DE353695C - Rohrkruemmer - Google Patents

Description

Die- Erfindung· betrifft einen Rohrkrümmer mit veränderlichem Rohrquerschnitt, bei welchem die Krütnimerweiten gegen die Stellen der schärfsten Rohrkrütnmung stetig in der Weise zunehmen, daß jeder Rohrquerschnitt aus zwei wenigstens angenäherten Kreisabschnitten mit stetig veränderlichen Krümmungshalbmessern und aus einer dazwischenliegenden Trapezfläche besteht, deren Höhe sich bis zu den Stellen der schärfsten Rohrkrümmung stetig vergrößert. In einfacheren Fällen kann die dazwischen geschaltete Trapezfläche durch eine Rechtecksfläche ersetzt werden.

Ein solcher Krümmer bezweckt, die Richtungablenkung eines in einer Rohrleitung strömenden Flüssigkeits- oder Gasstromes möglichst verlustlos zu gestalten und im Bedarfsfälle noch eine Umsetzung von Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie zu ermöglichen. Die bisher üblichen Kreiskrümmer vollführen diese Aufgabe nur in unvollkommener Weise, weil der wirkliche Strömungszustand in einem solchen Krümmer den üblichen theoretischen Voraussetzungen keinesfalls entspricht. Es sind zwar auch Krümmer mit veränderlichem Rohrquerschnitt ,bekannt. Da dieselben aber auf die Verluste, welche eine Flüssigkeit durch ihre Gestaltänderung erleidet, keine Rücksicht nehmen, so entsprechen sie den gestellten Anforderungen auch nur unvollkommen. Durch die Erfindung werden diese Nachteile vermieden, indem einesteils durch eine entsprechende Rohrkrümmung für einen möglichst gleichmäßigen Geschwindigkeitsverlauf gesorgt wird und andererseits durch eine besondere Formgebung der Krütnmerquerschnitte auf einen kleinen Gestaltänderungswiderstand der Flüssigkeit oder des Gases (Dampfes) hingearbeitet wird. Die erzielten Vorteile liegen hauptsächlich in der Verringerung· der Widerstandsverluste eines solchen Krümmers, in der geringeren Baulänge und in der verhältnismäßig einfachen Herstellungsweise desselben.

In der Zeichnung ist die Einrichtung und Wirkungsweise des Erfinidiungsgegenstandes an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Abb. ι stellt den senkrechten Schnitt durch einen Krümmer vor, dessen Formgebung durch die in Abb. 2 angegebenen Krümmerquerschnitte angedeutet ist. Abb. 3 und 4 geben ein anderes Ausführungsbeispiel eines derartigen Krümmers in der gleichen Darstellungsweise an. AbIb. 5 stellt den senkrechten Schnitt eines Krümmers vor, dessen Begrenzungswände durch Schraffierung in der üblichen Darstellungsweise hervorgehoben sind, und Abb. 6 zeigt einige Krümmerquerschnitte.

In alle» diesen Ausführungsbeiispiden ist vorausgesetzt, daß die mittlere Stromlinie ss (Abb. 1) des Krümmers eben gekrümmt ist und somit in ihrer wahren Länge in die gezeichneten senkrechten Schnitte fällt. Es liegt sonach die !mittlere Stromlinie auch gleichzeitig in der Bildebene der gezeichneten Schnittabbildungen. Die in Abb. 2, 4 und 6 gezeichneten Krümmerschnitte W₁ bis W₄, sind ebene Schnitte, welche auf der Bildebene und auf der jeweils schwächer gekrümmten Wandschnittkurve a-b (Albb. 1) senkrecht stehen. In der senkrechten Projektion erscheinen demnach diese Schnitte ate gerade Linien W₁, W₂ usw., die in der Folge als »Krümmerweiten« bezeichnet werden sollen. Ein möglichst gleichmäßiger Geschwindigkeitsverlauf wird erzielt, wenn die jeweiligen Krümmerweiten den jeweiligen hydraulischen Drücken angepaßt werden. Dort, wo in einem und demselben Querschnitt große Pressungs-

unterschiede zu erwarten sind, ist durch eine große Krümmerweite dafür zu sorgen, daß jede erhebliche Beschleunigung der strömenden Flüssigkeitsmasse beim Durchfluß durch diesen Querschnitt vermieden wende. Abgesehen davon, daß große Geschwindigkeiten auch große Widerstände verursachen, hat jede Geschwindigkeitssteigerung strömender Flüssigkeiten noch den Nachteil, daß eine nachträgliche Verzögerung des Geschwindigkeitsverlaufes unter Umständen mit uneinbringlichen Wirbelverlusten verbunden sein kann. Nicht unerhebliche Verluste entstehen durch unrichtige Form veränderung der bisher üibliehen Krümmerquerschnitte. Der Übergang von der geometrischen Form des einen Krümmerquerschnittes in den Nach'barkrümimerquerschnitt soll so erfolgen, daß die geometrische Grundgestalt dieser Querschnitte erhalten bleibt. Ist das nicht der Fall, so erleidet die Flüssigkeit erhebliche Gestaltsänderungsveriluste, die nicht mehr zurückgenommen werden können. Selbstverständlich muß sowohl die Forderung einer zweckmäßigen Geschwindigkeitsverteilung als auch jene eines geringen Gestaltsänderungsverlustes gleichzeitig erfüllt sein. So ist beispielsweise beim Kreiskrümmer keine dieser Forderungen erfüllt, obwohl er scheinbar infolge des konstanten Rohrquerschnittes einen Meinen Gestaltsänderungsverlust aufweisen müßte. Infolge der unrichtigen Geschwindigkeitsverteilung wird er aber von ausgebreiteten Wirbelräumen durchzogen, so daß von einer geometrischen Ähnlichkeit der wirklichen Strömungsquerschnitte nicht gesprochen werden kann.

Nach den hier kurz angedeuteten theoretischen Grundlagen sind die in den Attsführungsbeispielen dargestellten Krümmerformen entworfen.

In Abb. ι bedeuten a-b und c-d die in der Bildebene liegenden Krümmerschnittlinien. Im allgemeinen genügt es, der Schnittlinie a-b einen hyperbolischen Verlauf zu geben und idie Schnittlinie c-d so zu entwerfen', daß eine stetige Zunahme der Krümmerweiten gegen die Stellen der schärfsten Rohrkrümmung stattfindet. Wie aus Abb. 1 ersichtlich, liegt die Stelle der schärfsten Rohrkrümmung bei A, da an keiner anderen Stelle der beiden Krümmerschnittlinien ein kleinerer Krümmungshalbmesser als der unit ρ bezeichnete vorhanden ist. Die mit a-b bezeichnete Krümmerschnittlinie ist schwächer gekrümmt. Es gibt diese daher nach früherem die Richtung eines durch A geführten Krümmerschnittes an. . Legt man durch A eine Ebene, welche sowohl auf der Bildebene als auch auf der schwächer gekrümmten Schnittlinie a-b senkrecht steht, so muß nach der Er-' findung der erhaltene Krümmerquerschnitt f., ; (Abb. 2) die größte Krümmerweite W₂ besitzen. Alle übrigen Krümmer weiten, welche vom Krümmereintrittsquerschnitt f₀ bis zum Querschnitt f_s durchflossen werden, müssen sich bis zu diesem Querschnitte stetig vergrößern und von. da an zum Austrittsquerschnitt hin sich wieder stetig verkleinern. Es besitzt daher nach Abb. 1 und 2 ein zwi- \ sehen f₀ und f., liegender Querschnitt f₁ eine. : größere Krümimerweite als beim Eintritts- ! querschnitt Z₀. Der Querschnitt f_t hat aber ! wieder eine kleinere Krümmerweite als f₂. j Aber nicht nur die Krümmerweite, sondern auch die geometrische Form dieser Ouerschnitte ist nach der Erfindung auf die gute ; Wirkung des Krümmers maßgebend. Nach j- der Angabe des Erfinders hat sich durch Versuche ergeben, d'aß ein aus zwei Kreisj abschnitten und einer Trapezfläche zusammengesetzter Krümmerquerschnitt f_%, f.₂ und f_s (Abb. 2) besondere Vorteile' bietet. Dabei bedarf es wohl keiner besonderen Begründung, daß es sich hier nicht um die strenge Einhaltimg dieser Flächen kn Sinne der Geometrie handelt, sondern daß auch kreisähnliche und trapezähnliche Formen Verwendung finden können, falls durch diese Formen wenigstens das Wesen obiger Anforderungen erfüllt wird. Ist, wie aus Abb. 1 und 2 ersichtlich, ein kreisförmiger Ein- bzw. Austrittsquerschnitt f₀ ibzw. f_t vorgesehen, so muß nach der Erfindung bei /₂ nicht nur die größte Krümmerweite, sondern auch die größte Höhe h₂ des zwischen den beiden Kreisabschnitten liegenden Trapezes vorhanden sein und diese Höhe gegen den Ein- bzw. Austrittsquerschnitt stetig auf ο albnehmen, wie dies auch die Krümmerschnitte nach Abb. 2 zeigen.

In einfacheren Fällen genügt es, sowohl den Flächeninhalt als auch die Halbmesser der in einem beliebigen Krümmerschnitte vorhandenen Kreisabschnitte gleich groß zu machen, wie dies im Ausführungsbeispiele nach Abb. 3 und 4 angedeutet ist.

Durch f₀, Z₁, f., bzw. W₀, W₁, W_% sind wieder die nach dem geschilderten Verfahren bestimmten Krümmerschnitte bzw. Krümmerweiten dargestellt, und es ist aus Abb. 4 zu entnehmen, daß in jedem Krümmerschnitte die Bedingung gleieher Halbmesser der Kreisabschnitte erfüllt ist. Daß durch die Flächengleichheit der beiden Kreisabschnitte die trapezförmige Zwischenfläche in eine Rechtecksfläche übergeht, ist ebenfalls aus Abb. 4 zu entnehmen. Selbstverständlich braucht jedoch die Bedingung gleichen Flächeninhaltes und gleicher Halbmesser der Kreisabschnitte nur auf dem ins Auge gefaßten Krümmerquerschnitt, z. B. f₂, er-

füllt zu sein. Es ist aber nicht erforderlich, daß in einem anderen Krümmerschnitt, z. B. f₃, die Größe dieser Flächen und deren Halbmesser mit den ursprünglich ins Auge gefaßten Größen übereinstimmt. Derartige Krümmer werden daher zweckmäßig· überall dort Verwendung finden, wo eine Ab- oder Zuleitung der Flüssigkeit durch oval form ige Rohre gewünscht wird. Ist/„ derEintrittsquerschnitt, dann läßt sich durch derartige Krümmer eine Geschwindigkeitsverminderung der aus fi austretenden Flüssigkeit erzielen, falls der kreisförmige Eintrittsquerschnitt f₀ in der geschilderten Weise in den ovalförmigen Austrittsquerschnitt f_i übergeführt wird. Derartige Krümmer können auch im Wasserturbinen- und Pumpenbau als Ensatz der üblichen Kreiskrümmer vorteilhaft verwendet werden, kurz überall dort, wo eine mögilicbst verlustlose Energieumsetzung von Geschwindigkeit in Druck gewünscht wird. Das gleiche gilt auch von einem nach Abb. 1 und 2 ausgebildeten Krümmer, falls die Strömung in der Richtung· des größeren Krümmeraustrittsquerschnittes /₄ erfolgt.

Handelt es sich aber hauptsächlich um eine möglichst verlustlose Umllenkung des Flüssigkeitsstromes, was bei gleichen Krümimerein- und -austrittsquerschnitten immer der Fall 3<J ist, so wird man sich vorteilhaft mit einer nach Abb. 5 und 6 ausgebildeten Krümmerform begnügen. Bei diesen Formen wurde das Strömungsbild noch in der Weise vereinfacht, daß; sowohl die Kreisabschnitte als auch deren Halbmesser in allen Krümmerquerschnitten die gleiche Größe besitzen. Ist außerdem noch der Krümmerein- und -austrittsquerschnitt eine Kreisfläche, wie dies mit Rücksicht auf den gebräuchlichsten Fall im Ausführungsbeispiel nach Abb. 5 und 6 angenommen ist, dann müssen natürlich die Kreisabschnitte in flächengleiche Halbkreisflächen übergehen, da ja im Ein- und Austrittsquerschnitt das eingeschaltete Rechteck die j Höhe ο hat. Da aber nach der Voraussetzung ι den einzelnen Krümmerschnitten nur flächen- j gleiche Halbkreise zugeordnet werden, so ; haben alle dazwischen geschalteten Rechteck- | flächen die konstante Breite W₀, die dem Ein- · und Austrittsdurchmesser des Krümmers entspricht CAbb. S und 6). Die Höhe dieser Rechteckfläche muß nach der Erfindung gegen die Stelle der schärfsten Rohrkrümmung A zunehmen, wie dies auch aus den Abb. 5 und 6 ! ersichtlich ist. ;

Eine weitere Vereinfachung läßt sich er- ! zielen, wenn die hyperbelartige Wandbegrenzungskurve a-b durch einen Kreisbogen er- ^; setzt wird, was ohne besondere Nachteile bei allen nach der Erfindung durchgebildeten Rohrkrümmern geschehen kann. Auch im Aueführungsbeispiel nach Abb. 5 und 6 ist diese Vereinfachung .durchgeführt. Ebenso kann auch die gegenüberliegende Begrenzungskurve c-d ohne besondere Nachteile aus geraden Linien und Kreisbögen zusammengesetzt werden, wie dies Abb. 5 zeigt. Als Ort der stärksten Krümmung wird dann sinngemäß der Halbierungspunkt A (Abb. 5) des Kreisbogens anzusehen sein.

Ein nach der Erfindung ausgebildeter Rohrkrümmer .kann nicht nur zur Umlenkung und Energieumsetziung von· Flüssigkeiten, sondern auch von Gasen, Dämpfen und von Gemischen dieser Arbeitsmittel vorteilhaft verwendet werden.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Rohrkrümmer mit veränderlichem Rohrquerschnitt, dadurch gekennzeichnet, 8c daß der kleinste Krümmungshalbmesser, gemessen an der konvexen Krümmererzeugenden {a-l·, Abb. i, 3 und 5), wenigstens gleich oder größer ist als der doppelte Betrag¹ des kleinsten, an der konkaven Seite der gegenüberliegenden Krümmererzeugenden (c-d, Abb. 1, 3 und 5) gemessenen Krümmungshalbmessers, und daß die Krümmerweiten (W, Abb. ι bis 6) gegen die Stellen der schärfsten Rohrkrümmung (A) stetig in der Weise zunehmen, daß jeder Rohrquerschnitt (f) aus zwei wenigstens angenäherten Kreisabschnitten mit stetig veränderlichem Krümmungshalbmesser und aus einer dazwischenliegenden Trapezfläche besteht, deren Höhe (h) sich bis ztt den Stellen der schärfsten Rohrkrümmung stetig vergrößert.
2. 2. Rohrkrümmer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kreisabschnitte eines Krümmerschnittes den gleichen Flächeninhalt und den gleichen Krümmungshalbmesser besitzen, so daß die dazwischenliegenden Trapezflächen in Rechtecksflächen übergehen.
3. 3. Rohrkrümmer nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kreisabschnitte in allen Krümmerschnitten den gleichen Flächeninhalt und den gleichen Krümmungshalbmesser besitzen wie der kreisförmige Krümmereintrittsquerschnitt, so daß die dazwischenliegende Rechtecksfläche nur in ihrer Höhe (h) gegen die Stellen der schärfsten Rohrkrümmung (A) hin zunimmt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.