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Die Erfindung betrifft einen Strömungsverstärker mit einer stationären
Hauptdüse, aus der ein Hauptstrahl austritt, der auf Auffangöffnungen gerichtet
ist, und mit wenigstens einer Steuerdüse, die im wesentlichen quer gegen den Hauptstrahl
gerichtet ist und zur Abgabe eines Steuerstrahles dient, durch die der Hauptstrahl
ablenkbar ist.
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Es sind bereits Strahlsteuerungseinrichtungen der verschiedensten
Art bekannt. Der größte Teil dieser bekannten Einrichtungen weist mechanische Mittel
zur Ablenkung von Strahlen auf. Es ist auch bekannt, einen Hauptstrahl durch einen
Steuerstrahl zu beeinflussen und dadurch abzulenken. Durch den Steuerstrahl wird
jedoch der Hauptstrahl nicht nur abgelenkt, sondern auch entbündelt, so daß er nicht
mehr in der gewünschten Weise eng begrenzt bleibt. Das führt zu einer wesentlichen
Verminderung der Verstärkungswirkung, da eine große Verstärkung des Steuersignals
unter anderem voraussetzt, daß alle Strömungsteilchen des Hauptstrahls in ihrer
Bewegung zu den Auffangöffnungen von der Ablenkung durch den Steuerstrom möglichst
gleich stark betroffen werden. Je entbündelter oder diffuser der durch einen bestimmten
Steuerstrahl abgelenkte Hauptstrahl ist, mit um so größerer Breite trifft er auf
die Auffangöffnungen, so daß bei einer bestimmten Winkelauslenkung des Hauptstrahls
die erzielbaren Druck- oder Strömungsänderungen in den Auffangöffnungen relativ
gering sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Entbündelung des Hauptstrahls
bei der Ablenkung durch einen -Steuerstrahl 2ü -vermeiddri,-sö däß-iridein eingangs
genannten Strömungsverstärker eine höhere Verstärkung erzielbar ist.
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Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet,
daß bei Verwendung untergetauchter Strahlen die Strömung des Hauptstrahls in den
Richtungen quer zur Ablenkungsebene durch zwei feste, zur Ablenkungsebene des Hauptstrahls
parallelen Wände begrenzt ist.
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Eine zweite erfindungsgemäße Lösung der genannten Aufgabe ist dadurch
gekennzeichnet, daß zwei die Auffangeinrichtung bildende Auffangöffnungen für die
Strömung durch einen im wesentlichen keilförmig auseinanderlaufenden Teiler getrennt
sind, dessen Spitze oder engster Bereich auf die Hauptdüse gerichtet ist. Der Teiler
kann symmetrisch zu der Hauptdüse angeordnet sein.
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Bei einem Strömungsverstärker, auf den sich die Erfindung bezieht,
ist die erreichbare Verstärkung zum einen Teil von dem Abstand zwischen den Auffangöffnungen
und der Hauptdüse, aus der der Hauptstrahl austritt, bestimmt. Liegen die Auffangöffnungen
relativ nahe hinter der Hauptdüse, so sind relativ große Auslenküngeri des- Hauptstrahls
erforderlich, um einen bestimmten Unterschied in den den Auffangöffnungen zufließenden
Energieanteilen zu bewirken. Die Verteilung der den Auffangöffnungen zufließenden
Energie ist somit eine Funktion der Winkelabweichung des Hauptstrahls.
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Liegen beispielsweise die Auffangöffnungen auf einem Kreisbogen, so
ist die Ablenkung gleich dem Ablenkwinkel mal dem Radius des Kreises. Dieser Radius
ist gleich dem Abstand zwischen dem Wechselwirkungsbereich von Haupt- und Steuerstrahl
und den Auffangöffnungen. Die Auffangöffnungen sollten daher aus diesem Grund soweit
wie möglich von dem Wechselwirkungsbereich der Strahlen entfernt sein, damit für
bestimmte ,Änderungen der Energieverteilung nur relativ kleine Ablenkwinkel und
damit kleine Steuerleistungen erforderlich sind.
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Andererseits ist jedoch, wie bereits beim Stand der Technik angegeben,
der Abstand zwischen Wechselwirkungsbereich und Auffangöffnungen durch die Entbündelung
oder Diffusion des Hauptstrahls mit zunehmender Entfernung von dem Wechselwirkungsbereich
begrenzt. Treten z. B. zwei Gasstrahlen in einer gasförmigen Atmosphäre miteinander
in Wechselwirkung, so entbündelt sich der Hauptstrahl unter dem Einfluß des- auftreffenden
Steuerstrahls bereits kurz hinter dem Wechselwirkungsbereich, so daß ein Verlust
an kinetischer Energie pro Querschnittsfläche eintritt und damit der Verstärkungsfaktor
eines Fluidumsverstärkers begrenzt wird.
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Gemäß der angegebenen erfindungsgemäßen Lehre wird nun dafür Sorge
getragen, daß der Hauptstrahl sich unter dem Einfluß des Steuerungsmediums nicht
entbündeln oder ausbreiten kann, der Hauptstrahl und auch der Steuerstrahl werden
wenigstens in der Ebene der Ablenkung des Hauptstrahls zusammengehalten. Die -Ebene
der Ablenkung des Hauptstrahls läßt sich auch mit Ablenkungsebene bezeichnen.
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Es wurde gefunden, daß durch Verhinderung der Ausbreitung oder Entbündelung
des Hauptstrahls senkrecht zur Ablenkungsebene die Entfernung erheblich vergrößert
werden "kann; über die der Strahl seinen Zusammenhang behält. Dementsprechend können
im Fall eines Fluidumsverstärkers die Auffangöffnungen in beträchtlicher Entfernung
von dem Wechselwirkungsbereich der Strählen angeordnet werden, so daß der zur Erzielung
eines bestimmten Energieunterschiedes (Druck oder Strömungsgeschwindigkeit) in einer
der Auffangöffnungen benötigte Ablenkwinkel erheblich kleiner gehalten werden kann.
Somit wird der Verstärkungsfaktor eines derartigen Systems entsprechend größer.
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Die beiden festen, zur Ablenkungsebene des Hauptstrahls parallelen
Wände können in einfachster Weise aus zwei Platten bestehen, die von beiden Seiten
auf eine weitere Platte dicht aufgelegt sind, in der sich die die Kanäle, Düsen
usw. bildenden Ausnehmungen befinden. Es ist auch in besonders einfacher Weise möglich,
die Kanäle, Düsen usw. in der Oberfläche einer Platte anzubringen, die dann durch
eine Abdeckplatte abgedeckt wird, die mit ihrer abdeckenden Fläche eine der beiden
festen, parallelen Wände gemäß der Erfindung bildet. Die andere der parallelen Wände
wird dann durch den Boden der Vertiefungen in der einen Platte gebildet.
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Die Steuerung kann durch einen auf den Hauptstrahl gerichteten Steuerstrahl
erfolgen, aber auch prinzipiell durch einen an dem Steuerkanal erzeugten Unterdruck,
wobei in gleicher Weise eine Entbündelung oder Zerstreuung des Hauptstrahls vermieden
wird.
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An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
soll die Erfindung näher erläutert werden.
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F i g. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäß ausgebildetes
Strömungssystem, und F i g. 2 zeigt eine Seitenansicht des in F i g. 1 dargestellten
Strömungssystems mit den Zuführvorrichtungen.
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Das Strömungssystem 10 gemäß F i g. 1 besteht im wesentlichen
aus einer Hauptdüse, durch die eine Strömung, z. B. komprimierte Luft, in die Kammer
eintritt,
aus einer Steuerdüse, durch die eine Strömung eintreten und auf die aus einer Hauptdüse
austretende Strömung treffen kann, und aus zwei oder mehr Auffangöffnungen, die
die aus der Hauptdüse austretende Strömung aufnehmen. Die Auffangöffnungen, die
Hauptdüse und die Steuerdüse sind so angeordnet, daß die Auffangöffnungen in Abhängigkeit
von der Menge und Geschwindigkeit der aus der Steuerdüse austretenden Strömung verschiedene
Beträge des Hauptstromes auffangen. An die Auffangöffnungen sind geeignete Mittel
angeschlossen, die auf die Schwankungen der aufgefangenen Anteile des Hauptstromes
ansprechen.
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Das Strömungssystem 10 ist aus drei flachen Platten 11, 12
und 13 aufgebaut. Die Platte 13 liegt dicht zwischen den Platten 11 und
12, die mit Schrauben 14 festgezogen sind. Die Platten 11, 12
und 13 können aus Metallen, Kunststoffen, keramischen Massen oder anderen
Stoffen bestehen. Bei der dargestellten Ausführungsform bestehen die Platten
11, 12 und 13
aus durchsichtigem Kunststoff.
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Die Platte 13 ist mit einer im wesentlichen Y-förmigen Ausnehmung
versehen, die einen Hauptkanal 15,
einen Steuerkanal 16 und Auffangkanäle
17 und 18 bildet. Die Kanäle 15 und 16 sind zueinander benachbart und stehen im
rechten Winkel zueinander. Die Kanäle 15 und 16 gehen in verengte Düsen
15 a
und 16 a über und weisen am gegenüberliegenden Ende je eine Zuflußöffnung
15 b und 16 b auf, die in Bohrungen
20 und 21 der Platte 12 enden. Die Kanäle 17 und
18 führen zu Auslaßöffnungen 17 b und 18 b, die in Bohrungen
22 und 23 in der Platte 12 münden. Die Mündungen der Kanäle
17 und 18
bilden Auffangöffnungen 17 a und 18 a, die
symmetrisch zur Hauptdüse 15 a und dem davor liegenden Hauptkanal
15 angeordnet sind. Die beiden Auffangöffnungen 17 a und 18 a haben im dargestellten
Beispiel gleiche Querschnitte.
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Die Bohrungen 20 bis 23 sind mit Gewinde versehen und
mit Rohren 25 bis 28 dicht verschraubt. Das Ende des von der Platte 12 ausgehenden
Rohres 25 ist mit einer unter Druck stehenden Quelle 31
eines strömenden
Mediums verbunden. Das Medium kann sowohl Luft wie Gas oder Wasser oder eine sonstige
Flüssigkeit sein. Gas mit oder ohne einen Gehalt an festen oder flüssigen Teilen
arbeitet in dem System 10 sehr zufriedenstellend, und es kann auch eine Flüssigkeit
mit einem Gehalt an festen Körpern oder Gasblasen benutzt werden. Der Quelle 31
ist ein Strömungsventil 62 nachgebildet, das für einen konstanten Zuflußdruck
sorgt.
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Da die in dem Hauptkanal 15 strömende Flüssigkeit in ihrem Querschnitt
durch die Hauptdüse 15 a reduziert wird, erhöht sich hier die Geschwindigkeit der
Strömung. Relativ geringe, an den Steuerkanal 16 angelegte Drücke ergeben
einen Steuerstrahl, der im rechten Winkel auf den aus der Hauptdüse 15
a
austretenden Strahl auftrifft. Dadurch wird der Hauptstrahl aus der Hauptdüse
15 a beim Vorbeiströmen an der Steuerdüse 16 a beträchtlich abgelenkt,
da die aus der Steuerdüse 16 a austretende Strömung ihr Moment der aus der Hauptdüse
15 a austretenden Strömung mitteilt.
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Tritt aus der Steuerdüse 16 a kein Strahl aus, so fangen die Auffangöffnungen
17 a und 18 a gleiche Anteile des aus der Hauptdüse 15 a austretenden
Hauptstrahls auf, so daß der Strömungsdurchsatz durch die Rohre 27 und
28 gleich groß ist. Eine relativ kleine Strömung aus der Steuerdüse 16 a
bewirkt, daß die Auffangöffnung 18 a einen wesentlich höheren Anteil des
aus der Hauptdüse 15 a ausströmenden Hauptstrahls auffängt, da der Hauptstrahl
eine erhebliche Ablenkung durch die Steuerdüse 16 a erfährt. Dieser »Momentenaustausch«
hat zur Folge, daß das System 10 als Verstärker wirkt, so daß kleine Druckschwankungen
in dem Steuerkanal 16 große Druckschwankungen in den Rohren 27 und
28 zur Folge haben. Das Ergebnis ist somit eine Verstärkung der Druckschwankung
des in dem Rohr 26 fließenden Mediums. Der in der Zeichnung dargestellte
Verstärker ist im wesentlichen ein Proportionalverstärker, jedoch ist die Erfindung
auch bei anderen Arten von Verstärkern anwendbar.
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Der aus der Hauptdüse 15 a austretende Hauptstrahl ist in dem
Bereich, in dem er von dem Steuerstrahl aus der Steuerdüse 16 a beaufschlagt
wird, seitlich geführt, also beispielsweise durch die zu beiden Seiten der mittleren
Platte 13 aufliegenden Platten 11 und 12, so daß er nicht dem
auftreffenden Steuerstrahl ausweichen und dadurch stromabwärts auseinanderströmen
kann, wodurch die Steuersteilheit wesentlich herabsinken würde.