DE1551178A1 - Stroemungsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere einen radial durchströmten, mechanischen Strömungsbeschleuniger. Mit der erfindungsgemässen Strömungsmaschine lassen sich Strömungsmittel mit Hilfe der durch die Erfindung geschaffenen einfachen mechanischen Anordnung auf sehr hohe
Geschwindigkeiten beschleunigen, wobei im wesentlichen jede geforderte Geschwindigkeit eingestellt werden kann.

Für Simulationszwecke ist es in vielen Fällen notwendig,
Luft oder andere Strömungsmittel auf sehr hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen* Derartige hohe Geschwindigkeiten
werden beispielsweise zum Prüfen von Hyperschallmodellen

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oder von Wiedereintrittsbedxngungen in Raumfahrzeugen ausgesetzten Pluggeräten benötigt. Um eine solche Prüfung in einfacher Weise durchführen zu können, ist es üblich, in einem Windtunnel einen Luftstrom von äusserst hohen Geschwindigkeiten zu erzeugen und das Modell in dem Tunnel diesem schnell strömenden Strömungsmittel auszusetzen. Auf diese Weise können die Wirkungen der Strömung auf die Modelle leicht untersucht werden. Wenn Wiedereintritts— bedingungen untersucht werden sollen, muss das Strömungsmittel eine Geschwindigkeit von etwa 25 Mach oder etwa 6000 m/sec. haben. Sollen diese Geschwindigkeiten über längere Zeit aufrechterhalten werden, dann sind im allgemeinen sehr komplizierte Vorrichtungen erforderlich.

Mit bestimmten Ausführungsformen sogenannter "shock tubes" lassen sich zwar Geschwindigkeiten der erforderlichen Grössenordnung erzeugen, aber nur während eines sehr kleinen Bruchteils einer Sekunde. Es ist weiterhin bekannt, schnelle Ströme von Strömungsmitteln während eines längeren Zeitraums mit Hilfe von axial durchströmten, rotierenden mechanischen Beschleunigern zu erzeugen. Dabei kann die Geschwindigkeit des Strömungsmittels um einen Betrag erhöht werden, der etwa der doppelten Umfangsgeschwindigkeit des Läufers entspricht. Dadurch wird beispielsweise einem Luftstrom eine sehr grosse Energiemenge zugeführt. Wenn beispielsweise eine Strömung nit einer Geschwindigkeit vom

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6OO in/sec. in eine derartige Vorricntung eingeleitet wird und sick der Läufer mit einer Uinfangsgescliwindigkeit von JOO m/sec, drebt, lässt sieb die Luftgescbwindigkeit veidoppeln,, so dass die Luft den Läufer mit .1200 m/sec. ve-r«- lässt. Dasbeisst_t dass die Luf;tgescbwindiglceit durcb Läufer um. das Doppelte der Umfangsgeschwindigkeit des erböbt

Bei der Herstelltiiig diesear Τ>β1ςΘέΐϊίΐΐ©.ϊΐ für axiale SiferönitaBig tipeten jedocb dasxn ö3?befhsli;#iie; lceiten atif, we33M die Stjröiimiigsnjaiteiiineii so wetrdeii gsolleji» dass aeiiir bobe (aescliWiiiiiiglc sind. Bie Äxialsti-öflniagsiaasclxine^ besteheji ams eine« mit Scäiatifel» vers,efeene;ii 'Läufer.» StaPönto»gsetirfc1;e3. tun eine;» relativ „grossen WdfcjtiiceA t2O gedrebt tiiid daijn der teilbeiscbletiiiigtre Stcrom an ei

axial im Abstand atjigeoüäjieiteix Läafer abgegeben wird, det* gegeiisinpEag rotiert. Eine dei-avtälge -toiordniiiig feann zweistufig ausgebildet seia, ao dass die Luftgescfrwin« ddlgkeit in der zweiten Stufe weiter erbtjfb* wird;» Da Jie beiden, Läufer gegensinnig rotieren müssen,, wird die Anprdnung dejr Meilen, und Lager kompliziert, so dass es ist, ntebi* als vier axial dnrc&strömte Läufer MLt vier Läufern kann die Gescbwindigkeit von Luft atsf 36Q& m/sec. erböbt werden. Bieser Wert li«ig:t aber unter

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den geforderten Höchstgeschwindigkeiten und ist nur mit einer sehr komplizierten Anordnung erzielbar.

.In einer abgeänderten bekannten Ausführungsform sind zwischen den Läufern ortsfeste Leitschaufeln angeordnet und alle Läufer werden in derselben Richtung angetrieben. Dabei treten jedoch in den ortsfesten Leitschaufeln so starke Wärmeverluste auf, dass schliesslich ein Zustand erreicht wird, an dem die Wärmeverluste in den Läufern und den Leitschaufein der Energie entsprechen, die der Luft durch die mechanische Arbeit der Läufer zugeführt wird, Wenn dieser Zustand erreicht ist, bringt ein Zusatz weiterer Stufen keine Vorteile mehr» Dieser Zustand wird aber bereits lange vor den geforderten Höchstgeschwindigkeiten erreicht. Bei axial durchströmten Maschinen mit gegensinnig rotierenden Läufern ist es daher wegen der Wellenanordnung schwierig, mehr als vier Stufen vorzusehen» In der Vorrichtung mit aufeinanderfolgenden Läufern und Leitschaufeln ist eine Begrenzung durch den Wärmeverlust gegeben. Aus diesen Gründen kann man mit diesen Einrichtungen nur Geschwindigkeiten bis zu etwa 30OO—36OO m/sec, erzielen. Diese Werte sind aber noch weit von den Geschwindigkeiten entfernt, die für viele Anwendungen zu fordern sind.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strömungsmaschine zu schaffen, mit der bei relativ einfachem Aufbau hohe Strömungs·

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mu ersituft v*rd*n μ««»«—, ati.t der ·· iaa-

beeoader· Möglich ist, koatinuierlieh su elMulierea und aiadeetea· Gteechwiadigkeitea bl· su 45OO-73OO a/see, su erreichen· Zum Uatereehied VMi den axial durch· trttat«n, sWGbaaiacbco B*sdüL«u» η!(·«η wird dl· TfI nriimgag—Maaa StrMiinga— »chtia· radial durduitreat. Di· StrWannga—«hln· «oll la d«r ¥·!·· v«r-•telltMUC »·1ΐι, da·· O»«clwf I nil i gkai tii la » Α*το···η IM»r«ich variiert v«rd«n kttnn«n. J· nacb der Dr*hricbtunc soll dl· StrHMnngai— schin· c«*icn«t *·1η_ν al· — Str6auncab«aobl«unie«r od«r al· Turbin· su artwitaa. Dab*i •oll dl· B*ibuns und di· «rsmict· Vttra· mini—1 ··!»· vorauc»w«i·· ·ο11·η kein· Twjnn lurfjwiiiI»ntaii avUTtr«tan_v dl· auf «in· WM !■■■•trWsninj dureh den V«rk«toff surileksufUhran •lad.

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des anderen Läufers das Strömungsmittel ableitenden Austrittskanal. Die ßeschleunigungsschaufeln sind vorteilhaft im Uereich des Umfangs der Läufer und die Eintrittsdüse und der Austrittskanal in Umfangsrichtung in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet.

Die erfindungsgemässe Strömungsmaschine kann entweder als Beschleuniger ausgebildet sein, indem die Eintrittsdüse so angeordnet ist, dass das Strömungsmittel entgegen der Drehrichtung des Läufers diesem zuströmt. Es ist Jedoch auch möglich, die erfindungsgemässe Strömungsmaschine als Turbine auszubilden, indem die Eintrittsdüse so angeordnet ist, dass das Strömungsmittel in der Drehrichtung des Läufers diesem zuströmt.

Zweckmässig sind die Eintrittskanten der lieschleunigungsschaufeln so ausgebildet, dass sie sich U—fönaig nach rückwärts erstrecken. Zum Kühlen der Läufer und Schaufeln im Uinfangsbereich zwischen Austrittskanal und Eintrittsdüse kann eine Einrichtung zum Kühlen vorgesehen sein. Weiterhin kann in den Läufern selbst eine Kühleinrichtung angeordnet sein. Schliesslich ist es möglich, dass in den voneinander abgekehrten Seiten der Läufer eine Turbine ausgebildet ist.

Im Sinne der Erfindung sind unter Beschleuni^ungsschaufein nicht nur die Schaufeln der als Strömungseittelbeschleuniger

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ausgebildeten erfindungsgemässen Strömungsmaschine zu verstehen, sondern auch die Schaufeln der als Turbine ausgebildeten erfindungsgemässen Strömungsmaschine, da hierbei an den liesclileunigungsschauf ein eine negative Beschleunigung, d.h. eine Verzögerung des Strömungsmittels infolge dessen Energieabgaue an die Turbine auftritt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 7 näher erläutert. Die der Erläuterung zugrundeliegende er-Γindungsgemässe Strömungsmaschine stellt nur ein Ausführungsbeispiel dar und bedeutet keineswegs eine jüeschränkung der Erfindung. Vielmehr kann die Erfindung unter den gegebenen Richtlinien in verschiedener Weise mit Erfolg zur Ausfülirung gebracht werden; es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen radial durchströmten Strömungsbeschleunigers in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Windtunnel, in den durch den erfindungs— gemässen Strömungsbeschleuniger nach Fig. 1 auf hohe Strömungsgeschwindigkeit beschleunigte Luft eingeleitet wird, ebenfalls in schematischer Darstellung,

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Fig. 3 die Strömungsbeschleunigungs-Koinpressor-Scliaufein bzw. Turbinen-Laufschaufeln auf einander gegenüber gegenüberstehenden Läufern in einem Ausschnitt perspektivisch dargestellt,

Fig. h einen Querschnitt durch einander benachbarte Läufer, aus dem insbesondere der radiale Strömungsverlauf der zu beschleunigenden Strömung und die Ausbildung der Laufschaufeln an den Stirnflächen der Läufer erkennbar ist,

Fig. 5 eine Seitenansicht der erfindungsgemässen Strömungsmaschine, in welcher der bogenförmige Strömungsverlauf der zu beschleunigenden und der die Läufer kühlenden Strömung dargestellt ist,

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie 6~>6 der Fig. k und

Fig. 7 Vektordiagramme zur Erläuterung der mit der erfindungs gemäs sen Strömungsmaschine durch Beschleunigung der in diese eingeleiteten Strömung erzielbaren S trömungs ge s chwindigke i t en«

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemässe Strömungsmaschine, mit der die bisherigen Beschränkungen der mit axial durchströmten, mechanischen Strömungslseschleunigern erreichbaren Strömungsgeschwindigkeiten fortfallen und mit

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der eine Vorrichtung geschaffen wurde, die in der Lage ist, die Geschwindigkeit eines Strömungsmittels, wie Luft, praktisch unbegrenzt zu erhöhen, besteht aus zwei Läufern 10 und 12. Die Läufer können in beliebiger Weise, beispielsweise durch je eine Antriebsvorrichtung 11, angetrieben werden, Die Läufer sind mit ihren scheibenartigen Flächen parallel zueinander und auf den koaxialen Wellen 14 und 16 drehbar angeordnete Die Läufer 10 und 12 rotieren gegensinnig, wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Pfeile angedeutet. Je nach der Drehrichtung der Läufer kann die erfindungsgemässe Strömungsmaschine als Strömungs— beschleunigungsmaschine oder als Turbine laufen; die Anordnung der Einlassdüse und der Austrittsöffnung für das Strömungsmittel ist für beide Fälle geeignet, wie nachstehend näher erläutert wird. Im folgenden wird die erfin— dungsgemässe Strömungsmaschine in ihrer Anwendung als Strömungsbeschleuniger erläutert, genausogut jedoch können die Beschleunigungsschaufeln als Turbinenschaufeln dienen.

Die beim Betrieb der erfindungsgemässen Strömungsmaschine auf-· tretenden Luftgeschwindigkeiten liegen weit oberhalb der Schallgrenze und werden mit der Strömungsmaschine in den Bereich sehr hoher Überschall— oder sogar Hyperschallgeschwindigkeiten erhöht. Mit Überschallgeschwindigkeit strömende Luft wird mittels einer Expansionsdüse 18 auf den Läufer 10 aufgegeben und die beschleunigte Luft vom Läufer 12 über einen Aus« trittskanal 20 abgenommen. Der Austrittskanal ist bevorzugt

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ebenfalls als Expansionsdüse ausgebildet, so dass die mit Überschallgeschwindigkeit aus der erfindungsgemässen Strömungsmaschine austretende Lufb noch zusätzlich beschleunigt wird. Wie in Fig. 2 dargestellt, kann bei Ankopplung der erfindungsgemässen Strömungsmaschine nach Fig» 1 an einen Windkanal od.dgl. die beschleunigte Luft über eine Expansionsduse 22 in diesen eingeleitet werden; die Düse 20 kann anstelle der Düse 22 vorgesehen sein, die ihrerseits in den rohrförniigen Windkanal 24 mündet. Auf diese Weise erhält man im Windkanal 2h eine Strömung mit sehr hoher Überschallgeschwindigkeit. Im Windkanal Zh ist ein in üblicher Weise für Strömungsuntersuchungen eingebrachtes Modell 26 angedeutet. Die durch die Reibung bei den Strömungsuntersuchungen sowie an den Kanalwänden verlangsamte Luft strömt am Ende des Windkanals nach, aussen ab oder wird über einen Windtunnel im geschlossenen Kreislauf erneut dem erfindungsgemässen Strömungsbesclileuniger zugeführt.

Der BeschleunigungsVorgang, durch den die in den Strömungsbeschleuniger eintretende Luft auf 3ehr hohe Gescnwindigkeiten beschleunigt wird, soll nachfolgend anhand der Fig. 3 erläutert werden. Der erfindungsgemäss ausgebildete Strömungsbeschleuniger ist am Läufer 10 mit einen ersten Kranz von Beschleunigungsschaufeln 30 versehen. Bex· Läufer 10 rotiert in der Richtung des ausgezogenen Pfeils. Die an der Stirnfläche des Läufers 10 angebrachten Schaufeln 30

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sind im wesentlichen U-förmig ausgebildet und bilden einen Schaufelkranz um den ganzen Umfang de« Läufer« 10· Zn der in Fig. 1 dargestellten Weise let benachbart zu» Läufer 10 ein gleichartiger Läufer 12 angeordnet, der auch mit eine« gleichartigen zweiten Schaufelkranz von identischen Beschleunigungsschaufeln 32 versehen ist. Die Beschleunigungsechauf ein 30 und 32 sind hierbei zwar identisch ausgebildet, jedoch einander zugekehrt angeordnet und gegensinnig rotierend. Die Ausbildung der einzelnen Beechleunigungeschaufeln wird anhand ύολ Flg. 3 und 4 erläutert.

Jede Beechieunlgungeschaufel besitzt radiale Seitenwände 34 und 36, die für Ihre Betriebsweise wesentlich sind. Infolge dmr hohen Drehzahlen 1st es zweckaässig, diese sieh radial erstreckenden Teile der Beschleunigungsschaufeln aus Metall auszubilden· so dass also die radialen Seitenwände 3*t und 36, die annähernd parallel zum Läuferradius angeordnet sind, aus Metall bestehen. Hierdurch ergibt sich eine hohe Festigkeit der Beschleunigungeschaufeln gegenüber den auftretenden Fliehkräften. Die Beschleunigungsschaufeln besitzen darüber hinaus radiale Flächenelemente, die ebenfalls zu einer guten Festigkeit der Beschleunigungsschaufeln beitragen. Die Ströaungskanäle kO zwischen den Schaufel« winden verlaufen la wesentlichen radial. Daher wird die zwischen zwei Beschleunigungsechaufeln 32 durch 4en Kanal hindurcnstroBMnde Luft in wesentlichen um 180° umgelenkt, wobei die Strömung praktisch in einer radialen £bene erfolgt.

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gleichartig ausgebildet und auf demselben Radius auf des dem ersten Läufer zugewandten Flächen angeordnet« eo da·· auch dieae schaufeln die Strömung JUa wesentlichen um 180° ualonken·

Bekanntlich kann die Geschwindigkeit von Luft» die entfedern der Drehrichtung elms trust, etwa auf das ftweifache der ndi^keit des Läufer» erhöht weisen. Bei Rotieren der Läufer wird nun dle«e Luft auf

•ehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Zum Einführen der su beschleunigenden Luft let eine Dflee 13 vorgesehen, die vorzugsweise, wie bereite beschrieben» als JSxpansloasdttse ausgebildet ist. Diese Düee ist an den ortsfesten Gehäuse angeordnet, und swar ·ο, da·· die Luft hierdurch tatngential dmn Beaehleuuii^ingsschauf«In 00 dos Läufers 10 um ilusseren Radius aufge&tiben vird, vie insbesondere aus dem rig« 3 und 6 ersichtlich ist. Infolge dieses tangentialen SIastrttuens» d.h. der K«l&tivgeschwindigk«it 0»r Luft- Jjb Läufer, trifft die Luft nicht auf ebene Oberflächen auf» sondern Tielvehr, wio in Fig. C dargestellt» ist die·· geradlinig auf die gekrUsnte Oberfläche des üueseren gadius der Beschleunigungsschaufel 30 gerichtet, eo dass uneittelbar nach dea Einleiten der Luft la den Läufer deren Ualankung und Beechleunigung beginnt« Die Luft wird ist Sereleh der ersten Beschleunigunissscbaufel ua etwa 180° tmgeleakt

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und tritt dann am inneren Radius der Beschleunigungsschaufel tangential aus, und wird von der gegenüberliegenden Beschleunigungsschaufel 321 di,e auf dem gleichen Radius am gegensinnig rotierenden Läufer 12 angeordnet ist, aufgenommen. Auch hier tritt die strömende Luft am inneren Radius der Beschleunigungsschaufel 32 tangential ein und wird auch

von dieser Beschleunigungsschaufel im wesentlichen um weitere 180 umgelenkt und dann in den Austrittskanal 20 abgeleitet, der in Umfangsrichtung der Läufer im vorbestimmten Abstand von der Eintrittsdüse 18 angeordnet ist» Das in die erfindungsgefflässe Strömungsbeschleunigungsmaschine eingeleitete Strömungsmittel, beispielsweise Luft, wird also insgesamt um 360 umgelenkt und am Austrittskanal 20 mit einer um etwa das Vierfache der .Umfangsgeschwindigkeit der Läufer erhöhten Geschwindigkeit abgenommen, wobei vor-, ausgesetzt 1st, dass die Läufer mit derselben Drehzahl rotieren.

Anhand des in Fig» 7 dargestellten Vektordiagramms werden die Beschleunigungsbedingungen, durch welche sich eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit am Austrittskanal 20 ergibt, erläutert.

Indem dio aus der Austrittsdüse 18 ausströmende Luft nach Richtung und Geschwindigkeit durch den Vektor N und die Umfangsgeschwindigkeit des Läufers 10 durch den Vektor U dargestellt werden, ergibt sich aufgrund der üblichen

Verdichtertherorie eine Geschwindigkeit der Luft gegenüber dem Läufer 10, die durch den Vektor ¥ dargestellt wird. Und zwar ist dies diejenige Geschwindigkeit, mit der die Luft gegenüber der Ueschleunigungsschaufel 30 an der Stelle 1 des äusseren Radius tangential zur Beschleunigungsschaufel 30 eintritt, wie Fig. 4 und 6 zeigen. Hierbei wird die Luft im .Bereich der ßeschleunigungsschaufel 30 um etwa 18O umgelenkt und tritt an der Stelle 2 am inneren Radius aus dem Läufer 10 aus und in den Läufer 12 ein. An dieser Stelle besitzt daher die Luft gegenüber dem Läufer 10 die Geschwindigkeit W₁₀O Die absolute Geschwindigkeit der Luft an der Stelle 2 ergibt sich durch die Addition der Geschwindigkeit W_1n und der Umfangsgeschwindigkeit ^₁₀", des Läufers an der Stelle 2« Die absolute Geschwindigkeit V _ΊΓί{ο\ &^er Luft an der Stelle 2

aus /
entspricht daher der Vektorsufllme /W₁₀ und U_1o,„v. riit dieser Geschwindigkeit wird die Luft bei 2 tangential am inneren Radius an die Schaufel 32 des gegensinnig rotierenden Läufers 12 abgegeben. Zur Bestimmung der Luftgeschwindigkeit, die relativ zum Läufer 12 an der Stelle 2 auftritt, muss die Umfangsgeschwindigkeit U₁₂₍₂\ des Läufers 12 an der Stelle 2 addiert werden. Die Anfangsgeschwindigkeit N ist daher an dieser Stelle auf V + Ü-i_Oi2\ + ^ϋΐ2ί2Ϊ ^b!sw· ^die Relativgeschwindigkeit W-o/oY» **·*·^β ^¹¹ ^⁶¹* Stelle 2 des inneren Radius der Beschleunigungsschaufeln 32 tangential zu diesen gerichtet ist, erhöht worden. Die Relativgeschwindigkeit T*12f2) ist bereits im wesentlichen viermal so gross wie die Anfangsgeschwindigkeit iJ, wenn diese und die Umfang-sgeschwin-

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digkeiten U der Läufer gleich sind; das wird hier zur einfacheren Erläuterung angenommen. Die Luft wird im Bereich der Beschleunigungsschaufel 3² um weitere 180 umgelenkt und bei 3 in den Austrittskanal 20 abgegeben. Bei der Bestimmung der Endgeschwindigkeit der Luft in einem ortsfesten Koordinatensystem ergibt sich, dass diese Endgeschwindigkeit nach dem vorbeschriebenen Vektordiagramm gleich der Summe der Geschwindigkeit W₁₂/ρ) ^{an de:r} Stelle und der Umfangsgeschwindigkeit ü ...^ des Läufers 12 an der Stelle 3 des äusseren Radius ist. Der Endvektor V₁₂(Q) ^ei*tspricht der absoluten Geschwindigkeit, die nach einer Umlenkung um 360 zwischen den beiden gegensinnig rotierenden Läufern der erfxndungsgemässen Strömungsbeschleunigungsmaschine erzielt werden kann. Diese Endgeschwindigkeit V₁ „ . ~\ ist somit gleich der Eintrittsgeschwindigkeit i\i der Luft plus etwa dem Vierfachen der Laufer—Umfangsgeschwindigkeit U. Wenn daher beispielsweise die Exntrittsgeschwindigkeit N = 450 m/sec. und die Umfangsgeschwindigkeit ebenfalls U = 450 m/sec. ist, ergibt sich eine Austrittsgeschwindigkeit von etwa 2250 m/sec. Wird nun diese Luft erneut durch die erfindungsgemässe Strömungsbeschleunigungsmaschine zum Umlenken um weitere 36Ο zwischen einander benachbarten Beschleunigungsschaufeln geführt, dann erhöht sich deren Geschwindigkeit wiederum um das Vierfache der Umfangsgeschwindigkeit der Läufer« Wenn daher die bei 3 austretende Luft erneut tangential eingeleitet wird, beschreibt sie dieselbe vorstehend erläuterte Strömungsbahn, jedoch ergeben sich ent-

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sprechend grössere Vektoren. Somit sind mehrere jeweils durch eine Umlenkung von 36O gekennzeichnete Durchgänge möglich, wodurch die Geschwindigkeit auf einen sehr hohen gewünschten Wert erhöht wird. Da die erfindungsgemässe Anordnung ohne weiteres variiert werden kann, lässt sich der Austrittskanal 20 zum Abführen der beschleunigten Luft an einer beliebigen Umfangssteile anordnen, wie in Fig. 5 angedeutet ist.

Die Erhöhung der Geschwindigkeit führt gleichzeitig zu einer sehr starken Erhöhung der Temperatur. Um eine durch Stauung bedingte Erwärmung der Eintrittskante kh der Schaufeln zu vermeiden, sind die Schaufeln U-förmig gepfeilt, so dass ihre Eintrittskanten von der Strömung bestrichen werden und die Erwärmung der Eintrittskante stark herabgesetzt wird. Dadurch werden äie KühlungsSchwierigkeiten stark verringert. Die von der Strömung bestrichenen Eintrittskanten haben keine durch Stauung bedingten hohen Temperaturen, so dass an der Eintrittskante nicht wie bei den üblichen Beschleunigern ein starker Wärmeübergang stattfindet. Durch die Anordnung von zwei Läufern und 12, die in der dargestellten Weise einander benachbart sind, werden auch die Dichtungsprobleme auf ein Minimum herabgesetzt, weil der Druck des Kühlmittels bzw. des zu beschleunigenden Mediums um den ganzen Umfang der einander benachbarten Läufer herum vorhanden ist, so dass keine Leckverluste auftreten. Es ist daher nicht möglich, dass

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das Medium durch den in Pig. 6 gezeigten Zwischenraum zwischen den Läufern entweicht, weil auf der entgegengesetzten Seite derselbe Druck herrscht. Wichtig ist weiterhin, dass die radialen Kanäle 40 nur auf einer Seite begrenzt sind. Der ebenen, sanft gekrümmten Druckfläche 46 liegt keine Saugfläche gegenüber. Wenn eine solche Saugfläche vorhanden wäre,· würde infolge der sehr hohen Cjeschwindigkei ten der Druck über der Saugfläche einem absoluten Vakuum entsprechen, so dass die Saugfläche vollkommen entfallen kann. Eine Fläche, die normalerweise in geringem Abstand von der Fläche 46 angeordnet wäre und die Saugfläche eines entsprechenden StröiHLuigsprofils bilden würde, ist daher nicht vorhanden.

Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht darin, dass die Erhitzung des die Konstruktion bildenden Metalls weitestgehend herabgesetzt wird. Aus der Fig. 5 lässt sich ersehen, dass die Exntrittsdüse 18 und der Austrittskanal 20 um den Umfang der Läufer in jedem gewünschten Abstand voneinander angeordnet werden können, je nachdem, wie oft die Luft zwischen den Beschleunigungsschaufeln hindurch-· strömen soll und welche Endgeschwindigkeit erreicht werden soll. Im Bereich des Läuferumfangs zwischen Austrittskanal und Eintrittsdüse kann eine Kühleinrichtung 48 vorgesehen werden, mit der ähnlich wie durch die Eintrittsdüse 18 jedoch zur Kühlung Kühlluft zugeführt wird, so dass ein grosser Bereich der Läufer und Beschleunigungsschaufeln

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während des Umlaufs von aussen gekühlt wird. Wichtig ist, dass hierbei keine Wärmespannungen erzeugt werden, weil dieselben Flächen der Schaufeln erwärmt und gekühlt werden, wie aus Fig. k ersichtlich ist, denn die Wärme wird nicht durch das Innere der .Metallteile übertragen, sondern die auf der Fläche 46 erzeugte Wärme wird sofort von derselben Fläche von aussen abgeführt, nachdem die Läufer und die Ueschieunigungsschaufeln aus dem .bereich ausgetreten sind, in dem die schnell strömende Luft beschleunigt wird und daher hohe Temperaturen entwickelt werden. Wenn man Läufer 10 und 12 von entsprechendem Gewicht verwendet, kann man einen Schwuiigradeffekt erreichen, so dass kurze Zeit hindurch Umlaufenergie gespeichert wird.

Wie bereits erwähnt, können die Läufer rait iiilfe von beliebigen Antriebseinrichtungen angetrieben werden, .beispielsweise kann auf den voneinander abgekehrten Flächen der Läufer eine Turbine 50 ausgebildet sein. Ferner kann mit Hilfe einer Wärmeübertragungseinrichtung 52 Wärme von den Schaufeln 30 und 32 auf die Turbine 50 übertragen und die Turbine als Kühlturbine betrieben werden. Eine derartige Innenkühlung ist an sich bekannt, kann aber in der vorliegenden Kombination zum Kühlen der Metallmasse der Läufer zusammen mit der Kühleinrichtung 48 oder anstelle derselben verwendet werden. Die letztgenannte Kühleinrichtung ist im Gegensatz zur erstgenannten wie bereits weiter

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oben beschrieben ausserhalb der Läufer angeordnet und wirkt direkt auf die Beschleunigungsschaufeln der Läufer.

Obwohl vorstehend ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Strömungsmaschine in Form einer mechanischen Strömungsbeschleunigungsmaschine beschrieben wurde, kann die erfindurigsgemässe Strömungsmaschine jedoch ohne weiteres auch als Turbine verwendet werden. Hierzu wird die Drehrichtung umgekehrt und die Schaufeln 30 und 32 werden als Gleichdruck-Turbinenlaufschaufeln ausgebildet. Im Betrieb als Turbine entnimmt die Maschine dem zuströmenden Medium eine sehr grosse Energiemenge und gibt das Strömungsmittel abgekühlt und mit geringer Geschwindigkeit ab. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel braucht zum Turbinenbetrieb nur die Drehrichtung der Läufer gemäss Fig. 3 i*¹ dem durch die gestrichelten Pfeile angedeuteten Sinn umgekehrt zu werden, wobei die Düse 18 Strömungsmittel an die Laufschaufeln 3° abgibt, die in der Richtung des einströmenden Mediums umlaufen, nicht gegensinnig zu ihm, wie beim Beschleuniger.

Mit der erfindungsgemässen Strömungsmaschine ist es möglich, in einem sehr weiten Bereich kontinuierlich die erreichbaren Geschwindigkeiten zu ändern, indem der Austrittskanal jeweils an einer entsprechenden Stelle des Lauferumfanges angeordnet wird. Daher kann beispielsweise in einem Windtunnel eine kontinuierlich in ihrer Geschwindigkeit

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veränderliche Strömung erzeugt werden, Ferner werden bei der erfindungsgemässen Strömungsmaschine die Kühlprobleme auf ein Minimum herabgesetzt, und den Läufern kann in einem sehr gross en Unifangsbereich Luft von innen oder aussen zugeführt werden. Die Schaufeln sind so ausgebildet, dass die Luft im wesentlichen radial quer über die Läufer geführt wird. Die tangentiale Richtung der Luftzuführung und des Luftaustritts zusammen mit der U—Porm der Schaufeln gewährleisten eine Beschleunigung auf eine sehr hohe Geschwindigkeit bei minimaler Erwärmung und entsprechend vereinfachter Kühlung.

Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und bzw. oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschliesslich dessen, was in Abweichung von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.

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Claims (9)

PATENTANWÄLTE 1 5ϋ j 178 PATENTANWALT OIPL.-ING. RICHARD MOLLER-BORNER Λ 1 PATENTANWALT OIPL.-1N6. HANS-HEINRICH WEY BERLIN-DAHLEM - PODBIELSKIALLEE «B J^f MÜNCHEN 22 - WIDENMAYERSTRASSE 4* TELEFON: 76 29 07 · TELEGRAMME: PROPINDUS f TELEFON : 22 BS SS · TELEGRAMME: PROPINDUS 19 132 General Electric Company, S chene c tady , N.Y. / USA Paten tan. sprüche

1. Strömungsmaschine, gekennzeichnet durch zwei konzentrisch v- gegensinnig umlaufende, vorzugsweise scheibenförmige Läufer (10,12) mit auf einander zugekehrten Läuferflächen auf gleichem Radius angeordneten Beschleunigungsschaufeln (3Of32), zwischen denen radiale Strömungskanäle (^0) verlaufen, sowie eine tangential Strömungsmittel am äusseren Radius den Beschleunigungsschaufeln (30) des einen Läufers (10) zuführende Eintrittsdüse (18) und einen in Umfangsrichtung davon in Abstand angeordneten, tangential am äusseren Radius der Beschleunigungsschaufeln (32) des anderen Läufers (12) das Strömungsmittel ableitenden Austrittskanal (20).

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2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsschaufeln (30»3*0 im Bereich des Umfangs der Läufer (10,12) und die löinn'i t Lsdüse (18) und der Aus tri t Lskiinal (20 ) in Umfangsrichtung in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind.

3. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine als Beschleuniger ausgebildet ist, indem die Eintrittsdüse (1 '->) so angeordnet ist, dass das Strömungsmittel entgegen der Drehrichtung des Läufers (10) diesem zuströmt.

km Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die S trömungsnuis chine als Turbine
ausgebildet ist, indem die Eintrittsdüse (18) so angeordnet ist, dass das Strömungsmittel in der Drehrichtung des Läufers (10) diesem zuströmt.

5» Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis k,
dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittskanten {kk) der Beschleunigungsschaufeln (30,32) sich U-förmig
nach rückwärts erstrecken,

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6. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (48,
52) zum Kühlen der Läufer und Schaufeln im Umfangsbereich zwischen Avistrittskanal (20) und Eintrittsdüse (18) vorgesehen ist.

7. S ι x'omungsmas chine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Läufern (10,12) eine Kühleinrichtung (52) angeordnet ist,,

Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass in den voneinander abgekehrten Seiten der Läufer (10,12) eine Tuxbine
(50) ausgebildet ist.

9. Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, ansonst wie beschrieben und bzw«
oder dargestellt.

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