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Schornstein, insbesondere für Land- und Wasserfahrzeuge Die Erfindung
bezieht sich auf Schornsteine, die dem Abzug voii Rauchgasen dienen und einem relativen
Wind ausgesetzt sind, insbesondere Schornsteine für durch Wärmemotoren angetriebene
Land- oder Wasserfahrzeuge (Dampflokomotiven, Schiffe usw.).
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Es sind bereits Rauchgasabzüge bekannt, die aus einem zylindrischen
Rauchgaskanal bestehen, der von einer Verkleidung von gleichmäßigem und mehr oder
weniger elliptischem Querschnitt umgeben ist, die an ihrem olleren Teil in einen
ebenen, geraden oder leicht geneigten und im allgemeinen offenen Querschnitt auslaufen.
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Eine solche Verkleidung ist dazu bestimmt, den Widerstand des Rauc'hgaskanals
gegen " die Vorwärtsbewegung in einem gewissen Ausmaß zu verringern; darüber hinaus
entspricht sie ästhetischen Gesichtspunkten. Ihr Einfluß auf den Abzug der Rauchgase
am Ausgang des Kanals ist im übrigen unter den Bedingungen, unter denen sie gewöhnlich
verwendet wird, nachteilig, denn hinter der erwähnten Verkleidung bildet sich ein
ausgedehnter Wirbel, der das Rauchgas in großen Windungen niederdrückt, was hei
einem Schiff insbesondere für die Passagiere lästig ist, die sich auf den Hinterschi$-decks
befinden.
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Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beseitigen.
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Man kennt in der Aerodynamik die Eigenschaft gewisser Körper, insbesondere
der Flugzeugflügel, an ihrem freien Ende, wenn sie einem relativen `Kind ausgesetzt
werden, einen Wirbel; einen
sogenannten Randwirbel entstehen zu
lassen, dessen wesentliches Kennzeichen darin besteht, daß er einen Kern aufweist,
der der Sitz eines verhältnismäßig bedeutenden Unterdrucks ist. Das Vorhandensein
des Randwirbels ist mit dem Vorhandensein einer "Zirkulation um die verschiedenen
Querschnitte des Körpers im aerodynamischen Sinne verbunden.
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Die Erfindung besteht darin, in der Nähe des äußeren Endes des Rauchgas'kanals
einen Rand-Wirbel zu erzeugen, in dessen Kern sich der Austritt der Rauchgase vollzieht,
die infolgedessen am Ausgang des Rauc'hgaskanals wie in einem starren Rohr durch
die durch den Wirbel gebildete Hülle geführt werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Rauchgaskanal von
einer Verkleidung umgeben, die die Form eines halben Flugzeugflügels von vorzugsweise
trapezförmigem Aussehen hat, dessen Befestigungsfläche die Grundfläche der Verkleidung
bildet und dessen äußeres Ende verjüngt ist, so daß sich in diesem Bereich unter
dem Einfluß des relativen Windes ein Randwirbel bildet, der sich nach Art einer
echten Hülle in der Hauptsache zylinderförmig und parallel zu der relativen Hauptabzugsrichtung
der Luftfäden entfaltet. -Der Rauchgaskanal oder die Rauchgaskanäle münden in den
Bereich, in dein der Wirbelkern entsteht.
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Man muß wohlgemerkt mit allen Mitteln danach streben, um das Schiff
oder die ihres Schornsteins entblößte ortsveränderliche Maschine herum einen Abzug
für die Gesamtheit der umgebenden Luft zu schaffen, in der die Stromlinien, die
durch den Bereich des durch die Spitze des Schornsteins betroffenen ]Zaumes gehen,
die Flächen, die man vor den Rauchgasen sichern will, nicht bestreichen.
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Auf diese Weise können die abziehenden Rauchgase, deren Geschwindigkeit
kleiner oder größer als die Geschwindigkeit des relativen Windes oder dieser gleich
sein kann und die durch den Wirbel buchstäblich eingehüllt werden, die Teile des
Decks, die zwischen dem Schornstein und dem hinteren Teil des Schiffes liegen, z.
B. Teile, die beim Dampfschiff iin allgemeinen als Promenadendecks für die Passagiere
eingerichtet sind, nicht bestreichen.
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Im übrigen verringert die der Verkleidung gegebene Profilform den
Widerstand gegen die Vorwärtsbewegung, der durch.den herausragenden Teil des Schornsteins
hervorgerufen wird.
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Die Verkleidung kann unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen
in verschiedenen Ausführungsformen hergestellt werden; diese unterscheiden sich
besonders durch die Form ihrer sichtbaren Konturen und ihrer Profile voneinander.
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Die Zeichnung zeigt-in Form von Beispielen, ahne daß die Erfindung
jedoch hierdurch irgendwie eingeschränkt sein soll, zwei dieser Aitsführungsformen.
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Fig. 1, 2 und 3 stellen in Seitenansicht, Vorderansicht und Draufsicht
einen Schiffsschornstein in einer ersten Ausführungsform dar; Fig. 4, 5 und 6 veranschaulichen
entsprechende Ansichten einer anderen Ausführungsform. In der Zeichnung ist der
Raudhgaskanal. mit i bezeichnet, die ihn umgebende Verkleidung mit 2. Diese Verkleidung
ist symmetrisch bikonvex, ihre größte Dicke beträgt 15 bis 30 % ihrer Länge, und
ihr Hauptspant ist etwa 30 % von dem vorderen Rand entfernt.
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Ihr vorderer Rand ist von vorn nach hinten geneigt, ihr hinterer Rand
verläuft genau senkrecht. Beide Ränder sind bei dem in den Fig. r, 2 und 3 dargestellten
Beispiel durch eine gerade Linie miteinander verbunden, die von oben nach unten
und von vorn nach hinten verläuft, 'bei dem in den Fig.4, 5 und 6 dargestellten
Beispiel durch eine bogenförmige konvexe Linie.
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Der Rauchgaskanal i mündet, wie oben bereits angegeben ist, in den
Bereich, in dem der Kern des durch den relativen Wind verursachten Randwirbels entsteht.
Um nur den inneren Bereich der wirbelnden Hülle mit Rauchgas anzufüllen, besteht
jedoch ein Interesse daran, den Ausgang 3 des Rauchgaskanals durch den Schnitt der
Verkleidung 2 mit einem Zylinder zu bestimmen, dessen Erzeugende parallel zu der
Richtung des theoretischen relativen Windes verlaufen und dessen Durchmesser mit
großer Annäherung so groß wie der Kern des Randwirbels ist; der Durchmesser. liegt
zwischen '/s und '/2o der mittleren Sehne des Halbflügels.
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Es ist zu beachten, daß die Wirkung der Konzentration der Rauchgase
um so intensiver ist, je intensiver der Wirbel selbst ist, d. h. wenn die Richtung
des relativen Windes nicht in die Symmetrieebene der Verkleidung fällt. Das ist
übrigens bei einem Schiff oder einer Lokomotive, z. B. infolge der durch den natürlichen
Wind gegebenen Komponente, gewöhnlich der Fall. Wenn der Einfallwirrkel wächst,
geht der Wirbel indessen von einem Grenzwert von ä5° an zurück, wenn nicht besondere
Vorrichtungen angeordnet werden, um über diesen Eirtfallwinkel hinaus eine Zirkulation
um den Flügel herum aufrechtzuerhalten (Vorflügel, Schlitzklappen, Blaseinrichtung
oder Einrichtung zum Absaugen der Grenzschicht der Verkleidung).
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Eine Vorrichtung mit Vorflügeln ist in den Fig. i, 2 und 3 unter dem
Zeichen 4 dargestellt. Die VorflÜgel 4 sind in der Fig. 2 strichpunktiert angedeutet,
um die Hauptverkleidung in Erscheinung treten zu lassen.
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Der Rauc'hgaskanal ist in den Fig. 4 und 5 mit 5 bezeichnet, die Verkleidung
mit 6; die Hilfsflächen dienen dazu, die bereits erwähnten Vorflügel 7 und die Schlitzklappe
8 zu bilden.
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Der gerade Querschnitt durch die Verkleidung des Schornsteines ist
symmetrisch bikonvex, seine größte Dicke beträgt 2o °/o der Länge und liegt 30 °/o
vom vorderen Rande entfernt. Die Verkleidung ist hinten abgeschnitten und durch
eine einstellbare Klappe 8 verlängert, die sich über etwa drei Viertel der Höhe
der Verkleidung erstreckt. Das Gelenk dieser Klappe ist so angeordnet, daß; wenn
man die Klappe im einen oder anderen Sinne verstellt, sich zwischen dem hinteren
Rand der Verkleidung und dem vorderen Rand der Klappe ein Schlitz bildet.
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.\iisicht sind der v<irdere Rand der Verkleidung und der Rand der öffnung der
Schlitzklappe über den größten Teil ihrer Länge geradlinig und senkrecht. Sie sind
durch eine kreisförmige Linie so miteinander verbunden, daß die Verkleidung in ihrem
oberen Teil in :\nsicht eine kreisförmige Kontur hat.
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1\'ie aus den hig.4 und 5 hervorgeht, ist die Verkleidung in ihrem
oberen Teil verjüngt; ihr gerader Querschnitt ändert sich gleichmäßig. Eine solche
Vorrichtung kann entsprechend den Abmessungen des Querschnitts des Abzugskanals
der Rauchgase dazu führen, die Verkleidung in der Weise auszubauchen, daß die Kreisform
des oberen Teils der sichtbaren Kontur erhalten bleibt.
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Wenn die Schlitzklappe eingestellt wird, stellt sie eine Verstärkervorrichtung
dar, die die Wirkung des vorerwähnten Vorflügels ergänzt. Sie gestattet es also,
das Vorhandensein des Randwirbels in den lkreich cier großen Einfallswinkel zu erstrecken.
Sie vereitelt außerdem das Herunterdrücken der Rauchgase hei einem Einfallwinkel
von 9o°, das bei einem solchen Einfallen bei einem verkleideten, jedoch nicht mit
Vorfliigeln versehenen Schornstein immer in Erscheinung tritt.
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Die Einstellung der Klappe kann durch eine von einer Wetterfahne abhängige
Antriebsvorrichtung geregelt werden.
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Schließlich kann man gegebenenfalls für den Betriel> des Schornsteins
bei Stillstand oder keinem relativen Wind in der Hülle 2 einen Ergänzungsausgang
des Kanals i vorsehen, den man vermittels eines Ventils überwacht und der es gestattet,
die Rauchgase in senkrechter Richtung abzuführen.
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Es ist selbstverständlich und geht bereits aus den vorstehenden Ausführungen
hervor, daß die Erfindung keineswegs auf die Ausführungsformen und auch nicht auf
die Ausführungsformen der verschiedenen, besonders beschriebenen Teile beschränkt
ist; sie umfaßt im Gegenteil alle Abwandlungen, insbesondere solche, bei denen die
Profile der Ver-. kleidung 2 unsymmetrisch sind, und solche, bei denen die obenerwähnten
Vorrichtungen bei einem Schornstein angewandt werden, der auf einer festen Anlage
in der Weise drehbar angebracht ist, daß er sich in geeigneter Weise auf die Richtung
des relativen Windes einstellen kann.