Verfahren und Einrichtung zur Verminderung der Strömungsverluste in Kanälen, Zeitungen und dergleichen, die strömende Medien führen. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver-- fä.hren zur Verminderung der Strömungsver luste in Kanälen Leitungen und dergleichen, die strömende Medien führen. Erfindungsgemäss wird die durch Reibung an der Kanalwandung verzögerte Flüssigkeitsschicht an den Stellen, an denen Energie der Strömung einer Form in eine andere Form umgewandelt wird, durch die Wandung hindurch abgesaugt.
Die Stellen, an denen die durch Reibung an der Kanalwandung verzögerte Flüssigkeits schicht abgesaugt wird, können solche sein, an denen Energie in Form von Geschwindig keit in Druck umgewandelt wird, in der Re gel also Erweiterungen des Querschnittes, oder auch Stellen, an denen Umwandlung von Druck in Geschwindigkeit stattfindet, sei es, dass Verengungen vorhanden sind, in denen diese Umwandlung erfolgt, oder auch, dass diese Umwandlung unter Temperaturänderung vor sich geht.
Bei der Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens gemäss der Erfindung ist in der Kanalwandung mindestens eine Saugöffnung angeordnet.
Bei den bekannten Einrichtungen darf zum Beispiel die Querschnittserweiterung nur allmählich erfolgen, da bei zu schnellem Druck anstieg der Flüssigkeit die an der Wandung durch Reibung verzögerte Grenzschicht zu Wirbelbildung führt und die Strömung sich an der Wandung ablöst. Sobald aber die Strö mung sich von der Wandung ablöst, ergeben sich sehrhoheEnergieverluste, die dieLeitungs- anordnung 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 erforder lichen Ubergangsstücke, indem zwar Wirbe- lungs- und Ablösungsverluste vermieden sind, jedoch die Wandreibung entsprechend der zu nehmenden Baulänge erheblich vergrössert wird.
Wird der Erfindung gemäss die durch Reibung an der Kanalwandung verzögerte Flüssigkeitsschicht an den Stellen; an denen die Umwandlung der Energie von einem Form in die andere stattfindet, an den Stellen also, an denen Geschwindigkeit in Druck oder Druck in Geschwindigkeit umgewandelt wird, durch die Wandung hindurch abgesaugt, so werden diese Nachteile vermieden, da, wie die Versuche gezeigt haben, eine wesentliche Geschwindigkeitsänderung der Strömung nach der Wandung hin nicht mehr auftritt.
Ver zögerte Strömungsteile, die sich zum Beispiel infolge des anwachsenden Druckes stauen und den Strömungsfäden höherer Geschwin digkeit Anlass zur Ablösung geben, treten somit nicht auf. Es ist daher möglich, inner halb kurzer Strecken die Geschwindigkeit strömender Medien in Druck umzuwandeln und umgekehrt, ohne dass das Auftreten von Verlusten durch Wirbelung oder Ablösung zu befürchten wäre.
Die Zeichnung betrifft Ausführungsbei spiele der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In Fig. 1 ist ein Übergangsstück einer Leitung beliebiger Art dargestellt, das aus einem Rohrstück 11 kleinen Durchmessers und einem Rohrstück 12 grossen Durchmessers besteht. Die M'andung, die die Rohrstücke 11 und 12 verbindet, ist durch einen Ring schlitz 13 unterbrochen, der von einem über die Leitung 15 an die Pumpe 16 angeschlos senen Ringraum 14 umgeben ist. In dieser Einrichtung wird die hohe Geschwindigkeit, die die Flüssigkeit in der Leitung 11 auf weist, in höheren Druck und kleinere Ge schwindigkeit in der Leitung 12 umgewan delt. Durch den Ringschlitz hingegen wird mittelst der Pumpeneinrichtung die durch Reibung an der Wandung verzögerte Flüssig keitsschicht abgesaugt.
Zur Absaugung der verzögerten Flüssig- keitsgrenzschicht können verschiedene Sang einrichtungen dienen. Es können Pumpen, Gebläse verwendet werden, die von Motoren getrieben werden;
es kann aber auch die Strömung selbst benutzt werden, um mit- telst Düsen nach Art der Venturi-Rohre oder Bruhn'schen Saugrohre unmittelbar den zur Absaugung der durch Reibung verzögerten Grenzschicht erforderlichen Unterdruck zu er zeugen. Sind Leitungsstrecken mit höherem Druck vorhanden, so kann man als Absaug- einrichtungen Strahlapparate benutzen.
An Stelle der in Fig. 1 der Zeichnung veranschaulichten Ringspalten können auch Saugöffnungen beliebig anderer Art treten, Schlitze, Löcher und dergleichen mehr. Die Saugöffnungen können in einen gemeinsamen Saugraum führen, wie es Fig. 1 der Zeich nung zeigt,
oder auch in getrennte Saug- kammern. Die Saugwirkung kann durch Dros selung der Saugöffnungen für den gesamten Flüssigkeitsumfang gleichzeitig oder auch für einzelne Saugstellen getrennt geregelt wer den.
Die Regeliuig kann auch durch An schluss der einzelnen Saugstellen an versohie- dene Druckstufen der Saugeinrichtung erfol gen, oder indem die Eintrittsstellen einzelner Saugkammern oder Saugöffnungen nach einem gemeinsamen Saugraum hin getrennt geregelt werden.
Als Regelungseinrichtungen können be- kannte Vorrichtungen, Klappen,-Ventile, Blen den und dergleichen mehr verwendet werden; auch kann die Weite der Öffnungen, Schlitze oder Spalten einstellbar ausgeführt werden, je nachdem die besonderen vorliegenden Ver hältnisse dies zweckmässig erscheinen lassen.
Die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung ist ausserordentlich vielseitig. In den Fällen, in denen es erwünscht ist, die Geschwindig keit von Strümungeri in Druck umzuwandeln, können kurze Übergangsstücke mit Saugein richtung gewählt werden.
In Fig. 2 ist mit 115 eine Turbine be zeichnet, bei der das Saugrohr stark erwei tert ist und zwei Reihen Saugöffnungen 116, 117 aufweist, die in getrennte Saugkammern 18, 19 münden. Aus den Saugkammern wird die durch Reibung an der Kanalwandung ver zögerte Grenzschicht der Strömung in der anhand der Fig. 1 beschriebenen Weise mit- telst einer Pumpeneinrichtung beseitigt.
Als fernere Anwendungsmöglichkeiten seien die Mischventile für Verbrennungskraft maschinen erwähnt, ferner Düsen, in denen der Strörnungsduerschnitt erweitert, bezw, die Geschwindigkeit der Strömung in Druck um gesetzt wird.
Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Drise 20, bei der ebenfalls analer Übergangs stelle, an der Geschwindigkeit in Druck um gewandelt wird, die oben beschriebenen Saug- öffnungen angeordnet sind.
In gleicher Weise können Düsen für andere Verwendungszwecke ausgeführt werden, wenn es sich darum han delt, Geschwindigkeit in Druck umzuwandeln. Auch bei Schaufeln von Turbinen, Turbo- Pumpen oder Gebläsen, Kompressoren oder dergleichen, Leitschaufeln oder Laufschaufeln, ferner bei Diffusoren, Venturi-Rohren (ein fachen oder mehrfachen) ist es möglich, durch Anwendung einer Einrichtung beschriebener Art die Baulänge zu verkürzen und die Ge schwindigkeitsenergie in Druck umzuwandeln, ohne dass Strömungsverluste durch Wirbelung oder Ablösung eintreten können,
oder aber auch die Reibungsverluste an der Wandung eine merkbare Grösse annähmen.
Die Anwendungsmöglichkeiten der Erfin dung sind unabhängig von der Art des Me diums, das durch die Leitung geführt ist. Die Erfindung ist anwendbar für Luft, Cäase, Flüssigkeiten 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, kurz zu halten und auf eine kurze Länge stark zu erweitern, wenn man sie mit einer Saugeinrichtung versieht, ohne dass das Auf treten von Ablösung, Wirbelung und somit starker Drosselung in diesen Abführungs- rohren zu befürchten wäre.
Fig. 4 zeigt als weiteres Ausführungsbei spiel ein Stauwehr; an der Rückseite der Wehrkrone 30 befinden sich Saugstellern 31, 32, durch die die durch Reibung an der Wehrwandung verzögerte Flüssigkeits- grenzschicht abgesaugt wird. Die SaLrgöffnun- gen führen zu Saugkammern und können sich als Schlitze über die Wehrbreite er strecken; es können aber auch einzelne Saug öffnungen in grösseren -oder kleineren Ab ständen, beispielsweise 30 Meter über die Wehrbreite, angeordnet werden.
Infolge die ser Einrichtung löst sich die Strömung vom Wehr nicht ab, sondern gleitet unmittelbar an der Rückseite des Wehrs entlang, so dass es einerseits möglich ist, die Verluste im Wehr klein zu halten, anderseits aber auch durch Regelung der Saugstellen, sei es durch Abdrosselung einzelner Saugstellen oder Sang öffnungen, die Überfallmenge zu regeln unter Berücksichtigung des Umstandes, dass der un- beeinflusste Wehrüberfall drosselnd auf die zufliessenden Wassermengen wirkt, während diese Drosselwirkung, die als Folge der Ab lösung des Wassers auftritt, bei Absaugung der verzögerten Schicht vermieden wird.
Zur Verteilung der Geschwindigkeit über den Zutrittsquerschnitt zu den Absaugstellen können Krümmer vorgeschaltet sein. Ein Aus führungsbeispiel einer derartigen Einrichtung zeigt Fig. 5. Das Rohrstück, das von Flüssig keit hoher Geschwindigkeit durchflossen wird, ist wiederum mit 11 bezeichnet, das Rohrstück, in dem die Geschwindigkeit hohen Druck aufweist, mit 12.
Zwischen beiden befindet sich die Absaugstelle 13, welcher ein Krüm- rner 40 vorgeschaltet ist, der folgenden Zwek- ken dient: Bei derartigen Übergangsstücken 11, 12 kann der Fall eintreten, dass die mittlere Zone des Kanals an sich eine kleinere Ge schwindigkeit hat als die Randzone. Diese Zone kleinerer Geschwindigkeit wird sich allein in Druck umsetzen, während die Rand zone grösserer Geschwindigkeit unbeeinflusst weiterströmt. Es wird dann nur ein unzurei chender Druckanstieg die Folge sein.
Schal tet man jedoch einen Krümmer 40 vor, so wirkt die durch die Ablenkung der Strömung im Krümmer auftretende Zentrifugalkraft stärker auf die schneller fliessenden Flüssig keitsteile, d. h. diejenigen Teile, die an der stark gekrümmten Seite des Krümmers flie ssen. Diese Teile werden also nach der Mitte bezw. der äussern Wandung des Krümmers hin geführt. Durch die Saugöffnungen 13 wird nun die Grenzschicht beseitigt, so dass sich nunmehr gleichmässigere Verteilung der Geschwindigkeit über den Strömung@Iuer- schnitt und damit hohe Wirksamkeit des tIe- schwindigkeit-Druckumformers ergibt.
Die Anwendung einer Absaugeeinrichtung ist dann besonders wertvoll, wenn man sehr kurze Übergangsstücke rnit plötzlichen Q,uer- schnittsverengnngen verwendet, bei denen infolge der scharfen Umlenkung des F lüssig- keitsstrabls an den Rändern des Q,uerschnitts- überganges eine Ablösung des Flüssigkeits strahls ztr befürchten ist.
Die Erfindung ist anwendbar bei kleinen und auch bei sehr hohen Geschwindigkeiten. So kann man bei I\berschallgeschwindigkeit starke Erweiterungen von Düsen, Kanälen usw. zulassen, wenn sie mit einer Absauge einrichtung versehen' werden, ob es sich hier bei um Umwandlung von Druck in Geschwin digkeit oder (:esclrwiirdigl@eit in Druck han delt.