-
Strahlapparat mit im Nischraum kreisendem Treibmittel Die gebräuchlichsten
Strahlapparate, wie Injektoren, beruhen auf dem Prinzip, daß ein aus einem engen
Rohr in ein weiteres strörnender Strahl eines flüssigen oder gasförmigen Treibmittels
durch Verminderung der Geschwindigkeit im erweiterten Rohrquerschnitt an das den
Strahl umgebende Fördergut ,getriebener Mittel Energie abgibt. Durch die direkte
Berührung des Primärstrahles mit dem langsameren Sekundärstrahl erfolgt die Energieübertragung
sozusogen plötzlich und ist infolgedessen mit Wirbelbildungen verbunden, die erhebliche
Verluste verursachen. Diese sind gleich Null, wenn die Geschwindigkeiten von primärem
und sekundärem Strahl gleich groß sind. Durch diese Tatsachen sind den gegenwärtig
gebräuchlichen Injektoren enge Grenzen hinsichtlich dem Wirkungsgrad und der Menge
des geförderten Mediums gesetzt.
-
Es sind bereits Strahlapparate bekannt geworden, welche auf einer
Injektorkonstruktion mit kreisförmiger Zirkulation der Medien basieren. Die Düse
für das Treibmittel ist dabei in eine ganze Anzahl solcher unterteilt, um letzteres
besser im Diffusorraum zu verteilen. Die Mündung dieser Düsen steht in direkter
Verbindung mit dem Vakuum des Saugstutzens; es treten deshalb die gleichen Fehler
und Verluste auf wie bei Injektoren gebräuchlicher Konstruktion, abgesehen der größeren
Düsenverluste.
-
- Gegenüber diesen bekannten Strahläpparaten zeichnet sich die Erfindung
dadurch aus, daß in das Strahlgehäuse tangential nur eine einzige Düse für das Treibmittel
mündet, wobei der in diesem befindliche Mischraum mit einem ringförmigen, gegen
die Zuleitung des geförderten Mittel hin sich verjüngenden Saugkanal kommuniziert.
Das Treibmittel kann am äußeren Umfang für sich allein einige Umläufe beschreiben
und .alsdann allmählich nach innen mit dem Fördermedium in Berührung kommen.
-
Zweckmäßig ist der Mischraum in radialer Richtung erweitert, und auf
der dem Saugstutzen gegenüberliegenden Seite ist eine kreisring- oder konusförmige
Abschlußwand vorgesehen.
-
Der Erfindungsgegenstand gewährleistet eine wesentliche Verringerung
der Reibungs-und Wirbelverluste und dadurch eine Erhöhung des Wirkungsgrades.
-
Auf der beiliegenden Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen
des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und es zeigt: Fig. r einen Längsschnitt
mit teilweiser Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels und Fig. a einen Querschnitt,
Fig.3 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels und Fig. q. einen Querschnitt,
Fig. 5 und 6 schematische Anwendungsbeispiele.
-
Nach Fig. z und a ist r ein Strahlgehäuse, in dessen Axialrichtung
der Zulaufstutzen 2 liegt, während rechtwinklig zu diesem bz«-. tangential zum Umfang
des Strahlgehäuses der Auslaufstutzen 3 vorgesehen ist. Die Lichtweite des eigentlichen
Strahlgehäuses ist
ein Mehrfaches des Durchmessers des Zulaufstutzens
z. Im Strahlgehäuse ist ein mit diesem ein festes Ganzes bildender kuppelförmiger
Kern 4 angeordnet, dessen Spitze dem Zulaufstutzen z zugekehrt ist. Durch den Kern
und die Wandung des Strahlgehäuses wird ein sich an den Zulaufstutzen anschließender
ringförmiger Saugkanal 5 und ein sich an diesen anschließender Druck- bzw. Mischraum
6 gebildet. In eine durch Ausbiegung des Strahlgehäuses gebildete Rinne des Mischraumes
7 mündet tangential die Düse 8 des Treibmittels. Am unteren Teil des Strahlgehäuses
ist ein in den Auslaufstutzen 3 führender Spiralraum 9 vorgesehen.
-
Das Fördergut tritt durch den Zulaufstutzen 2 ein, das Treibmittel
dagegen durch die Düse B. Das erstere passiert den kreisförmigen Saugkanal 5. Das
Treibmittel macht einige kreisförmige Umläufe am äußersten Umfang des Mischraumes
6 bzw. in Rinne 7, wobei es schließlich mit dem Fördermedium eine zylindrische Berührungsfläche
a bildet, wo die Energieübertragung stattfindet. Durch, Reibung und Kohäsion verringert
sich die Geschwindigkeit des Treibmittels schon bevor dasselbe die Berührungsfläche
a trifft; es findet also hier eine allmähliche Energieübertragung statt. Damit die
zu-übertragende Energie das Fördergut ganz durchdringt, d. h. -bis an den Kern 4
heran wirksam ist, kann mit dem Abstand b zwischen Berührungsfläche
a
und Kern 4 nicht über ein von den jeweiligen Umständen bestimmtes Maximum
gegangen werden. Der Austritt aus dem Strahlgehäuse i erfolgt vermittels des Spiralraumes
9 durch den Auslaufstutzen 3.
-
Nach Fig. 3 und 4 haben die mit Bezugszeichen belegten Teile den gleichen
Sinn wie vorbeschrieben. Auf dem Kern 4 sind vor der Eintrittsdüse 8 bzw. zwischen
dem Mischraum 6 und dem ringförmigen Saugkanal 5 Leitschaufeln io angeordnet. Der
Mischraum ist gegen den Auslauf hin durch Eindrehung i i des Kernes erweitert und
durch Trennwand i.2 nach unten abgeschlossen.
-
Das Treibmittel tritt wiederum durch die Düse 8 tangential am äußersten
Umfang des Strahlgehäuses i in dasselbe ein und beschreibt im Mischraum 6 eine Anzahl
kreisförmiger Umläufe. Das zu fördernde Gut wird durch den Stutzen :2 in den Saugkanal
5 gezogen und trifft nach Durchtritt durch die Leitschaufeln io mit dem Treibmittel
zusammen. Dadurch, daß dieses letztere am äußersten Umfang eintritt und die Schaufelenden
gegen die Achse bestreicht, wird das Fördergut nicht plötzlich, sondern allmählich
auf- die jeweilige Geschwindigkeit des Treibmittels beschleunigt. Am Austritt aus
den Schaufelöffnungen ist in jeder Achsentfernung die Geschwindigkeit vor und nach
Vermischung mit dem Treibmittel theoretisch gleich groß. Wird die Bewegungsenergie
des Treibmittels bei diesem Vorgang nicht restlos gleichmäßig abgegeben, so sorgt
die auftretende Zentrifugalkraft dafür, daß in einer bestimmten Achsentfernung zu
rasch rotierende Partikelchen im Druckraum in Regionen größerer Geschwindigkeit
mit größerer Achsentfernung abgetrieben werden. Sie können gezwungenermaßen die
Wand 12 erst passieren, wenn die Energie restlos an das Fördergut abgegeben ist.
Zum Schluß treten die gemischten Mittel in den Spiralraum 9 ein, wo sie bis nach
Verlassen -des Strahlgehäuses noch kreisförmige Bewegungen ausführen. Der Strahlapparat
ist so konstruiert, daß durch die im ganzen System auftretenden Zentrifugalkräfte
beim Eintritt ein genügend starkes Vakuum entsteht, um die erforderliche Saugkraft
auszuüben.
-
Das Grundprinzip bei den beiden Ausführungsbeispielen besteht in der
Anwendung einer allmählichen Energieübertragung, wodurch Wirbelverluste an und für
sich vermieden werden. Durch annähernd kreisförmige Zirkulation der Mittel -und
die daraus resultierenden Zentrifugalkräfte wird die Verhinderung der Wirbelbildung
noch wesentlich unterstützt und erreicht, daß Teile des Treibmittels, die ihre Energie
nicht vollständig an das Fördergut abgegeben haben, automatisch zurückgehalten werden.
Der Wirkungsgrad wird demzufolge auf ein-Optium gebracht.
-
Durch Anschluß einer Abzapfvorrichtung an das -Gehäuse können Abzapfungen
für Kompression vorgenommen werden.
-
Der Apparat kann direkt mit einer Turbine bzw. deren Leitschaufeln
gekuppelt werden, in welchem Falle der Austrittsspielraum 9 wegfällt (Abb. 5 und
6).
-
Nach Fig. 5 bezeichnet 13 einen Dampfgenerator, 1q. ist -der
als Transformator arbeitende Strahlapparat, 15 die Turbine, 1.6 die Sekundärdampfleitung
und 17 die zum Kondensator führende Ableitung. Der Transformator bzw. der Strahlapparat
ist zweckmäßig direkt mit der Turbine gekuppelt.
-
Nach Fig. 6 ist 18 eine Verbrennungskammer, 14 der beschriebene -Strahlapparat,
welcher als Transformator, Kühler und Kompressor wirkt, 15 bezeichnet die Turbine
oder Rakete, i9 die Auspuffleitung. 2o ist die L uftzuführungsleitung zum Strahlapparat.
Wie die strichpunktierten Linien zeigen, kann vom Strahlapparat eine Kompressionsleitung
21, die mit der Frischgasleitung 22 kommuniziert, abzweigen, und 23 ist der in vorgenannte
Leitungen entsprechend eingebaute Vergaser.
-
Die beschriebenen Strahlapparate eignen
sich zur Förderung
von flüssigen oder gasförmigen Körpern, wobei das Treibmittel gleich- oder andersartig,
insbesondere spezifisch leichter als das Fördergut sein kann. Durch die kreisförmige
Zirkulation wirken sie gleichzeitig als Kompressor, und es kann dem Apparat durch
Abzapfung beim ersten Ausführungsbeispiel vor der Mischung beider Mittel, beim zweiten
Ausführungsbeispiel vor oder nach erfolgter Mischung Mittel jedes beliebigen Druckes
entnommen werden.
-
Der Erfindungsgegenstand eignet sich als injektor, Ejektor, Pumpe
für verschiedene Zwecke, ferner als Transformator für Dampfturbinen z. B. zur Erhöhung
des Kesseldruckes, Verminderung der Umfangsgeschwindigkeit bzw. Tourenzahl, Verminderung
der Geschwindigkeits- und Druckstufen. 1#erner läßt sich derselbe als Kühler, Kompressor
und Transformator für Gasturbinen und zum Antrieb von Fahr- und Flugzeugen nach
dem Raketenprinzip verwenden.