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Strahlapparat Große Mengen von Gas, Flüssigkeiten usw. werden nach
dem heutigen Stande der Technik durch Schrauben- oder ähnliche Flügel, aber auch
durch Kolbenmaschinen und eingekapselte Strahlapparate in Bewegung gesetzt.
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Mit der vorliegenden Erfindung, die im Prinzip ein Strahlapparat mit
maximaler Strahlerweiterung ist, wird in die Technik ein Maschinenelement eingeführt,
welches in erster Linie Luft-, Wasser- u. a. Schrauben verdrängen soll. Das wesentliche
Merkmal des Radialstrahlers liegt darin, daß der Treibmittelstrahl nur von einer
offenen konvexen Oberfläche des Schildes A geleitet wird, der Treibmittelstrahl
also sich frei an dem Schild entlang ausbreitet und so allmählich aus der radialen
in die axiale Lage zurückkommt, während bei den bisherigen Strahlapparaten eine
zweite Begrenzungs- oder Führungswand gegenübergestellt wird. Saugwirkung des Strahles
findet an der ganzen offenen konvexen Oberfläche des Schildes A statt. Außerdem
wird das Mittel noch infolge der Reibung an der freien äußeren Berührungsfläche
des Strahles mitgerissen, was bei den bisherigen Strahlapparaten wegen der Verkapselung
mit der zweiten Begrenzungs- und Führungswand, die beim Erfindungsgegenstand gänzlich
entfällt, verhindert wird. Die schirmartige Konstruktion des Schildes- A, der bloß
für das Mittel undurchlässig zu sein braucht, gestattet auch die größten Dimensionen
und kann zweckentsprechend gestaltet werden.
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Das Prinzip des vorliegenden Radialstrahlers besteht darin, daß an
der konvexen Seite eines Hohlschildes A von seiner Mitte aus vermittels einer Rundverteilungsdüse
M ein Treibmittelstrahl frei ausströmt, sich über die offene konvexe Oberfläche
des Hohlschildes A ausbreitet und unter dem Drucke der Außenatmosphäre an sie anschmiegt,,
schließlich die Peripherie des Schildes samt der aus der Umgebung infolge des im
Radialstrahle entstehenden Vakuums angesaugten als auch infolge der Reibung an der
Berührungsfläche mitgerissenen Masse mehr oder weniger in der Richtung der Längsachse
0 verlassend. Die Masse des primären Treibmittelstrahles m ist aus dem Mittel um
die angesaugte und mitgerissene Masse M vermehrt worden. Natürlich wird durch diese
Abgabe der kinetischen Energie des Treibmittelstrahles an die zu bewegende Materie
die Anfangsgeschwindigkeit V auf v reduziert. Diese Größen stehen zueinander in
einem Verhältnis, das auch der sinngemäß angewandten Formel von B e r n o u 11i
entspricht, obgleich wir hier mit keiner ganz aufgefüllten Rohrleitung zu tun haben.
Da nämlich die Druck- und Lagenenergie an allen Stellen des offenen Schildes infolge
des blitzschnellen Ausgleiches mit dem Außendrucke gleich ist, verbleiben nur die
Glieder
der Gleichung, die die Bewegungsenergie darstellen, falls wir einstweilen die äußere
Arbeit außer acht lassen,
Zur weiteren Erklärung der Wirkungsweise, wie weiter unten beschrieben, sind die
in der Beilage gegebenen Zeichnungen gewählt.
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Fig. i und 2 veranschaulichen den vertikalen Querschnitt eines Sektors
des Radialstrahlers zwecks theoretischer Erklärung des Prinzips.
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Fig. i a und 2 a geben den entsprechenden Grundriß.
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Fig. 3, ¢ und 5 stellen alternativ einen vertikalen Querschnitt des
Apparates dar und Fig. 6 den zugehörigen Grundriß.
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Einige praktische Anwendungsmöglichkeiten werden hier nur beispielsweise
angeführt Gasturbine mit Radialstrahlern. Radialstrahler zum Zwecke der Belüftung,
Fortleitung von Gasen oder Flüssigkeiten in Röhren, pneumatischen Transportes, Staubsaugens,
Be- und Entnebelns, Zerstäubung, innigen Mischung und Vergasung von Brennstoffen,
weiter zum Zwecke des Sprudelns, Ausspülens, Waschens, innigen Mischens, Ausfällens,
Klärung und Flotation.
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Radialstrahler wird auch als Antriebsvorrichtung von allerhand Luft-
u. a. Fahrzeugen angewendet werden können.
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Die vorgenannten Beispiele sind lediglich zum Zwecke einer beispielsweisen
Darlegung der Erfindung gewählt..
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Die Wirkungsweise des Radialstrahlers sei im Anschluß an die in der
Einleitung gegebene Prinzipbeschreibung nachstehend näher erklärt Die in der Beschreibung
gewählten Bezugzeichen sind sinngemäß in den einzelnen Figuren die gleichen. Durch
die Röhre C werden unter Druck nach der Mitte des Schildes A Gas, Dampf oder Flüssigkeit
als Treibmittel geleitet. An der Mündung der Röhre C befindet sich eine ringförmige
Rundverteilungs- und Expansionsdüse M, in der das Treibmittel in radialer Richtung
auf die äußere Atmosphäre expandiert.
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Bei Gas oder Dampf ist die Expansion ähnlich wie bei der de Lavalschen
Düse, in der eine nahezu vollkommene Umwandlung der thermischen und potentiellen
Energie des Druckes in Bewegungsenergie erreicht wird. Die Ausflußgeschwindigkeit
V erhält fast den theoretischen Wert
c bedeutet spezifische Wärme bei konstantem Druck; T1 bedeutet absolute Temperatur
beim Eintritt in die Düse; T2 bedeutet absolute Temperatur beim. Austritt an der
Mündung der Düse. Durch die Verbrennung von Gasgemisch in der konischen Düse selbst
oder durch eine äußere Erwärmung der Düse wird eine polytropische Expansion erfolgen;
wenn jedoch, wie oben angenommen, keine Zu- oder Ableitung der Wärme erfolgt, ist
die Expansion adiabatisch.
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Bei Flüssigkeiten besteht für die Ausflußgeschwindigkeit folgende
Funktion
H bedeutet Flüssigkeitssäule, entsprechend dem Druck, der auf der Flüssigkeit lastet.
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Der Druck im Treibmittelstrahl ist an der Mündung der RundverteilungsdüseM
gleich dem äußeren Atmosphärendrucke. Da der Querschnitt des Strahles an der offenen
Oberfläche des konvexen Schildes ständig zunimmt und die Strahlpartikel vermöge
der Beharrung nicht sofort die der Ouerschnittserweiterung entsprechende Geschwindigkeit
annehmen können, so entsteht im Strahle an jeder Stelle ein Vakuum, welches aber
unter dem Drucke der Außenatmosphäre blitzschnell auf Schritt und Tritt mit Masse
aus der Umgebung aufgefüllt wird. So bleibt der Druck im Strahle eigentlich stets
mit dem Atmosphärendruck ausgeglichen, wohl aber wird die Masse des Strahles nicht
nur in die Breite, sondern auch in die Dicke sichtlich vermehrt, was das eigentliche
Ziel des Radialstrahlers ist, da man dadurch das Mittel in Bewegung setzt.
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Außer durch Aufsaugen wird das Mittel auch durch die Reibung des Strahles
an der Berührungsfläche mit ihm mitgerissen, was den Radialstrahler vor allen sonstigen
Strahlapparaten hervorhebt.
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Nach dem, Aufsaugen und Mitreißen der Materie, die sich zwischen der
inneren Seite des Strahles und dem Schilde befand, schmiegt sich der Strahl der
konvexen Seite des HohlschildesA vollkommen an und wird samt der angesaugten und
mitgerissenen Materie parallel mit der Längsachse des Apparates 0 bzw. normal zur
Verteilungsdüse M von der Peripherie des Schildes ins Freie oder in die Lutten (Röhren)
fortgeleitet. Diese bisher auch theoretisch unbekannte Wirkung wird besonders durch
den Druck der äußeren Atmosphäre und des Stoßes der mit großer Geschwindigkeit einströmenden
Materie aus der Umgebung verursacht.
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Es ist selbstverständlich, daß sowohl Form, Weite und Ouerschnitt
der Zuleitungsröhre C und der Rundverteilungsdüse M als auch Form, Profil, Oberfläche
und Größe des Hohlschildes A jeweils dem Verwendungszweck angepaßt und geformt werden
können.
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Kurz gesagt, der beschriebene Radialstrahler ist ein einfacher, rationeller
und betriebssicherer Umformer eines Strahles von großen Geschwindigkeit und kleiner
Masse in einen
Strahl von mäßiger Geschwindigkeit und vermehrter
Masse.
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Dieser Umstand ist für manche praktischen Zwecke besonders wichtig,
da beim gleichen Arbeitsverbrauch der Beschleunigimgsrückdruck in umgekehrtem Verhältnis
mit der Geschwindigkeit des Strahles steht. Bezeichnen wir den Rückdruck, den der
primäre Strahl von der Masse m_ -und Geschwindigkeit _V hätte, falls er aus der
Expansionsdüse C geradeaus ausströmen möchte, mit .
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v=mV und den Rückdruck des mit der Masse M_ aus der Umgebung angereicherten
Strahles mit R=(m+M)v, so bekommen wir R=y(V:v). .
Der Beschleunigungsrückdruck
ist also um den Quotienten der Anfangs- und Schlußgeschwindigkeit vergrößert worden.