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Düse zur Umsetzung von Geschwindigkeit In Druck bei tropfbaren, dampf-oder gasförmigen Flüssigkeiten.
Die Erfindung betrifft eine besondere Ausgestaltung von Düsen, wie sie als Saug- und Druckrohre von Wasserturbinen, Kreiselpumpen, bei Wasser- und Dampfstrahlgebläsen und dgl. zur Umsetzung der Geschwindigkeitsenergie strömender Flüssigkeiten in Druckenergie Verwendung finden.
Die Düsen. die bisher zu diesem Zwecke verwendet wurden, sind als kegelförmige Rohre ausgebildet, die sich in der Richtung der Strömung allmählich erweitern. Die Mittellinie des Düsenstrahles ist hiebei eine gerade Linie, weshalb der durclt die Düse strömende Flüssigkeitsstrahl aus seiner ursprünglichen Strömungsrichtung nicht wesentlich abgelenkt wird. Aus Ver-
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grosse Energiemenge umgesetzt werden, so muss die hisher verwendete Düse eine grosse Baulänge besitzen. Eine grosse Baulänge der Düse verursacht jedoch grosse Reibungsverluste der
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möglich, wie su) miter bei den Saugrohren von Turbinen noch genauer gezeigt wird.
Die Erfindu ag bezweckt, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und die bei der Energieumsetzung auftretenden Verluste zu verringern. Dies geschieht durch die Anbringung einer Ablenkungswan@ die gleichzeitig einen Teil der Gehäusewand der Düse bildet. Durch diese Ablenkungswand wird der Flüssigkeitsstrahl aus seiner Eintrittsrichtung abgelenkt und ge-
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die Meinung vertreten, dass eine derartige Ecke zu Stossverlusten Anlass gäbe, doch ist eine solche
Ansicht sowohl-, mit, Rücksicht auf neuere Anschauungen mit Hilfe der zweidimensionalen
Ströniungstheorie ala auch mit Rücksicht auf neuere Versuchsergebnisse nicht stichhältig.
Aus den erwähnten Untersuchungen, die die gegenseitige Beeinflussung der Stromlinien berück- sichtigen, folgt, dass in der Umgebung einer derartigen Ecke die kleinsten Geschwindigkeiten und die grössten Drucke vorhanden sind. Es kann somit durch derartig kleine Geschwindig- keiteh, die in der geometrischen Ecke sogar den Wert Null erreichen, kein erheblicher Widerstand hervorgerufen werden. Dagegen ist eine sanfte Krümmung der der Ablenkungswand gegenüber- liegenden Wand w ss (Fig. l) für die Verringerung der Strömungswiderstände von grosser Be- deuttmg. Da in der Umgebung von D der grösste Druck und die kleinste Geschwindigkeit berrscht, so muss umgekehrt bei E der kleillste Druck und die grösste Geschwindigkeit vorhanden sein.
Es liegt demnach in der Umgebung des Punktes E die Gefahr von Luftabscheidung, Dampf- bildung und Loslösung des Flüssigkeitsstrahles vor. Derartige, den WiTkungsgrad der Energie- umsetzung schwer schädigende Störungen des Strömungsverlaufes kommen ersahrungsgemäss
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keinen Umständen schärfer gekrümmt ist als die Ablenkungswand, wie dies ja auch dem natürlichen Strömungsverlauf, also ohne Beeinflussung des Strömungsvorganges durch die Wand m n,
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steigerung hervor. Demnach ist bei einer Düse nach der Erfindung auch die Bedingung erfüllt, wonach der kleinst@ an der Ablenkungswand gemessene Krümmungshalbmesser r (Fig. 1) gleich oder kleiner ist als der kleinste Krümmungshalbmesser R, der sich an der der Ablenkungswand gegenüberliegenden Wand befindet.
Es ist dabei vorausgesetzt, dass die Krümmungshalbmesser in jeher auf der Autcnkungswand senkrecht stehenden Ebene oder angenähert ebenen Fläche gemessen werden. die durch die mittlere Stromlinie der Düse gelegt werden kann. Demnach muss auch diese Stromdinie wenigstens angenähert eine eben gekrümte Kurve sein.
Ausser den @ckannten Düsenformen mit gerader Mittellinie werden im Wasserturhinenbau bei lotrechtenl urbinen und bei geringem Gefälle auch Saugrohrkrümmer verwendet, wovon die Fig. 3 und 4@ Ausführungsheispiel geben. Solche Saugrohrkrümmer werden gewöhnlich in Beton hergesteltt und besitzen einen allmähnlichen Ühergang von dem kreisförmigen Eintritts-
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breite B zu vergrössern. Eine durch die geschilderten Massnahmen ausgebildete Düsenform ist in Fig. 5 im Aufriss und in Fig. 6 im Grundriss dargestellt. Fig. 7 zeigt den als Rechteck aus-
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weise einer solchen Düse bleibt auch erhalten, wenn der Austrittsquerschnitt nicht in einer ebenen, sondern auf einer krummen Fläche liegt.
Die Grundrissfigur 6 zeigt einen rechteckigen Eintrittsquerschnitt. In vielen Fällen hat jedoch der in die Düse eintretende Flüssigkeitsstrahl einet runden Querschnitt. Es ist selbstverständlich, dass in einem solchen Falle der in Fig. 6 gestrichelt eingezeichnete runde Querschnitt j durch eine entsprechende Ausbildung der Gehäusewandungen in den eckigen oder ovalen Austl : ittsquerschnitt der Düse übergeführt werden muss.
Beim Bau von Wasserturbinen und Pumpen liegt nicht selten infolge örtlicher und wirtschaftlicher Verhältnisse die Aufgabe vor, die Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck auf mögiichst kurzem Wege, also bei kleiner Düsenlänge, möglichst wirksam zu gestalten. So kan : ; z. B. der Ausbau mancher Niederdruckwassrkraftanlagen deshalb nicht in Angriff genommen werden, weil eine wirtschaftliche Ausnutzung der Wasserenergie wegen der kostspieligen Einbauverhältnisse nicht durchführbar erscheint. Die Wirtschaftlichkeit des Betriebes bei Niederdruck- anlagen verlangt z. B. die Verwendung schnellaufender Turbinen, die bekanntlich mit hohen Austrittsverlusten arbeiten müssen.
Gelingt es nicht, die in diesen Austrittsverlusten enthaltene Geschwindigkeitsenergie wirksam in Druckenergie umzusetzen oder sind zu diesem Zwecke teure Bauten erforderlich, so ist in den meisten Fällen der Ausbau einer solchen Anlage nicht wirtschaftlich. Wird jedoch in einem solchen Falle eine mit einer Ahlenkunpswand versehene Düse angewendet, deren Seitenwände gegen den Austrittsquerschnitt hin drart auseinanderlaufen. dass die Breite des Austrittsquerschnittes b3 (Fig.
10) gleich oder grosser ist als die Länge der Ablenkungswand so wird trotz der kleinen Düsenlänge das Mass der Energieumsetzung ao stark gesteigert, dass selbst bei den grössten Austrittsverlusten noch eine genügend grosse Umsetzung
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beispiele zeigen, können im allgemeinen überall dort Verwendung finden, wo die Umsetzung von Geschwindigkeitsenergie strömender Flüssigkeiten in Druckenergie bei möglichst geringen Wirkung1i ! verlusten erwünscht ist. Im besonderen wird ihre Verwendung dort angebracht sein, wo die beschränkte Baulänge die Anwendung der bekannten Düsenformen erschwert oder un- möglich macht.
Derartige Düsen werden daher vorteilhaft als Ersatz der bisher im Wasscrfurbinenbau verwendeten kegelförmigen Saugrohre dienen, die bekanntlich bei wagerechter
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einstellen. Der Ersatz, derartiger Rohrkrümmer durch eine nach der Erfindung ausgebildete Düse gestattet nicht nur die erforderliche Umlenkung des Wassers ins Unterwasser, sondern verhindert auch in iiksamer Welse die bei den üblichen Krümmernmit Kreisquerschnitt unvermeidhach auftretenden Verluste. Aber auch bei Turbinen mit lotrechter oder geneigter Turbinenwelle bietet eine solche Düse die Vorteile einer wirksamen Energieumsetzlng bei kleiner Baulänge lidS insbesonders dann von Bedeutung ist, wenn die Düse mit Rücksicht auf die Einball-
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PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Düse zur Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck bei tropfbaren, dampf-oder gasförmigen Flüssigkeiten mit eben oder angenähert eben gekrümmter mittlerer Stromlinie der
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ist als der kleinste Krümmungshalbmesser (R), der sich an der der Ablenkungswand gegenüberliegenden Wand (In n) befindet, aus seiner ursprünglichen Stromrichtung abgelenkt wird, um unter Heranziehung der Fliehkraftwirkung eine Strahlverbreiterung hauptsächlich senkrecht zur Stromrichtung des mittleren Stromfadens und parallel zur Ablenkungswand zu erzielen.
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