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Vorrichtung zur Erzeugung von Vakuum oder Überdruck Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Vakuum oder Überdruck mit Hilfe mehrerer
hintereinandergeschalteter Injektoren.
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Dampfinjektoren sind seit sehr langer Zeit bekannt, und auch das Betriebsverhalten
einstufiger Dampfinjektoren - einen solchen zeigt Abb. r - ist bereits mehrfach
beschrieben. Aus einer amerikanischen Veröffentlichung ist z. B. die Bedeutung der
Beziehung zwischen Diffusorhals d und engstem Querschnitt e der Treibdüse
für einstufige Dampfinjektoren bekannt, wobei jedoch die Treibdüse keine Erweiterung
nach Art der Lavaldüse hat. Normalerweise ist die Treibdüse, besonders bei mehrstufigen
Dampfstrahlluftsaugaggregaten, wo fast immer eine überkritische Expansion erfolgt,
eine ganz normale Lavaldüse, deren Berechnung und Verhalten hinreichend bekannt
sind. Jedoch reichen diese Erkenntnisse nicht einmal aus, um einen einstufigen Injektor
so zu konstruieren, daB er bei gegebenem Treibdampfdruck eine vorgeschriebene Luft-
bzw. Dampfmenge aus einem gewünschten Vakuum mit Sicherheit fördert. Die gebräuchlichen
mehrstufigen Dampfstrahlluftsaugaggregate sind ausschließlich auf Grund empirischer
Werte konstruiert. Die Literatur enthält keinerlei Angaben, nach denen die Berechnung
oder Konstruktion mehrstufiger Dampfstrahlluftsaugaggregate oder Dampfstrahlkälteanlagen
vorgenommen werden könnte.
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Da die Kompressionsleitung eines Dampfinjektors begrenzt ist, müssen
zur Erreichung eines hohen Vakuums bzw. niedrigen Di ackes von einigen Torr
mehrere
Injektoren hintereinandergeschaltet werden, wobei der jeweilige Treibdampf, wie
Abb. 2 zeigt, durch dazwischengeschaltete Einspritz- oder Oberflächenkondensatoren
niedergeschlagen wird. Somit ist das Erreichen eines bestimmten Vakuums durch unterschiedliche
Auslegung der Zwischenstufen auf verschiedenen Wegen möglich. Dadurch besteht die
Gefahr, daß die einzelnen Stufen nicht gleichmäl'ig belastet werden und infolgedessen
nicht mit optimalem Wirkungsgrad arbeiten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bestimmte Menge Luft
bzw. Dampf oder Gase aus einem gewünschten Vakuum bei gegebenem Treibdampfdruck
mit Hilfe mehrerer hintereinandergeschalteter, aber harmonisch aufeinander abgestimmter
Injektoren zu fördern.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß für die Konstruktion
eines Dampfinjektors gemäß Abb. i nur der Durchmesser des Diffusorhalses d, der
engste Durchmesser e und der Öffnungsdurchmesser, b der Treibdüse maßgebend sind,
während alle anderen Abmessungen des Dampfinjektors einer Grundform geometrisch
ähnlich sind. Diese drei Durchmesser müssen in einem ganz bestimmten Verhältnis
zueinander stehen, das sich nach den gegebenen Verhältnissen, wie gewünschtes Vakuum,
zu fördernde Casmenge und Treibdampfdruck, richtet. Das Öffnungsverhältnis Ö ist
das Verhältnis des Öffnungsdurchmessers b zum engsten Durchmesser e der Treibdüse
(s. Abb. i), und das Durchmesserverhältnis D ist das Verhältnis des Diffusorhalsdurchmessers
d zum engsten Durchmesser e der Treibdüse, d. h. Ö = b/e und
D = d/e. Ö und D sind die Kennwerte des Strahlers.
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Abb. 2 zeigt schematisch einen fünfstufigen Dampfstrahlapparat mit'den
Injektoren i bis 5, den zwischen die Stufen geschalteten Öberflächenkondensatoren
A, B und C und dem atmosphärisch belüfteten Dampfvernichter E. Der Rezipient ist
mit D bezeichnet.
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Erfindungsgemäß sind die Hauptabmessungen, nämlich der engste Durchmesser
d des Diffusors, der engste Durchmesser e der Treibdüse und der Öffnungsdurchmesser
b der Treibdüse der einzelnen Injektoren so aufeinander abgestimmt, daß die Kennwerte,
d. h. log d/e undlog b/e dereinzelnen Inj ektorstufen, in doppelt logarithmischen
Koordinaten dargestellt, auf einer Geraden liegen, wobei zweckmäßig die Unterteilung
der Zwischenstufen durch Aufteilung in logarithmisch etwa gleich große Druckstufen
erfolgt. Damit sind die Hauptdurchmesser der Inj ektoren harmonisch aufeinander
abgestimmt, wobei die einzelnen Stufen energetisch möglichst gleichmäßig belastet
und aus den unzähligen Kombinationsmöglichkeiten die jeweils bestmöglichen in Anwendung
gebracht werden.
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Der Diffusorhalsdurchmesser ist auf doppelt logarifhmischen Koordinaten
eine lineare Funktion vom Knickvakuum in Torr vor dem Injektor und von der Knickleistung
in kg/h der betreffenden Stufe. Zwischen dem Öffnungsverhältnis Ö der Treibdüse
und dem sogenannten Knickvakuum, d. h. dem Vakuum bei maximaler Förderleistung bzw.
Knickleistung in Torr, besteht bei doppelt logarithmischer Darstellung eine lineare
Beziehung. Zu jedem Endvakuum eines Injektors gehört ein bestimmtes, voa der Förderleistung
unabhängiges Öffnungsverhältnis und je nach dem niedrigsten Treibdampfdruck ein
ganz bestimmtes, optimales, von der Förderleistung gleichfalls unabhängiges Durchmesserverhältnis
D. In der Regel sind die Durchflußquerschnitte der Injektoren kreisförmig, mitunter
haben sie aber auch eine andere Form, z. B. elliptisch oder ringartig. Man hat auch
schon Injektoren gebaut, bei denen mehrere Treibdüsen auf denselben Diffusor arbeiten.
In diesen Fällen muß reit einem sogenannten äquivalenten Durchmesser gerechnet werden,
d. h. mit dem Durchmesser desjenigen Kreises, der mit dem tatsächlichen Durchflußquerschnitt
flächengleich ist.
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In Abb. 3 sind die Kennlinien, auf denen alle Kennwerte der einzelnen
Injektoren liegen, für Kompressionsverhältnisse eines jeden Injektors von 2,3 bis
3,3 dargestellt, wobei unter Kompressionsverhältnis das Verhältnis der Drücke im
Kondensator und im Mischraum, d. h. vor und hinter jedem Inj ektor .
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(s. Abb. i), verstanden wird. Andererseits liegen die Kennwerte je
nach dem vorhandenen Treibdampfdruck auf der für die jeweilige Stufe zuständigen
zu der linearen Kennlinie etwa senkrecht stehenden optimalen Treibdampfdrucklinie.
Diese ist in der Zeichnung für 2,5 atü ausgezogen und für 2 atü gestrichelt dargestellt.
Beispiel Ein vierstufiger Dampfstrahler für 2,5 atü minimalen Treibdampfdruck mit
folgenden Abmessungen:
| Diffusorhals- Treibdampf- Durchmesser- log. D
öffnungs- Üffnungs- log. ö |
| durchm. d durchm. e verhältn. D g. durchm. b
verhältn. Ö g. |
| i. Stufe ....... 8,0 4,2 i,9o 0,28 5,9 1,41 o,i4 |
| 2. - ....... 11,0 3,8 2,84 0,45 7,5 1.97 0,29 |
| 3. - ....... 21,0 4,5 4,68 o,67 14,2 3,16 0,50 |
| 4. - ........ 35,5 4,5 7,88 o,89 25,3 5,62 0,75 |
ergab mit drei Einspritzkondensatoren die in Abb. 4 ersichtliche Leistungskurve.
Kennzeichnend und hervorzuheben ist die Druckunabhängigkeit aller Stufen des Strahlers
in dem Bereich von 2,4 bis 3 atü.
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Die gestrichelten Linien der Abb.4 stellen die Leistungskurven bei
dem optimalen Treibdampfdruck von 2,4 atü dar. Die ausgezogenen Linien zeigen die
Leistungskuive für den gleichen Strahler bei einem Treibdampfdruck von 3 atü. Man
sieht daraus, daß für einen bestimmten Strahler die Erhöhung des Treibdampfdrucks
über den optimalen Wert trotz des dadurch hervorgerufenen stark erhöhten Dampfver-
Brauchs
nur eine geringfügige Leistungssteigerung ergibt.