CH94910A - Einrichtung zur Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck. - Google Patents

Einrichtung zur Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck.

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  Einrichtung zur Umsetzung von'     Geschwindigkeit    in Druck.    Die Erfindung betrifft eine Einrichtung  zur Umsetzung von Geschwindigkeit in  Druck.  



  Die bisher zu diesem Zwecke benützten  Vorrichtungen,     bezw.    Düsen, sind als     kegel-          fürmig    sich gegen den Austrittsquerschnitt  erweiternde Rohre ausgebildet und finden in  dieser Form zur Umsetzung von Geschwin  digkeitsenergie in Druckenergie strömender  Fluida bei Turbinen, Pumpen, Dampfstrahl  gebläsen,     Luftsaugevorrichtungen    und der  gleichen mannigfache Verwendung. Da die  auf die Düsenlänge bezogene     Querschnitts-          erweiterung    der Düse wegen der Gefahr der       Loslösung    des Flüssigkeitsstrahles von den  Düsenwänden nicht gross sein darf, so erfor  dert eine grosse Energieumsetzung auch eine  grosse Baulänge der Düse.

   Die dadurch     ent-          .;tehenden    Nachteile lassen sich kurz in einer  Vergrösserung der Reibungswiderstände und  in     schistierigen    und teuren Einbauverhältnis  sen zusammenfassen, welch letztere nicht  selten so gross werden, dass eine wirtschaft  liche brauchbare Energieumsetzung nicht  mehr durchführbar ist.    Die vorliegende Erfindung bezweckt diese  Nachteile zu vermeiden und den Wirkungs  grad der Energieumsetzung derart zu ver  bessern, dass diese Umsetzung auch dann noch  erfolgreich ausgeführt werden kann, wenn  die bisher üblichen Düsenformen kein brauch  bares Ergebnis mehr bieten.

   Dieser Zweck  wird erreicht durch ein den Gesetzen des na  türlichen Strömungsverlaufes entsprechende  Ablenkung und     Ausbreitung    des Flüssig  keitsstrahls bei gleichzeitiger Umhüllung  desselben durch solche Düsenwände, welche  die Ausbildung von energieverzehrenden  Wirbeln nach Möglichkeit     verhindern.        Dir"     Vermeidung derartiger Wirbel ist die wich  tigste     Vorbedingung    für das Gelingen einer  günstigen Energieumsetzung. Strenge genom  men könnte auch jede Kreiselpumpe als eine  Vorrichtung zur Umsetzung von Geschwin  digkeit in Druck aufgefasst werden.

   Das  Laufrad     desselben    giesst in einem Leitapparat  aus, welcher ebenfalls die Aufgabe hat, die  Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie  umzusetzen. Dass dies aber in einem solchen  Falle nur sehr unvollkommen geschehen     kann,         geht aus den erreichten     Wirkungsgraden    her  vor, und ist leicht einzusehen, weil die durch  die Drehung des Laufrades unvermeidlich  auftretenden Wirbel sich auch in den     Leit-          apparat    fortpflanzen müssen.  



       Fig.    1 stellt die bisher übliche Bauweise  eines Saugrohres für eine Wasserturbine dar.  Durch<I>A</I> ist die Sohle und durch<I>U,</I> TV der  Unterwasserspiegel eines Kanals angedeutet,  in welchem ein Saugrohr der üblichen Bau   -eise     eingezeielinet    ist.  



  Nach den bisherigen Anschauungen soll  die Entfernung H des     Saugrohraustritts-          querschnittes    von der Kanalsohle A minde  stens den halben Durchmesser     (l    jenes Quer  schnittes betragen. welcher in der Nähe der       trompetenförmigen    Abrundung T vorhanden  ist.     (Tergl.    z. B.     Camerer,        Wasserkraftma-          schinen,    Leipzig     Lind    Berlin 1914, Seite 483       Usw.)     Dieser grosse     Abstand    soll angeblich we  gen des ungehinderten Abflusses des Wassers       notwendig,    sein.

   Die vorliegende Erfindung  bricht mit dieser Anschauung und sieht eine  entsprechende Führung des Wassers in der  Richtung der Kanalsohle mit folgender Be  gründung vor: Das aus dem Saugrohre     S     strömende     Wasser    folgt keinesfalls der durch  die trompetenförmige Abrundung T vorge  zeichneten und gestrichelt eingetragenen       Riehtun,()-    1, sondern fliesst in angenähert ach  sialer     Eiclii=ung    im Sinne der Stromlinie 2  weiter, uni etwa im halben Sohlenabstand H  in die zur Sohleneinrichtung ungefähr pa  rallele Richtung 3 abzubiegen.

   Durch eine  derartige Strömung ist die Bildung eines um  die     Stromlinien    2, 3 gelegten Wirbelringes       TT'    unvermeidlich, dessen schädliche Folgen  sich in einer     Verringerung    des     Saugrohrwir-          kungsgrades    äussern. Es kann durch die bis  her übliche trompetenförmige Erweiterung  des Austrittsquerschnittes aber auch keine  Erhöhung der Energieumsetzung bewirkt  werden, weil das Wasser der gewünschten  Erweiterung nicht folgen kann.  



  Die Einrichtung gemäss der Erfindung       unterscheidet    sich von den bekannten     Ein-          riehtungen    dadurch, dass sich das Rohr gegen    eine benachbarte Bodenwand wenigstens  längs eines Teils des Rohrumfanges in der  Weise trompetenförmig erweitert, dass die  Entfernung des     Austrittsquerschnittes    von  der Rohrmittellinie wenigstens um die Hälfte  grösser ist, als der vor der     Abrundungsstelle     gemessene Rohrdurchmesser, und die lichte  Höhe des Austrittsquerschnittes kleiner ist  als der fünfte Teil der um diesen Rohrdurch  messer verringerten doppelten Entfernung  des Austrittsquerschnittes von der Rohrmit  tellinie.  



  Der Erfindungsgegenstand ist auf der  Zeichnung in Ausführungsbeispielen veran  schaulicht.  



       Fig.    2 zeigt eine Ausführungsform eines  für die gleichen Verhältnisse wie in     Fig.    1  entworfenen Saugrohres, nach vorliegender  Erfindung;       Fig.    3 zeigt den Vertikalschnitt eines  Saugrohres, welches für eine grosse Energie  umsetzung geeignet ist;       Fig.        -1    stellt den Grundriss desselben dar;       Fig.    5 zeigt den Vertikalschnitt einer  Düse, welche behufs Vergrösserung der Ener  gieumsetzung mit Zwischenwänden versehen  ist, und       Fig.    6 den Grundriss derselben.  



  In den     Fig.    4 und 6 ist noch eine durch  zwei Seitenwände abgegrenzte keilförmige  Düse (N, 0, P) in gestrichelten Linien ge  zeichnet.  



  Des bessern Vergleiches halber wurde in       Fig.    2 sowohl die in     Fig.    1 gewählte Grösse  des untern Rohrdurchmessers     d,    als auch die  Neigung der Düsenerzeugenden E gegen die  Düsenmittellinie     z=z    beibehalten.

   Dagegen  wurde die Sohle A um den Betrag.     la    in die  Lage     A1    gehoben und die trompetenförmige  Erweiterung T der Düse so stark vergrössert,  dass der grösste Austrittsdurchmesser     D    dieser  Erweiterung wenigstens dreimal so gross ist,  als der vor Beginn der     trompetenförmigen     Erweiterung gesessene Rohrdurchmesser     cl.     Der     Austrittsdurchmesser    D ist demnach er  lieblich grösser, und .die Höhe B des ringför  migen     Austrittsquerschnittes    wesentlich klei  ner, als es den bisherigen Anschauungen ent-      spricht.

   Auf Grund mehrdimensionaler Be  trachtungen, welche durch den praktischen  Versuch geprüft und ergänzt wurden, konnte  festgestellt. werden, dass eine über den ganzen       Düsenaustrittsquerschnitt    genügend gleich  mässig verteilter     Wasseraustritt    dann vorhan  den ist,     wenn,die    Höhe B dieses Querschnittes  nicht grösser ist, als der fünfte Teil des um  den erwähnten Düsendurchmesser d verrin  gerten grössten     Austrittsdurchmesser    D.  



  Selbstverständlich sind die angegebenen  Masse nicht als scharfe Scheidegrenzen     aufzu     fassen, von welchen an die gewünschte neue  Wirkung plötzlich einsetzt, weil ja die Rau  heit der Düsenwände, die Geschwindigkeit  des Wassers, die Düsenabmessungen und die  sonstigen tatsächlichen Betriebsverhältnisse  Übergänge schaffen, welche in jedem Falle  besonders erwogen werden können. Auf alle  Fälle ist es aber zweckmässig, den Austritts  durchmesser D soweit als möglich über das  angegebene Mindestmass zu vergrössern, weil  sich durch diese Massnahme eine erhebliche  Zunahme der Energieumsetzung ohne Ver  grösserung der Düsenlänge     I.        (Fig.    2) erzielen  lässt.  



  Da aber bei den üblichen Bauweisen der  zulässige grösste 'Sohlenabstand erheblich  überschritten, der zulässige kleinste     Düsen-          ,iustrittsdurchmesser    wesentlich unterschrit  ten     -wird.    so ist klar. dass bei der üblichen       Saugrohranordnung    gerade jene Teile von der  Energieumsetzung ausgeschaltet werden, wel  che zu einer solchen am besten geeignet sind.  Die übliche trompetenförmige Ausweitung  des Austrittsquerschnittes ist daher, wie auch  versuchsmässig nachweisbar, vollkommen  wertlos.  



  Eine für grosse Energieumsetzung be  stimmte Düse zeigt das     Ausführungsbeispiei          Fig.    3, in welchem der Austrittsdurchmesser       D    sechsmal grösser gewählt wurde, als der       Eintrittsclurchmesser        c1.    Da bei der Einrich  tung nach vorliegender Erfindung die Ener  gieumsetzung hauptsächlich in der Umgebung       der        Bodenwand    A, erfolgt, so kann das rohr  förmige Düsenstück     8,    auch zylindrisch aus  geführt werden,

   wie dies aus der zur Mittel-         linie        z-z        patallelen    Lage der Erzeugenden     E     zu entnehmen ist. Zur Erzielung der ge  wünschten Wirkung ist es aber nicht erfor  derlich, als Erzeugende der     trompetenförmi-          gen    Ausweitung eine bis zum Austrittsdurch  messer D gekrümmte Linie zu benützen, wie  dies im Ausführungsbeispiel     Fig.    2 angege  ben ist.

   Es kann auch, wie     Fig.    3 zeigt, nach  der     Abrundung        eine    gerade Linie als Düsen  erzeugende benützt werden, welche entweder  zur     Düsenmittellinie    geneigt ist, oder auf  dieser senkrecht steht. Das erstgenannte Pro  fil, welches im Ausführungsbeispiel     Fig.    3  durch die vollen Linien a dargestellt ist, hat  den Vorteil einer guten Anpassung an den       Stromlinienverlauf    des Wassers, da nach  Früherem die Austrittshöhe B mit wachsen  der Entfernung von der     Düsenmittellinie    ver  grössert werden darf.

   Es kann aber auch das  zur Düsenmittellinie senkrecht stehende Pro  fil (b) verwendet werden, welches in der glei  chen Figur gestrichelt angedeutet ist. Ein  derartiges Profil vereinfacht die Herstellung  dieser Düsenwand.  



  Ist der Unterwasserkanal schmal gegen  über dem Düsendurchmesser, dann können       Querschnittsversperrüngen    eintreten, welche  den geordneten Abfluss in diesem Kanal ver  mindern. In einem solchen Falle muss der     Dü-          senaustrittsdurchmesser    möglichst verkleinert  werden. Um aber dennoch eine genügend  grosse Energieumsetzung zu erzielen, kann  vorteilhaft eine mit Zwischenwänden ver  sehene Düse verwendet werden, wovon     Fig.    5  und G ein Ausführungsbeispiel zeigt.  



  Über die Düse     S,    ist eine zweite Düse ge  schoben, deren     Erzeugende    C so verlaufen,  dass sich der     Durchflussquerschnitt    gegen den       Düsenaustritt    hin erweitert. Im Bedarfsfalle  können natürlich noch mehrere derartige über  einander gelagerte düsenförmige Zwischen  wände eingebaut werden.

   Die     Fig.    5 zeigt  beispielsweise zwei     solcheDüsenwände.    Durch  eine solche Massnahme wird aber die Höhe     B1     des ganzen     Düsenaustrittsquerschnittes    gegen  über jenen einer Einzeldüse (B) erheblich  vergrössert, die Austrittsgeschwindigkeit  gleichmässig verteilt und daher auch bei klei-           nerv    Austrittsdurchmesser der Düse eine grosse  Energieumsetzung erzielt.  



  Bei hohen     Diuchflussgeschwindigkeiten     ist es jedoch zweckmässig, die Wandreibungs  verluste durch     Verkleinerung    der von der  strömenden Flüssigkeit benetzten Oberfläche  der Zwischenwände herabzumindern. Dies  kann ohne nachteilige Folgen dadurch ge  schehen, dass diese Wände an jenen Stellen  weggelassen Werden, wo eine Loslösung des  Flüssigkeitsstrahls von der     äussernDüsenwa.nd     nicht zu befürchten ist. Dies ist in der Regel  im mittleren Düsenstück der Fall. Es können  aber auch- beim Düseneintritt besondere     Füli-          rungsflä.chen    dann entfallen, wenn die Er  weiterung des rohrförmigen Düsenteils nicht  gross ist.

   Die rechte Düsenhälfte der     Fig.        c"r     zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Düse,  deren Zwischenwände nur in der Nähe des  Ein- und Austrittsquerschnittes angeordnet       sind,    wie dies durch die vollen Linien     (G    und  E) angedeutet ist. Die Anordnung könnte  aber .auch derart getroffen werden, dass die  Zwischenwände nur in der Nähe des Eintritts  querschnittes angeordnet sind.  



  Es können aber die Einbauverhältnisse  auch derart beschaffen sein, dass es zweck  mässig erscheint, das Nasser nicht am ganzen       Umfang    des Austrittsquerschnittes, sondern  nur längs eines Teils desselben abfliessen zu  lassen. Dies wird beispielsweise dann der Fall  sein,     w=enn    die Düse in der Nähe einer Kanal  wand angeordnet ist. Um bei derartigen Ein  bauverhältnissen den Verlauf der natürlichen  Strömung nicht zu zerstören, ist die Verwen  dung eines keilförmigen Ausschnittes der be  schriebenen Düsenformen vorgesehen, wie  dies aus dem Grundriss der     Fig.    4 und 6 zu  entnehmen ist.

   Die beiden gestrichelten Li  nien     r    und t entsprechen den beiden Seiten  wänden des Düsenkeils<I>N, 0, P,</I> welch letz  terer den gewünschten einseitigen     Wasserab-          fluss    ermöglicht. Zu diesem     Behufe    können  die auf der Sohle oder Bodenfläche wenig  stens angenähert senkrecht stehenden     Seiten-          jvä.nde        entn@erler        tangential    an das     rohrför-          mige        Düsenstrich        8,

      angeschlossen     R#erden.     wie dies     aus        Fig.    4 zu entnehmen ist, oder    es können diese beiden Wände durch die     Dii-          senmittellinie        r-r    gelegt werden, in welchem  Falle dieselben in     Meridianebenen    liegen, wie  dies aus     Fig.    6 zu entnehmen ist.

   Durch eine  solche Lage     -tvird    der natürliche Strömungs  verlauf besser     gewahrt,    doch ist der in     Fig.    6  gestrichelt schraffierte     kreissektorförmige          DüseneintriUsquerschnitt        Q    selbstverständ  lich in einen runden Querschnitt überzufüh  ren, falls der     Flüssigkeitsstrahl,    dessen Ener  gie umgesetzt werden soll, einen solchen Quer  schnitt verlangt.

   Derartige Düsenkeile mit  einseitigem Ausfluss können auch bei     )@Tasser-          turbinen    mit liegender     '@Telle    als Ersatz der  bisher mit     Saugrohrkrümmern    verbundenen  Saugrohre vorteilhafte     Verwendung    finden,  da die übliche K     rümmeranordnung    für ein  grösseres     Energieumsetzungsverhältnis    unge  eignet ist.  



  Der Einbau einer nach vorliegender Er  findung ausgebildeten Düse     kann        entweder    so  vorgenommen werden, dass die Kanalsohle     A1     gleichzeitig als Bodenfläche der Düse dient,  wie dies     F.ig.    2 zeigt, oder es kann die Boden  wand mit dem Düsengehäuse durch radial  gestellte Stege     h'    verbunden werden, wie dies  aus     den        Fig.    5 und 6 zu entnehmen ist.

   Be  sonders vorteilhaft erweist sich aber eine ver  stellbare Befestigung der Bodenwand nach  einer in den     Fig.    3 und 4 angegebenen An  ordnung, nach welcher die     Verstellbarkeit     durch Schraubenbolzen<I>f</I> und Muttern<I>7-</I> be  wirkt wird. Selbstverständlich könnten zu  diesem     Zwecke    auch andere Klemmvorrich  tungen verwendet werden.  



  Durch ein,- solche Massnahme kann jeder  Düsenquerschnitt, für welchen unter den tat  sächlich vorhandenen Betriebsverhältnissen  die bete     Ener;"ieirmsetzung    erzielt werden  kann.     äuch        durcliVersuche    eingestellt werden.  



  Eine nach vorliegender Erfindung ausge  bildete Düse kann nicht nur als Ersatz der  bisher gebräuchlichen Turbinensaugrohre     ver-          wendet        R#erden,    sondern. bietet überall dort  Vorteile,     v-o    eine grosse     Umsetzung    von Ge  schwindigkeitsenergie strömender     Fluida    in       Drucli:energie    erforderlich ist. Dies ist nicht  nur bei allen Arten von Kreiselmaschinen,      sondern auch bei     Strahlapparaten,    Luft- und  Gassaugern und dergleichen der Fall. Selbst  verständlich ist auch die Art und Beschaffen  heit des Arbeitsmittels (Flüssigkeit, Dampf,  Gas oder dergleichen) keiner Beschränkung  unterworfen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Einrichtung zur Umsetzung von Ge schwindigkeit in Druck, welche eine durch ein Rohr mit gerader Rohrmittellinie gebil dete Düse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Rohr gegen eine benachbarte Bodenwand wenigstens längs eines Teils des Rohrumfanges in der Weise trompetenförmig erweitert, dass die Entfernung des Austritts-, querschnittes von der Rohrmittellinie wenig stens um die Hälfte grösser ist, als der vor der Abrundungsstelle gemessene Rohrdurch messer, und die lichte Höhe des Austritts querschnittes nicht grösser ist, als der fünfte Teil der um diesen Rohrdurchmesser verrin gerten doppelten Entfernung des Austritts querschnittes von der Rohrmittellinie. UNTERANSPRÜCHE: 1.
    Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass über einer nach Pa tentanspruch gebildeten Düse mindestens eine ähnlich gestaltete Düse gleichachsig und im Abstand von ersterer angeordnet ist, derart, dass sich der freie Durchgangs querschnitt zwischen den Düsenwandungen gegen den Austrittsquerschnitt hin er weitert. 2. Einrichtung nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, mit mehreren gleichachsigen Düsen, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einer der innern Düsen die Wandung nur in der Nähe des Eintritts querschnittes .angebracht ist.
    3. Einrichtung nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, mit mehreren gleichachsi gen Düsen, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einer der innern Düsen die @fiandung nur in der Nähe des Austritts querschnittes angebracht ist. 4. Einrichtung nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, -mit mehreren gleichachsi gen Düsen, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einer der innern Düsen die Wandung nur in der Nähe des Ein- und Austrittsquerschnittes angebracht ist. 5.
    Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, d.ass wenigstens der Aus trittsteil der Düse keilförmigen Quer schnitt besitzt, indem er aus zwei im We sen radial verlaufenden und auf der Bo denwand senkrecht stehenden Seitenwän den begrenzt ist. 6. Einrichtung nach Patentanspruch, gekenn zeichnet durch leicht lösbare Verbindungen zwischen der Bodenwand und der Rohr wandung, zum Zwecke, den Abstand des Rohres von der Bodenwand verstellen zu können.
CH94910D 1916-08-02 1919-09-26 Einrichtung zur Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck. CH94910A (de)

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