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Vorrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeitsstoßes in einer Leitung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeitsstoßes in
einer Leitung, wobei der untere Teil der Leitung mit einem Behälter verbunden ist,
in dem sich Flüssigkeit mit einem darüber liegenden Gasvisser befindet, in dem sich
eine zur Erzeugung eines starken und kurzen Gas-Überdruckes dienende Verbrennungseinrichtung
befindet. Mittels derartiger Einrichtungen ist es möglich, durch Bereitstellung
einer beträchtlicner, Energie während einer kurzen Zeit Versuche durchzuführen,
d.h. derartige Versuche durchzuführen, ohne daß es erforderlich ist, teuerer Einrichtungen
vorzusehen,
mittels derer ständig eine große Leistung erzeugt wer.
den kann.
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Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung der angeführten
Art, die mit sehr großer Sicherheit arbeitet und bei einfacher und vorteilhafter
Konstrucktion eine ausgezeichnete. Leistung aufweist.
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Gemäß der Erfindung ist die Leitung rohrförmig, und sie besitzt einen
gegeniiber dem Behälterquerschnitt geringen Querschnitt und ist mit dem Behälter
frei verbunden, wobei das Ende der Leitung offen und in einer Höhe gelegen ist,
die zumind. est gleich dem Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter entspricht.
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Aufgrund der Tatsache, daß das die Austrittsöffnung des FlUssigteitsstoßes
bildende offene Ende der Leitung sich über dem Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter
befindete ist es möglich, den Behälter vor dem Zünden des Brennstoffes mit Flüssigkeit
gefüllt zu halten, ohne daß an der Ausgangsöffnung ein Halteventil erforderlich
wäre.
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Dieses Fehlen eines Halteventils in einer derartigen Einrichtung,
die mittels Gasdruck arbeitet, der durch plötzliche Verbrennung eines Pulvers oder
einer Flüssigkeit
mit explosiver Eigenschaft erzeugt wird, ermöglicht
ein Arbeiten bei ausgezeichneten Sicherheitsbedingungen ; irgend-eine zur unrichtigen
Zeit erfolgende Blockierung der Ausgänge des Behälters ist dabei nicht zu befürchten.
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FUr den Fall, daB die Energie durch Verbrennung eines Pul. vers erzeugt
wird, kann dieses Pulver in die Form eines Blockes zusammengeballt werden, dessen
Form in der Weise gewählt ist, daß eine Regelung der Verbrennung gemäß einem vorgegebenen
Gesetz gewährleistet ist.
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Der auf diese Weise durch Stöße erzeugte Flüssigkeitsstrahl mit großer
Geschwindigkeit kann entweder direkt zur Speisung eines Flüssigkeitsstrahles verwendet
werden, in. dem Versuche mit Modellen oder Maschinen durchgeführt werden können,
oder er kann eine hydraulische Turbine speisen. Eine derartige Turbine kann beispielsweise
zum Antrieb eines Ventilators für einen zur Durchführung aerodynamischer Versuche
dienenden Windkanal verwndet werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand verschiedener
Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben ; in dieser
zeigen :
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung
zur Erzeugung eines Flüssigkeitsstoßes in einer zum Antrieb einer Turbine dienenden
Leitung, Fig. 2 eine im größeren Maßstab dargestellte Ansicht einer Verbrennungseinrichtung
zur Erzeugung eines starken und kurzen Gas-Überdruckes, um den Flüssigkeitsstoß
hervorzurufen, Fig. 3 eine ebenfalls in größerem Ilaßstab dargestellte Ansicht des
eine Düse bildenden Endes der Leitung, das mit einem Ablenkorgan versehen ist, Fig.
4 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, wobei jedoch gemäß einem Anwendungsfall
der Erfindung die Turbine einen Ventilator eines Windkanals antreibt, der zur Durchfiihrung
aerodynamischer Versuche dient, und Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie
V-V der Fig. 4, welche die Antri-ebseinrichtung des durch die llurbine betätigten
Ventilators zeigt.
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Rs soll zunächst auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen werden.
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Eine Einrichtung zur Erzeugung eines FlüssigkeitsstoRes in einer
Leitung 3 besteht aus einem Behälter 1 der aus Sicherheitsgründen in einem Betonfundament
2 an. geordnet ist. Der Behälter 1 ist bis zu einem vorgegebenen Rgel N mit Masser
gefüllt. Über diesem Pegel befindet sich ein Gaskissen 10, das in der Praxis aus
Luft besteht und in dem eine Verbrennungseinriohtung 9 angeordnet ist, die zur Erzeugung
eines kurzen und kräftigen Gas-Überdruckes geeignet ist. Die Leitung 3 ist an dem
unteren Teil des Behälters l angebracht und steht mit diesem frei in Verbindung.
Die Leitung 3 ist rohrförmig und be. sitzt einen gegenuber, dem Querschnitt des
Behälters 1 geringen Querschnitt. Das Ende oder die Ausgangsdüse 4 der Leitung 3
ist offen und befindet sich in einer Hohe, die zumindest derjenigen des Flüssigkeitsniveaus
N in dem ßehälter 1 entspricht.
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Die mit einem Ablenkorgan 5 versehene Dusse 4 bildet den Injektor
eiines Pelton-Turbinenrades 6, wobei die gesamte Anordnung im Inneren einer Robre
7 angebracht ist. Der @ehälter 1 ist mit einem abnehmbaren Deckel 8 versehen, an
der die aus einer Ladung zusammengeballten Pulvers bestehende Verbrennungseinrichtung
9 ant ebracht ist. is dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Düse II
in
Höhe des Pegels N in dem Behälter befestigt. Aus diesem Grunde kann der Wasserspiegel
in dem Behälter vor der Zündung des Pulvers auf der Hoche N gehalten wer~ den, ohne
daß Halteventile erforderlich sind, deren Bectatigung in einer ausreichend kurzen
Zeit schwierig zu gewährleisten ist und die auRerdem im Fall eines unbeabsichtigten
Schließens eine Gefahr bilden können.
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Im folgenden wird die Wirkungsweise der Vorrichtung darges gestellt.
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Die Zündung des Pulverblockes 9 erzeugt in dem Raum 10 einen Gasdruck,
der das Masser des Behälters plötzlich durch die Leitung 3 treibt. Dadurch wird
durch die Düse 4 des Peltonrades 6 ein stoßförmiger Strahl erzeugt, der das Peltonrad
während einer der Verbrennung des Pulvers und der Entleerung des Behälters entsprechenden
Zeit in Umdrehung versetzt.
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Der Pulverblock 9 (Fig. 2) wird in der Weise ausgebildet, daß seine
Verbrennung gemäß einem vorgegebenen Gesetz geregelt werden kann. Beispielsweise
kann die Verbrennung am Anfang langsam erfolgen, um jeglichen Wasserschlag-Kffekt
in der Leitinig 3 zu vermeiden.
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I) ie-Befestigung der Düse 4 etwa in Höhe des Pegels N ermöglicht
die Begrenzung des über dem Wasserspiegel liegenden Leervolumens in der Düse vor
der-Zündung des Pulvers, um die Nasserschläge bei Beginn des Flüssigkeitsstoßes
zu vermeiden. halls es die Umstände erfordern kann die Düse jedoch auch über dem
Pegel N befestigt werden, und zwar unter der Voraussetzung, daß der Pulverblock
eine Form besitzt, die gewährleistet, daß seine Verbrennung am Anfang lang-. sam
erfolgt und dadurch das Wasser am Beginn des Stoßes mit geringer Geschwindigkeit
getrieben wird.
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Eine in dem Behälter vorgesehene Sicherheitseinrichtung in Form einer
in geeigneter Höhe angebrachten elektrischen Zündkerze verhindert die Zündung des
Pulvers, wenn der Wasserspiegel in dem Behälter sich nicht in der Höhe N befindet.
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Das Ablenkorgan 5 der Turbine (Fig. 3) wird automatisch durch einen
Befehl abgesenkt, der ausgelöst wird, wenn der Wassespiegel in dem Behälter um einen
minimalen Betrag über dem Anfangsteil des Rohes 3 liegt, um die heißen Verbrennungs-Endgase
des Pulvers von dem Had abzulenken.
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Die Düse 4 weist aus Sicherheitsgründen keine interne Weiche zur
Regelung des Durchsatzes auf. Die Regelung des Laufs der Turbine kann mittels des
Ablenkorgans 5 erfolgen, das durch ein entsprechendes Regelsystem betätigt ist.
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J) as Hohr 7 dient zur Ausführung d. er heißen Gasc, die durch die
Düse 4 am Ende der Verbrennung des Pulvers eintreten.
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Mittels der vorstehend beschriebenen Anordnung kann ein aus einer
akkumulierten Energie ein Flüssigkeitsstoß in er wirtschaftlicher und sicherer Weise
gehalten werden.
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Dieser Stoß kann direkt zur Durchführung von Versuchen in einem Flüssigkeitsstrahl
oder zur Betätigung einer hydraulischen Turbine verwendet werden, um an der Welle
einer Naschine ein Moment zu erhalten.
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Das Rohr 3 kann zum Teil in den Behälter eingebaut und von dort nach
oben gefiihrt sein, wobei sich die Wasserentnahmestelle etwa am Boden des Behälters
befindet. Es wird nunmehr auf die Fig. 4 und 5 Bezug genommen, die ähnliche Anordnungen
wie die Fig. 1 - 3 zeigen, und bei denen zur Bezeichnung ähnlicher Elemente gleiche
Bezugszeichen verwendet sind.
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Das Turbinenrad 6 ist durch eine Welle 11 mit einem Ventilator 12
gekoppelt, der in einem Windkanaltunnel 13 zur Untersuchung von Modellen 14 angeordnet
ist. Der Tunnel 13 ist bei 15 gekrümmt und weist an dieser Krümmung Leitschaufeln
16 auf, mus in zu bemerken, daß der Ventilator 12 an geeigneter Stelle des Versuchstunnels
13 angeordnet ist und aufgrund der Energiefreisetzung, die durch den bei 3 an der
Turbine 6 erzeugten Stoß entwickelt wird, intermittierend arbeitet.
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Es ist gleicherrnaßen darauf hinzuweisen, daß der Strahl in dem Tunnel
13 in einem geschlossenen Kreis verlaufen kann, wodurch eine einfache Kontrolle
der Charakteristiken des es Fluids, wie der Temperatur, der Feuchtigkeit der Entstaubung,
des Gasgehaltes usw. ermöglicht wird.
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Uas Vorhandensein der Energie-Transformationsanordnung, die von der
durch Stoß angebriebenen Turbine 6 und der sich Mas Maschine 12 des Versuchskreises
13 gebildet ist, ermöglicht eine Regelung des Betriebsdruckes des Kreisen, wobei
dieser Druck nicht mit dem zur Energie-@@@@umulation verwendeten Fluiddruck verbun@@@
ist.
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Im Falle eines aerodynamischen Mindkanals ergibt sich ein weiterer
Vorteil aus der Tatsache, daß clie Er~ höhung der Temperatur des Versuchsfluids,
die durch den Bebrieb der sich drehenden Naschine 12 hervorgerufen wird, zumindest
zum Teil dazu verwendet werden kann, das Fluid an die fUr den Versuch erforderlichen
Temperaturbendingungen anzupassen, -Patentansprüche-