NO130163B

NO130163B -

Info

Publication number: NO130163B
Application number: NO00443/69A
Authority: NO
Inventors: P Bahrton
Original assignee: P Bahrton
Priority date: 1968-02-06
Filing date: 1969-02-05
Publication date: 1974-07-15
Also published as: DK132906C; NL6901799A; GB1255255A; SE330835B; US3608573A; DE1905963C3; NL144372B; FR2001425B1; DK132906B; CH485949A; FI52764B; FR2001425A1; DE1905963A1; DE1905963B2; JPS5132796B1; FI52764C

Description

Fluidistor. Fluidistor.

Denne oppfinnelse angår en fluidistor med et innløp og minst to utløp samt et mellomliggende gjennomstrømningsrom som omfatter minst ett styrekammer, hvor hvert styrekammer er forsynt med organer for tilførsel av et styresignal i det øyemed å styre et gjennom fluidistoren passerende medium til ett eller flere ønskede utløp, og hvor det nær overgangen mellom innløpet og gjennomstrøm-ningsrommet er anordnet en innsnevring hvis oppstrøms beliggende sideflate danner en stor vinkel, fortrinnsvis ca. 90°, med hoved-strømningsretningen av mediet i innløpet, henholdsvis med dettes lengdeakse. This invention relates to a fluidistor with an inlet and at least two outlets as well as an intermediate flow space comprising at least one control chamber, where each control chamber is provided with means for supplying a control signal in order to control a medium passing through the fluidistor to one or more desired outlets , and where a constriction is arranged near the transition between the inlet and the flow-through space, whose upstream side surface forms a large angle, preferably approx. 90°, with the main flow direction of the medium in the inlet, respectively with its longitudinal axis.

Hovedformålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fluidistor av den ovenfor angitte type som er av en slik beskaffenhet at man ved hjelp av styresignalet kan oppnå en rask, distinkt og sikker omkobling av fluidet mellom de forskjellige utløp. The main purpose of the invention is to provide a fluidistor of the above-mentioned type which is of such a nature that, with the help of the control signal, a fast, distinct and safe switching of the fluid between the different outlets can be achieved.

Et annet formål med oppfinnelsen er å muliggjøre en slik omkobling med minimalt effektbehov. Another purpose of the invention is to enable such switching with minimal power requirements.

Det som er særegent ved oppfinnelsen består i hovedsaken i at innsnevringen avgrenses av en flens eller et tilsvarende organ som i mediets hovedstrømningsretning har liten tykkelse i forhold til sin utstrekning vinkelrett på den nevnte strømnings-retning og i det plan i hvilket avbøyningen skjer. What is distinctive about the invention consists mainly in the fact that the constriction is delimited by a flange or a similar body which, in the main flow direction of the medium, has a small thickness in relation to its extent perpendicular to the aforementioned flow direction and in the plane in which the deflection occurs.

Det har vist seg at innsnevringens utstrekning i mediets hovedstrømningsretning er av avgjørende betydning for omkoblings-funksjonen og at man ved anvendelse av de forannevnte prinsipper oppnår et strømningsbilde i hvilket de trykkdifferanser som dannes i styrekamrene for frembringelse av styringen, forplanter seg bakover til innløpet umiddelbart oppstrøms for innsnevringen. Derved oppnås de fordeler som det er redegjort for i det foranstående. It has been shown that the extent of the constriction in the medium's main flow direction is of decisive importance for the switching function and that by applying the aforementioned principles a flow pattern is obtained in which the pressure differences that are formed in the control chambers to produce the control propagate backwards to the inlet immediately upstream for the narrowing. Thereby, the advantages described in the above are achieved.

Til nærmere belysning av de fordeler og den tekniske effekt som blir oppnådd, skal det først forklares hva som menes med kon-traksjonskoeffisient i foreliggende sammenheng, idet mediets kontraksjon på grunn av flensorganet er av vesentlig betydning for virkemåten av fluidistoren ifølge oppfinnelsen. Herunder betraktes for det første US-patentskrift 3.283.767, særlig dettes fig. 6 og den kontraksjon som der skjer, og for det annet den kontraksjon som finner sted i en fluidistor ifølge denne oppfinnelse. To further elucidate the advantages and the technical effect that is achieved, it must first be explained what is meant by contraction coefficient in the present context, since the contraction of the medium due to the flange member is of significant importance for the operation of the fluidistor according to the invention. Below, US patent 3,283,767 is first considered, particularly its fig. 6 and the contraction that takes place there, and secondly the contraction that takes place in a fluidistor according to this invention.

I det første og kjente tilfelle har innsnevringen betydelig utstrekning i strømningsretningen og er avgrenset av parallelle veg-ger. Innsnevringen har med andre ord et konstant tverrsnittsareal, dvs. forholdet mellom arealene ved begynnelsen av innsnevringen og ved slutten av denne er lik 1, dvs„ kontraksjonskoeffisienten er lik 1. In the first and known case, the constriction has a considerable extent in the flow direction and is delimited by parallel walls. In other words, the constriction has a constant cross-sectional area, i.e. the ratio between the areas at the beginning of the constriction and at the end is equal to 1, i.e. the contraction coefficient is equal to 1.

Som det også vil fremgå av nedenstående beskrivelse i til-knytning til tegningen, vil strømningsbildet i fluidistoren ifølge denne oppfinnelse vise at kontraksjonen begynner allerede i inn-løpet og fullbyrdes ved flensorganene. Tverrsnittsarealet på det sistnevnte sted er betydelig mindre enn på det sted hvor kontraksjonen begynner, eller mer presist teknisk uttrykt - kontraksjons-koef f isienten er mindre enn 1. As will also appear from the following description in connection with the drawing, the flow pattern in the fluidistor according to this invention will show that the contraction already begins at the inlet and is completed at the flange members. The cross-sectional area at the latter location is significantly smaller than at the location where the contraction begins, or more precisely technically expressed - the contraction coefficient is less than 1.

Den primære tekniske effekt som blir oppnådd ved hjelp av The primary technical effect that is achieved by means of

det særlige arrangement i fluidistoren ifølge oppfinnelsen, be- the special arrangement in the fluidistor according to the invention, be-

står i at når et styresignal pålegges ved ett av styrekamrene, states that when a control signal is imposed at one of the control chambers,

så vil den derved utløste endring i det statiske trykk der forplan-tes bakover til innløpet. Dette kan uttrykkes slik at forskjellen i statisk trykk mellom innløpet og styrestedet eller -kammeret reduseres, dvs. at det medgår mindre energi for å avstedkomme styringen for avbøyning av mediestrålen eller -strømmen. Det er et. viktig moment i denne forbindelse at mediestrømmen i prinsipp på-virkes tvers gjennom hele sin tykkelse slik at den når den umiddelbart clerefter trer ut i styrekamrene, oppviser en kraftig "makro-skopisk" virveldannelse. Disse forhold er av fundamental funksjonell betydning for å oppnå som nettoresultat at det skjer en hurtig, distinkt og sikkeromkobling med minalt effektbehov for styringen. then the resulting change in the static pressure there will be propagated backwards to the inlet. This can be expressed so that the difference in static pressure between the inlet and the control point or chamber is reduced, i.e. less energy is required to produce the control for deflection of the media jet or flow. It is a. an important point in this connection is that the media flow is in principle affected across its entire thickness so that when it exits the control chambers immediately afterwards, it exhibits a strong "macroscopic" vortex formation. These conditions are of fundamental functional importance in order to achieve as a net result that a fast, distinct and safe switching takes place with a minimal power requirement for the control.

Det opptrer imidlertid også en annen fordel som ikke ved-rører energibehovet, men energitapet i det styrte medium. Ved at avbøyningen i realiteten begynner allerede inne i innløpet er det mulig å flytte innsnevringen langt bakover, dvs. mot strømnings-retningen, sammenlignet med hva som kan oppnås ved kjente fluidistorer. Resultatet blir at strømningstapene i selve det styrte medium også reduseres. However, there is also another advantage which does not concern the energy requirement, but the energy loss in the controlled medium. By the fact that the deflection actually begins already inside the inlet, it is possible to move the constriction far back, i.e. towards the direction of flow, compared to what can be achieved with known fluidistors. The result is that the flow losses in the controlled medium itself are also reduced.

Betraktes igjen det nevnte US-patentskrift 3.283.767, frem-går det tydelig av dettes tegning og tilhørende beskrivelse at innsnevringen skal være langstrakt i strømningsretningen, hvilket står i skarp motsetning til den grunnleggende tanke ved ut-formningen av fluidistoren ifølge foreliggende oppfinnelse. If the aforementioned US patent document 3,283,767 is considered again, it is clear from its drawing and associated description that the narrowing should be elongated in the direction of flow, which is in sharp contrast to the basic idea of the design of the fluidistor according to the present invention.

Oppfinnelsen samt ytterligere særegne trekk ved denne skal nedenfor beskrives nærmere under henvisning til den vedlagte tegning. Fig. 1 viser i perspektivriss og delvis i snitt en ifølge oppfinnelsen utført fluidistor med et innløp og to utløp„ The invention and further distinctive features thereof shall be described in more detail below with reference to the attached drawing. Fig. 1 shows in perspective view and partly in section a fluidistor made according to the invention with an inlet and two outlets

Fig. 2 viser i planriss forholdene i fluidistoren styrt Fig. 2 shows in plan view the conditions in the fluidistor controlled

for gjennomstrømning gjennom det ene av to utløp. for flow through one of two outlets.

På tegningen er en fluidistor betegnet med tallet 10, In the drawing, a fluidistor is designated by the number 10,

hvilken fluidistor er tegnet som en blokk 11 inneholdende et innløp 12 og to utløp 13 og 14. which fluidistor is drawn as a block 11 containing an inlet 12 and two outlets 13 and 14.

Av fremstillingstekniske hensyn er her de to motsatte be-grensningsflater for passasjene 12, 13 og 14 forutsatt å være de-finert av to innbyrdes parallelle skiver av hvilke den ene lia er vist på fig. 1. Denne figur illustrerer også skruehull 11' for befestigelse.av den andre ikke viste skive på blokken 11. For manufacturing reasons, here the two opposite limiting surfaces for the passages 12, 13 and 14 are assumed to be defined by two mutually parallel discs, one side of which is shown in fig. 1. This figure also illustrates screw holes 11' for attachment of the second, not shown, disk to the block 11.

Mellom innløpet 12 og hvert av utløpene 13, henholdsvis 14, er det utformet et hvirvelkammer 15, henholdsvis 16. Be-tegnelsene 17 og 18 refererer til de kanter eller hjørner via hvilke styrekamrene 15 og 16 går over i utløpene 13 og 14» Med hvert av styrekamrene er det forbundet en kanal 19, 20 som inne-holder et ventilorgan 21, henholdsvis 22. Ifølge oppfinnelsen er overgangen mellom innløpet 12 og det gjennomstrømningsrom som er dannet av de to styrekamrene 15 og 16, og mellom innløpet og ut-løpene, anordnet en innsnevring som her består av to fra innløpets to motstående sidevegger utstikkende fremspring 23, henholdsvis 24, hvis funksjon skal forklares nærmere nedenfor. Between the inlet 12 and each of the outlets 13, respectively 14, a vortex chamber 15, respectively 16 is designed. The designations 17 and 18 refer to the edges or corners via which the control chambers 15 and 16 pass into the outlets 13 and 14" With each of the control chambers, a channel 19, 20 is connected which contains a valve element 21, respectively 22. According to the invention, the transition between the inlet 12 and the flow-through space formed by the two control chambers 15 and 16, and between the inlet and the outlets, arranged a narrowing which here consists of two projections 23, 24 respectively, projecting from the two opposite side walls of the inlet, the function of which will be explained in more detail below.

Den ovenfor beskrevne anordning funksjonerer på følgende måte (se fig. 2). Det medium som fluidistoren anvender, innføres gjennom innløpet 12. Hvis det hersker symmetriske forhold i de to styrekammere 15 og 16, dvs. hvis begge ventilorganene 21 og 22 The device described above functions in the following way (see fig. 2). The medium that the fluidistor uses is introduced through the inlet 12. If symmetrical conditions prevail in the two control chambers 15 and 16, i.e. if both valve members 21 and 22

er stengt eller åpne, kan det hende at arbeidsmediumstrømmen enten oppdeles i de to utløp 13 og 14 eller også helt tilfeldig blir ført ut gjennom et av disse. Ved at det mellom de to styrekammere frembringes en trykkdifferanse, kan man imidlertid positivt bestemme valget av utløp. I styrekamrene oppstår det ved arbeidsmediets passasje forbi disse som følge av ejektorvirkningen et undertrykk. Hvis f.eks. ventilen 21 i kammerets 15 styreledning 19 er stengt, .opprettholdes dette undertrykk, mens derimot ved åpen ventil en kontinuerlig trykkutjevning vil finne sted. Herunder kan det medium som omgir fluidistoren 10 samtidig være det styrende medium, og dette kan arbeide ved det trykk som råder i omgivelsene. Allerede her skal det imidlertid understrekes at det generelle vilkår for styring er at det kan tilveiebringes en trykkdifferanse mellom de to kammere, og at dette skjer under anvendelse av hvilket som helst egnet organ, f.eks. ved at det ene kammer positivt settes under overtrykk, mens det i det andre kammer hersker et lavere trykk som kan være omgivelsestrykket. I dette tilfelle blir det således antatt at ventilen 21 er stengt, mens ventilen 22 er åpen. I det øvre styrekammer 16 skjer det således en fort-løpende trykkutjevning, mens det i kammeret 15 kommer til å her-ske et undertrykk. are closed or open, it may happen that the working medium flow is either divided into the two outlets 13 and 14 or is completely randomly led out through one of these. However, by creating a pressure difference between the two control chambers, the choice of outlet can be positively determined. In the control chambers, when the working medium passes through them, as a result of the ejector effect, a negative pressure occurs. If e.g. the valve 21 in the control line 19 of the chamber 15 is closed, this negative pressure is maintained, whereas, on the other hand, with an open valve, a continuous pressure equalization will take place. Herein, the medium that surrounds the fluidistor 10 can simultaneously be the controlling medium, and this can work at the pressure that prevails in the surroundings. Already here, however, it must be emphasized that the general condition for control is that a pressure difference can be provided between the two chambers, and that this occurs using any suitable device, e.g. in that one chamber is positively pressurized, while a lower pressure prevails in the other chamber, which may be the ambient pressure. In this case, it is thus assumed that the valve 21 is closed, while the valve 22 is open. In the upper control chamber 16, a continuous pressure equalization thus takes place, while in the chamber 15 a negative pressure will prevail.

I kammeret 15 forårsaker fremspringet 23 en hvirvel- In the chamber 15, the protrusion 23 causes a vortex

dannelse med hvirvelretning med urviserretningen, så som indi- formation with clockwise swirl direction, such as indi-

kert med piler. Dette innebærer at nær den av kantene 17 og 18 definerte munning til utløpene 13 og 14 utsettes arbeidsmediet for innvirkning av en hastighetskomponent som er rettet nedad på figuren mot kammerets 15 og utløpets 13 yttervegger. Dette med-fører at arbeidsmediet fra innløpet styres inn i utløpet 13. Endres trykkdifferansen ifølge en av de ovenfor angitte metoder, opptrer de nettopp beskrevne forhold i stedet i kammeret 16, som fører til at arbeidsmediet styres over fra utløpet 13 til ut- circle with arrows. This means that near the mouth of the outlets 13 and 14 defined by the edges 17 and 18, the working medium is exposed to the influence of a velocity component which is directed downwards in the figure towards the outer walls of the chamber 15 and the outlet 13. This means that the working medium from the inlet is directed into the outlet 13. If the pressure difference is changed according to one of the above methods, the conditions just described occur instead in the chamber 16, which leads to the working medium being directed over from the outlet 13 to the outlet

løpet 14. Med dette funksjonelle utgangspunkt er anordningen tydelig å sammenligne med en bistabil vippe. race 14. With this functional starting point, the device can clearly be compared to a bistable rocker.

Det er tidligere i og for. seg kjent ved fluidistorer å utnytte styrekammere av det her angitte slag. Anordningen av innsnevringen mellom fremspringene 23 og 24 er imidlertid et særegent trekk ved denne oppfinnelse og likeledes dimensjoneringen av de partier av fluidistoren som avgrenser overgangen til de to utløp 13 og 14, altså kantene 17 og 18. It is past in and for. it is known for fluidistors to utilize control chambers of the type indicated here. The arrangement of the narrowing between the protrusions 23 and 24 is, however, a distinctive feature of this invention and likewise the dimensioning of the parts of the fluidistor which delimit the transition to the two outlets 13 and 14, i.e. the edges 17 and 18.

Den ved hjelp av fremspringene 23 og 24 frembragte eller forsterkede hvirveldannelse i de respektive styrekammere tilsikrer en ønsket omkoblingsfunksjon og god styreevne i fluidistoren. The vortex formation in the respective control chambers produced or reinforced by means of the projections 23 and 24 ensures a desired switching function and good control ability in the fluidistor.

Vedrørende anbringelsen og utformningen av innsnevringen gjelder at disse parametre kan variere i avhengighet av de aktuel-le forhold. Generelt gjelder imidlertid at innsnevringen skal ha en slik profil at strømningen fra innløpet ut mot styrekammeret endres brått. Derved oppstår den ønskede frembringelse, henholdsvis forsterkning, av hvirvlene. Innsnevringens utstrekning på tvers av strømningsretningen går i de fleste tilfelle opp til mellom 10 og 40% av avstanden fra innløpskanalens indre vegg til kanalens senter-linje. En innsnevring som riktignok innebærer en kraftig reduksjon av det effektive strømningstverrsnitt i innløpet, men som har strømlinjeformet eller på annen måte langstrakt tverrsnitt, slik Regarding the placement and design of the narrowing, these parameters can vary depending on the relevant conditions. In general, however, the constriction must have such a profile that the flow from the inlet out towards the control chamber changes abruptly. Thereby the desired generation, or reinforcement, of the vortices occurs. The extent of the constriction across the direction of flow is in most cases between 10 and 40% of the distance from the inner wall of the inlet channel to the center line of the channel. A narrowing which, admittedly, entails a sharp reduction of the effective flow cross-section in the inlet, but which has a streamlined or otherwise elongated cross-section, such

at dets hovedsakelige påvirkning på arbeidsmediet blir hastighets-økning, faller derimot utenfor rammen for denne oppfinnelse. Også forøvrig kan fluidistorens geometriske ut-formning og detaljkon-struksjon i høy grad varieres. Ovenfor er det allerede nevnt at det alminnelige vilkår for styreorganene er at disse er i stand til å frembringe en trykkdifferanse mellom de to styrekammere. Også med hensyn til det styrende mediums beskaffenhet finnes det mange muligheter. Det er viktig å fremholde at dette kan, men behøver that its main effect on the working medium is an increase in speed, however, falls outside the scope of this invention. The fluidistor's geometric design and detailed construction can also be varied to a large extent. Above, it has already been mentioned that the general condition for the control bodies is that they are able to produce a pressure difference between the two control chambers. There are also many possibilities with regard to the nature of the governing medium. It is important to emphasize that this can, but must

ikke, å ha samme aggregattilstand som arbeidsmediet. Dette kan på sin side enten være væske- eller gassformig. Antall utløp i fluidistoren såvel som deres retning kan også variere i hen- not, to have the same aggregate state as the working medium. This, in turn, can either be liquid or gaseous. The number of outlets in the fluidistor as well as their direction can also vary according to

hold til de lokale forhold, og flere f luiciistorenheter kan helt eller delvis kombineres eller sammenkobles i et felles apparat. according to the local conditions, and several fluicistor units can be fully or partially combined or interconnected in a common device.

Til slutt skal det nevnes at fluidistoren ifølge oppfinnelsen mulig-gjør styring såvel med kontinuerlige styresignaler som med puls-signaler. Finally, it should be mentioned that the fluidistor according to the invention enables control both with continuous control signals and with pulse signals.

Claims

1. Fluidistor with an inlet (12) and at least two outlets (13,14)

as well as an intermediate flow space comprising at least one control chamber (15,16), where each control chamber is provided with means (19-22) for supplying a control signal with the aim of controlling a medium passing through the fluidistor to one or more desired outlets, and where a constriction is arranged near the transition between the inlet and the flow-through space, whose upstream side surface forms a large angle, preferably approx. 90°, with the main flow direction of the medium in the inlet (12), respectively with its longitudinal axis, characterized in that the constriction is delimited by a flange or a corresponding body (23,24) which in the main flow direction of the medium has a small thickness in relation to its perpendicular extent in the aforementioned direction of flow and in the plane in which the deflection occurs.

2. Fluidistor according to claim 1, characterized in that the distance between the longitudinal axis of the inlet and the constriction's nearest edge (23,24) is substantially equal to the corresponding distance between the said axis and the part (17,18) of the fluidistor which limits the transition between a control chamber (15,16) and the associated outlet (13,14).

3. Fluidistor according to claim 2, characterized in that the aforementioned part (17,18) of the fluidistor which limits the transition between a control chamber (15,16) and the associated outlet (13,14) is designed as an edge facing the direction of flow.

4. Fluidistor according to one of the preceding claims, characterized in that the transition (17,18) between a control chamber (15,16) and the associated outlet (13,14) is located upstream of the nearby part of the chamber's wall which is located in greater distance from the longitudinal axis of the inlet.