DE1294819B

DE1294819B - Verfahren zum Drosseln oder Verhindern des Stroemens eines Mediums durch eine Wandoeffnung von einem Raum hoeheren Druckes in einen Raum niederen Druckes und Anwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1294819B
Application number: DES90199A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kurt; Mugele
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-03-25
Filing date: 1964-03-25
Publication date: 1969-05-08
Also published as: CH447739A; US3348766A; GB1086923A

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Drosseln oder Verhindern des Strömens eines Mediums durch eine Wandöffnung von einem Raum höheren Druckes in einen Raum niederen Druckes und die Anwendung dieser Verfahren bei Flüssigkeitsring-Gaspumpen.
Es ist bekannt, Öffnungen, z. B. die Ein- und Austrittsöffnungen von Flügelradpumpen, mit Hilfe von Kugeln abzudichten. Es ist ferner bekannt, an Stelle der mechanischen Kugelventile eine Ventilwirkung dadurch zu erzielen, daß die Öffnungen in den Steuerplatten im Auspuffraum d_ urch Flüssigkeit abgeschlossen werden.
Weiterhin ist es bekannt, den Ausfluß aus einer Öffnung dadurch zu steuern, daß ein Teil des Mediums vorher abgezweigt wird und aus einem die Öffnung umgebenden Ringspalt so ausströmt, daß sich der wirksame Öffnungsquerschnitt verringert.
Mit diesem bekannten Verfahren läßt sich jedoch die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nicht lösen, die darin besteht, einen Abschluß von öffnungen mit Hilfe eines strömenden Mediums zu erzielen, und zwar für ein Druckverhältnis von 1 bis 50. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Hilfsmediumstrahl mittels einer der Wandöffnung im Raum höheren Druckes gegenüberliegenden Leitwand quer über die Wandöffnung in den Raum höheren Druckes geführt und in seinem Querschnitt sowie in seiner Geschwindigkeit so bemessen ist, daß sein statischer Druck - gemäß dem Satz von Bernoulli - im Bereich der Wandöffnung kleiner ist als der höhere Druck, vorzugsweise gleich dem niederen Druck, oder daß der Hilfsmediumstrahl mittels einer der Windöffnung im Raum niederen Druckes gegenüberhcgenden Leitwand quer über die Wandöffnung in den Raum niederen Druckes geführt und in seinem Querschnitt sowie in seiner Geschwindigkeit so bemessen ist, daß sein statischer Druck im Bereich der Wandöffnung größer ist als der niedere Druck, vorzugsweise gleich dem höheren Druck.
Mit dem gleichen Hilfsmediumstrahl kann nicht nur eine Öffnung, sondern es können auch mehrere Öffnungen nacheinaÜder abgedichtet werden. Zur Anpassung an die jeweiligen Strömungsverhältnisse ist es ferner von Vorteil, wenn der Abstand zwischen öffnung und Leitwand verändert wird oder die Leitwand zu der die Öffnung aufweisenden Wand verschoben wird. Besonders zweckmäßig ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Flüssigkeitsring-Gaspumpen.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen F i g. 1 bis 3 in schematischen Darstellungen die Drücke und Querschnitte bei den erfindungsgemäßen Verfahren, _ F i g. 4 a, die nachträglich in die Anmeldung aufgenommen wurde, eine Anordnung zur Veränderung des Abstandes zwischen Öffnung und Leitwand, F i g. 4 b, die ebenfalls nachträglich aufgenommen wurde, die Erzeugung des Hilfsmediumstrahles, F i g. 5 als Diagramm die Absperrwirkung des Hilfsmediumstrahles, F i g. 6 die Führung eines Leitwandteiles im Bereich einer Drucköffnung einer Flüssigkeitsringpumpe, F i g. 7 zwei abzuschließende Öffnungen mit einer Leitwand, F i g. 8 eine besondere Anordnung der abzuschließenden Öffnung sowie eine nachgiebige Leitwand, F i g. 9 und 9 a Entnahmemöglichkeiten des Hilfsstrahlmediums bei einer Flüssigkeitsring-Gaspumpe, F i g. 10 eine Anordnung von Leitplatten im Hilfsmediumstrahl und F i g. 11 Zufuhr und Ableitung des Hilfsmediumstrahles bei einer Flüssigkeitsringpumpe.
Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung herrscht auf der einen Seite einer Öffnung 1 ein Unterdruck p1 und auf der anderen Seite ein überdruck p". Um die Öffnung 1 abzuschließen, und so eine Strömung vom Raum mit dem Druck p.. nach dem Raum mit dem Druck p1 zu verhindern, wird ein Hilfsmediumstrahl 2 mit dem Anfangsdruck p3 mittels einer der Wandöffnung 1 gegenüberliegenden Leitwand 3 in einem düsenartigen Kanal 4 quer über die Wandöffnung 1 in den Raum höheren Druckes p. geführt. Der Hilfsmediumstrahl2 ist dabei in seinem Querschnitt und seiner Geschwindigkeit so bemessen, daß sein statischer Druck - gemäß dem Satz von Bernoulli -im Bereich der Wandöffnung 1 kleiner ist als der höhere Druck p2. Vorzugsweise wird man diesen Druck so wählen, daß er dem niederen Druck p1 gleich ist.
Versuche haben ergeben, daß selbst bei strömungstechnisch ungünstigen Verhältnissen innerhalb der Versuchsanordnung mit einem Strahlquerschnitt von 0,3 cm° ein Drucköffnungsquerschnitt von 1,5 cm-' abgedichtet werden konnte, und zwar mit einem Anfangsdruck des Hilfsmediumstrahles p3 von 1,5 ata und einem Enddruck p. von etwa 1 ata und mit einem Druck von p = 0,01 ata auf der anderen Seite der Wandöffnung.
Die Anordnung nach F i g. 2 unterscheidet sich von der Anordnung nach F i g. 3 im wesentlichen dadurch, daß die Leitwand 3 mit dem Eingangsstück des Kanals 4 eine bauliche Einheit bildet, und daß im Anschluß an die Leitwand 3 ein Diffusor 5 angeordnet ist, der den verlustarmen Rückgewinn der kinetischen Strahlenergie in Druckenergie bewirkt.
Bei der Anordnung nach F i g. 3 liegen die umgekehrten Druckverhältnisse wie bei der Anordnung nach F i g. 2 vor; hier ist also p1 größer p:... Zur Abdichtung der Wandöffnung wird hier der Hilfsmediumstrahl mittels einer der Wandöffnung 1 im Raum niederen Druckes p., gegenüberliegenden Leitwand 3 quer über die Wandöffnung in den Raum niederen Druckes p. geführt. Auch hier wird der Strahl in seinem Querschnitt und seiner Geschwindigkeit so bemessen, daß sein statischer Druck im Bereich der Wandöffnung kleiner ist als der niedere Druck p2; und zwar vorzugsweise gleich dem höheren Druck p1.
Falls die Abdichtung der Wandöffnung auch bei wechselndem Druck p1 - wie dies z. B. bei Kolbenmaschinen der Fall ist - erreicht werden soll, kann die Leitwand 3 elastisch oder beweglich sein, so daß der Abstand zwischen Leitwand 3 und Wandöffnung 1 veränderbar ist.
In der nachträglich aufgenommenen F i g. 4 a ist dies näher dargestellt, und zwar ist hier, wie näher ersichtlich, die Leitwand 3 senkrecht zu der die Wandöffnung 1 aufweisenden Wandung mittels eines Nockentriebes beweglich.
Wie F i g. 4 b zeigt, braucht der Hilfsmediumstrahl nicht einem besonderen Speicher entnommen zu werden, sondern kann aus dem Raum mit dem Druck p., entnommen und auf entsprechenden Anfangsdruck p3 gebracht werden. F i g. 5 zeigt ein Diagramm, auf dessen Ordinate die Druckdifferenz p3-p2 (kp/cm2) und auf dessen Abszisse die Leckmenge QL (1/min) aufgetragen sind. Die aus dem Diagramm ersichtliche Kurve ist auf Grund eines mit einer Anordnung gemäß F i g. 2 durchgeführten Versuches entstanden, wobei der Druck p1 kleiner als p2 war. Man erkennt, daß -von einer bestimmten Druckdifferenz p3-p.= an - die Leckmenge QL praktisch schlagartig null wird.
Die in den F i g. 6 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispiele sind speziell auf die Anwendung des Erfindungsgedankens bei einer Wasserring-Vakuumpumpe abgestellt.
In F i g. 6 stellt das die Öffnung 1 enthaltende Teil die Steuerscheibe 6 dar. Die Öffnung 1 kann einen gleichbleibenden oder diffusorartigen Querschnitt aufweisen. Der diffusorartige Querschnitt wird vorzuziehen sein, wenn beim Ausschieben des Gases aus dem Arbeitsraum der Pumpe ein Druckgewinn erreicht werden soll. Als Strahlmedium ist z. B. Wasser vorgesehen, das an der Stelle des Strahles 2 mit einem über dem Atmosphärendruck liegenden Druck p3 eintritt. Durch die Kanalverengung wird die Geschwindigkeit des Wassers erhöht, was mit einer Druckabsenkung verbunden ist. Dadurch wird erreicht, daß der Druck im Wasserstrahl an der Stelle 7 etwa so groß wie der Druck p1 ist. Der diffusorartige Wandteil 5 bewirkt, daß der Wasserstrahl nach Überstreichen der Öffnung 1 seine Geschwindigkeit verringert und die kinetische Energie des Wasserstrahles bei 7 im Punkt 8 wieder weitgehend in Druckenergie umgewandelt ist.
In F i g. 7 ist eine Anordnung dargestellt, bei der die Abdichtung von zwei Öffnungen 1 a und 1 b mit einem einzigen Wasserstrahl 2 erfolgt. Die Anzahl der Öffnungen kann beliebig erhöht werden. Ebenso ist es möglich, daß sich der Wasserstrahl aus mehreren Einzelstrahlen zusammensetzt, welche die gleiche oder wenigstens annähernd die Richtung aufweisen. Der Wasserstrahl hat bei 8 einen relativ hohen statischen Druck und eine kleine Geschwindigkeit. Da der Wandteil 4 b eine Verengung des Kanalquerschnittes bewirkt, wird die Geschwindigkeit des Wasserstrahles bis zum Erreichen der Stelle 9 erneut erhöht und sein statischer Druck bis auf den Druck in der Öffnung 1 b vermindert.
Sofern die Pumpe in einem Ansaugdruckbereich arbeitet, der ein Ansteigen des Druckes 1, 1 a bzw. 1 b über den Druck p3 bewirkt, wird der Strahl 2 wegen des größeren Druckes des Gases im Arbeitsraum unterbrochen. Durch die Querschnitte bei 7 bzw. 9 tritt dann vom Arbeitsraum der Pumpe kommendes Gas bzw. Gas-Wasser-Gemisch aus. Bei der Hintereinanderschaltung der Öffnungen gemäß F i g. 7 ist an der weitesten Stelle des Kanals eine Durchlaßöffnung 10 vorgesehen. Hierdurch werden die Drossel- und Wirbelverluste beim Ausschieben des Gases bzw. Gas-Wasser-Gemisches aus dem Arbeitsraum der Pumpe in die beispielsweise mit Wasser gefüllte Seitenschildtasche 11 verringert.
Da bei Wasserring-Vakuumpumpen gelegentlich durch die Drucköffnungen größere Wassermengen strömen müssen, ist zur Vermeidung von hohen Drosselverlusten die Wand des Diffusors 5 bei der Ausführung nach F i g. 8 beweglich ausgeführt. Sobald außer dem Fördergas eine größere Wassermenge durch die Drucköffnung 1 ausgeschoben wird, legt sich die Wand gegen die Anschläge 12 und gibt dabei einen erheblich größeren Austrittsquerschnitt bei 7 frei. Außerdem ist die Öffnung 1 so in der Steuerscheibe 6 angeordnet, daß ein Teil des abdichtenden Wasserstrahles in die Öffnung 1 abgelenkt wird und dabei in den von der Steuerscheibe 6 und den Laufradschaufeln 13 gebildeten Spalt eindringt und diesen abdichtet.
In F i g. 9 ist eine Wasserringpumpe dargestellt, bei der der zur Abdichtung der Drucköffnungen dienende Wasserstrahl aus dem betriebsmäßig vorhandenen Wasserring der. Pumpe entnommen wird. Dargestellt ist eine Entnahmeöffnung 14 in der Steuerscheibe, die radial zu der letzten Drucköffnung 15 liegt, da an dieser Stelle der höchste Druck im Wasserring herrscht. Das Mundstück 16 entspricht dem düsenartigen Kanalteil 4 in F i g. 7. Die gestrichelt dargestellte Öffnung 17 a entspricht der Öffnung 1 a und die Öffnung 17 b der Öffnung 1 b in F i g. 7.
F i g. 9 a zeigt eine Wasserringpumpe, bei der das für den Wasserstrahl erforderliche Wasser dem Wasserabscheider 22 entnommen wird. Der statische Überdruck des Strahles wird hier durch das größere spezifische Gewicht der Wassersäule in der Rücklaufleitung 23 gegenüber der Gas-Wasser-Gemischsäule in der Druckrohrleitung 24 erzeugt.
F i g. 10 zeigt eine Anordnung mit besonders kurzer Baulänge. Zu diesem Zweck ist die diffusorartige Erweiterung 5 durch an sich bekannte Leitflächen 18 unterteilt. An Stelle oder als Ergänzung derartiger Leitflächen kann in an sich bekannter Weise am Diffusor eine Grenzschichtabsaugung 19 vorgesehen werden.
F i g. 11 zeigt, wie der düsenartige Kanalteil 4 in die Steuerscheibe 6 eingearbeitet werden kann. Abweichend hiervon kann der düsenartige Kanal jedoch auch in den Deckel bzw. in das Seitenschild 20 eingebracht werden.
Ebenso kann die diffusorartige Erweiterung 21 außer in das Seitenschild 20 (wie in F i g. 11 dargestellt) auch in den Deckel bzw. in die Steuerscheibe der Pumpe eingearbeitet werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Drosseln oder Verhindern des Strömens eines Mediums durch eine Wandöffnung von einem Raum höheren Druckes in einen Raum niederen Druckes, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß ein Hilfsmediumstrahl mittels einer der Wandöffnung im Raum höheren Druckes (p2) gegenüberliegenden Leitwand (3) quer über die Wandöffnung (1) in den Raum höheren Druckes geführt und in seinem Querschnitt sowie in seiner Geschwindigkeit so bemessen ist, daß sein statischer Druck - gemäß dem Satz von Bernoulli - im Bereich der Wandöffnung kleiner ist als der höhere Druck (p2), vorzugsweise gleich dem niederen Druck (p1) (F i g. 2).
2. Verfahren zum Drosseln oder Verhindern des Strömens eines Mediums durch eine Wandöffnung von einem Raum höheren Druckes in einen Raum niederen Druckes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsmediumstrahl mittels einer der Wandöffnung im Raum niederen Druckes (p2) gegenüberliegenden Leitwand (3) quer über die Wandöffnung (1) in den Raum niederen Drukkes geführt und in seinem Querschnitt sowie in seiner Geschwindigkeit so bemessen ist, daß sein statischer Druck - gemäß dem Satz von Bernoulli - im Bereich der Wandöffnung größer ist als der niedere Druck (p2), vorzugsweise gleich dem höheren Druck (p1) (F i g. 3).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Hilfsmediumstrahl (2) nacheinander über mehrere Öffnungen (1 a,1 b) geführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Öffnung (1) und Leitwand (3) verändert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwand (3) parallel zu der die Öffnung (1) aufweisenden Wand verschoben wird.
6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 an einer Flüssigkeitsring-Gaspumpe mit einer Steuerscheibe und einem Deckel, bei der der Hilfsmediumstrahl (2) dem Betriebs-und/oder Fördermedium der Pumpe entnommen und in der Steuerscheibe (6) oder im Deckel zu den abzudichtenden Öffnungen geführt wird.