DE421724C

DE421724C - Device for recovering the kinetic energy of liquids or gases when they exit machines

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Publication number: DE421724C
Application number: DEB108644D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1923-03-02
Filing date: 1923-03-02
Publication date: 1925-11-17

Description

Vorrichtung zur Rückgewinnung der kinetischen Energie von Flüssigkeiten oder Gasen beim Austritt aus Maschinen. Bei Turbinen, Pumpen, Gebläsen und ähnlichen Maschinen verläßt die Flüssigkeit (worunter hier auch Gas verstanden sein soll) vielfach die Maschine mit einer Geschwindigkeit, wrlche noch merklich kinetische Energie enthält, die nutzlos verlorengeht. Die Verhältnisse werden besonders dann sehr ungünstig, wenn große Flüssigkeitsmengen bei geringen Druckgefällen zu verarbeiten sind. Um die Maschinenabmessungen nicht zu riesenhaft werden zu lassen, muß man die Durchflußgeschwindigkeit verhältnismäßig hoch wählen. Da nämlich die Durchflußmenge gleich Durchflußquerschnitt mal Durchflußgeschwindigkeit ist, so muß man den Querschnitt und die Durchflußgeschwindigkeit der Durchflußmenge anpassen, und wenn man mit den Querschnitt sparen muß, die Geschwindigkeit entsprechend hoch wählen. Neben der mittleren Durchflußgeschwindigkeit, die als Quotient aus Menge und Querschnitt eindeutig festliegt, können noch andere Geschwindigkeitskomponenten vorlianden sein, so insbesondere Quergeschwindigkeiten, welche senkrecht zur Durchflußrichtung gerichtet sind. Die letzteren lassen sich jedoch verhältnismäßig einfach vermeiden bzw. unter teilweiser Wiedergewinnung :ler in ihnen enthaltenen Energie beseitigen. Zur Wiedergewinnung der Energie der Querbewegung sind hauptsächlich zwei Mittel bekannt: i. Leitapparate, welche die Quergeschwindigkeiten in Druck umsetzen, und 2. turbinenartige Vorrichtungen, welche die Energie der Querbewegung in mechanische Arbeit umsetzen.Device for the recovery of the kinetic energy of liquids or gases escaping from machines. For turbines, pumps, fans and the like Machine leaves the liquid (which should also be understood here as gas) often the machine at a speed that would still be noticeably kinetic Contains energy that is wasted uselessly. The circumstances become especially then very unfavorable when processing large amounts of liquid with low pressure gradients are. In order not to let the machine dimensions become too gigantic, you have to choose the flow rate relatively high. There namely the flow rate is the same as the flow cross-section times the flow velocity, you have to determine the cross-section and adjust the flow rate to the flow rate, and if you use the Must save cross-section, choose the speed accordingly high. In addition to the mean flow rate, which is clearly expressed as the quotient of quantity and cross-section is fixed, there may be other speed components, in particular Transverse velocities which are directed perpendicular to the direction of flow. the the latter, however, can be avoided relatively easily or to some extent Recovery: Eliminate the energy contained in them. For recovery The energy of the transverse motion is mainly known to have two means: i. Control apparatus, which convert the transverse velocities into pressure, and 2. turbine-like devices, which convert the energy of the transverse movement into mechanical work.

Wesentlich schwieriger liegen die Verhältnisse bezüglich der Durchflußgeschwindigkeit. Sie ist, wie bereits erwähnt, bei gegebener Durchflußmenge durch den Durchflußquerschnitt bestimmt. Wenn man sie erniedrigen will, so muß man daher stets gleichzeitig den Querschnitt erweitern. Das Verfahren, das jetzt üblich ist, die Energie der Durchflußgeschwindigkeit wiederzugewinnen, besteht darin, daß man den Durchflußquerschnitt allmählich erweitert, wobei sich die Durchflußgeschwindigkeit in Druck umsetzt. Dieses Verfahren erfordert jedoch unangenehm große Baulänge der sich erweiternden Leitungsstrecke (Diffusor), da die Erweiterung nur sehr allmählich vor sich gehen darf, wenn die Umsetzung der kinetischen Energie in Druck mit einigermaßen brauchbarem Wirkungsgrad vor sich gehen soll.The conditions with regard to the flow rate are much more difficult. As already mentioned, it is through the flow cross-section for a given flow rate certainly. If one wants to humiliate them, one must always do the at the same time Expand cross-section. The procedure that is now in use is the energy of the flow rate to recover consists in gradually widening the flow area, whereby the flow rate is converted into pressure. This However, the method requires an uncomfortably large overall length of the expanding line route (Diffuser), since the expansion can only take place very gradually if the Conversion of the kinetic energy into pressure with reasonably usable efficiency should go on.

Nach der vorliegenden Erfindung soll die Baulänge eines solchen Diffusors dadurch wesentlich verkürzt werden, daß in dem Diffusor eine Hilfsvorrichtung angeordnet wird, welche der Flüssigkeit Energie entzieht und in nutzbare mechanische Arbeit verwandelt (Turbine, Windrad). Es ist natürlich bekannt, einer Flüssigkeit durch turbinenartige Vorrichtungen Energie zu entziehen. Aber dabei handelt es sich im wesentlichen immer um Energie, welche entweder in Form von Druck oder in Form von tangentialer Geschwindigkeit vorhanden ist. Die Verwertung der Energie der achsialen Geschwindigkeit bietet die Schwierigkeit, daß mit ihr eine Vergrößerung des Durchfitißquerschiiittes verbunden sein muß, die sich im allgemeinen innerhalb der geringen Länge eines Turbinenlaufrades nur in geringem :Maße erreichen läßt, auch zu unangenehm großen Laufradabmessungen führt. Es ist daher üblich, die Achsialenergie durch die erwähnten Diffusoren in Druck umzusetzen, der sich bequem verwerten läßt. Das Wesentliche der vorliegenden Erfindung ist nun eine solche Anordnung, daß die Querschnittserweiterung zwar ebenfalls in einem Difiusor stattfindet, daß aber durch die Einwirkung eines Energie entziehenden Organes die Kaulänge des Diffusors wesentlich verkürzt werden kann.According to the present invention, the overall length of such a diffuser can be significantly shortened in that an auxiliary device is arranged in the diffuser which extracts energy from the liquid and converts it into usable mechanical work transformed (turbine, wind turbine). It is of course known to pass through a liquid turbine-like devices to extract energy. But that is what the essentially always about energy, which either in the form of pressure or in the form of tangential velocity is present. Utilizing the energy of the axial The difficulty with speed is that it increases the flow cross-section must be connected, which is generally within the short length of a turbine runner only to a small extent: can achieve dimensions, even too uncomfortably large impeller dimensions leads. It is therefore customary to pass the axial energy through the diffusers mentioned in Implement pressure that can be easily utilized. The essence of the present The invention is now such an arrangement that the cross-sectional expansion also takes place in a difiusor, but that by the action of an energy withdrawing Organ the chewing length of the diffuser can be shortened significantly.

Der Grundgedanke, welcher der Erfindung zugrunde liegt, ist folgender: Wenn z. B. Luft mit einer gewissen Geschwindigkeit gegen ein Windrad strömt, das ihm Energie entzieht, so ist die Geschwindigkeit der Luft hinter dem Windrad kleiner als davor, der Querschnitt des Luftstromes erweitert sich (Abb. i. Die umgekehrte Erscheinung ist bei Propellern unter dem Namen Strahlkontraktion bekannt). Denkt man sich das Windrad von einer Rohrleitung umschlossen, deren Querschnitte sich gerade dem Verlauf der Stromlinien anpassen, so wird an der ganzen Strömung nichts geändert. Man kann daher bei geeigneter Bemessung des Windrades ziemlich rasch sich erweiternde Rohre verwenden, ohne auf die Flüssigkeit einen Zwang auszuüben und ohne daher das sonst eintretende Abreißen der Strömung von den Rohrwänden befürchten zu müssen. Man erkennt aus dieser Überlegung, daß durch geeignete Anordnung von Vorrichtungen, welche der Flüssigkeit Energie entziehen, in erweiterten Rohrleitungen die Erweiterung wesentlich rascher vor sich gehen kann als ohne diese Vorrichtung.The basic idea on which the invention is based is as follows: If z. B. Air flows at a certain speed against a wind turbine that withdraws energy from it, the speed of the air behind the wind turbine is lower than before, the cross-section of the air flow widens (Fig. i. The reverse This phenomenon is known as jet contraction in propellers). Thinks the wind turbine is enclosed by a pipeline, the cross-sections of which are different just adapt to the course of the streamlines, nothing will happen to the whole flow changed. With a suitable dimensioning of the windmill, you can get yourself quite quickly use expanding tubes without forcing the liquid and therefore without fear of the otherwise occurring tearing of the flow from the pipe walls to have to. It can be seen from this consideration that by a suitable arrangement of Devices that extract energy from the liquid in expanded pipelines the expansion can take place much more quickly than without this device.

Da beim gewöhnlichen Windrad die Querschnittserweiterung ohne Mitwirkung von Führungswänden erzielt wird, so ist einleuchtend, daß bei Verwendung solcher Energie entziehender Vorrichtungen die den Flüssigkeitsstrom begrenzenden Wände auch ganz oder teilweise fehlen können.Since with the ordinary wind turbine the cross-section expansion without involvement is achieved by guide walls, it is evident that when using such Energy-extracting devices the walls limiting the flow of liquid can also be completely or partially missing.

Von besonderer Bedeutung wird der Energierückgewinn dann, wenn es sich darum handelt, Flüssigkeiten bzw. Gase in Bewegung zu setzen, ohne nennenswerte Druckunterschiede zu überwinden. Ein typisches Beispiel hierfür sind die bekannten Tischventilatoren. Hier wird nahezu die gesamte Arbeit zur Erzeugung von kinetischer Energie verbraucht. Die Anordnung kann hier einfach so getroffen werden, daß auf der einen Seite des Motors ein Ventilator, auf der entgegengesetzten ein Windrad angeordnet ist (Abb. z), wobei der Ventilator die Luft über den Motor hinweg nach dem Windrad drückt. Die Luft kann dabei durch ein geeignet geformtes Rohr (Abb. s) geführt werden. Dieses Rohr kann aber auch fehlen.The energy recovery is of particular importance when it It is about setting liquids or gases in motion without significant Overcoming pressure differences. A typical example of this are the well-known Table fans. This is where almost all of the work on generating kinetic Energy consumed. The arrangement can be made here simply so that on a fan on one side of the motor and a wind turbine on the opposite side is arranged (Fig. z), with the fan following the air over the motor pushes the wind turbine. The air can pass through a suitably shaped tube (Fig. s). However, this tube can also be missing.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for the recovery of the kinetic energy of liquids or gases when leaving machines, characterized in that a turbine-like device is built in front of the exit, which extracts energy from the liquid (gas), while both in front of and behind the flow cross-section expands . Device as in claim i, further characterized in that in the part of the conduit in which the cross-sectional enlargement takes place, the delimiting walls are wholly or partially absent. Device as in claims t and 2 for fans or screw pumps, characterized in that a fan (a screw pump) is arranged on one side of a motor and a wind turbine (a turbine) is arranged on the opposite side.