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Einrichtung an Kanälen, Leitungen od. dgl., die strömende Mittel fuhren.
Will man die Geschwindigkeit von strömenden Mitteln, die in Kanälen, Leitungen, Düsen od. dgl. geführt werden, in Druck umwandeln, so bedient man sich Leitungsabschnitte mit sich erweiternden Querschnitt.
Bei den bekannten Einrichtungen darf die Querschnittserweiterung nur allmählich erfolgen, da bei zu schnellem Druckanstieg der Flüssigkeit die an der Wandung durch Reibung verzögerte Grenz- schicht zu Wirbelbildung führt und die Strömung sich von der Wandung ablöst. Sobald aber die Strömung sich von der Wandung ablöst, ergeben sich sehr hohe Energieverluste, die die Leitungsanordnung unwirtschaftlich machen. Führt man anderseits die Strömung allmählich von Geschwindigkeit auf Druck über, so gelangt man zu schwach zunehmenden Erweiterungen, also zu sehr grossen Baulängen der erforderlichen Übergangsstücke, wobei zwar Wirbelung-und Ablösungsverluste vermieden sind, jedoch die Wandreibung entsprech nd der zunehmenden Baulänge erheblich vergrössert wird.
Diese Nachteile können der Erfindung gemäss vermieden werden, indem die Anordnung für Kanäle, Leitungen u. dgl., die strömende Mittel führen, so getroffen wird, dass die durch Reibung an der Kanalwand verzögerte Flüssigkeitsschicht an den Stellen, an denen Geschwindigkeit in Druck umgewandelt wird, durch die Wandung hindurch abgesaugt wird. Durch Absaugung der durch Reibung verzögerten Grenzschicht der Flüssigkeit wird, wie die Versuche gezeigt haben, erreicht, dass ein wesentlicher Geschwindigkeitsabfall der Strömung nach der Wandung hin nicht mehr auftritt. Verzögerte Strömungsteile, die sich infolge des anwachsenden Druckes stauen und den Strömungsfäden höherer Geschwindigkeit Anlass zur Ablösung geben, treten somit nicht auf.
Es ist durch die Anordnung gemäss der Erfindung möglich, innerhalb ausserordentlich kurzer Strecken die Geschwindigkeit strömender Mittel in Druck umzuwandeln, so dass die Umwandlung von Geschwindigkeit in Druck unter sehr starker Erweiterung vorgenommen werden kann, ohne dass das Auftreten von Verlusten durch Wirbelung oder Ablösung zu befürchten wäre, wobei sich auch Leitungsstücke von ausserordentlich kleiner Länge ergeben.
Zur Erläuterung dienen die Figuren.
In Fig. 1 ist ein Übergangsstück in einer Leitung beliebiger Art veranschaulicht, in dem die Geschwindigkeit der Flüssigkeit, die von rechts her die Leitung 11 verhältnismässig kleinen Durchmessers durchfliesst, in höheren Druck umgewandelt werden soll, mit dem die Flüssigkeit nach links hin durch die Leitung 12 verhältnismässig grossen Durchmessers abfliesst.
Der Erfindung gemäss ist die Wandung durch einen Ringsehlitz 13 durchbrochen, durch den hindurch die durch Reibung an der Wandung verzögerte Flüssigkeitsschicht über den Ringraum 14, die Leitung 15, die Pumpe 16 abgesaugt wird.
Zur Absaugung der verzögerten Flüssigkeitsgrenzschicht kann jede beliebige Saugeinrichtung dienen. Es können Pumpen oder Gebläse verwendet werden, die von besonderen Kraftmaschine angetrieben werden, es kann aber auch die Strömung selbst benutzt werden, um mittels Düsen nach Art der Venturi-Rohre oder Bruhnschen Saugrohre unmittelbar den zur Absaugung der durch Reibung verzögerten Grenzschicht erforderlichen Unterdruck zu erzeugen. Sind Leitungsstrecken mit höherem Druck vorhanden, so kann man als Absaugeinrichtungen Strahlapparate benutzen.
An Stelle der in Fig. 1 der Zeichnung veranschaulichten Ringspalten können auch Saugöffnungen beliebig anderer Art treten, Schlitze, Löcher od. dgl. mehr. Die Saugöffnungen können in einen gemein-
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Samen Saugräum führen, wie es Fig. 1 der Zeichnung zeigt, oder auch in getrennte Saugkammern. Die
Saugwirkung kann durch Drosselung der Saugöffnungen für den gesamten Flüssigkeitsumfang gleich- zeitig oder auch für einzelne Saugstellen getrennt geregelt werden. Die Regelung kann auch durch Anschluss der einzelnen Saugstellen an verschiedene Druckst fen der Saugeinriehtung erfolgen oder indem die Eintrittsstellen einzelner Saugkammern oder Saugöffnungen nach einem gemeinsamen
Saugraum hin getrennt geregelt werden.
Als Regelungseinrichtungen können alle bekannten Vorrichtungen, Klappen, Ventile, Blenden u. dgl. m verwendet werden ; auch kann die Weite der Öffnungen, Schlitze oder Spalten einstellbar aus- geführt werden, je nachdem die besonderen vorliegenden Verhältnisse dies zweckmässig erscheinen fassen.
Die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung ist ausserordentlich vielseitig. In allen Fällen, in denen es erwünscht ist, die Geschwindigkeit von Strömungen in Druck umzuwandeln, können kurze Über- gangsstücke mit Saugeinrichtungen gewählt werden.
So kann die in Fig. 1 dargestellte Anordnung eine Rohrleitung für beliebige Zwecke veranschau- lichen, beispielsweise das Saugrohr einer Turbine, indem es unmittelbar an den Austritt der Turbine 115 angesetzt wird, wie dies Fig. 2 zeigt.
Die Saugeinrichtung besteht hiebei aus zwei Reihen 116 und 117 voll Saugöffnungen, die in getrennte Saugkammern 18, 19 münden.
Als fernere Anwendungsmöglichkeiten seien die Mischventile für Verbrennungskraftmaschinen erwähnt, ferner Düsen irgendwelcher Art, in denen entweder die Strömungsführung erweitert oder die
Geschwindigkeit der Strömung in Druck umgesetzt wird.
So zeigt beispielsweise Fig. 3 eine Anordnung, wie sie als Düse 20 einer Lavalschen Turbine 21
Verwendung finden kann. In gleicher Weise können Düsen für andere Verwendungszwecke ausgeführt werden, wenn es sich darum handelt, Geschwindigkeit in Druck umzuwandeln. Auch bei Schaufeln von Turbinen, Turbopumpen oder-geblasen, Verdichtern (Kompressoren) od.
dgl., Leitschaufeln oder
Laufsehaufeln, ferner bei Diffusoren ist es möglich, durch Anwendung der Übergangsstücke zur Um- wandlung von Geschwindigkeit in Druck gemäss der Erfindung die Baulänge ausserordentlich zu ver- kürzen und die Strömung sehr schnell von Geschwindigkeit in Druck umzuwandeln, ohne dass Strömung- verluste durch Wirbelung oder Ablösung eintreten können, oder aber auch die Reibungsverluste an der
Wandung eine irgendwie merkbare Grösse annähmen Die Leitungsstücke, die gemäss der Erfindung ausgeführt sind, wandeln somit Strömungsgeschwindigkeit in Druck mit ausserordentlich hohem Wirkung- grad um. Unter Umständen ist es erwünscht, die Umwandlung von Geschwindigkeit in Druck in Stufen vorzunehmen, man kann dann die Diffusoren gemäss der Erfindung in Reihe hintereinander anordnen.
Die Anwendungsmöglichkeiten der Anordnung gemäss der Erfindung sind unabhängig von der
Art des Mittels, das durch die Leitung geführt ist. Die Erfindung ist anwendbar für Luft, Gase, Flüssig- keiten beliebiger Art. So kann man derartige Einrichtungen auch verwenden, um die Führungen für
Abgase, Rauchgase oder Verbrennungsgase, die diese Gase von den Verbrennungsstellen ins Freie führen sollen, ausserordentlich kurz zu halten und auf eine kurze Länge stark zu erweitern, wenn man sie mit der Saugeinrichtung gemäss der Erfindung versieht, ohne dass das Auftreten von Ablösung, Wirbelung und somit starker Drosselung in diesen Abführungsrohren zu befürchten wäre.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel bei einem Stauwehr. Das Wehr wird an der unteren
Seite der Strömung mit Saugöffnungen versehen, die zu Saugkammern der oben beschriebenen Are führen. Die Saugöffnungen können als Schlitze sich über die Wehrbreite erstrecken, es können aber auch einzelne Saugöffnungen in grösseren oder kleineren Abständen, beispielsweise 30 in, über die Wehr- breite angeordnet werden.
Die Vorteile der Anordnung bei einem Wehr sind ähnlich wie die oben für andere Leitungen be- schriebenen. Durch Absaugen der verzögerten Grenzschicht durch Saugstellen 31, 32, die an der Rück- seite der Wehrkrone 30 angeordnet sind, wird die durch Reibung an der Wehrwandung verzögerte Flüssig- keitsgrenzschicht beseitigt. Die Strömung löst sich vom Wehr nicht ab, sondern gleitet unmittelbar am
Wehr entlang. Durch diese Anordnung ist es möglich, einerseits Verluste im Wehr kleiner zu halten, anderseits aber auch durch Regelung der Saugstellen, z.
B. durch Abdrosselung einzelner Saugstellen oder Saugöffnungen, die tjberfallmenge zu regeln unter Berücksichtigung des Umstandes, dass der unbe- einflusste Wehrüberfall drosselnd auf die zufliessenden Wassermengen wirkt, wogegen diese Drossel- wirkung, die als Folge der Ablösung des Wassers auftritt, bei der Anordnung gemäss der Erfindung vermieden wird.
In einigen Anwendungsfällen ist es erwünscht, die Strömungsgeschwindigkeit vor dem Eintritt in die Überführungsstelle von Geschwindigkeit in Druck über den Querschnitt gleichmässig zu verteilen.
Dies kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht werden, dass eine geordnete Ver- teilung der Geschwindigkeit durch zusätzliche, auf die Strömung wirkende Kräfte herbeigeführt wird, beispielsweise indem zur Ordnung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit über den Strömungsquerschnitt die Zentrifugalkraft dient.
Ein Ausführungsbeispiel dieser Anordnung zeigt Fig. 5. Dort soll in dem Übergangsstück 11, 12 möglichst gleichmässige Geschwindigkeitsverteilung herbeigeführt werden. Es kann nun der Fall ein-
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treten, dass bei derartigen Leitungen die mittlere Zone des Kanals an sich eine kleinere Geschwindigkeit hat als die Randzone. Diese Zone kleinerer Geschwindigkeit wird sich allein in Druck umsetzen, während die Randzone grösserer Geschwindigkeit unbeeinflusst weiterströmt. Es wird dann nur ein unzureichender
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schaltet, so wirkt die Fliehkraft stärker auf die schneller fliessenden Flüssigkeitsteile. Diese werden also nach der Mitte bzw. nach der äusseren Wandung des Krümmers hin geführt.
Durch die Saugöffnungen 13 wird nun die Grenzschicht beseitigt, so dass sich nunmehr gleichmässigere Verteilung der Geschwindigkeit über den Strömungsquerschnitt und damit hohe Wirksamkeit des Geschwindigkeitdruck imformers ergibt.
Handelt es sich um die Umwandlung von Druck in Geschwindigkeit, so kann es unter Umständen wertvoll sein, an den Übergangsstellen von Druck auf Geschwindigkeit Saugeinrichtungen gemäss der Erfindung anzuordnen, im besonderen dann, wenn man sehr kurze Übergangsstücke mit plötzlichen
Querschnittsverengungen verwendet, bei denen infolge der scharfen Umlenkung des Flüssigkeitsstrahles an den Kanten des Querschnittsüberganges eine Ablösung des Flüssigkeitsstrahles zu befürchten ist.
Die Erfindung ist anwendbar bei kleinen und auch bei sehr hohen Geschwindigkeiten. So kann man bei Überschallgeschwindigkeit ebenfalls starke Erweiterungen der Düsen, Kanäle od. dgl. zulassen, wenn sie mit Einrichtungen gemäss der Erfindung versehen werden, auch wenn es sich hiebei um Umwandlung von Druck in Geschwindigkeit handelt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung an Kanälen, Leitungen od. dgl., die strömende Mittel führen, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Reibung an der Kanalwandung verzögerte Flüssigkeitsschicht an den Stellen, an denen Geschwindigkeit in Druck umgewandelt wird, durch die Wandung hindurch abgesaugt wird.