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Rohrkrümmer.
Die Erfindung betrifft einen Rohrkrümmer mit veränderlichem Querschnitt, bei welchem der kleinste Krümmungshalbmesser, gemessen an der konkaven Seite des Krümmers, wenigstens gleich oder grösser ist, als der doppelte Betrag des kleinsten an der gegenüberliegenden, konvexen Seite gemessenen Krümmungshalbmessers und die Krümmerbreite gegen die Stelle der schärfsten Rohrkrümmung stetig in der Weise zunimmt, dass jeder Rohrquerschnitt aus zwei wenigstens angenäherten Kreisabschnitten mit stetigveränderlichen Krümmungshalbmessern und aus einer dazwischenliegenden Trapezfläehe besteht. deren Höhe sich bis zu der Stelle der schärfsten Rohrkrümmung stetig vergrössert.
In einfacheren Fällen kann die zwischengeschaltete Trapezfläche durch eine Reehtecksfläche ersetzt werden.
Ein solcher Krümmer bezweckt, die Richtungsablenkung eines in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeits-oder Gasstromes möglichst verlustlos zu gestalten und im Bedarfsfalle noch eine Umsetzung von Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie zu ermöglichen. Die bisher üblichen Kreiskrümmer vollführen diese Aufgabe nur in unvollkommener Weise, weil der wirkliche Strömungszustand in einem solchen Krümmer den üblichen theoretischen Voraussetzungen keinesfalls entspricht. Es sind zwar auch Krümmer mit veränderlichem Rohrquerschnitt bekannt. Da dieselben aber auf die Verluste. welche eine Flüssigkeit durch ihre Gestaltsänderung erleidet (Deformationsverluste), keine Rück- sicht nehmen, so entsprechen sie den gestellten Anforderungen auch nur unvollkommen.
Durch die Erfindung werden diese Nachteile vermieden, indem einesteils durch eine entsprechende Rohrkrümmung für einen möglichst gleichmässigen Geschwindigkeitsverlauf gesorgt wird und anderseits durch eine besondere Formgebung der Krümmungsquerschnitte auf einen kleinen Deformationswider- stand der Flüssigkeit oder des Gases (Dampfes) hingearbeitet wird. Die erzielten Vorteile liegen hauptsächlich in der Verringerung der Widerstandsverluste eines solchen Krümmers, in der geringeren Baulänge und in der verhältnismässig einfachen Herstellungsweise desselben.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele solcher Krümmer näher erläutert. Fig. 1 stellt einen Längsschnitt durch einen Krümmer vor, dessen Formgebung durch die in Fig. 2 angegebenen Krümmerquerschnitte angedeutet ist. Die Fig. 3 und 4 geben ein anderes Ausführungsbeispiel eines derartigen Krümmers in der gleichen Darstellungsweise an. Fig. 5 stellt den Längsschnitt eines Krümmers vor, dessen Begrenzungswände durch Schraffierung in der üblichen Darstellungsweise hervorgehoben sind und Fig. 6 zeigt einige Krtimmerquerschnitte desselben Krümmers.
In allen diesen Ausführungsbeispielen ist vorausgesetzt, dass die mittlere Stromlinie s s (Fig. 1) des Krümmers eben gekrümmt ist und somit in ihrer wahren Länge in die gezeichneten Längsschnitte fällt. Es liegt sonach die mittlere Stromlinie auch gleichzeitig in der Bild ebene der gezeichneten Längs-
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In Fig. 1 bedeuten ab und c cl die in der Bildebene liegenden Wandschnittlinien. Im allgemeinen genügt es, der Schnittlinie a b einen hyperbolischen Verlauf zu geben. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, liegt die Stelle der schärfsten Rohrkrümmung bei A, da an keiner andern Stelle der beiden Schnittlinien ein kleinerer Krümmungshalbmesser als der mit p bezeichnete vorhanden ist. Der kleinste an der konkaven Seite a b des Krümmers gemessene Krümmungshalbmesser ist grösser als 2 p. Die mit a b bezeichnete Schnittlinie ist somit schwächer gekrümmt als die andere. Die Schnittlinie a b gibt daher nach früherem die Richtung eines durch A geführten Krümmerquerschnittes an. Legt man durch A
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und von da an zum Austrittsquerschnitt hin sich wieder stetig verkleinern.
Es besitzt daher nach Fig. 1 und 2 ein zwischen 'und s liegender Querschnitt fi eine grössere Krümmerbreite als die beim Eintrittsquerschnitt f1. Der Querschnitt f1 hat aber wieder eine kleinere Breite als . Aber nicht nur die Krümmer- breite, sondern auch die geometrische Form dieser Querschnitte ist nach der Erfindung für die gute Wirkung des Krümmers massgebend. Die diesbezüglichen, vom Anmelder durchgeführten Versuche haben ergeben, dass ein aus zwei Kreisabschnitten und einer Trapezfläche zusammengesetzter Krümmerquerschnitt (fi, s und fa in Fig. 2) besondere Vorteile bietet.
Dabei bedarf es wohl keiner besonderen Begründung, dass es sich hier nicht um die strenge Einhaltung dieser Flächen 1m Sinne der Geometrie handelt, sondern dass auch kreisähnliehe und trapezähnliche Formen Verwendung finden können, falls durch diese Formen wenigstens das Wesen obiger Anforderungen erfüllt wird. Ist, wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, ein kreisförmiger Ein- bzw. Austrittsquerschnitt (f0 bzw. f4) vorgesehen. so muss nach der Erfindung bei fa nicht nur die grösste Krümmerbreite sondern auch die grösste Höhe ha des zwischen den beiden Kreisabschnitten liegenden Trapezes vorhanden sein und diese Höhe gegen den Ein-bzw. Austrittsquerschnitt stetig auf 0 abnehmen, wie dies auch die Krümmerschnitte der Fig. 2 zeigen.
In einfacheren Fällen genügt es, sowohl den Flächeninhalt als auch die Halbmesser der in einem beliebigen Krümmersehnitt vorhandenen Kreisabschnitte gleich gross zu machen, wie dies im Aus- führungsbeispiel der Fig. 3 und 4 angedeutet ist.
Durch f"fl, f, bzw. ? 0, Mi, sind wieder die nach dem geschilderten Verfahren bestimmten Krümmerquerschnitte bzw. Krümmerbreiten dargestellt und es ist aus Fig. 4 zu entnehmen, dass in jedem Krümmerquerschnitt die Bedingung gleicher Halbmesser der Kreisabschnitte erfüllt ist. Dass durch die Flächengleichheit der beiden Kreisabschnitte die trapezförmige Zwischenfläche in eine Recht- ecksfläehe übergeht, ist ebenfalls aus Fig. 4 zu entnehmen. Selbstverständlich braucht jedoch die Bedingung gleichen Flächeninhaltes und gleicher Halbmesser der Kreisabschnitte nur auf dem ins Auge gefassten Krümmerquerschnitt (z. B. z) erfüllt sein.
Es ist aber nicht erforderlich, dass in einem andern Krümmersehnitt (z. B. g) die Grösse dieser Flächen und derenHalbmesser mit den ursprünglich ins Auge gefassten Grössen übereinstimmt. Derartige Krümmer werden zweckmässig überall dort Verwendung finden, wo eine Ab-oder Zuleitung der Flüssigkeit durch ovalförmige Rohre gewünscht wird. Ist fo der Eintrittsquerschnitt, dann lässt sich durch derartige Krümmer eine Geschwindigkeitsverminderung der
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Weise in den ovalförmigen Austrittsquerschnitt f4 übergeführt wird.
Derartige Krümmer können auch im Wasserturbinen-und-Pumpenbau als Ersatz der üblichen Kreiskrümmer vorteilhaft verwendet werden, kurz überall dort, wo eine möglichst verlustlose Energieumsetzung von Geschwindigkeit in Druck gewünscht wird. Das Gleiche gilt auch von einem nach Fig. 1 und 2 ausgebildeten Krümmer. falls die Strömung gegen den grösseren Krümmerquerschnitt (f4) hin erfolgt.
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noch einfacher als die nach Fig. 3 und 4, da sowohl die Flächeninhalte der Kreisabschnitte in allen Krümmerquersehnitten untereinander gleich sind, als auch die Krümmungshalbmesser dieser Abschnitte dieselbe (konstante) Grösse besitzen.
Ist ausserdem noch der Krümmerem-und-austrittsquersehnitt eine Kreisfläche, wie dies mit Rücksieht auf den gebräuchlichsten Fall im Ausführungsbeispiel Fig. 5 und 6 angenommen ist, dann müssen natürlich die Kreisabschnitte in flächengleiche Halbkreisflächen übergehen, da ja im Ein-und Austrittsquerschnitt das eingeschaltete Rechteck die Höhe 0 hat. Da aber der Voraussetzung nach den einzelnen Krümmersehnitten nur flächengleiche Halbkreise zugeordnet werden, so haben alle dazwischengeschaltete Reehteckflächen die konstante Breite ?, die dem Einund Austrittsdurchnesser des Krümmers entspricht (Fig. 5 und 6).
Die Höhe dieser Rechtecksfläche muss nach der Erfindung gegen die Stelle der schärfsten Rohrkrümmung'A zunehmen. wie dies auch aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist.
Eine weitere Vereinfachung lässt sich erzielen, wenn die hyperbelartige Wandbegrenzungskurve a b durch einen Kreisbogen ersetzt wird, was ohne besondere Nachteile bei allen nach der Erfindung durchgebildeten Rohrkrümmern geschehen kann. Auch im Ausführungsbeispiel Fig. 5 und 6 ist diese Vereinfachung durchgeführt. Die gegenüberliegende Begrenzungskurve c d kann ohne besondere Nachteile aus geraden Linien und einem Kreisbogen zusammengesetzt werden, wie dies Fig. 5 zeigt. Als Ort der stärksten Krümmung wird dann sinngemäss der Halbierungspunkt A (Fig. 5) des Kreisbogens anzusehen sein.
Ein nach der Erfindung ausgebildeter Rohrkrümmer kann nicht nur zur Umlenkung und Energieumsetzung bei tropfbaren Flüssigkeiten, sondern auch bei Gasen. Dämpfen und bei Gemischen dieser Arbeitsmittel vorteilhaft verwendet werden.