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Mehrzweck-Strömungsmaschine
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-Freitragen-Scheibe <SEP> gleicher <SEP> Umlaufender <SEP> Stab
<tb> der <SEP> Ring <SEP> Festigkeit <SEP> gleicher <SEP> Festigkeit
<tb> Erreichbare <SEP> Umfangsgeschwindigkeit <SEP> bei <SEP> Verwendung <SEP> von <SEP> da. <SEP> uerstand- <SEP>
<tb> festen <SEP> Stählen <SEP> 200 <SEP> m/sec <SEP> 400 <SEP> m/sec <SEP> 700 <SEP> m/sec
<tb> Erreichbare <SEP> Umfangsgeschwindigkeit <SEP> bei <SEP> Verwendung <SEP> von <SEP> Verbundwerkstoffen <SEP> mit <SEP> von <SEP> innen <SEP> nach
<tb> aussen <SEP> fallenden <SEP> spezifischen <SEP> Gewichten <SEP> 300 <SEP> m/sec <SEP> 600 <SEP> m/sec <SEP> 900 <SEP> m/sec.
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Aus der vorstehenden Tabelle ist somit die grosse Überlegenheit des umlaufenden Stabes und der um- laufenden Scheibe gleicher Festigkeit gegenüber dem umlaufenden Ring zu entnehmen.
An Hand eines Ausführungsbeispieles wird der Gegenstand der Erfindung näher erläutert, u. zw. gemäss der Fig. 1-4 der Zeichnungen wobei Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemässe Maschi- ne zeigt und Fig. 2 einen Schnitt gemäss A-A'der Fig. l, weiters Fig. 3 einen Schnitt gemäss B-B'der
Fig. 1 und schliesslich Fig. 4 eine Variante der Spritzdüse im vergrösserten Massstab.
Die Trommelwelle 1 in Fig. 1 ist in einem Pendellager 2 sowie in einem elastischen Lager 3 gela- gert. Das Lager 3 wird beispielsweise durch die Federn 4 gegen das Trommelgehäuse 5 abgestützt. Die Trommelwelle 1 ist mit der Trommel 6 verbunden, wobei diese an sich aus zwei Scheiben gleicher Fe- stigkeit gebildet wird. Bei Drehung der Trommel 6 entsteht im Innern ein Flüssigkeitsring 7, der durch die Rippen 8 in Drehung gehalten wird. Die Trommel 6 kann beispielsweise durch die Riemenscheibe 9 angetrieben werden. Am unteren Auslauf der Trommel 6 befinden sich weitere radiale Rippen 10. In den
Innenraum der Trommel 6 reicht die äussere Hohlwelle 11 hinein, wobei diese in den Lagern 12 und 13 gehalten wird. Die äussere Hohlwelle 11 trägt an ihrem Ende die Schöpfdüse 14, die annähernd als Stab gleicher Festigkeit ausgebildet ist.
Das untere Ende der äusseren Hohlwelle 11 führt durch die Stopfbüch- se 15 in den Behälter 16, der an die Leitung 17 angeschlossen ist. Der Antrieb für die äussere Hohlwel- le 11 kann beispielsweise ebenfalls über eine Riemenscheibe 18 erfolgen. Innerhalb der äusseren Hohl- welle 11 befindet sich die innere Hohlwelle 19 mit der Spritzdüse 20. Auch diese ist wieder annähernd als
Stab gleicher Festigkeit ausgebildet. Die innere Hohlwelle 19 ist in den Lagern 21 und 22 gehalten und gegen die äussere Hohlwelle 11 abgedichtet. Zum Antrieb der inneren Hohlwelle 19 kann wieder bei- spielsweise eine Riemenscheibe 23 dienen. Das untere Ende der inneren Hohlwelle 19 mündet in die Lei- tung 24.
Wird die Mehrzweck-Strömungsmaschine als Pumpe verwendet, dann wird die innere Hohlwelle 19 durch die Riemenscheibe 23 in Drehung versetzt, beispielsweise mit einer Tourenzahl, die der Düse 20 an der Mündung eine Geschwindigkeit von 200 m/sec verleiht. Durch die Leitung 24 fliesst dabei Wasser mit geringem Druck zu, wobei dieses in der Düse 20 beschleunigt und durch die Fliehkraft unter derart hohen Druck gesetzt wird, dass es schliesslich die Spritzdüse 20 mit der Drehgeschwindigkeit verlässt. Das
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zusätzlich von aussen her auf einer annähernd gleichen Geschwindigkeit gehalten, so dass die Enden der Rippen 8 ebenfalls eine Umfangsgeschwindigkeit von 400 m/sec aufweisen. Steht die Schöpfdüse 14 still, dann würde Wasser in diese durch den Flüssigkeitsring 7 auch mit 400 m/sec treten.
Nun dreht sich aber die Schöpfdüse 14 selbst entgegengesetzt, u. zw. wegen der Ausbildung als Stab gleicher Festigkeit, mit beispielsweise 600 m/sec. Diese Geschwindigkeiten addieren sich und die Flüssigkeit tritt daher in die Schöpfdüsel4mit einer relativen Geschwindigkeit von 1000 m/sec ein. In dieser diffusorartig ausgebildeten Düse wird nun die Geschwindigkeit in Druck umgesetzt. Eine Geschwindigkeit von 1000 m/sec würde an sich bei Wasser einen Druck von 5100 atü ergeben. Von diesem Druck ist aber die entgegenwirkende Fliehkraft infolge der Rotation der Düse abzuziehen. Das ergibt bei 600 m/sec 1840 atü. Der tatsächlich erreichbare Druck liegt also bei 5100 atü abzüglich 1840 atü = 3260 atü.
Die Schöpfdüse 14 kann aber
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auch in Ruhe gehalten werden, dann würde der in diese einlaufende Wasserstrom lediglich eine Ge- schwindigkeit von 400 m/sec besitzen und der Pumpendruck ergäbe nur 820 atü.
Wegen der grossen Geschwindigkeit bleiben die Düsenquerschnitte überraschend klein und man erhält bei der Verwendung der Mehrzweck-Strömungsmaschine als Pumpe ein einstufiges Aggregat, das aber trotzdem zu hohen Drücken und entsprechenden Leistungen gebracht werden kann. Der Druck selbst kann durch die Drehzahl, die Fördermenge hingegen durch Veränderung des Düsenquerschnittes beeinflusst wer- den.
Bei Verwendung der Mehrzweck-Strömungsmaschine als Verdichter wird so vorgegangen, dass die in- nere Hohlwelle 19 blockiert wird oder sich nur langsam dreht, wobei diese zur Zuführung oder zur Ent- nahme der Flüssigkeit beispielsweise zur Zwischenkühlung der Welle dient. Die Trommelwelle 1 wird nunmehr entgegengesetzt der Pfeilrichtung gemäss Fig. 3 in Drehung gehalten. Die Düse 14 bleibt dabei entweder in Ruhestellung oder, wenn hohe Verdichtung gewünscht wird, dreht sie sich entgegengesetzt zur Trommel 6. Durch die Leitung 17 wird Luft oder das zu verdichtende Gas mit nur geringem Druck eingeführt und läuft durch die äussere Hohlwelle 11 zur Düse 14 und strömt von hier in den Flüssigkeits- raum 7 der Trommel 6.
Infolge der hohen Geschwindigkeit der Flüssigkeit bezogen zur Düse 14 bildet sich hinter dem Düsenauslass ein Sograum mit unter Umständen praktisch absolutem Vakuum. Das zu komprimierende Gas oder die Luft strömt daher in dieses Vakuum und vermischt sich anschliessend mit der Flüssigkeit des Ringraumes 7, worauf das Gas oder die Luft infolge der hohen Fliehkraft in das Innere der Trommel 6 gepresst wird. Wird jedoch der Innenraum der Trommel 6 unter Druck gehalten, so verdichtet sich die angesaugte Luft oder das Gas zunächst in feinster Verteilung im Wasser bis auf den Druck, der im Inneren des Gehäuses 5 herrscht. Die Verdichtung erfolgt praktisch isotherm, weil sie in Gegen- wart von Wasser vor sich geht und die Luft oder das Gas ausserdem im Wasser in Form von Bläschen oder Schlieren feinst verteilt ist.
Damit ist aber diese Verdichtungsart andern, die adiabatisch erfolgen, überlegen. Es muss natürlich dafür gesorgt werden, dass die an das Wasser abgegebene Wärme wieder abgeführt wird, entweder durch Austausch des erwärmten Wassers oder durch Kühlung der Trommel 6. Die verdichtete Luft oder das komprimierte Gas strömt durch den Trommelrand 25 zwischen den radialen Rippen 10 nach aussen und gibt infolge der Corioliskraft den Hauptanteil der kinetischen Energie ab, wobei das komprimierte Medium dem Gehäuse 5 als Druckmedium entnommen wird. Durch die hohe Fliehkraft in der Trommel ist dieses Druckmedium frei von Wasser, wodurch sich ein Kondensator er- übrigt.
Bei Verwendung der Mehrzweck-Strömungsmaschine als Zentrifuge ist es erforderlich, noch eine oder mehrere Schöpfdüsen 14 zuzufügen, u. zw. abgestimmt auf die Zahl der zu trennenden Komponenten des Flüssigkeitsgemisches. Das zu trennende Gemisch wird durch die Leitung 24 der Spritzdüse 20 zugeführt, die sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit dreht. Infolge der Fliehkraft verlässt das Flüssigkeitsgemisch die Spritzdüse 20 tangential, also in Drehrichtung der Trommel 6, wobei diese eine noch etwas höhere Umfangsgeschwindigkeit besitzt als die Spritzdüse 20. Die Gemischkomponenten werden durch die unterschiedlichen spezifischen Gewichte getrennt und gelangen in den Flüssigkeitsringraum 7 und werden von der Schöpfdüse 14 oder weiteren Düsen, die in den Flüssigkeitsring 7 verschieden tief eintauchen, getrennt abgeführt.
Durch die Diffusorwirkung der Schöpfdüse 14 treten die Flüssig-- keitskomponenten mit hohem Druck nach aussen, so dass sich eine weitere Pumpe erübrigt. Wird der hohe Ausgangsdruck nicht benötigt, so erweist es sich als zweckmässig, die Schöpfdüse 14 gleichsinnig mit der Trommel 6 mitdrehen zu lassen, jedoch mit etwas geringerer Geschwindigkeit als diese. Es wird damit bewirkt, dass in der Schöpfdüse ein Fliehkraftdruck erreicht wird, der das Ausströmen der Flüssigkeit verlangsamt, u. zw. umso stärker je schneller sich die Düse dreht. Erreicht die Düse 14 die halbe Drehzahl der Trommel 6, so befindet sich die Fliehkraft mit dem Druck der zulaufenden Flüssigkeit im Gleichgewicht. Die Drehzahl der Düse 14 kann daher so hoch gehalten werden, dass jeweils der erwünschte Flüssigkeitsdruck am Austritt der Leitung 17 erreicht wird.
Ein Teil der über die Trommelwelle 1 eingebrachten Antriebsenergie kann somit zurückgewonnen und der Trommelwelle über andere Antriebe wieder zugeführt werden.
Soll die Mehrzweck-Strömungsmaschine als Dampfturbine arbeiten, dann wird Druckdampf über die Leitung 24 der Spritzdüse 20 zugeführt, wobei diese mit sehr hoher Geschwindigkeit entgegengesetzt der Pfeilrichtung gemäss Fig. 2 sich zu drehen beginnt. Die Umfangsgeschwindigkeit wird beispielsweise auf 600 m/sec gebracht. Die Trommel 6 hingegen dreht sich in Pfeilrichtung nach Fig. 2, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 400 m/sec. Die Dampfgeschwindigkeit erreicht hier somit 1000 m/sec und wird einstufig ausgenützt, ohne jegliche Reibung an den Schaufeln usw. Im Trommelwandteil 25 gibt der Dampf seine Corioliskraft an die Radialrippen 10 ab und tritt dann von hier in den Innenraum des Ge-
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