DE577327C

DE577327C - Gekruemmter Fluessigkeitsdurchlass mit Quetschung zur Erzwingung einer geordneten Durchstroemung

Info

Publication number: DE577327C
Application number: DEST42255D
Authority: DE
Original assignee: FRIEDRICH STRITTER DR ING
Current assignee: FRIEDRICH STRITTER DR ING
Priority date: 1927-02-18
Filing date: 1927-02-18
Publication date: 1933-05-29

Description

Normale gekrümmte Durchlässe haben bekanntlich einen nicht unerheblichen Druckhöhenverlust. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, Krümmerformen zu finden, die geringere Verluste aufweisen. Insbesondere erwartete man von Krümmern mit hyperbelförmiger Krümmung Erfolg, da die Potentialströmung einer reibungsfreien Flüssigkeit hyperbelförmige Stromlinien ergibt. Die genaue Untersuchung

to solcher Krümmer lieferte aber den Beweis, daß Hyperbelkrümmer sogar größere Verluste aufweisen als die normalen. Ferner wurden Krümmerkonstruktionen bekannt, die sich zwar nicht streng an die Hyperbelform halten, aber als hyperbelähnlich bezeichnet werden können. Alle diese Krümmer kann man sich aus einem Einlaufteil, der etwa bis zur ersten Hälfte der ICrümmung sich erstreckt, und einem Auslaufteil, der die zweite Hälfte der Krümmung umfaßt, zusammengesetzt denken. Die hyperbelähnlichen Krümmer stimmen insbesondere darin mit den eigentlichen Hyperbelkrümmern überein, daß der innere Krümmungsradius viel größer ist als der äußere. Hieraus ergibt sich,

as daß die Querschnitte im Einlaufteil zunehmen und im Auslaufteil wieder abnehmen. Alle Formstücke mit hyperbelförmiger oder hyperbelähnlicher Krümmung haben also in der Biegung einen größeren Querschnitt des Durchgangs als an den Anschlüssen. Damit berühren sie sich mit einer älteren Konstruktion, bei welcher normale Formstücke an der Biegung einfach erweitert waren. Endlich kann noch an die Spiralgehäuse von Pumpen und Turbinen erinnert werden, die ja auch einen gekrümmten Durchfluß darstellen, aber mit der vorliegenden Neuerung sich in keiner Weise berühren.

Bei der Neuerung, welche dieser Erfindung zugrunde liegt, wird durch eine besondere Formgebung die abwechselnde Zu- und Abnahme der Querschnittsflächen vermieden. Je nach dem Zweck des Durchflusses sind drei Fälle vorgesehen : Entweder die Querschnittsflächen sollen gleich groß bleiben oder stetig zunehmen oder stetig abnehmen. Die Konstruktion lehnt sich an Versuche mit freien Strahlen an, bei denen trotz krummliniger Bewegung eine durchaus geordnete Strömung beobachtet wurde. Diese Versuche führten zu der Anschauung, daß bestimmte Formänderungen des Strahles eine geordnete krummlinige Strömung ergeben.

Bei der Untersuchung eines rechteckigen Strahles, welcher zwischen zwei in der Strö-, mungsrichtung konvergierenden ebenen Platten α, α strömt (Abb. 1), ergab sich die auffallende Erscheinung, daß — abgesehen von den Grenzschichten an den Platten — die Deformation (Quetschung) des Strahles in der Art erfolgte, daß der Flächeninhalt aller Querschnitte senkrecht zum mittelsten Stromfaden konstant blieb. Die Querschnittsform änderte sich gemäß der Konvergenz der Platten im wesentlichen

zu einem immer länger gestreckten Rechteck. Die Spurlinie der so entstandenen freien seitlichen Oberflächen des Strahles entsprach einer gleichseitigen Hyperbel. Genaue Versuche zeigten, daß die Strömung auch im Innern des Strahles nach dem gleichen Gesetze verlief, so daß man sich den Strahl zusammengesetzt denken konnte aus unendlich vielen, unendlich kleinen Rechtecken, welche sich alle in gleicher ίο Weise deformieren. Es war jetzt nicht mehr schwierig, für irgendeinen Strahlquerschnitt einen Durchfluß zu finden, der diese charakteristisch geordnete Strömung aufwies. Die einfachste Form eines solchen Durchflusses ist dargestellt durch zwei gegenüberliegende konvergierende ebene Wände, verbunden durch zwei hierzu senkrechte gleichseitige Hyperbelflächen (Abb. 2). Versuche ergaben, daß auch in einem solchen Durchfluß, abgesehen von ao Störungen zweiter Ordnung durch Turbulenz, sich eine völlig stabile, immer gleichbleibende geordnete Strömung nach obigem Deformationsgesetz einstellte. Während dieser eben beschriebene Durchfluß (Abb. 2) rechteckige Querschnitte aufweist, kann leicht ein solcher mit kreisrundem oder elliptischem Ausgangsquerschnitt (Abb. 3) gefunden werden, indem man das Deformationsgesetz auf kleinste Teilrechtecke anwendet. Die deformierten Gesamtquerschnitte werden dann Ellipsen, die flächengleich sind und deren Mittelpunkte dem mittelsten Stromfaden folgen, während die Scheitelpunkte der kleinen Achsen auf zwei konvergierenden Geraden und die Scheitelpunkte der großen Achsen auf zwei gleichseitigen Hyperbeln liegen. Die Projektionen der Stromfäden auf die Mittelebene durch die großen Achsen ergeben bei solchen Durchflüssen (Abb. 2 und 3) zwei Scharen gleichseitiger Hyperbeln (Abb. 4), deren Achsen zum mittelsten Stromfaden um 45 ° geneigt sind. Beim Durchgang durch diese Achsen OH erscheinen alle Stromfäden in der Projektion auf die Mittelebene parallel. In Wirklichkeit haben sie eine geringe Konvergenz senkrecht zur Mittelebene. Schneidet man einen Durchfluß nach Abb. 2 oder 3 nach den Hyperbelachsen OH ab und fügt an den verbleibenden, mit I bzw. I' bezeichneten Einlaufteil einen gleichartigen, mit II bzw. II' bezeichneten Auslaufteil spiegelbildlich an, so entsteht die Urform (Abb. 5, 6, 7) der hier behandelten Neuerung. Ein solcher Durchfluß bewirkt eine krummlinige Ablenkung der Flüssigkeitum beiderseits 90 °, stellt also einT-Stück dar. Fügt man in dieses T-Stück nach der Symmetriefläche a, b eine Wand ein, so erhält man zwei Durchlässe, deren jeder die Urform eines im Sinne der hier behandelten Neuerung konstruierten 90 "-Krümmers darstellt (Abb. 8, 9, 10, ii, rechteckige Querschnitte 15, 16, 17, 18, runde und elliptische Querschnitte), dessen Querschnitte nach der oben beschriebenen Methode kleinster Quadrate jedem beliebigen Ausgangsquerschnitt angepaßt werden können.

Diese Durchlässe sind alle unter der Annahme entworfen, daß entlang der Hyperbelachse die Stromlinien hinreichend parallel laufen, so daß die Flüssigkeit ohne Mischverluste von Teil I nach Teil II übertritt. Im spiegelbildlichen II. Teil des Durchflusses muß sich dann die Deformation umgekehrt vollziehen wie im I.Teil. Die Wirkung der geringeren Konvergenz senkrecht zur Mittelebene entlang der Hyperbelachse OH (Abb. 4) darf aber nicht immer vernachlässigt werden. Sie führt ohne Zweifel zu Mischverlusten, wenn sie auch den geordneten Gesamtcharakter der Strömung nicht wesentlich zu stören vermag. Darum empfiehlt es sich, zwischen die beiden spiegelbildlichen Durchflußteile I und II ein Zwischenstück III senkrecht zur Hyperbelachse einzufügen, in welchem die geringe Konvergenz allmählich aufgehoben wird (Abb. 19). In gleicher Weise hat man mit einem geringen Mischverlust beim Eintritt und einem größeren beim Austritt zu rechnen, die durch geringe Abrundungen der Übergänge vermindert werden können.

Bei der Konstruktion der bisher beschriebenen Durchflüsse war davon ausgegangen, daß die Deformation der kleinsten Quadrate gesteuert wird durch zwei konvergierende Ebenen bzw. zwei in konvergierenden Ebenen liegende gerade oder stetige krumme Linien. In dem spiegelbildlichen II. Teil des Durchflusses liegen die Verhältnisse anders. Hier wird die Deformation gesteuert durch Hyperbelflächen bzw. Hyperbellinien. Man kann sich aber als steuernde Fläche bzw. Linie jede beliebige stetige Fläche oder Linie denken. Man muß nur dafür sorgen, daß der den Durchfluß füllende Flüssigkeitskörper im Teil I senkrecht zur Einströmrichtung flächengleiche Querschnitte erhält, deren kleinste Quadrate senkrecht zur Richtung der Quetschung sich stetig ausbreiten, ohne je ihre Rechteckform zu verlieren, und daß im Teil ΪΙ der den Durchfluß füllende Flüssigkeitskörper spiegelbildlich hierzu senkrecht zur Ausströmrichtung ebenso aufgebaut ist. Die Quetschung erfolgt also im Teil II im umgekehrten Sinne wie im Teil I. Die Steuerung der Quetschung muß derart erfolgen, daß beim Übergang von Teil I zu Teil II die Stromfäden möglichst parallel gerichtet sind.

Vielfach werden insbesondere Krümmer als Saugrohre für Turbinen verwendet. In diesen Saugrohren wird eine Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck angestrebt. In dem vorbeschriebenen Durchfluß läßt sich eine solche Umsetzung besonders gut erreichen. Unter Beibehaltung der zweimaligen Quetschung kann man die Querschnitte stetig bis auf 25% des Einlaufquerschnitts erweitern, ohne daß die

Ablösung erfolgt. Hierbei ist keine oder nur eine unwesentliche Vergrößerung der Baulänge nötig, da die Form des Durchflusses eine Stauchung der Flüssigkeit sowie eine Abbremsung der Umlaufbewegung außerordentlich begünstigt.

Abb. 20 zeigt mehrfach hintereinandergeschaltete Durchlässe zur verstärkten Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck.

Claims

Patentansprüche:

1. Gekrümmter Durchlaß mit beliebigem Einlauf- und Auslaufquerschnitt, bestehend aus einem Einlaufteil (I) und einem oder

t5 mehreren (bei T-Stücken und Abzweigen) Auslauf teilen (II), dadurch gekennzeichnet, daß bei Einlaufteil (I) die Abmessungen der aufeinanderfolgenden Querschnitte in Richtung der Strömung senkrecht zur Krüm-

ao mungsebene stetig verkürzt, parallel zur Krümmungsebene stetig verlängert werden, bei Auslaufteil (II) die Abmessungen der aufeinanderfolgenden Querschnitte in Richtung der Strömung parallel zur Krümmungsebene stetig verkürzt, senkrecht zur Krümmungsebene stetig verlängert werden derart, daß die Tangenten an die Stromlinien in der Berührungsfläche vom Einlaufteil (I) und Auslaufteil (II) ganz oder nahezu parallel laufen, wobei durch die zweimalige Formänderung des den Durchfluß füllenden Flüssigkeitskörpers eine geordnete Strömung im ganzen Durchfluß erhalten bleibt.

2. Gekrümmter Durchlaß nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß bei rechteckigem Querschnitt die Formänderung im Einlaufteil (I) hervorgerufen wird durch zwei in der Durchflußrichtung konvergierende Ebenen, im Auslaufteil (II) durch eine Ebene und eine zu dieser Ebene konvergierende Hyperbelfläche (Abb. 8 bis n).

3. Gekrümmter Durchlaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formänderung bei rundem oder elliptischem Querschnitt im Einlaufteil (I) hervorgerufen wird durch zwei doppelt gekrümmte Flächen, deren Scheitelpunkte in zwei konvergierenden Ebenen (e, e und e', e', Abb. 17) liegen, im Auslaufteil (II) durch zwei doppelt gekrümmte Flächen (P₁ und.F₂), deren Scheitelpunkte in einer Ebene (g, g) und einer Hyperbelfläche (h, h) liegen (Abb. 16).

4. Gekrümmter Durchlaß nach Anspruch1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Durchfluß füllende Flüssigkeitskörper bei der Formänderung im Einlaufteil (I) flächengleiche Querschnitte senkrecht zur

. Einströmrichtung und bei der Formänderung im Auslaufteil (II) flächengleiche Querschnitte senkrecht zur Ausströmrichtung erhält, wobei die kleinsten Rechtecke der Querschnitte senkrecht zur Richtung der Verkürzung sich stetig ausbreiten, ohne je ihre Rechteckform zu verlieren (Abb. 15. bis 18).

5. Gekrümmter Durchlaß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einlaufteil (I) und dem Auslaufteil (II) an der Berührungsfläche senkrecht zu dieser Fläche ein Zwischenstück (III) zur Parallelrichtung der Stromfäden eingefügt wird (Abb. 19).

6. Gekrümmter Durchlaß nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in Anspruch 4 genannten Querschnitte sowie gegebenenfalls die aufeinanderfolgenden Querschnitte des Zwischenstückes (III) zur Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck stetig vergrößert werden.

7. Gekrümmter Durchlaß nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in Anspruch 4 genannten Querschnitte sowie gegebenenfalls die aufeinanderfolgenden Querschnitte des Zwischenstückes (III) zur Umsetzung von Druck in Geschwindigkeit stetig verkleinert werden.

8. Gekrümmter Durchlaß nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder folgende Querschnitt gegenüber dem vorangehenden im gleichen Sinn verdreht ist, so _go daß eine etwa vorhandene kreisende Bewegung der Flüssigkeit nicht plötzlich abgebremst wird.

9. Gekrümmter Durchlaß nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mehrfache Hintereinanderschaltung zur Erzielung einer verstärkten Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck. "

Hierzu ι Blatt Zeichnungen