß der Ventilkörper seine Be­triebsstellung erreicht, unter Erzeugung eines Flüssigkeitsschlages plötzlich ab­bremsbar ist und daß an dem das Ventil aufweisenden Rohrleitungsende wenig­stens eine Strahlöffnung kleineren Querschnitts als der Rohrleitungsquerschnitt mündet, die wenigstens in der Betriebsstellung des Ventilkörpers zum Ausgeben des Impulsstrahles offen ist.
  • Gemäß der Erfindung wird somit der Impulsstrahl durch Ausnutzung des an sich bekannten Flüssigkeitsschlages erzeugt, der entsteht, wenn eine Strömung in einer Rohrleitung sehr rasch innerhalb einer Zeitspanne abgebremst wird, die nach Joukowski kleiner als die zweifache Rohrleitungslänge geteilt durch die Schallge­schwindigkeit in der Flüssigkeit betragen muß. Unter diesen Bedingungen wird die Flüssigkeit im Gebiet der raschen Strömungsänderung kompressibel, wodurch ein Druckimpuls entsteht, der erfindungsgemäß einen Teil der Flüssigkeit an dem das Ventil enthaltenden Rohrleitungsende beschleunigt, welcher durch die Strahl­öffnung als Hochdruck-Impulsstrahl aus der Vorrichtung austritt.
  • Die Ausnutzung des Wasserschlages ist zwar an sich bekannt (DE-B-620 483), jedoch nicht zur Erzeugung eines Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsimpulstrahles, sondern zur Erzeugung von Schallimpulsen. Hierbei wird der Ventilkörper, der eine Durchflußöffnung für die Strömung in der Rohrleitung beherrscht, unter dem Strömungsdruck gegen die Kraft einer Rückstellfeder auf seinen Ventilsitz bewegt, wodurch die Durchflußöffnung abgesperrt wird und die Strömung unter Erzeugung des Flüssigkeitsschlages plötzlich angehalten wird. Der dadurch ent­stehende Schallimpuls wird über eine Membran oder dgl. abgestrahlt. Wenn der Überdruck in der Rohrleitung nach gewisser Zeit wieder abgebaut ist, öffnet sich das Ventil unter dem Druck der Ventilfeder wieder, wodurch sich die Strömung in der Rohrleitung wieder ausbilden kann und der Ventilkörper unter dem Staudruck der Strömung erneut gegen den Ventilsitz bewegt wird.
  • Demgegenüber wird erfindungsgemäß unter Ausnutzung des Flüssigkeitsstrahles ein Hochdruck-Impulsstrahl erzeugt, indem an dem das Ventil aufweisenden Rohrleitungsende wenigstens eine Strahlöffnung mündet, die vorzugsweise als konvergierende Düse ausgebildet ist und die spätestens in der Betriebsstellung des Ventilkörpers offen ist, damit der Flüssigkeitsstrahl aufgrund der Druckerhöhung in der Rorhleitung infolge des Auftretens des Flüssigkeitsschlages in der Betriebsstellung des Ventilkörpers entstehen kann.
  • Der Druck, welcher sich aufgrund des Flüssigkeitsschlages aufbaut, ist um ein Vielfaches höher als der Anregungsdruck für die Flüssigkeitsströmung, die abge­bremst wird. Daher sind gesonderte Hochdruckerzeugungsvorrichtungen für die Ausbildung des Hochdruckstrahles nicht erforderlich.
  • Die aufgrund des Flüssigkeitsschlages in der Rohrleitung entstehende Druckerhöhung baut sich in der Folge wieder ab, wodurch der erzeugte Impuls­strahl abklingt. Danach wird der Ventilkörper wieder in seine Ausgangsstellung verstellt, wonach die Strömung in der Rohrleitung wieder angeworfen und durch Verstellen des Ventilkörpers in die Betriebsstellung wieder zur Erzeugung eines weiteren Druckimpulses und damit Hochgeschwindigkeitsstrahles abgebremst wird. Ein gezieltes Abbauen der Druckerhöhung in der Rohrleitung und daher im Bereich der Strahlöffnung kann dadurch begünstigt werden, daß das dem Ventil abgewandte Rohrleitungsende in eine akustisch weiche, die bei dem Flüssigkeits­schlag erzeugte Druckwelle als Verdünnungswelle reflektierende Vorrichtung mündet. Von der zum Ventil zurücklaufenden Verdünnungswelle wird der Druck erniedrigt, wodurch auch die Geschwindigkeit des aus der Strahlöffnung ausgege­benen Flüssigkeitsstrahles sinkt. Die Verdünnungswelle wird ihrerseits nach Re­ flexion an dem das Ventil aufweisenden Rohrleitungsende an dem akustisch weichen Rohrleitungsende als Druckwelle reflektiert, die zum erneuten Anwerfen der Strömung in Richtung zu dem das Ventil aufweisende Rohrleitungsende hin beiträgt.
  • Die akustisch weiche Vorrichtung kann z. B. ein Dämpfungsbehälter mit einem Gasvolumen sein, der mit einem Kolben oder einer Membran zu dem zugeordneten Rohrleitungsende hin abgeschlossen wird. Als günstig hat sich ein Dämpfungsbehälter mit gasgefüllten Elastomerblasen wie Gummibällen, z.B. Tennisbällen, erwiesen.
  • Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es erforderlich, daß in der Rohrleitung unter dem Zuleitungsdruck oder mittels eines in der Rohrleitung angeordneten gesonderten Strömungsantriebes eine zu dem das Ventil enthaltenden Rohr­leitungsende hin gerichtete Strömung ausgebildet wird, die dann unter Erzeugung des Flüssigkeitsschlages plötzlich abgebremst werden kann. Gegebenenfalls kann hierzu die Flüssigkeitssäule in der Rohrleitung mitsamt dem in der Ausgangslage befindlichen Ventilkörper, der in diesem Fall in Art eines in der Rohrleitung ver­schiebbaren Kolbens ausgebildet ist, bis auf eine ausreichende Strömungsge­schwindigkeit beschleunigt werden. Vorzugsweise jedoch ist zusätzlich zu der Strahlöffnung eine Durchflußöffnung größeren Querschnitts als die Strahlöffnung vorgesehen, wobei die Durchflußöffnung in der Ausgangsstellung des Ventilkörpers für den Flüssigkeitsdurchlaß offen ist und in der Betriebsstellung des Ventil­körpers von diesem geschlossen wird.
  • Der Ventilkörper kann zum Beispiel ein mittels der Stellvorrichtung um eine senkrecht zur Rohrleitungsachse verlaufende Achse drehbarer Rotationskörper sein, der senkrecht zu der Drehachse durchborht ist, so daß er in seiner Aus­gangsstellung den Rohrleitungsquerschnitt mit Hilfe der Bohrung wenigstens teil­weise freigibt und, nachdem er um 90° in seine Betriebsstellung gedreht ist, den Rohrleitungsquerschnitt zum Abbremsen der Flüssigkeitsströmung absperrt. Be­vorzugt jedoch ist der Ventilkörper in der Axialrichtung der Rohrleitung verschwenkbar oder insbesondere verschiebbar, wobei die Betriebsstellung des Ventilkörpers von einem Anschlag bestimmt wird. Hierbei kann vorgesehen werden, daß der Ventilkörper in seine Betriebsstellung mittels einer gesteuert angetriebenen Stellvorrichtung bewegt wird, sobald die Flüssigkeitsströmung abgebremst werden soll, und mittels der Stellvorrichtung oder einer gesonderten Rückstellvorrichtung wieder in die Ausgangsstellung zurückgeführt wird.
  • Jedoch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch so ausgebildet werden, daß der Ventilkörper aus seiner Ausgangsstellung in die Betriebsstellung unter dem Flüssigkeitsdruck, der aufgrund der voll ausgebildeten Flüssigkeitsströmung auf den Ventilkörper einwirkt, ohne zusätzlichen Antrieb bewegt wird, wobei die Stellvorrichtung als den Ventilkörper in dessen Ausgangsstellung zurückführende Rückstellvorrichtung ausgebildet ist. Diese Rückstellvorrichtung ist insbesondere eine an dem Ventilkörper angreifende Feder, die einerseits schwach genug ist, daß sich der Ventilkörper unter dem Strömungsdruck der Flüssigkeit bei voll aus­gebildeter Strömung gegen die Kraft der Rückstellfeder in die Betriebsstellung bewegt, andererseits aber stark genug ist, um den Ventilkörper in dessen Aus­gangsstellung zurückzuführen, wenn sich der Flüssigkeitsdruck vor dem Ventil­körper nach dem Ausgeben des Flüssigkeitsimpulsstrahles wieder hinreichend abgebaut hat, bevor die Flüssigkeitsströmung wieder voll aufgebaut wird. Hierbei ist es auch möglich, den Ventilkörper in dessen Ausgangsstellung zu sperren und gesteuert zu einem gewählten Zeitpunkt für die Bewegung in die Betriebsstellung wieder freizugeben.
  • Die Rückstellvorrichtung kann auch als steuerbarer Stellantrieb ausgebildet werden, von welchem der Ventilkörper aus der Betriebsstellung in die Ausgangs­stellung zurückgetrieben wird und von welcher der Ventilkörper in der Ausgangs­stellung für dessen vom Strömungsdruck angetriebene Bewegung in die Betriebs­stellung, gegebenenfalls zu einem gesteuert vorgegebenen Zeitpunkt, wieder frei­geben wird.
  • Die Rohrleitung kann als Rohrleitungsabschnitt begrenzter Länge ausgebildet sein. Jedoch kann die Rohrleitung als auch Zirkulationsleitung ausgebildet sein, die von dem Ventilkörper unter Unterbrechen der Zirkulationsströmung ab­sperrbar ist. Unter dem das Ventil aufweisenden "Rohrleitungsende" wird hierbei derjenige Rohrleitungsteil verstanden, der das Ventil aufweist. In die Zirkulationsleitung kann ein Flüssigkeitsbehälter eingeschaltet sein, welcher einerseits mittels einer in der Rohrleitung angeordneten Pumpe den Flüssigkeitszulauf bildet und in welchen andererseits die Flüssigkeit bei offenem Ventil zurückgeführt wird.
  • Insbesondere bei der Ausführungsform, bei welcher der Ventilkörper bei voll aus­gebildeter Strömung unter dem Strömungsdruck in seine Betriebsstellung bewegt wird und in seine Ausgangsstellung von einer Rückstellfeder zurückgeführt wird, kann eine mit dem Ventilkörper in dessen Ausgangsstellung zusammenwirkende verstellbare Hubbegrenzungsvorrichtung vorgesehen sein. Durch Verstellen des möglichen Hubes des Ventilkörpers können die Frequenz und der Druckwert des Flüssigkeitsimpulsstrahles über die in der Ausgangsstellung des Ventilkörpers auf diesen einwirkende Federkraft in Abhängigkeit von dem Zuleitungsdruck einge­stellt werden.
  • Die Strahlöffnung kann auch in der Ausgangsstellung des Ventilkörper bereits offen sein. Dann fließt, sobald eine Flüssigkeitsströmung in der Rohrleitung zustandekommt, schon ein Anfangsstrahl mit geringer Strömungsgeschwindigkeit aus der Strahlöffnung, bevor der Flüssigkeitsschlag auftritt und der Hochdruck­strahl erzeugt wird. Da dieser jedoch eine wesentlich höhere Strömungsgeschwin­digkeit als der Anfangsstrahl hat, kann dieser von dem Hochdruckstrahl "über­holt" werden, der dabei in den Anfangsstrahl eindringt und zerplatzen kann. Falls dies je nach Anwendungsgebiet der Erfindung vermieden werden soll, kann dafür gesorgt werden, daß die Strahlöffnung in der Ausgangsstellung des Ventilkörpers, vorzugsweise auch noch während dessen Bewegung in die Betriebsstellung bis zum Auftreten des Flüssigkeitsschlages, abgesperrt ist. Dies kann mittels des Ventil­körpers im Zusammenwirken mit der Rohrleitungswand oder - wenn die Strahl­öffnung in dem Ventilkörper selbst ausgebildet ist - mittels einer Absperrvor­richtung, z. B. einem Dorn, erreicht werden, welcher in der Ausgangsstellung des Ventilkörpers in die Strahlöffnung hineinragt. Es ist auch möglich, in der Strahl­öffnung selbst ein Druckventil, z. B. ein federbelastetes, nach außen öffnendes Rückschlagventil vorzusehen, welches erst öffnet, wenn bei der Druckerhöhung aufgrund des Flüssigkeitsschlages ein gegenüber dem normalen Druck in der Rohrleitung bestimmter Überdruck herscht.
  • Bei dem Auftreten des Flüssigkeitsschlages, wenn die Strömung an dem seine Be­triebsstellung einnehmenden Ventilkörper und/oder dem das Ventil aufweisenden Rohrleitungsende abgebremst wird, wirkt der Druckimpuls auch auf die Rohrlei­tung selbst, so daß diese beschleunigt wird. Um einen solchen Rückschlag zu ver­meiden oder wenigstens zu mildern, kann die Rohrleitung mit ihrem dem Ventil abgewandten Ende zu dem das Ventil aufweisenden Ende hin derart zurückgeführt werden, daß die Rohrleitungsenden in die gleiche Richtung weisen und aufeinander ausgerichtet sind. Dadurch wird der auf das Rohrleitungsende, an welchem der Flüssigkeitsschlag erzeugt wird, einwirkende Druckimpuls für die Rohrleitung wenigstens teilweise kompensiert.
  • Die Erfindung läßt sich auf so anwenden, daß bei Ausbildung der Rohrleitung zwischen dem Flüssigkeitszulauf und der Strahlöffnung als Zirkulationsleitung, in welcher ein Strömungsantrieb angeordnet sein kann, eine Ringströmung ange­worfen wird, die zum Erzeugen des Flüssigkeitsschlages durch Unterbrechen der Ringströmung zu einer Staueinrichtung umgelenkt wird, an welcher die umge­lenkte Flüssigkeit unter Erzeugung des Flüssigkeitsschlages plötzlich abgebremst wird und an welcher die Strahlöffnung mündet. Diese Staueinrichtung kann unmittelbar eine die Strahlöffnung enthaltende Wand der Rohrleitung sein. Es ist jedoch auch möglich, sie als Rohrleitungsabschnitt, in den die Strahlöffnung mündet, derart auszubilden, daß auf die in der Rohrleitungsstrecke enthaltene Flüssigkeitssäule die umgelenkte Ringströmung unter Erzeugung des Flüssigkeits­schlages und daher des Hochdruckstrahles auftrifft.
  • Die Rohrleitung ist bevorzugt relativ steif. Wenn die Rohrleitung jedoch aufgrund des Druckes, der bei dem Flüssigkeitsschlag auf sie einwirkt, ihren Durchmesser und/oder ihre Länge vergrößern kann, wird dadurch auf die Druckamplitude und die Dauer des durch die Strahlöffnung austretenden Impulsstrahles eingewirkt.
  • Die Erfindung läßt sich bei entsprechender Ausbildung der Vorrichtung, z. B. zur Fahrzeugreinigung, zur Gebäudereinigung, zur Abwasserkanalreinigung, zur Ausbildung von Massageduschen, zum Einspritzen von Kraftstoff in die Ansaug­leitung oder die Zylinder einer Brennkraftmaschine und dgl. angwenden. Es ist auch möglich, mit Hilfe der pulsierenden Hochdruckstrahlen einen Hochdruck­-Akkumulator aufzuladen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die aus der Zeichnung in schematischer Darstellung ersichtlich sind.
  • Für spezielle Anwendungen der Erfindung sind Ausführungsformen möglich, mit denen ein niederfrequenter oder hochfrequenter Intervallbetrieb zur Erzeugung pulsierender Hochdruckstrahlen, ein Resonanzbetrieb oder ein Einzelimpulsbetrieb mit großer Druckamplitude des Hochgeschwindigkeitsimpusstrahles möglich sind.
  • In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt, die sich für einen perio­dischen Betrieb eignet und einen pulsierenden Flüssigkeitsstrahl hohen Druckes und hoher Geschwindigkeit erzeugt. Die Vorrichtung enthält eine Rohrleitung 5, die an einen Flüssigkeitszulauf 2 angeschlossen ist und im Abstand von dem Flüs­ sigkeitszulauf 2 einen Ventilkopf 22 mit einem Teller-Ventilkörper 3 aufweist, der im Zusammenwirken mit einem als Anschlag 8 ausgebildeten Ventilsitz eine Durchflußöffnung 7 beherrscht. Der Ventilkörper 3 ist unter Ausbildung einer Strahlöffnung 12 durchbohrt und wird von einer Rückstellfeder 4 in die Offenstellung des Ventils gedrückt. Jenseits des Flüssigkeitszulaufes 2 mündet die Rohrleitung 5 in eine akustisch weiche Vorrichtung 1, die als Dämpfungs­behälter mit drucknachgiebigem Dämpfungsmaterial ausgebildet ist.
  • Bei geöffnetem Ventil wird in der Rohrleitung 5 aufgrund eines an dem Flüssig­keitszulauf 2 herrschenden Vordruckes eine Niederdruckströmung angeworfen, die den Ventilkörper 3 durch die Durchflußöffnung 7 und die Strahlöffnung 12 passiert. Bei ausreichend großem Zuleitungsdruck wird der Staudruck an dem Ventilkörper 3 größer als die Kraft der Rückstellfeder 4, wodurch der Ventilkör­per 3 unter dem Strömungsdruck gegen den Ventilsitz bewegt wird und die Durchflußöffnung 7 plötzlich abgesperrt wird. Dadurch wird die Flüssigkeits­strömung in der Rohrleitung 5 plötzlich abgebremst und es entsteht ein Flüssig­keitsschlag, der am Ventilkopf 22 zu einer starken Druckerhöhung führt, unter welcher der Teil der Flüssigkeit beschleunigt wird, der sich in der die Strahlöff­nung 12 bildenden Bohrung des Ventilkörpers 3 befindet. Dadurch wird aus der Strahlöffnung 12, deren Querschnitt wesentlich kleiner als der Querschnitt der Rohrleitung 5 und der Durchflußöffnung 7 ist, beschleunigt, wodurch ein Hochdruckstrahl entsteht, der durch die Strahlöffnung 12 hindurch austritt.
  • Die durch den Flüssigkeitsschlag im Ventilkopf 22 entstandene Schallwelle läuft in der Rohrleitung 5 zurück und wird an der akustisch weichen Vorrichtung 1 als Verdünnungswelle reflektiert, von welcher der Druck im Ventilkopf 2 erniedrigt wird. Dadurch wird auch die Geschwindigkeit des aus der Strahlöffnung 12 austretenden Flüssigkeitsstrahles verringert. Die Verdünnungswelle wird an dem in seiner Betriebsstellung befindlichen Ventilkörper 3 als Verdünnungswelle reflektiert, wodurch der Druck in der Rohrleitung 5 zusätzlich verringert wird. Wenn der Druck vor dem Ventilkörper 3 hinreichend gesunken ist, wird das Ventil von der Feder 4 wieder geöffnet. Dadurch wird die auf das Ventil gerichtete Strömung in der Rohrleitung 5 aufgrund des in der Flüssigkeitszuleitung 2 herrschenden Vordruckes wieder angeworfen, wozu die inzwischen an der akustisch weichen Vorrichtung 1 nun als Druckwelle reflektierte Schallwelle bei­trägt. Wenn der Druck vor dem Ventilkörper 3 aufgrund ausreichend hoher Strö­mungsgeschwindigkeit in der Rohrleitung 5 hinreichend angestiegen ist, wird das Ventil durch Bewegen des Ventilkörpers 3 gegen den Anschlag 8 entgegen der Kraft der Ventilfeder 4 wieder geschlossen, wodurch der Zyklus erneut beginnt.
  • Die Frequenz dieses Vorganges und die Druckamplitude des Druckimpulsstrahles hängen von der Federkonstanten der Rückstellfeder 4, dem Verhältnis der Flächen von Ventilöffnung 7 zu Strahlöffnung 12, dem Hub des Ventilkörpers 3 und der Querschnittsfläche der Rohrleitung 5 ab. Eine Vergrößerung der Feder­konstanten, des Verhältnisses der Querschnittsflächen von Durchflußöffnung 7 und Strahlöffnung 12 und des Hubes des Ventilkörpers 3 sowie eine Verkleinerung des Querschnittes der Rohrleitung 5 bewirken eine Erniedrigung der Frequenz des Flüssigkeitsimpulsstrahles. Ferner hängen die Frequenz und Druckamplitude auch vom Zuleitungsdruck und von der akustischen Impedanz des Systemes ab. Wenn die Frequenz steigt, so sinkt die Druckamplitude des ausgegebenen Flüssigkeits­impulsstrahles, da die Flüssigkeit in der Rohrleitung 5 nicht mehr auf sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten beschleunigt wird.
  • Nach Figur 2 ist zusätzlich eine verstellbare Hubbegrenzungsvorrichtung 6 für den Ventilkörper 3 vorgesehen. Durch Verstellung der Hubbegrenzungsvorrichtung 6 läßt sich die Frequenz der ausgegebenen Impulsstrahlen steuern. Eine niedrige Frequenz der Impulsstrahlen hat einen hohen Druck derselben zur Folge. In diesem Frequenzbereich erhält man einen niederfrequenten Hochdruckintervallbe­trieb. Bei hohen Frequenzen arbeitet die Vorrichtung im hochfrequenten Inter­vallbetrieb mit Flüssigkeitsimpulsstrahlen geringeren Druckes. Die Halbwerts­breite der Druckimpulse ist von der Impedanz des Systemes abhängig. Dies bedeutet, daß sich durch die Wahl geeigneter Materialien für die Rohrleitungen 5 (Elastizitätseinfluß) und das Dämpfungsmaterial in der akustisch weichen Vorrichtung 1 die Zeitdauer des Flüssigkeitsimpulsstrahles beeinflussen läßt.
  • Die Vorrichtung läßt sich auch im Resonanzbetrieb betreiben. Hierzu wird die Frequenz des Ventils mit der Laufzeit der Schallwellen in der Rohrleitung 5 syn­chronosiert. In diesem Fall addieren sich die in der Rohrleitung 5 reflektierten Schallwellen mit dem Druckanstieg aufgrund des Flüssigkeitsstrahles beim Schließen des Ventils. Dadurch wird die Geschwindigkeit des Hochdruckimpuls­strahles noch einmal gesteigert.
  • Die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform ermöglicht die gleichen Betriebsarten wie die Ausführungsformen nach den Figuren 1 und 2. Jedoch ist nach Figur 3 als Ventilkörper 3 eine Schwenkplatte vorgesehen, welche an ihrer Achse eine Rück­stellfeder aufweist und welche unter Ausbildung mehrerer Strahlöffnungen 12 mehrfach durchbohrt ist.
  • Die Vorrichtung aus Figur 4 eignet sich für den Einzelimpulsbetrieb mit großer Druckamplitude der ausgegebenen Hochdruckstrahlen. Der Ventilkörper 3 ist als im Ventilkopf 22 verschiebbar Kolben ausgebildet, der mittels eines gesteuerten Stellantriebes 9 aus der Betriebsstellung, in welcher der Stellkörper 3 die Durchflußöffnung 7 absperrt, wieder in die Ausgangsstellung bewegbar ist. Wenn in der Rohrleitung 5 die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit erreicht ist, wird der Ventilkörper 3 von dem Stellantrieb 9 freigegeben, so daß der Ventil­körper 3 unter dem Druck der in der Rohrleitung 5 strömenden Flüssigkeitssäule gegen den den Ventilsitz bildenden Anschlag 8 bewegt wird, wodurch der Ventil­körper 3 und damit die Flüssigkeitssäule in der Rohrleitung 5 plötzlich abge­bremst werden. Unter dem dadurch entstehenden Flüssigkeitsschlag werden Impulsstrahlen durch die Strahlöffnungen 12 im Ventilkörper 3 ausgepresst, die wieder auf Niederdruckstrahlen abklingen, sobald sich der Druck vor dem Ventil­körper 3 wieder abgebaut hat. Durch ein erneutes Bewegen des Ventilkörpers 3 in dessen Ausgangsstellung mittels des Stellantriebes 9 und des erneuten Ausklinkens des Ventilkörpers 3 kann ein neuer Zyklus zur Hochdruckstrahlerzeugung ausgelöst werden.
  • In Figur 5 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch gezeigt, die prinzi­piell derjeigen in den Figuren 1 bis 4 entspricht, wobei die akustisch weiche Vorrichtung 1 als pneumatischer Behälter mit einer gegen die Kraft einer Feder 18, die auch von der Komprimierung des Gasvolumens im Behälter repräsentiert sein kann, verschiebbarem Kolben 17 dargestellt ist. Abweichend von den Aus­führungsformen aus den Figuren 1 bis 4 ist jedoch nach Figur 5 eine Hubbegren­zungsvorrichtung 6 für den Ventilkörper 3 vorgesehen, welche gleichzeitig als Absperrvorrichtung 15 ausgebildet ist, von welcher die Strahlöffnung 12 in der Ausgangsstellung des Ventilkörpers 3 abgesperrt wird. Dadurch entsteht bei offenem Ventil kein aus der Strahlöffnung 12 ausgegebener Niederdruckstrahl, wodurch der bei geschlossenem Ventil erzeugte Hochdruckstrahl nicht durch Auf­treffen auf einen vorher ausgegebenen Niederdruckstrahl zerplatzen kann. Aus dem gleichen Grunde sind bei der Ausführungsform aus Figur 5 die Durchflußöff­nungen 7 seitlich des Ventilkörpers 22 ausgebildet.
  • Bei der Ausführungsform aus Figur 6 ist die verstellbare Hubbegrenzungsvor­richtung 6 für den Ventilkörper 3, von welcher gleichzeitig die Absperrvorrich­tung 15 für die Strahlöffnung 12 in dem Ventilkörper 3 in dessen Ausgangsstel­lung gebildet wird, als axial verstellbarer Dorn ausgebildet, der in der Ausgangs­stellung des Ventilkörpers 3 in die Strahlöffnung 12 eingreift und diese daher ab­sperrt, bis der Ventilkörper 3 seine Betriebsstellung erreicht, in welcher er an dem Anschlag 8 unter Absperren der seitlichen Durchflußöffnung 7 angeschlagen ist.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel aus Figur 7 sind die mehreren Strahlöffnungen am Ventilkopf 22 in der Wand der Rohrleitung 5 so ausgebildet, daß sie schräg nach hinten bezüglich der Strömung in der Rohrleitung 5 ausgerichtet sind. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere als Reinigungskopf für die Abwasser­kanalreinigung. In den Strahlöffnungen 12 sind Druckventile 13 eingebaut, von welchen die Strahlöffnungen 12 freigegeben werden, wenn der Flüssigkeitsschlag durch Auftreffen des Ventilkörpers 3 auf dem Ventilsitz 8 entsteht.
  • In Figur 8 ist eine ähnliche Ausführungsform gezeigt, in welcher jedoch die Strahlöffnungen 12 in dem stirnseitig geschlossenen Hohlraum des Ventilkörpers 3 ausgebildet sind und mittels des Absperrohrfortsatzes erst geöffnet werden, wenn der Ventilkörper 3 auf dem Ventilsitz 8 anschlägt. Die Strahlöffnungen 12 können aus dem Ventilkörper 3 tangential derart ausmünden, daß der Ventilkörper 3 nach Freigabe der Strahlöffnungen 12 in Drehung versetzt wird und die aus den Strahlöffnungen 12 ausgegebenen Hochdruckstrahlen daher beispielsweise für die Abwasserkanalreinigung verdreht werden.
  • Nach Figur 9 ist die Rohrleitung 5 mit ihrem dem Ventil abgewandten Rohr­leitungsende derart zurückgeführt, daß die Rohrleitungsenden in die gleiche Richtung weisen und aufeinander ausgerichtet sind. Dadurch läßt sich eine weit­gehende Rückschlagsfreiheit der Vorrichtung erreichen.
  • Nach Figur 10 ist der Ventilkörper 3 als in der Rohrleitung 5 verschiebbarer, durchbohrter Kolben ausgebildet, von welchem die in der Rohrleitungswand ausgebildeten Strahlöffnungen 12 bis zum Verschließen der Durchflußöffnungen 7 und dem Auftreffen des Ventilkörpers 3 auf dem Anschlag 8 abgesperrt werden.
  • Figur 11 zeigt als Prinzipschaubild die Anwendung der Erfindung zum zeitlich ge­steuerten Einspritzen von Kraftstoff in die Ansaugleitung 21 einer Brennkraftma­ schine. Die Kraftstoffleitung 5 ist als Zirkulationsleitung ausgebildet, in welche ein Kraftstoff-Vorratsbehälter 19, eine Pumpe 20 sowie ein Absperrventil eingeschaltet sind, mit dessen Ventilkörper 3 im Zusammenwirken mit einem als Anschlag 8 wirkenden Ventilsitz der Durchflußquerschnitt 7 der Rohrleitung 5 zu gesteuerten Zeitpunkten absperrbar ist. Der Ventilkörper 3 wird daher von einem gesteuerten Stellantrieb 9 betätigt. Von der Kraftstoffrohrleitung 5 ist vor dem Ventil eine als Düse ausgebildete Strahlöffnung 12 abgezweigt, die in die Ansaug­leitung 21 mündet und ein Druckventil 13 enthält. Wenn der Ventilkörper 3 von dem Stellantrieb 9 gegen den Ventilsitz 8 verstellt wird, wir die Zirkulationsströ­mung in der Rohrleitung 5 an dem Ventilkörper 3 plötzlich abgebremst, wodurch der Flüssigkeitsschlag entsteht. Aufgrund der Druckerhöhung wird das Druckventil 13 geöffnet, wodurch ein Kraftstoff-Impulsstrahl durch die Strahlöffnung 12 in die Ansaugleitung 21 eingespritzt wird. Danach wird der Ventilkörper 3 von dem Stellantrieb 9 oder durch den inzwischen wieder abgebauten Druck wieder in seine Ausgangsstellung verstellt, in welcher die Durchflußöffnung 7 geöffnet ist, so daß sich die Zirkulationsströmung für den nächsten Einspritzvorgang wieder ausbilden kann.
  • Die Ausführungsform aus Figur 12 entspricht prinzipiell derjenigen aus Figur 1. Der Ventilkörper 3 nach Figur 12 ist jedoch als durchbohrter Rotationskörper ausgebildet, der mittels eines Stellantriebes 9 aus seiner Ausgangsstellung heraus, in welcher er über seine Bohrung die Durchflußöffnung 7 freigibt, um 90° in seine Betriebsstellung gedreht werden kann, in welcher er die Durchflußöffnung 7 absperrt. Vor dem Ventilkörper 3 sind seitliche Strahlöffnungen 12 an der Rohr­leitung 5 ausgebildet, die jeweils von einem Überdruckventil 13 abgesperrt sind, welches unter der Druckerhöhung beim Auftreten des Flüssigkeitsschlages zum Ausgeben des Impulsstrahles öffnen. Der Dämpfungsbehälter 1 an dem dem Ventil abgewandten Rohrleitungsende enthält ein Gasvolumen, welches zur Rohrleitung 5 hin von einem Kolben 17 abgesperrt ist. Der Kolben 17 ist an einer Rückstell­feder 18 abgestützt, die gegebenenfalls auch von dem Gasvolumen selbst gebildet werden kann.
  • Nach Figur 13 ist die Rohrleitung 5 hinter dem Flüssigkeitszulauf 2 als Zirku­lationsleitung ausgebildet, in welcher mittels eines Strömungsantriebs 14, der in Form eines Schaufelrades in der Rohrleitung 5 angeordnet ist, eine Ringströmung 10 erzeugt wird. Tangential zu der Ringleitung ist von dieser eine Staueinrichtung 16 in Form eines Rohrstutzens abgezweigt, in dessen Stirnwand eine Strahlöffnung 12 ausgebildet ist. Am Übergang der Ringleitung zu der Staueinrichtung 16 ist ein Ventil ausgebildet, dessen Ventilkörper 3 von einem gesteuerten Stellantrieb 9 betätigt wird, um zu einem vorgewählten Zeitpunkt die Ringströmung 10 zu unterbrechen und die strömende Flüssigkeit in die Staueinrichtung 16 umzuleiten. Zunächst wird von dem Strömungsantrieb 14 die Ringströmung allmählich beschleunigt. Beim Erreichen der Maximalgeschwindigkeit wird der Ventilkörper 3 von dem Stellantrieb 9 in seine Betriebsstellung bis zum Anliegen an dem Anschlag 8 verstellt, so daß die Ringströmung 10 unterbrochen wird. Die dadurch in die Staueinrichtung 16 umgelenkte Flüssigkeitsströmung wird in der Staueinrichtung plötzlich abgebremst, so daß der Flüssigkeitsschlag entsteht und aus der Strahlöffnung 12 ein Hochdruck-Impulsstrahl ausgegeben wird. Dieser Impulsstrahl dauert so lange, bis die nachdrückende Flüssigkeitsströmung völlig zur Ruhe gekommen ist. Da diese Zeitspanne etwa der doppelten Schallaufzeit in der Zirkulationsleitung beträgt, sind solche Ausführungsformen wegen der relativ großen Länge der Ringleitung, die auch aus mehreren Sprialwindungen bestehen kann, besonders zur Erzeugung lang dauernder Impulsstrahlen geeignet. Ferner arbeitet diese Ausführungsform unabhängig vom Druck in dem Flüssigkeitszulauf 2.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Erzeugen eines Hochdruck-Flüssigkeitsimpulsstrahles, mit einer Rohrleitung (5), welche an dem eine Rohrleitungsende ein Ventil mit einem Ventilkörper (3), der aus einer Ausgangsstellung heraus in eine Be­triebsstellung bewegbar ist, und einer an dem Ventilkörper (3) angreifenden Stellvorrichtung (4, 9, 11) aufweist und im Abstand von diesem Rohrleitungs­ende an einem Flüssigkeitszulauf (2) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit an dem das Ventil enthaltenden Rohrleitungsende dadurch, daß der Ventilkörper (3) seine Betriebsstellung erreicht, unter Erzeugung eines Flüssigkeitsschlages plötzlich abbremsbar ist und daß an dem das Ventil aufweisenden Rohrleitungsende wenigstens eine Strahlöffnung (12) kleineren Querschnitts als der Rohrleitungsquerschnitt mündet, die wenigstens in der Betriebsstellung des Ventilkörpers (3) zum Ausgeben des Impulsstrahles offen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Ventil abgewandte Rohrleitungsende in eine akustisch weiche, bei bei dem Flüssig­keitsschlag erzeugte Druckwelle als Verdünnungswelle reflektierende Vor­richtung (1) mündet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die akustisch weiche Vorrichtung (1) als Dämpfungsbehälter mit gasgefüllten Elastomer­blasen, wie Gummibällen, ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Ventilkörper (3) eine Durchflußöffnung (7) größeren Querschnitts als die Strahlöffnung (12) beherrscht wird, wobei die Durchflußöffnung (7) in der Ausgangsstellung des Ventilkörpers (3) für den Flüssigkeitsdurchfluß offen und in der Betriebsstellung des Ventilkörpers (3) geschlossen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsstellung des Ventilkörpers (3) von einem mit diesem zusammenwirkenden Anschlag (8) bestimmt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit durch den Flüssigkeitszulauf (2) unter einem Vordruck in die Rohrleitung (5) zugeführt wird, der Ventilkörper aus der Ausgangsstellung heraus gegen den Anschlag (8) unter dem Flüssigkeitsvordruck bewegbar ist und die Stellvor­richtung (4, 9) als den Ventilkörper (3) in dessen Ausgangsstellung zurück­führende Rückstellvorrichtung ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellvor­richtung als Feder (4) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellvor­richtung als steuerbarer Stellantrieb (9) ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (5) als Zirkulationsleitung ausgebildet ist, die von dem Ventil­körper (3) in dessen Betriebsstellung abgesperrt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Ventilkörper (3) in dessen Ausgangsstellung zusammenwirkende verstellbare Hubbegrenzungsvorrichtung (6) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlöffnung (12) in der Ausgangsstellung des Ventilkörpers (3) abgesperrt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlöffnung (12) ein Druckventil (13) zugeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlöffnung (12) in dem Ventilkörper (3) ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (5) mit ihrem dem Ventil abgewandten Ende zu dem das Ventil aufweisenden Ende hin derart zurückgeführt ist, daß die Rohrleitungsenden in die gleiche Richtung weisen und aufeinander ausgerichtet sind (Figur 9).
15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Zirkula­tionsleitung erzeugte Strömung durch das Absperren der Zirkulationsleitung zu einer Staueinrichtung (16) umlenkbar ist, an welcher die umgelenkte Flüssig­keit unter Erzeugung des Flüssigkeitsschlages plötzlich abgebremst wird und an welcher die Strahlöffnung (12) mündet.
EP87109009A 1986-06-24 1987-06-23 Vorrichtung zum Erzeugen eines Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsstrahles Withdrawn EP0251152A1 (de)

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