DE319780C - Vorrichtung zur Umsetzung der Geschwindigkeit in Druck bei tropfbaren, dampf- oder gasfoermigen Fluessigkeiten - Google Patents

Vorrichtung zur Umsetzung der Geschwindigkeit in Druck bei tropfbaren, dampf- oder gasfoermigen Fluessigkeiten

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DE319780C
DE319780C DE1915319780D DE319780DD DE319780C DE 319780 C DE319780 C DE 319780C DE 1915319780 D DE1915319780 D DE 1915319780D DE 319780D D DE319780D D DE 319780DD DE 319780 C DE319780 C DE 319780C
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    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
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    • F03B11/02Casings
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • . 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.
  • 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.
  • 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.
  • '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.
  • ' . 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.
  • . 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.
  • 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.
  • 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..
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ' 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (1)

  1. PATENT-AN SPRÜCRE x. Vorrichtung .zur. Umsetzung von Geschwindigkeit - in., Drück.. bei tropfbaren, dampf- oder gasförmigen Flüssigkeiten,, dadurch gekennzeictäet, daß . sie eine zur Eintrittsrichtung (X)- des mittleren gtronifadens (X Y, Fig. 3) wenigstens angenähert parallele Führungswand (CD) und eine zu dieser Wand geneigte Ablenkungswand (D G, Fig. 3, 7 und ix) aufweist, welch letztere den Flüssigkeitsstrahl; aus seiner- ursprünglichen Stromrichtung (X) ablenkt -und verbreitert, wobei" der kleinste ari der. Ablenkungswand gemessene.Krü.-nmungshalbmesser (r) gleich: oder. kleiner ist als der kleinste Krümmungshalbmesser (R); welche sich an einer der Ablenkungswand gegenüberliegenden Wand-(m n). der Vorrichtung befindet, um durch die erzwungene 'Verbreiterung des Flüssigkeitsstrahles parallel zur Ablenkungswand eine wirksame. Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck zu .erzielen. a. Vorrichtung zur -Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck. nach Anspruch =, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Ablenkungswand (Z, : Fig. Ix 'und 1a) gleich oder kleiner ist als die Breitenabmessung (b3, Fig. =3) des' Düsenaustrittsquerschnittes, um bei kleiner Länge dieser. Ablenkungswand eine große.Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck zü erzielen. 3. Vorrichtung, zur Umsetzung von Geschwindigkeit-, in Druck nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mindestens eine#Zwischenwand (mo na, Fig. -xa) besitzt,. derart, daß Düsen gebildet werden,' wobei in jeder solchen Düse der kleinste an der.Ablenkungswand gemessene Krümmungshalbmesser gleich oder kleiner ist als der kleinste Krümmungshalbmesser,- welcher sich an der der Ablenkungswand gegenüberliegenden Wand befindet. q.. Vorrichtung zur Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck nach- Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Zwischenwand (m. na, Fig. z=) an den Gehäusewandungen der Düse verstellbar befestigt ist.
DE1915319780D 1915-04-09 1915-04-09 Vorrichtung zur Umsetzung der Geschwindigkeit in Druck bei tropfbaren, dampf- oder gasfoermigen Fluessigkeiten Expired DE319780C (de)

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DE1915319780D Expired DE319780C (de) 1915-04-09 1915-04-09 Vorrichtung zur Umsetzung der Geschwindigkeit in Druck bei tropfbaren, dampf- oder gasfoermigen Fluessigkeiten

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