DE945789C

DE945789C - Device for regulating the amount of flowing media

Info

Publication number: DE945789C
Application number: DEC4496A
Authority: DE
Inventors: Kurt Brieden; Dipl-Ing Wilhelm Ernst Gilles
Original assignee: FJ Collin AG
Current assignee: FJ Collin AG
Priority date: 1951-07-24
Filing date: 1951-07-24
Publication date: 1956-07-19

Description

Vorrichtung für die Mengenregelung strömender Medien Die Erfindung betrifft die mengenmäßige Beeinflussung von strömenden Medien unter Beibehaltung des freien Durchströmquerschnittes lediglich durch Veränderung des Widerstandsbeiwertes.Device for regulating the amount of flowing media The invention concerns the quantitative influence of flowing media while maintaining it of the free flow cross-section simply by changing the drag coefficient.

Die Beeinflussung geht dabei so weit, daß bei vorgegebenen Randbedingungen, wie Anfangs- und Enddruck, ganz bestimmte Mengen ebenfalls vorgeschriebener Medien, wie z. B. Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten, je Zeiteinheit die Vorrichtung durchströmen.The influence goes so far that with given boundary conditions, such as initial and final pressure, very specific quantities of media that are also prescribed, such as B. gases, vapors or liquids flow through the device per unit of time.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß die strömende Menge eines Mediums umgekehrt proportional der Wurzel des Widerstandsbeiwertes ist. Naturgemäß hält sich dadurch der Regelbereich in kleineren Grenzen, als dies bei einer Veränderung des Durchströmquerschnittes, wie sie bislang angewendet wurde, der Fall ist. Jedoch kann in vielen praktischen Fällen auf einen derartig großen Regelbereich ohne weiteres verzichtet werden. Des weiteren bringt die Erfindung neue Nutzanwendungen, z. B. dort, wo Regelungen durch Querschnittsänderungen nur ganz ungefähre Mitteleinstellungen sein können.The invention is based on the consideration that the flowing amount of a medium is inversely proportional to the root of the drag coefficient. Naturally As a result, the control range is kept within smaller limits than with a change of the flow cross-section, as it has been used so far, is the case. However can in many practical cases easily cover such a large control range be waived. Furthermore, the invention brings new utility applications, e.g. B. where regulations due to cross-sectional changes are only approximate mean settings could be.

Dies ist z. B. bei Medien der Fall, die abwechselnd in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen strömen. Eine Regelung nur durch Veränderung des Querschnittes läßt sich im obenerwähnten Sinne nicht durchführen. Hierbei ist sowohl Querschnitt als auch Strömungswiderstand in beiden Strömungsrichtungen gleich. In beiden Richtungen fließen damit gleiche Mengen. Da naturgemäß der Querschnitt für beide Richtungen nicht variabel gewählt werden kann, lassen sich lediglich die Strömungswiderstände für eine Regelung heranziehen.This is e.g. B. the case with media that alternate in two to each other flow in opposite directions. A regulation only by changing the cross-section cannot be carried out in the sense mentioned above. Here is both cross-section as well as flow resistance in both flow directions the same. In both directions equal amounts flow with it. Since, of course, the cross-section for both directions cannot be chosen to be variable, only the flow resistances can be changed to use for a regulation.

Mit diesem Problem haben sich Untersuchungen in neuerer Zeit befaßt und die bisherigen Vorschläge, eine Regelung in der oben beschriebenen Weise zu erreichen, gingen im wesentlichen dahin, einmal den Einbau von Formdüsen vorzusehen. Zum anderen Male wurden Durchtritte geschaffen, die in ihrem engsten Querschnitt geteilt und die beiden Teile aufeinander verschiebbar sind, wobei diese Durchtritte irgendwelche konische Formen haben können. .Studies have recently addressed this problem and the previous proposals, a scheme in the one described above way to achieve, went essentially to provide for the installation of shaping nozzles. On the other hand, passages were created in their narrowest cross-section divided and the two parts are displaceable on each other, these passages can be of any conical shape. .

Beide letztgenannten Vorschläge besitzen als gemeinsames Merkmal, däß die Strömung bei ihnen durch einen kleinsten Querschnitt hindurchtreten muß. Dieser kann im letzteren Fall durch die Verschiebbarkeit jeweils außerdem beliebig geändert werden. Die Berechnung dieser Düsen macht insofern Schwierigkeiten, als sich die bekannten Berechnungsformeln auf den Ausfluß aus konischen öffnungen beziehen. Sie sind dagegen nicht mehr gültig, wenn sich an diese Öffnungen noch ein Formteil anschließt. Dies erklärt sich sowohl ;aus theoretischen Überlegungen über Ablösungserscheinungen in der Düse als auch aus empirischen Tatsachen. Es hat sich gezeigt, daß der Widerstandsbeiwert dieser Düsen auch wesentlich von der der Strömung abgewandten Seite der Düse abhängig ist. Versuche haben ergeben, daß der Variationsbereich der Widerstandsbeiwerte sehr eng bemessen ist und für eine technische Anwendung im allgemeinen nicht in Frage kommt.Both of the last-mentioned proposals have a common feature that the flow in them must pass through a smallest cross-section. In the latter case, it can also be moved as required to be changed. The calculation of these nozzles is difficult in that the known calculation formulas relate to the outflow from conical openings. On the other hand, they are no longer valid if there is still a molded part attached to these openings connects. This can be explained both by theoretical considerations about separation phenomena in the nozzle as well as from empirical facts. It has been shown that the drag coefficient of these nozzles also depends essentially on the side of the nozzle facing away from the flow is. Tests have shown that the range of variation in the drag coefficients is very large is narrowly dimensioned and generally out of the question for a technical application comes.

Der von der Ausbildungsform der Düse-abhängige Variationsbereich ist in- der Größenordnung von d # = o,2 bei kleinen Reynoldschen Z_ ahlen nachgewiesen. Mit der Reynoldschen Zahl -ändert sich sowohl der Widerstandsbeiwert als auch der Variationsbereich der Widerstandsbeiwerte; und zwar im Bereich kleiner Reynoldscher Zahlen stark und bei größeren Reynoldschen- Zahlen weniger stark.The range of variation that depends on the design of the nozzle is in the order of magnitude of d # = 0.2 for small Reynolds numbers. The Reynolds number changes both the drag coefficient and the Range of variation of drag coefficients; namely in the area of small Reynolds Numbers strong and with larger Reynolds numbers less strong.

Der geringe Variationsbereich begrenzt naturgemäß die Anwendbarkeit dieser Art Düsen stark. Hinzu kommt, daß man zur Anpassung an eine gewisse Zahl von Bedingungen auch eine gleiche Anzahl an Düsenformen benötigt.The small range of variation naturally limits the applicability this type of nozzle is strong. In addition, you have to adapt to a certain number conditions also require an equal number of nozzle shapes.

Insbesondere die beiden letztgenannten Beschränkungen werden durch die Erfindung weitgehend gelockert. Der Variationsbereich der -Werte wird um das Mehrfache, z. B. um das Vierfache, erweitert, und für fast alle Bedingungen ist nur noch ein Regelorgan notwendig. Die Vorrichtung ist in sich selbst regelbar. Der Lösungsgedanke geht im Gegensatz zu den vorbeschriebenen Formdüsen, bei denen eine möglichst günstige strömungsgerechte Ausbildung gesucht wird, dahin, die Strömung durch in diese hineinragende scharfe Kanten zu stören, d. h. die Strömung wird verhindert, den engsten Querschnitt auszufüllen, da an einer scharfen Kante die Stromlinien sonst um .9o° umbiegen müßten. Infolge eines derartig geringen Krümmungsradius werden die Zentrifugalliräfte in der Strömung dort so hoch, daß diese im Bogen ausweicht. Statt des Mündungsquerschnittes F füllt die Strömung nunmehr nur einen solchen von a - F aus, wobei a die sogenannte Kontraktionsziffer darstellt. Die größte derartige Kontraktion läßt sich durch ein sogenanntes Bordasches Mundstück erreichen. Die Kontraktionsziffer und damit der Widerstandsbeiwert sind vom Verhältnis des Strömungsquerschnittes zum Mündungsquerschnitt abhängig. Die Erfindung benutzt diese Tatsache, um eine Regelvorrichtung für strömende Medien zu schaffen.In particular, the latter two restrictions are enforced the invention largely relaxed. The range of variation of the values is approx Multiple, e.g. B. by four times, expanded, and is for almost all conditions only one regulating body is necessary. The device can be regulated in itself. The idea of a solution is in contrast to the previously described form nozzles, in which the best possible flow-appropriate training is sought, then the flow to be disturbed by sharp edges protruding into them, d. H. the flow is prevented, to fill in the narrowest cross-section, because the streamlines are at a sharp edge otherwise would have to bend .9o °. As a result of such a small radius of curvature the centrifugal forces in the flow are so high there that it evades in an arc. Instead of the mouth cross-section F, the flow now only fills one of these a - F from, where a represents the so-called contraction number. The largest of these Contraction can be achieved with a so-called Bordash mouthpiece. the The contraction factor and thus the drag coefficient depend on the ratio of the flow cross-section depending on the mouth cross-section. The invention uses this fact to provide a To create control device for flowing media.

Erfindungsgemäßwird der vorhandene freie Durch -strömquerschnitt beibehalten, und die Mengenregelung erfolgt dadurch, daß in diesem Strömungsdurchtritt ein Regelkörper eingebaut ist, der in seinem Hohlraum mit einem verschiebbaren und einstellbaren Regelstück oder mehreren solchen Regelstücken zur Änderung der Verhältnisse zwischen Strömungsquerschnitt und Mündungsquerschnitt ausgerüstet ist.According to the invention, the existing free flow cross-section is retained, and the amount is regulated by a regulating body in this flow passage is built-in, which is in its cavity with a sliding and adjustable Rule piece or several such rule pieces to change the relationships between Flow cross-section and mouth cross-section is equipped.

An Hand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels ist das Wesen der Erfindung erläutert: Es zeigt Fig. r den Querschnitt und Fig. 2 die Draufsicht der Vorrichtung.Using the exemplary embodiment shown schematically in the drawing the essence of the invention is explained: It shows Fig. R the cross section and Fig. Figure 2 shows the top view of the device.

Diese Regelvorrichtung besteht in der Hauptsache aus dem Reglerkörper i (Fig. i) und dem bzw. den Regelstücken"2.This control device mainly consists of the control body i (Fig. i) and the control piece (s) "2.

Der in der Wandung 5 eingefaßte Reglerkörper i weist eine Durchtriftsöffnung für das strömende Medium auf; die Ein- und Austrittsöffnungen sind den Erfordernissen angepaßt, z. B. abgerundet bzw. waagerechf öder auch konisch ausgebildet. Durch die Verwendung einer geeigneten Haltevorrichtung 4 kann der Reglerkörper auch während des Betriebes leicht gegen einen Körper anderer Durchtrittsform ausgewechselt werden.The regulator body i enclosed in the wall 5 has a drift opening for the flowing medium; the inlet and outlet openings are the requirements adapted, e.g. B. rounded or horizontal chf or also conical. By the use of a suitable holding device 4 can also be used during the regulator body of the operation can easily be exchanged for a body with a different passage shape.

In dem geradlinig verlaufenden Mittelteil des Durchtrittsqucrschnittes sind je nach Bedarf ein oder mehrere Regelstücke 2 geführt. Diese sind im Körper i verschiebbar angeordnet und können in allen, Stellungen durch geeignete Ausbildung der Gleitflächen oder durch besondere nicht dargestellte Mittel festgehalten Werden. Diese Regelstücke 2 können mit geraden und verhältnismäßig dünnen Wandungen als- Hohlkörper ausgebildet sein; weiterhin können sie nach einer Stirnseite oder auch nach beiden Stirnseiten hin innenseitig oder auch außenseitig oder auch innen- und außenseitig abgeschrägt sein. Diese Regelstücke erlauben eine Regulierung der Strömungsverhältnisse infolge ihrer Verschiebbarkeit in der Weise, daß jeder Regelst ückstellung ein bestimmter Widerstandsbeiwert zugeordnet ist. Durch geeignete Wahl der Form des Reglerkörpers i sowie der Zahl -und Stellung der Regelstücke 2 läßt sich die Variationsbreite der Widerstandsbeiwerte -und deren absolute Höhe beeinflussen.In the straight middle part of the passage cross-section one or more control pieces 2 are guided as required. These are in the body i slidably arranged and can in all, positions by suitable training the sliding surfaces or by special means not shown. These control pieces 2 can with straight and relatively thin walls as- Be formed hollow body; they can continue to or even after a front side towards both end faces inside or outside or inside and be beveled on the outside. These control pieces allow the flow conditions to be regulated as a result of their ability to be moved in such a way that each set of rules is a specific one Drag coefficient is assigned. By suitable choice of the shape of the regulator body i, as well as the number and position of the control pieces 2, the range of variation the drag coefficients and their absolute value.

Der Querschnitt des Reglers kann beliebig, z. B. viereckig oder rund, ausgebildet sein, erforderlich ist nur eine innere Führungsbahn für die Regelstücke.The cross section of the regulator can be arbitrary, e.g. B. square or round, be designed, only an inner track for the control pieces is required.

Bei Verwendung eines Regelstückes läßt sich naturgemäß nur ein bestimmtes Verhältnis der Widerstandsbeiwerte einstellen, da mit der Lage des einen Regelstückendes auch die des anderen festgelegt ist. Bei Verwendung von zwei oder mehreren Regelstücken kann man jeden Widerstandsbeiwert für sich auf beiden Seiten getrennt einstellen. Durch Einführung weiterer Regelstücke wird im wesentlichen der Gesamtwiderstand der Vorrichtung erhöht.When using a control piece, of course, only a specific one can be used Set the ratio of the drag coefficients, as with the position of one end of the control section that of the other is also determined. When using two or more control pieces you can use any drag coefficient separately on both sides to adjust. By introducing further control pieces, the total resistance is essentially increased the device increased.

Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Erfindung sind vielfach. In allen Fällen, in denen Strömungen von Gasen, Dämpfen oder Flüssigkeiten in vorgegebenen Strömungsräumen vorhanden sind, kann eine Regelung der strömenden Mengen sowohl in einer Richtung als auch in zwei entgegengesetzten Richtungen erfolgen. Dieses ist lediglich abhängig von der Anzahl der Regelstücke, die zur Verwendung kommen.The possible uses of this invention are many. In all Cases where flows of gases, vapors or liquids in predetermined Flow spaces are available, a regulation of the flowing quantities can be both in one direction as well as in two opposite directions. This is only dependent on the number of control pieces that are used.

Die Erfindung eignet sich zur Regelung strömender Medien bei Industrieöfen, Koksöfen, Regeneratoren oder Winderhitzern, die Anwendung ist aber nicht auf vorstehende Fälle beschränkt. Darüber hinaus können die Regelstücke mit Fliehkraftreglern, Kurbeltrieben u. dgl. verbunden werden, um so eine automatische Feinstregelung zu erreichen, wie dies unter Umständen bei Dampfmaschinen, Gasmaschinen und Turbinen irgendwelcher Art notwendig ist.The invention is suitable for controlling flowing media in industrial furnaces, Coke ovens, regenerators or steam heaters, but the application is not to the above Limited cases. In addition, the control pieces with centrifugal governors, crank drives and the like are connected so as to achieve an automatic fine control, such as this under certain circumstances in the case of steam engines, gas engines and turbines of any kind Kind is necessary.

Die Regelvorrichtung kann je nach den Erfordernissen aus Metallen, feuerfestem Material, Hölzern, Gläsern oder Kunststoffen hergestellt sein.Depending on the requirements, the control device can be made of metals, fireproof material, wood, glass or plastics.

Für große Ouerschnittsdurchtritte ist es möglich, an Stelle eines Regelkörpers mehrere Regelkörper mit den darin verschieblich und feststellbar angeordneten Regelstücken mit untereinander gleichen oder auch unterschiedlichen Abmessungen vorzusehen. Gegebenenfalls könnte auch sowohl bei Verwendung nur einer Regelvorrichtung als auch mehrerer eine automatische Verstellung der Regelstücke vorgesehen werden.For large cross-sections it is possible to use a Regulating body several regulating bodies with the arranged therein displaceable and lockable Control pieces with the same or different dimensions to be provided. If necessary, this could also be done using only one control device as well as several automatic adjustment of the control pieces can be provided.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for volume control in one direction or gases and / or liquids flowing alternately in opposite directions, characterized in that a regulating body (i) is provided in the flow passage is that in its cavity with a sliding and adjustable control piece or several control pieces (2) to change the relationships between the flow cross-section and mouth cross-section is equipped.

2. Device for volume control according to Claim i, characterized in that the interchangeable in the flow passage fixed control body (i) adapted in its longitudinal shape to the requirements, z. B. straight, conical or rounded at the inlet and outlet opening and in the middle part of the inner wall as a sliding and locking surface for the control pieces (2) is set up.

3. Device for quantity control according to claim i and 2, characterized characterized in that the control pieces (2) as a hollow body with straight and relatively thin walls are formed, which after one end face or both end faces can be beveled on the inside and / or on the outside. q .. device for Quantity control according to claims i to 3 for large flow passage cross-sections, characterized in that several control bodies with, can be displaced and locked therein arranged control pieces expediently next to one another with the same or different Shapes and cross sections are preferably installed interchangeably. contraption for quantity regulation according to one of the preceding claims, characterized in that that the displacement of the control pieces within the control body with the help of suitable Control means takes place automatically.