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Vorrichtung zur Umsetzung der Geschwindigkeit in Druck bei tropfbaren,
dampf- oder gasförmigen Flüssigkeiten. Vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen
an Düsen, wie dieselben als Saug- und Druckrohre von Wasserturbinen, Kreiselpumpen,
bei Wasser- und Dampfstrahlgebläsen u. dgl. zur Umsetzung der Geschwindigkeitsenergie
strömender Flüssigkeiten in Druckenergie Verwendung finden. -Die Düsen, welche bisher
zu obigem Zwecke verwendet wurden, sind als kegelförmige Röhren ausgebildet, welche
sich in der Richtung der Strömung allmählich erweitern. Die Mittellinse des Düsenstrahles
ist bei diesen Vorrichtungen eine gerade Linie, weshalb der durch die Düse strömende
Flüssigkeitsstrahl aus seiner ursprünglichen Strömungsrichtung nicht wesentlich
abgelenkt wird. Aus Versuchen wurde gefunden, daß der Neigungswinkel .der Erzeugenden
einer kegclför-nigen Düse nicht groß sein darf, weil sich sonst die Flüssigkeit
von den Rohrwandungen derselben loslöst, wodurch die gewünschte Energieumsetzung
nur unvollkommen bewirkt werden . kann. Soll daher eine große Energiemenge .umgesetzt
werden, so muß die bisher verwendete Vorrichtung eine große Baulänge besitzen. Eine
große Baulänge der Düse verursacht jedöch große Reibungsverluste der Flüssigkeit
an den Rohrwandungen, weshalb- die Energieumsetzung bei den bisher verwendeten Düsen
auch bei großer Baulänge mit erheblichen Verlusten verburden ist. Düsen mit großer
Baulänge erschweren und verteuern den Einbau und machen denselben. oft ganz unmöglich,
wie später bei den Saugrohren von Turbinen noch genauer gezeigt wird.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, die geschilderten Nachteile zu
vermeiden und die bei der Energieumsetzung auftretenden Verluste .zu verringern.
Dieser Zweck wird durch die Anb:ingung einer Ablenkungswand erreicht, welche Wand
gleichzeitig einen Teil der Gehäusewand der Düse bildet. Durch diese Ablenkungswand
wird der Flüssigkeifsstrahl aus seiner - 'Eintrittsrichtung abgelenkt und gezwungen,
sich parallel zu der Ablenkungswand auszubreiten. Dieser Umstand erlaubt es, den
Aurtrittsquerschnitt der Düse weit über das bisher mögliche Maß zu verbreitern,
ohne daß die - Gefahr- der Loslösung des Flüssigkeitsstrahles von den Düsenwänden
vorliegt. Die erhebliche Vergrößerung des Austrittsquerschnittes gegenüber dem Eintrittsquerschnitt
der Düse verkleinert die Austrittsgeschwindigkeit aus derselben gegenüber der Eintrittsgeschwindigkeit
in hohem Maße, was die erwähnte ' große Energieumsetzung zur Folge hat, wie dies
an Hand der Figuren noch genauer gezeigt wird.
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In der beiliegenden Zeichnung bedeutet Fig. i einen Horizontalschnitt
durch eine vertikale Wand, welche die beiden mit Wasser gefüllten. Gefäße
A. und B voneinander trennt, wobei dieser Horizontalschnitt durch
eine -in dieser MVand befindliche Öffnung gelegt ist. Fig. 2 stellt den-.Vertikalschnitt
einer Düse
nach der -bisher gebräudhlichen -Ausführungvor, wie derselbe
auch zu Saugrohren für Wasserturbinen Verwendung_findet.
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Die Tig. #3 'und ,¢ zeigen die Ausbreitung eines Wasserstrahles von
der nrsprünglieäen Breite b auf die Breite bi, wenn der Wasser-., strahl durch eine
Ablenkungswand D G gezwungen wird,, seine ursprüngliche Richtung X zu verlassen
tind>die Richtung Y einzuschlagen. Dabei stellt Fig. 3- den Aufriß des durch die
Ebene X-Y (Fig.: 4.) geschnittenen Wässerstrahles und Fig.-¢ -den Grunüriß des durch
die Ablenkungswand von der Breite b auf b1 verbreiterten Strahles- vor. Die Fig.
5 und 6 zeigen ein gekrümmtes Saugrohr, *ie dasselbe bei Wasserturbinen in Betonausführung
üblich. ist, und zwar stellt Fig. 5 den durch die,Ebene-H-I (Fig. 6). geschnittenen
Betonkrümmer im Aufriß und -Fig. 6 den gleichen Krümmer'-im Grundriß vor. Fig. 7
zeigt'-den Vertikalschnitt einer nach- vorliegender .Erfindung ausgebildeten Düse,
.welche durch- die Ebene 3V-0 (Fig..g) geschnitten ist. Fig. 8 zeigt den Grundriß
einer solchen Düse, rund die Fig. g und io geben; einige Formen des - Austrittsquerschnittes
derselben-an. Die Fig. ii bis 13 zeigen .ein Ausführungsbeispiel einer Düse, -welche
bei besonders -'kleiner Länge der Ablenkungswand d-(Fig: ix) eine große Energieumsetzung
gestattet und: durch eine Zwiscl_enwand m. no in zwei Teildüsen getrennt ist. Fig.
i:--i zeigt den Auf -riß 'einer solchen Düse und Fig. 12 den Grundriß dereelbeii.
Schließlich ist durch Fig: 13
der. Austrittsquerschnitt der Düse.dargestellt.
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Der Einfachheit halber ist im folgenden unter einer Flüssigkeit T
nicht nur jeder tropfbare, dampf- oder gasförmige Körper; sondern auch jedes Gemisch
aus diesen Körpern@verstanden.
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. Die-Fig. i--soll die Ursache der schlechten Wirkungsweise der bisher
gebräuchlichen Düsenformen efklären, wenn eine große Energie. Umsetzung drei kleiner
Düsenlänge gefordert wird. Zu dieseln Zwecke sind 'durch A und V zwez mit Flüssigkeit
gefüllte Räume angedeutet, welche ,durch eine mit einer Öffnung versehenen Wand
'W voneinander getrennt sind. Herrscht im Raum A ein höherer Druck, als im Raum
B; so wird die Flüssigkeit aus dem Raume A in den Raum B überströmen, wobei sich
bis zum Rohrquerschnitt F die im Raume A vorhandene Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie
ve:-wandelt hat. Diese Umsetzung geht fast verlustlos vor sich, wie dies auch die
Strom= linien i, 2 und 3 zeigen, welche etwa durch in die Flüssigkeit eingeführte
Fremdkörper dem Auge sichtbar gemacht werden können: Im Raume B sollte sich der
umgekehrte Vorgang abspielen und sich die im Querschnitt F vorhandene Geschwindigkeitsenergie
in gleicher Weise in Druckenergie verwandeln, was selbstverständlich eine .zur Wandnutte
31 symmetcische Ausbildung der» Stromlinien, also nach der -Form i',* 2', voraussetzt.
Der praktische -ersuch zeigt jedoch; daß -dies nicht, der Fall ist. Der bei F vorhandene
Strahlqerschnitt vergrößert sich nur allmählich, etwa nach den Sfremlinien a, -
i", 2", 3", weshalb sich auch die Strahlgeschwindigkeit nur wenig verkleinert. Dagegen
zeigen sich seitlich des kegelförmigen Hauptstrahles die in Fig. _ . eingezeichneten
Wirbel; . welche _ die erwähnten Umsetzung'sverhuste bevvirken. Aus die.em Grunde
ist die im Punkte a vorhandene Geschwindigkeit c2
beinahe so groß,
als jene im Querschnitt F (c1), wogegen sich im Falle emer wirbellosen Energieumsetzung
die bei F `vorhandene Geschwindigkeit schon im Punkte =', auf einen wesentlich kleineren
Wert. c verringern könnte.
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Die - gezeigte geringe Verbreitung des aus der Mündung F austretenden
Strahles hat zur ,Folge, däß die Erzeugenden b einer gewöhnlich kegelförmig sich
gegen den. Austrittsquerschnitt erweiternden Düse bisheriger Bauart 'nur eine geringe
Neigung besitzen dürfen, wie dies in Fig. 2 durch den Winkel a-angegeben ist. Aus
praktischen `'ersuchen hat-sich ergeben, daß .dieser -Winkel u, etwa io° nicht überschreiten
soll. Macht man. den` Winkel größer, so stellen sich die in Fig. i angegebenen Wirbel
ein. Es läßt sich daher bei einem bestimmten Eintrittsquerschnitt f und einer »bestimmten
Düseniängel nur eine ganz.üestimmte Vergrößerung des Austrittsquerschnittes erreichen.
Eine Ver-. größerung,des Austrittsquerschnittes über den zulässigen Höchstwert hat
die erwähnten Wirbelbildungen.@ rid die, geschilderten Verluste zur Folge.
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In der vorliegenden Erfindung werden die bei starker> Vergrößerung
des 'Austrittsqueschnitten und kleiner Länge ider Ablenkungsvv`äncl auftretenden
Verluste dadurch vermieden, da ß. der: in die Düse eintretende Strahl durch eine
Ablenkungswand gezwungen wird, sich parallel zu dieser Ablenkungswand auszubreiten,
-wie dies aus Fig< .3 und q. zu -entnehmen ist. In Fig. 3 sind durch
C D und D G zwei Wände -dargestellt, * weiche auf der. Zeichenebene senkrecht
stehen und unter dem Winkel ß gegeneinander geneigt sind.- Die Stelle D, an welcher
die beiden .Wände zusammenstoßen, ist -durch eine Krümmung vom Halbmesser r abgerundet.
Fließt ein Flüssigkeitsstrahl von der Breite b längs der, Wand C D, also
irr der-X-Richfung herab, so wird -derselbe durch die Wand D Gaus dieser Richtung
abgelenkt und gezwungen,- in der Y-Richtung weiterzufliei?en. Da bei jeder Bewegung.
eines Körpers.in einer krummlinigen BahnFliehkiäfteauftreten, welcl.e senkrecht
zur Bahnkrümmung .gerichtet seid, so muß in der Umgebung der Abrundung eine große
trucksteigerung in der Flüssigkeit erfolgen. - Diese Drucksteigerung verureacht
eine
erhebliche Verbreiterung des Strahles parallel zur Ablenkungswand
D G, so daß der mit der kleinen Breite b- gegen die Ablenkungswand fließende. Strahl
von . dieser. -Wand mit der großen Breite bi abströmt, wie dies aus dem Grundriß
der Fig..4 zu ersehen ist. In-diesem. Sinne angestellte-Versuche haben gezeigt,
daß der, die Verbreiterung des Strahles bestimmende Winkel 8 (Fig. 4) um so größer
wird, je kleiner der Krümmungshalbmesser der Abrundung bei D gewählt wird. und je
mehr-sich-der Ablenkungswinkel ß (Fig. 3) einem rechten Winkel nähert. Ebenso
ergibt der Versuch.in Übereinstimmung mit der zweidimensionalen Strömungstheorie..
das Ergebnis, daß :die Oberfläche in n, (Fig. 3): eines durch eine solche Wand D
G abgelenkten. Flüssigkeitsstrahles einesanft gekrümmte Kurve bildet, deren Krrrnmungshälbrizessei
: größer ist als jener der Abrundung bei D. Es ist daher , selbstverständlich, daß
.sich auch die Wandungen eines gekrümmten Rohres einer solchennatürlichenStrömunganschließen
sollten, was. jedoch bei den 'bisher verwendeten gekrümmten Rohren nicht der Fall
ist, wie dies später an- den üblichen- Turbinensaugrohren noch genauer gezeigt werden
wird: Wird der Flüssigkeitsstrahl von der Ablenküngsy@and DG,
von der Führungswand
CD und von der dieser Fläche gegenüberliegenden.Wand m n (Vig. 3).
einesteils wie von den beiden Seitenwänden s t und u w (Fig. 4) andererseits derart
umschlossen, daß sich die Verbreitung des Strahles hauptsächlich parallel zur Ablenkungswand
C D -G
und nur in geringem .Maße oder gar nicht parallel zu den beiden
Seitenwänden vollziehen kann, so wird die strömende Flüssigkeit bei kleiner Länge
l der Ablenkungswand eine freie Oberfläche bilden, wenn der Austrittsquerschnitt
der Düse in die freie -Luft mündet, wie dies in. Fig. 3 durch m rrl 'angedeutet
ist. Läßt man dagegen den Austrittüquerschnitt der Düse unter Wasser münden, so
wird die Flüssigkeit auch den durch n m nI, angedeuteten Luftraum ausfüllen.,
weil in einem solchen Falle die in diesem R .aume.' befindliche Luft' durch die
strömende Flüssigkeit verdrängt wird. Es bildfit sich ein neuer Strömungszustand
in der Düse,, welcher durch die Füllung sämtlicher Düsenquerschnitte mit Flüssigkeit
gekennzeichnet ist. ' Die in dem Raume'n m n, befindliche Flüssigkeit wird infolge
-der Tangentiälkräfte derselben (Zähigkeit) von den in der Nähe de_ Ablenkungswand
fließenden Flüssigkeitsschichten ." mitgenommen, bis . die mit wachsender Düsenlänge
und Düsenbreite ebenfalls wachsende Bei ührungsfläche riz % (Fig, 3) zwischen den
beiden erwähnten Flüssigkeitsteilen einen solchen Geschwindigkeitsausgleich senkrecht
zur Ablenkungswand hervorbringt, daß im Düsenaustrittsquerschnitte mit praktisch
genügender Genauigkeit von einer. kor_-stänten Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit
gesprochen werden kann. Dann stellt die Linie X-Y (Fig. 3) ungefähr die mittlere
Stromlinie der Düse vor.
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'War -bei den bekannten Düsenformen nur ein Verbreitungswinkel von-
etwa .xo° zulässig, .so kann nach vorliegender Erfindung durch die Anbringung der
erwähnten Ablenkungswand der in dieser gemessene Verb:eiterungswinke] um ein Vielfaches
vergrößert werden, ohne daß die : Gefahr einer -Loslösung des Flüssigkeitsstrahles
-von den seitlichen BegrenzungsWänden der Düse vorliegt. Eine solche Loslösung.
kann -schon' au"sr dem Grunde nicht erfolgen,. weil die gewünschte Strahlverbreiterung
such- ohne Anbringung der Seitenwände, also nur durch' die Anbringung der Ablenkungswand,
erzwungen twü'd, wogegen bei. den bisher verwendeten- Düsenformen (Fig. 2) ohne.
die Anbringung von. seitlichen Begrenzungswäden eine Vergrößerung des Strahlquerschnittes
f überhaupt nichi erzielt werden kann.
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' . Die durch die Anbringung der Ablenkungswand bewirkte Verbreiterung
des Düsenaustrittsquerschnittes bedeutet jedoch andererseits eine erhebliche Vergrößerung`
desselben gegenüber dem Düseneintrittsquerschnitt,' also .eine erhebliche Abnahme
der Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse- und damit eine wirksame Umsetzung. von
Geschwindigkeit in Druck.
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. Da nach vorliegender Erfindung die Strahlverbreiterung durch die
Fliehkraft erzwungen wird, ' so inui3 die durch die Ablenkungswand bewirkte Richtungsänderung
der längs dieser Wand strömenden Flüssigkeitsschichten um so plötzlicher erfolgen,
je größer der gewünschte Strahlverbreiterungswinkel 8 .(Fig. 3) ist. Es ist demnach
zweckmäßig, bei großem Strahlverbreiterungswinkel einen kleinen Krümmungsfialbmesser
r (Fig. 3) zu wählen, um die durch die Fliehkräffe bewirkte Drucksteigerung in der
Umgebung von D zu vergrößern. 'Es unterliegt daher auch keinem Anstand, die. bei
D. vorhandene Abrundung durch eine Ecke zu erset'zen.
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Es wird zwar in der technischen Literatur vielfach die Meinung vertreten,
daß eine derartige Ecke zu Stoßverlusten Anlaß gebe, doch ist eine solche Ansicht
sowohl mit Rücksicht auf neuere Anschauungen mit Hilfe der zweidimensionalen - Strömungstheorie
als auch mit Rücksicht auf--neuere Versuchsergebnisse nicht stichhaltig. .Aus denerwähntenUntersuchungen,
welche die , gegenseitige Beeinflussung der Stromlinien berücksichtigen, folgt,:
daß in der Umgebung einer derartigen Ecke die kleinsten Geschwindigkeiten und die
größten Drücke vorhanden sind.< Es kann somit durch der= artig kleine Geschwindigkeiten,
welche in der geometrischen Ecke zogar den Wert Null erreichen, kein erheblicher
Widerstand hervorgerufen
werden. Dagegen ist eine sanfte Krümmung
jener der Ablenkungswand gegenüberliegenden Wand m n (Fig. 3) für die Verringerung
der Strömungswiderstände von großer Bedeutung. Da nach früherem .in der Um-;ebung
von D der größte Druck und ,die kleinste Geschwindigkeit herrscht, so muß umgekehrt
bei E der kleinste Druck und die ;röste Geschwindigkeit vorhanden sein. Es liegt
demnach in der Umgebung des Punktes E die Gefahr von Luftabscheidung,-Dampfbildung
und Loslösung des Flüssigkeitsstrahles vor. Derartige, den Wirkungsgrad der Energieumsetzung
schwer schädigenden Störungen - des Strömungsverlaufes kommen erfahrungsgemäß bei
den bisher verwendeten Düsenformen häufig vor, lassen sich jedoch nach vorliegender
Erfindung dadurch auf ein zulässiges Maß herabdrücken oder ganz vermeiden, das diese
Wand m n unter keinen Umständen schärfer gekrümmt ist als die Ablenkungswand,
wie dies ja auch dem natürlichen Strömungsverlauf, also ohne Beeinflussung des Strömungsvorganges
durch die Wand m n vollkommen entspricht (Fig. 3). Eine , derartige Maßnahme
verringert die Geschwindigkeit der in der Umgebung von E strömenden Flüssigkeitsschichten
und bringt dortselbst die gewünschte Drucksteigerung hervor. . Andererseits kann
infolge der Bahnkrümmung -die Verbreiterung dieser Schichten noch vor E eingeleitet
werden, was eine weitere Geschwindigkeitsverringerung derselben zur Folge hat. Demnach
ist bei einer Düse nach vorliegender Erfindung. auch die Bedingung erfüllt, wonach
der kleinste an der Ablenkungswand gemessene Krümmungshalbmesser r (Fig. 3) gleich
oder kleiner ist als der kleinste Krümmungshalbmeseer R, welcher sich an der der
Ablenkungswand gegenüberliegenden Wand befndet. Es ist dabei vorausgesetzt, das
die Krümmungshalbmesser in jener auf die Ablenkungswand senkrecht oder nahezu senkrecht
stehenden Ebene oder Fläche gemessen werden, welche durch die mittlere Stromlinie
der Düse gelegt werden kann.
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Außer den durch Fig. 2 mit gerader Mittellinie gekennzeichneten Düsenformen
werden im Wasserturbinenbau bei vertikalen Turbinen und bei geringem Gefälle auch
Saugrolirkrümmer ausgeführt, wovon die Fig. 5 und 6 ein Ausführungsbeispiel geben.
Solche Saugrohrkrünimer werden gewöhnlich in Beton hergestellt iuid besitzen einen
allmählichen Übergang von dem kreisförmigen Eintrittsquerschnitt in den rechteckigen
Austrittsquerschnitt, wie dies in Fig. 6 angegeben ist. Durch derartige Saugrohrkrümmer
wird aber der Zweck und die Wirkung der vorliegenden Erfindung wedej beabsichtigt
noch erreicht, weil eire wirksame Ausbreitung desWasserstrahles auf der Fläche C1
D1 G1 (Fig.5) durch die absichtlich groß rewählte sanfte Krümmung derselben mit
dem Halbmesser R1(Fig. 5) nicht möglich ist. Aus diesem Grunde ist auch eine große
gewählte Verbreitung b2 (Fig. 6) nicht nur zwecklos, sondern unter Umständen sogar
schädlich, weil diese zu Wirbelbildungen im erweiterten Teile des Saugrohres Anlas
geben kann. Andererseits im Gegensatz zu vorliegender Erfindung der Krümmungshalbmesser
rl (Fig. 5) der Wand in, EI n1 bei allen bekannten Krümmeraüsführungen wesentlich
kleiner als der Krümmungshalbmessec R1 der Wand Cl, Dl GI, was schon. bei geringen
Wassergeschwindigkeiten zur Luftabscheidung, Dampfbildung und Loslösung des Strahles
in der Nähe der starken Krümmung EI (Fig. 5) führt. Der bisher bei dem Bau von gekrümmten
Saugrohren mit Absicht -gewählte sanfte Übergang von 'der vertikalen Richtung in
jene- der Sohle des Kanals, welcher die angeblich auftretenden Krümmungsverluste
möglichst vermeiden soll, wurde in vorliegender Erfindung ebenfalls- mit Absicht
vermieden, weil durch eine solche Anordnung im Vereine mit der scharfen Krümmung
bei Ei große Verluste auftreten müssen..
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Die Ablenkungswand D G (Fig. 3) kann in einfacheren Fällen als Ebene
ausgebildet sein, welche im Falle einer bei D vorhandenen Abrundung in eine Zylinderfläche
übergeht, deren Erzeugende auf derzugehörigen-mittlerenStrom-Linie senkrecht stehen.
DieZufühnmgswand C D, welche die Aufgabe hat, die Flü@s-gkeit möglichst verlustlos
. zur Ablenkungswand D G zu führen,- richtet sich nach der Form des Dü: eneintrittsquerschnittes.
Ist derselbe beispielsweise rund (f1, Fig. 8), so kann- zu diesem Zwecke diese Führungsfläche
aus Teilen von Zylinder- bzw. Kegelflächen zusammengesetzt sein. Es kann sich aber
auch die, Breite b (Fig- 4) dieser Führungsfiäcfie gegen die Ablenkungswand hin
verkleinern, wodurch den theoretischen Forderungen'des Strömungsver@aufes besser
entsprochen wird. Im allgemeinen ist aber diese Fläche an einen bestimmten geometrischen
Verlauf nicht gebunden und jede Fläche als Führungsfläche geeignet, sofern die;;elbe
so verläuft, das die Flüssigkeit an derselben eine wirksame Führung findet. Das
letztereistimmerdannderFall, wenndieseWand wenigstens angenähert parallelzur Eintrittsrichfurig
X des mittleren Stroinfadens X Y verläuft, wie dies beispielswehe aus Fig. 3 zu
entnehmen ist. Durch . die aufgestellte Bedingung über die Krümmungsverhältnisse
und die Strahlverbreiterung der Düse ist auch die Form der Begrenzungswand na
E zt festgelegt, wogegen die beiden. Seitenwände s t und u--w (Fig. 4) am
einfachsten als ebene Wände ausbebildet werden, welche auf der Ablenkungswand senkrecht
stehen. Dies kann aber nur dann geschehen, wenn der Düseneintrittsquerschnitt
trapezförmig
oder dreieckig und der.Austrittsquergdhnlft rechteckig ist, Im ällgemeineri wird
sich dxlfer die Forin dieger Wandungen nach der Form-des- Düsenein- tiüd =austrittsquerschnittes
richten . müssen. Um die gewün5chte Strahlverbieiterung. zu . bew_'rken, müssen
die beiden Seitenwände gegen ' den Austrfttsquexschnitt der Düse divergieren. Da
les'elben jedoch nicht als Ablenkungswände ausgebildet werden können, so läßt sich
auch parallel Zu den -beideü Seitenwänden keine erhebliche Stralilverbreiterung
erzwingen. Es empfiehlt sich daher bei kleiner Düsenlänge, die flöhe des Ausfluß-cluenschnitfes
nicht wesentlich gegenüber der Strahlbreite B (Fig. ii) zu vergrößern. Eine durch
derartige Maßnahmen ausgebildete Düsenform ist durch Fig. 7 im Aufriß und durch-.
Fig. 8 im Grundriß dargestellt. Auch hier müssen behufs richtiger' Strahlausbreitung
die beiden Krümniungshalbmesser r und R' entweder gleich groß sein, oder es müß
der kleinere Halbmesser y der Ablenkungswand angehöre. Fig. g zeigt den als Rechteck
ausgebildeten Austrittsquerschnitt. Derselbe kann< aber auch an den Ecken abgerundet
sein (f2)` oder in. einen ovalen Querschnitt f3 übergehen, wie dies'in Pig. io angegeben
ist. Die gute Wirkungsweise einer solchen Düse bleibt auch erhalten, wenn der Austrittsquerschnitt
nicht in einer ebenen, sondern -auf einer krummen Fläche liegt. Der Grundriß der
Fig. 8 -zeigt auch einen rechteckigen Eintrittsquerschnitt. In vielen Fällen hat
jedoch der in die Düse eintretende Flüssigkeitsstrahl einen runden Querschnitt.
. Es ist 'selbstverständlich, -daß in- einem solchen Fall der in Fig. 8 gestrichelt
eingezeichnete runde Querschnitt f 1 durch eine entsprechende Ausbildung der Gehäusewanduggen
in den Rechtecksquerscbnitt der Düse übergeführt werden kann.
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Bei- der Konstruktion von Wasserturbinen und Pumpen liegt nicht. selten
infolge örtlicher undwirtschaftlicher Verhältnisse die Aufgabe vor, die Umsetzung
von Geschwindigkeit in Druck auf möglichst kurzem Wege, also bei kleiner Düsenlänge.
möglichst wirksam zu gestalten.
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So kann beispielsweise der Ausbau mancher Niederdruckwasserlo:aftanlagen
deshalb nicht in Angriff genommen werden, weil eine wirtschafdiche Ausnutzung der
Wasserenergie wegen der kostspieligen Einbauverhältnisse nichtdurchführbar erscheint.
So verlangt die Wirtschaftlichkeit des Betriebes bei Niederdruckarilagen dieVerwendung
schnellaufenderTurbinen, welche bekanntlich mit hohen Austrittsverlusten arbeiten
müssen. Gelingt es nicht, die in diesen Austrittsverlusten enthaltene Geschwindigkeitsenergie
wirksam in Druckenergie umzusetzen, oder sind zu diesem Zwecke teuere Bauten erforderlich,
so ist in den meisten Fällen der Ausbau einer solchen Anlage nicht wirtschaftlich.
Wird jedoch in einem -solchen beispielsweisen Fälle eine mit einer Ablenkungswand
versehene Düse angewendet, dessen Seitenwände gegen den Austrittsquerschnitt hin
derart divergieren, - däß die Breite des Austrittsquerschnittes b3 (Fig. iz) gleich
.oder größer ist als die Länge der' Ablenkungswand 1, so wird trotz der kleinen
Düsenlänge das Maß der Energieumsetzung so stärk &esteigert; -daß selbst bei
den größten Austrittsverlusten noch eine genügend große Umsetzung von Geschwindigkeit
in Druck und daher noch ein wirtschaftlich brauchbarer Ausbau der Wasserkraft möglich
ist.
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Die erforderliche Strahlverbreiterung läßt sich im allgemeinen ohne
Einbau von Zwischenwänden erreichen. Nur für -den Fall, daß die Breite B (Fig. ii)
des abzulenkenden Strahles groß ist, gegenüber der Länge 1 der- Ablenkungswand,
kann durch Einbau von Zwischenwänden für eine besonders starke Verbreiterung des
Strahles auch -in jenen Teilen der Düse gesorgt werden, welche der Wand
m n benachbart sind.
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' In den Fig. ii und i3 ist eine Strahlverbreiterungswand eingezeichnet,
welche der Einfachheit halber als Zylinderfläcb.e gedacht ist, deren Erzeugende
auf der Leitlinie mo no senkrecht stehen. Mit Rücksicht auf den erwähnten Umstand,
daßderStrahlverbreiterungswinkel um so größer wird, je schärfer die-Krümmung der
Ablenkungswand ist, empfiehlt es sich, den Krümmüngshalbmesser 5 (Fig. ii) derZwischenwand
kleiner zuwählen, als jenen (R), der Wand m n. Ebenso empfiehlt es sich, beim Einbau
mehrerer Zwischenwände die zugehörigen Krümmungsh albmesser gegen die Ablenkungswand
hin zu verkleinern. Der weitere Verlauf der Zwischenwand gegen den Austrittsquerschnitt
hin kann im einfachsten Falle in eine Ebene 'parallel zur Ablenkungswand übergehen,
wie dies aus Fig. ix und 13 zu entnehmen ist. In einem solchen Falle - kann die
ganze Düse auch aus einer Anzahl von Teildüsen zusammengesetzt sein, wobei sich
die einzelnen Krümmungshalbmesser der Ablenkungswände in .der erwähnten Weise gegen
die Ablenkungswand der ganzen Düse hin verkleinern.
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Im Wasserturbinenbau ist der Einbau von Zwischenwänden in gekrümmten
Turbinensaugrohren bekannt, doch erfüllen diese Wände einen anderen Zweck. Dies
geht schon aus dem Umstand hervor, daß die Saugrohrkrümmer allgemein als Kreiskrümmer
mit gleichem oder angenähert gleichem Querschnitt ausgebildet sind. Ebenso fällt
auch hier, im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung, die schärfste Krümmung mit der
größten- Wassergeschwindigkeit 'zusammen, wodurch die-Ablösung des Strahles
an
dieser Stelle schon bei kleinen Wassergeschwindigkeiten mbglich ist.- Es können
daher die in derartigen Krümmern eingebauten Zwischenwände nur ein Ablösen des Strahles
von der gekrümmten Rohrwand verhindern, keinesfalls aber eine Verbreitung des Strahles
erzwingen.
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Da die Lage der Zwischenwand auf die Geschwindigkeitsverteilung in.der
Düse von Einfiuß ist, so ist es nicht selten erwünscht, eine nachträgliche Lagenänderung
dieser Wand auf einfache Weise und ohne erhebliche Betriebsstörungen zu ermöglichen.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß diese Wand um Drehzapfen Z
(Fig. =r) drehbar angeordnet und durch Klemmvorrichtungen in der gewünschten Lage
festgehalten wird. Da der Betrag der erforderlichen Verdrehung sehr klein ist, läßt
sich ein Festklemmen der Verbreitungswand an der Düsenwand durch einen kleinen Spielraum
.zwischen den beiden leicht verhindern.
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Die in vorliegender Erfindung beschriebenen Düsenformen, von welchen
die Fig. 7 bis =3 einige Ausführungsbeispiele zeigen, können im allgemeinen überall
dort Verwendung @ finden, wo-die Umsetzung von Geschwindigkeitsenergie strömender
Flüssigkeiten in Druckenergie bei möglichst geringen Effektverltisten erwünscht
ist. Im besonderen wird die Verwendung derselben dort angebracht sein, wo die beschränkte
Baulänge die Anwendung -der bekannten Düsenformen erschwert oder unmöglich macht.
Derartige Düsen werden daher vorteilhaft als Ersatz der bisher im Wasssrturbinenbau
verwendeten konischen Saugrohre dienen, welche bekanntlich bei horizontaler Lagerung
der Turbinenweile eines Rohrkrümmers behufs Abführung des Wassers in-das Unterwasser
bedürfen, Es ist eine Erfahrungstatsache, daß sich bei der Verwendung der bisher
üblichen Rohrkrümmer mit Kreisquerschnitt nicht un= 'erhebliche Wirkungsgradverluste
der. Turbine einstellen: Der.Ersatz derartiger Rohrkrümmer durch eine nach vorliegender
Erfindung ausgebildete Düse gestattet nicht nur die erforderliche Umlenkung des
Wassers ins Unterwa: ser, sondern verhindert auch in wirksamer Weise die bei den
übUhen Krümmern mit Kreisque.-schnitt unvermeidlich auftretenden Verluste: Aber
auch bei Turbinen mit vertikaler oder geneigter Turbinervwielle bietet eine solche
Düse die Vorteile einer wirksamen Energieumsetzung bei kleiner Baulänge derselben,
was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn die Düse mit Rücksicht auf . die Einbauverhältnisse
in -Beton- ausgeführt werden muß.