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Zusammengesetzte Verdichtungsdüse. Der Wirkungsgrad von Verdichtungsdüsen,
auch Diffusoren genannt, die dazu bestimmt sind, die Geschwindigkeit von Gasen und
Flüssigkeiten in Druck zu verwandeln, und die meist aus einem kegeligen, allmählich
sich erweiternden Rohr bestehen, ist nur dann günstig, wenn der Öffnungswinkel der
Düse, das ist der Winkel, der von zwei im Durchmesser einander gegenüberliegenden
Mantellinien des Rohres eingeschlossen wird, verhältnismäßig klein ist, gewöhnlich
i o'. Die Größe des Winkels schwankt ein wenig, je nach dem Mittel, dessen Geschwindigkeit
oder der Form der Düsenquerschnitte. Bei zu großen Winkeln hebt sich das durchfließende
Mittel von den Wänden der Diffusoren ab, und der Wirkungsgrad wird schlechter.
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Wenn es sich nun darum handelt, eine sehr bedeutende, in Druck umzuwandelnde
Differenz der Geschwindigkeiten am Eintritts-und Austrittsende des Diffusors zu
behandeln, dann ist man genötigt, bei Beibehaltung eines Öffnungswinkels von io°
sehr lange Diffusoren zu verwenden. In vielen Fällen ist aber die Verwendung von
langen Diffusoren umständlich oder sogar unmöglich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Düse zu schaffen,
deren gesamter Öffnungswinkel unter Erzielung einer bedeutend kleineren Länge der
Düse zum Zwecke der Ermöglichung größerer Geschwindigkeitsdifferenzen zwar bedeutend
größer ist als etwa io°, ohne aber eine Verschlechterung des Wirkungsgrades zu ergeben,
und diese Aufgabe ist im Sinne der Erfindung durch eine mehrzellige Verdichtungsdüse
gelöst, deren Eigenart darin liegt, daß jedes einer Mehrzahl von zu einem Ganzen
zusammengebauten Elementen mit seinen vom Eintritts- bis Austrittsende verlaufenden
Begrenzungswänden einen gleichbleibenden Öffnungswinkel (von etwa io°) umschließt.
Dadurch wird eine Düse erhalten, deren gesamter Öffnungswinkel bedeutend größer
ist als ein solcher, der für eine bestimmte Flüssigkeit einen normalen Wirkungsgrad
ergeben würde.
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Die Abb. i und z stellen in Längsschnitt und in Stirnansicht einen
Diffusor üblicher Bauart dar, der aus einem einzigen Rohr quadratischen Querschnittes
besteht, mit einem Öffnungswinkel von i o'.
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Das zu verdichtende Mittel strömt bei a mit einer gewissen Geschwindigkeit
und einem bestimmten Druck in Richtung des Pfeiles /l ein. Es strömt bei b mit einer
kleineren Geschwindigkeit, aber mit einem größeren Druck in Richtung des Pfeiles
f= aus.
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Die Abb.3 und q. sind Darstellungen einer Verdichtungsdüse nach vorliegender
Erfindung, die aus vier aneinandergebauten Elementen zusammengesetzt ist. Jedes
Element hat einen viereckigen Querschnitt. Der gesamte Eingangsquerschnitt aller
Elemente, bei c, ist der gleiche wie der Eingangsquerschnitt des in Abb. i und z
dargestellten Diffusors. Der gesamte Ausgangsquerschnitt der vier Elemente, bei
d, ist ebenfalls derselbe wie derjenige des Diffusors nach Abb. i. Der Öffnungswinkel
eines jeden Elementes ist hier auch io°. Der Wirkungsgrad wird also ungefähr derselbe
bleiben, trotzdem die Gesamtlänge des Diffusors ungefähr die Hälfte des in Abb.
i und a dargestellten Diffusors ausmacht.
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Die Abb.5 und 6 stellen im Längsschnitt und in Stirnansicht einen
Diffusor dar, der aus 16 aneinandergebauten Elementen besteht. Jedes Element hat
einen viereckigen Querschnitt. Der gesamte Eingangsquerschnitt der 16 Röhren, bei
e, und der gesamte Ausgangsquerschnitt, bei g, sind gleich den entsprechenden
Querschnitten
des in Abb. i und 2 dargestellten Diffusors. Der Öffnungswinkel eines jeden Elementes
ist io°. Der Wirkungsgrad wird also wiederum annähernd derselbe sein wie bei dem
erst dargestellten Diffusor, die Länge aber ungefähr ein Viertel.
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In den Abb. 3 bis 6 ist der Schnitt eines jeden Diffusorelementes
viereckig. Man ist aber so wenig an diese Form gebunden, als an diejenige der dargestellten
äußeren Umhüllungen des Diffusors.
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Man könnte z. B. auch, wie es in den Abb. 7 und 8 dargestellt ist,
Diffusorenelemente konzentrisch um ein mittleres anordnen. In den erwähnten Abbildungen
sind um ein rundes Element i, das aus einem konischen, mit etwa io° öffnungswinkel
sich erweiterndem Rohr gebildet ist, zwei andere Diffusorenelemente konzentrisch
angeordnet. Beide haben als Schnitt, senkrecht zu ihrer Achse, einen Kreisring,
der vom Eingang bis zum Ausgang des Diffusors immer größer wird. Diese zwei Elemente
sind mit h und f
bezeichnet. Die äußeren Hüllen des letzteren Elementes
bilden zugleich die äußere Umhüllung der gesamten Verdichtungsdüse. Es sind Verstrebungen
k vorgesehen, um die verschiedenen Röhren miteinander zu verbinden und so dem Ganzen
die notwendige Steifheit zu verleihen.
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In Abb.9 und io ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verdichtungsdüse
nach der Erfindung dargestellt. Ihre äußere Umhüllung ist ebenfalls ein sich erweiterndes
Rohr. Die einzelnen Elemente werden aber dadurch gebildet, daß man einen dünnen
Körper, z. B. Blech, zu einer konischen Spirale windet, wobei beachtet werden muß,
daß zwischen je zwei einander gegenüberliegenden Erzeugenden der Wände ein Winkel
von i o' beibehalten werde. Die äußere Umhüllung ist auf sich selbst zurückgeführt,
um annähernd ein rundes Ganzes zu bilden. Für diese Umhüllung könnte man auch ein
konisches Rohr vorsehen, in welchem die Spirale aufgebaut würde.
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Im vorliegenden Falle ist die Verdichtungsdüse auch aus einer Zusammensetzung
von Diffusorenelementen gebildet. Diese haben annähernd rechtwinkligen Querschnitt
und sind, nebeneinandergestellt, längs einer Spirale befestigt. Sämtliche aneinanderstoßenden
Querwände sind aber weggelassen und allein diejenigen Wandungen beibehalten worden,
die mit der Spirale in Berührung gekommen sind. Die Abb. i i und 12 stellen ein
Beispiel eines zusammengesetzten Diffusors dar, das als Saugrohr für Wasserturbinen
Verwendung finden kann. Das Zentrum der Spirale ist durch eine senkrechte Säule
p gebildet, die auf dem Boden r des Unterwasserkanals aufgestellt ist. Sie ist bis
zum obersten Ende s der Spirale geführt. Die Spirale selbst ist durch zwei Bleche
v, w gebildet, die ineinandergewunden und die an der äußeren Umhüllung, welche gewöhnlich
aus Beton besteht, angeschlossen sind.
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Die Erfindung erlaubt nicht nur Diffusoren zu schaffen, die trotz
ihrer kleinen Abmessungen einen guten Wirkungsgrad aufweisen, sondern sie gestattet
auch Diffusorenelemente zu verwenden mit kleinen Winkeln, d.h. solche, die bei der
Umwandlung der Geschwindigkeit des Mittels in Druck gute Wirkungsgrade aufweisen,
ohne daß es dabei notwendig ist, zu unverhältnismäßig langen Röhren zu greifen.
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Die Erfindung kann vorteilhaft verwendet werden, z. B. am Auspuff
von Explosionsmotoren, wo mit einem solchen Diffusor die Geschwindigkeit der Auspuffgase
in einen Unterdruck am Eingang des Diffusors verwandelt werden kann, um die Zylinder
von Verbrennungsgasen zu befreien und entweder frisches Gemisch oder Spülluft einzusaugen.
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Man kann auch diese zusammengesetzten Diffusoren verwenden, um die
Saugrohre von Überdruckwasserturbinen zu ersetzen.