DE1122785B - Einrichtung zum Konstanthalten der Austrittsgeschwindigkeit eines stroemenden Mediums aus einer Duese - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Konstanthalten der Austrittsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums aus einer Düse Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Konstanthalten der Austrittsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums, insbesondere der Verbrennungsluft von Feuerungen aus einer Düse, deren Austrittsquerschnitt durch eine schwenkbare Klappe veränderbar ist.
• Bei technischen Strömungsvorgängen, in denen die kinetische Energie von flüssigen oder gasförnügen Medien beim Austritt aus Düsen von Wichtigkeit ist, beispielsweise in der chemischen Verfahrenstechnik, insbesondere aber in der Verbrennungstechnik, ist es vielfach erwünscht, die Austrittsgeschwindigkeit des Mediums aus einer Düse unabhängig von der Menge annähernd konstant zu halten.
• Bekannt sind Düsen, deren öffnung durch Klappen oder Verdrängungskörper bei der Verringerung der Durchsatzmenge von Hand oder über eine Regelsteuerung gleichfalls verringert werden. Nachteilig ist dabei der große Aufwand. Für jede unabhängige Düse muß eine für sich von außen verstellbare Klappe od. dgl., eine Mengenmeßvorrichtung und gegebenenfalls eine Regelvorrichtung vorgesehen sein. Bei technischen Vorrichtungen mit vielen solcher Düsen ist ein derartiger Aufwand meist nicht vertretbar. Dies gilt beispielsweise für gewisse Wirbelfeuerungen (Tangentialmuffeln und Zyklone mit vielen am Umfang verteilten Einblasestellen).
• Bekannt sind ferner über einen Hebelarm gewichtsbelastete Klappen zur groben Stabilisation von Strömungsmengen bzw. zum Absperren beim Unterschreiten einer gewissen Strömungsmenge. Solche Klappen sind von einfacher Konstruktion und benötigen keine Meßeinrichtungen und keine fremdgesteuerten Regeleinrichtungen. Sie arbeiten derart, daß beim Überschreiten einer bestimmten Durchflußmenge der Strömungsdruck die Klappe von einem Anschlag, der sie in wenig geöffneter Stellung hält, gegen einen solchen umklappt, der eine weitere offene Stellung der Klappe bestimmt; die Klappe kehrt andererseits beim überschreiten eines bestimmten Strömungsdrucks unter der Wirkung eines Hebelgewichtes in die vorige Ausgangsstellung zurück. Es sind also zwei stabile Klappenstellungen vorhanden, von denen jeder ein bestimmter Durchströmmengenbereich zugeordnet ist. So arbeitende Regelelemente sind zwar von anzustrebender Einfachheit, aber für eine Aufgabe, wie sie der hier vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ungeeignet.
• Die Erfindung hat zum Ziel, Einrichtungen schaffen, welche die Austrittsgeschwindigkeit strömender Medien aus einer Düse annähernd so gut konstant halten kann wie eine mit Meßvorrichtung und Sollwertregler arbeitende Einrichtung, jedoch mit etwa so einfachen Mitteln wie die oben geschilderten Kippklappen zur groben Beeinflussung von Strömungsmengen. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an den von dem Gesamtdruck des strömenden Mediums im öffnenden Sinn beaufschlagten Klappen eine autonome, d. h. ohne eine von einem Meßglied abhängige Steuerungseinrichtung arbeitende, mechanische Rückstellvorrichtung vorgesehen ist, deren Rückstellmoment in Abhängigkeit von der Klappenöffnung monoton abnimmt. Die Rückstellcharakteristik kann, wie nachstehend erläutert wird, so gewählt werden, daß eine annähernd konstante Austrittsgeschwindigkeit des strömenden Mediums unabhängig von dessen Menge gewährleistet ist. Im Prinzip wird davon ausgegangen, daß auf die Klappe einer Klappendüse durch die Strömung ein Drehmoment ausgeübt wird, das von der durchgesetzten Menge und der jeweiligen Klappenstellung abhängt. Dieses Drehmoment wird bei Klappen mit einer festen, von außen gegebenenfalls zu verändernden Einstellung von dem Haltegestänge der Klappe und dem Lager ihres Drehzapfens aufgenommen. Erfindungsgemäß soll es aber zur Klappenbetätigung selbst ausgenutzt werden. Wirkt nämlich auf die Klappe ein Rückstellmoment M mit einer eindeutig definierten Abhängigkeit vom Drehwinkel W (in Abb. 1 bezogen auf die Horizontale), so ist jeder Durchsatzmenge eine gewisse Düsenöffnung zugeordnet. Die Zuordnung hängt einerseits von der Charakteristik der Fördereinrichtung (z. B. eines Ventilators) und dem Widerstand der Leitungen ab, andererseits von dem Verlauf des durch die Strömung hervorgerufenen Klappenmomentes und der Rückstellcharakteristik. Von diesen Variablen läßt sich meist nur die Rückstellcharakteristik frei wählen. Die einfachste Anordnung zum Erzielen einer abnehmenden Drehmoment-Drehwinkel-Funktion ist ein gewichtsbelasteter Winkelhebel mit einem wirksamen Hebelarm, der n-üt zunehmender Gewichtshöhe seine Projektion auf die Waagerechte verkleinert.
• In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt.
• Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Dabei ist 1 die Zuleitung zu einer Luftdüse 2 nüt einer Klappe 3, die um eine Achse 4 schwenkbar angeordnet ist. Verbunden mit der Klappe 3 ist ein Winkelhebel 5 mit einem Gewicht 6.
• Die relative Steilheit der Monientan-Charakteristik, also der auf das maximale Rückstellmoment Mmax bezogene Differentialquotient kann zwischen 0 und 1 gewählt werden.
• Abb. 2 zeigt den Funktionsverlauf eines einfachen Winkelhebels, bei dem in dem Gebiet zwischen y = 0 und 9) = 90' der Arbeitsbereich einer Klappendüse, wie sie in Abb. 1 dargestellt ist, liegt.
• Die Bemessung einer solchen Anordnung wird wie folgt vorgenommen: Gegeben ist der Düsenwinkel, die Neigung der Düsenachse gegen die Horizontale und die Lage der Klappe in der Düse. Daraus ergeben sich die Winkel der Klappe zur Horizontalen bei offener und geschlossener Düse und somit auch die Winkeldifferenz A V, da Klappe und Hebelarm ein starres System bilden. Durch Strömungsversuche an der Klappendüse und durch Berechnung der Widerstandswerte der Leitungen werden dann unter Einbeziehung der Ventilatorcharakteristik das notwendige Rückstellmoment der Klappe bei offener Düse (M2) und das bei geschlossener Düse (M) bestimmt. Aus dem maximal erforderlichen Rückstellmoment ergibt sich nach Abb. 2 ein Mindestwert für das Produkt G - r, wobei G das am Hebelarm r wirkende Gewicht des Winkelhebels ist. (Das Eigenwicht der Klappe und des Hebelarms 5 ist bei dieser vereinfachten Darstellung vernachlässigt.) Bei jetzt fest gewähltem Produkt G - r ergeben sich die den Extremalstellungen des Hebels entsprechenden Winkel V, und V, aus den gemessenen Drehmomenten M, und M2, da einem bestimmten Wertepaar M, und M2 zusammen mit der vorgegebenen Winkeldifferenz 1 y entsprechend Abb. 2 stets nur ein bestimmtes Wertepaar V, und V2 entspricht. Zwar würde ein anderes Winkelpaar, beispielsweise W3 und 'P41 die gleiche Differenz A y aufweisen können, je . doch würde von den zugehörigen Drehmomenten M3 und M4 nur eines durch nachträgliche Änderung von G - r den tatsächlichen Erfordernissen angepaßt werden; d. h. A M3,4 würde nicht mit dem gemessenen A M = Mi - M2 übereinstimmen.
• Sind die Klappendüsen gegenüber der Horizontafe-n geneigt, so können nicht immer einfache Winkelhebel gewählt werden, sondern es sind Zwischenhebel oder Seilzugverbindungen notwendig.
• Abb. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit Seilzug. Dabei ist 1 die Zufuhrleitung zu der Düse 2 mit der Klappe 3, welche um die Achse 4 schwenkbar angeordnet ist. Am Punkt 7 ist ein Seil 8 befestigt, welches über Rollen 9 zu einem Hebel 10 führt. Dieser ist um eine Achse 11 drehbar gelagert und trägt am Ende ein Gewicht 12.
• , Soll das Eigengewicht der Klappe nicht zur Momenterzeugung herangezogen werden, so kann bei mehreren Düsen, die verschieden stark gegenüber der Horizontalen geneigt sind, ein Gewichtsausgleich durch ein zweites Gegengewicht dann zweckmäßig sein, wenn das Eigengewicht wesentlich zum Rückstellmoment beitragen würde und bei allen Düsen ein gleich eingestellter Winkelhebelmechanismus wünschenswert ist.
• Zur Erzeugung der Rückstellmomente können außer den Gewichtshebelanordnungen auch Federanordnungen verwendet werden.
• Soll die an sich geringe Richtungsänderung der aus der Düse austretenden Strömung bei sich verstellender Öffnung vermieden werden, so können auch zwei oder mehr in an sich bekannter Weise symmetrisch-gegenläufig angeordnete Klappen das Konstanthalten der Austrittsgeischwindigkeit bewirken. Gegebenenfalls ist hierbei in der Mitte ein Verdrängungskörper anzuordnen, so daß ein einwandfreies Schließen der Düse erfolgt.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zum Beeinflussen der Austrittsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums, insbesondere der Verbrennungsluft von Feuerungen, aus einer Düse, deren Austrittsquerschnitt durch eine schwenkbare Klappe veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der von dem Gesamtdruck des strömenden Mediums im öffnenden Sinn beaufschlagten Klappe eine autonome, d. h. ohne eine von einem Meßglied abhängige Steuerungseinrichtung arbeitende, mechanische Rückstellvorrichtung vorgesehen ist, deren Rückstellmoment in Abhängigkeit von der Klappenöffnung monoton derart abnimmt, daß eine etwa konstante Austrittsgeschwindigkeit des strömenden Mediums unabhängig von dessen Menge gewährleistet ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an einem schwenkbaren Hebel befestigtes Gewicht. dessen wirksamer Hebelarm mit sich öffnender Klappe abnimmt, unmittelbar oder mittelbar, z. B. über einen Seilzug, auf die Klappe einwirkt. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß eine Federanordnung die Rückstellung bewirkt. 4. Einrichtung nach einem der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe in an sich bekannter Weise durch ein Gegengewicht in bezug auf ihre Drehachse ausgewogen ist. 5. Einrichtung nach einem der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere in an sich bekannter Weise symmetrisch-gegenläufig angeordnete Klappen das Konstanthalten der Austrittsgeschwindigkeit bewirken. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 609 337, 632 881; französische Patentschriften Nr. 1033 033, 1069 348; österreichische Patentschrift Nr. 179 400; USA.-Patentschriften Nr. 2 031757, 2 232 981.