-
Vorrichtung zum Erzeugen einer kreisenden Strömung in einem runden
Raum Es sind schon Einrichtungen zum Ablenken eines Strahles vorgeschlagen worden,
der aus einer Leitung ausströmt, die auf der einen Seite eine gekrümmte Wandfortsetzung
besitzt. Diese Einrichtungen nutzen die Erscheinung aus, daß, wenn ein festes oder
von einem strömenden Medium gebildetes Hindernis, das auf der der gekrümmten Wandfortsetzung
der Leitung gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, auf einen Teil des Stromes
einwirken gelassen wird., der Strom von seiner normalen Bahn abgelenkt und an die
gekrümmte Wandfortsetzung angeschmiegt wird.
-
Die Erfindung besteht in der Anwendung dieser Erscheinung auf die
Erzeugung einer kreisenden Strömung in einem runden Raum. Insbesondere betrifft
die Erfindung eine Vorrichtung zum Erzeugen einer kreisenden Strömung in einem runden
Raum, der am Umfang einen oder mehrere Kanäle für den Eintritt des Mediums und an
einer oder beiden Stirnflächen einen zentralen Durchgang für den Austritt des Mediums
aufweist.
-
Gemäß der Erfindung ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
da.ß jeder Eintrittskanal mindestens eine gekrümmte Wandfortsetzung besitzt, die
tangential in die Wand des runden Raumes übergeht, und daß innerhalb jedes Kanals
auf der der Wandfortsetzung gegenüberliegenden Kanalwand ein regelbares Hindernis
angeordnet ist, wobei das Hindernis entweder aus einem quer zur Kanalwand beweglichen
festen Körper, der nur
einen geringen Teil des Kanalquerschnitts
versperrt und nicht die Form einer Leitfläche hat, oder aus einem durch eine Öffnung
in der Kanalwand eingeführten Hilfsstrahl besteht, der eine Geschwindigkeitskomponente
senkrecht zur Strömungsrichtung der Strömung im Eintrittskanal hat und dessen Bewegungsgröße
klein ist im Verhältnis zur Bewegungsgröße des Hauptstromes.
-
Durch die Bewegungsgrößen, welche der Hilfsstrahl und der von ihm
beeinflußte Hauptstrom bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung haben, unterscheidet
sich die Erfindung von Anordnungen zur Ablenkung von Strömungen, die nur auf der
Addition der Impulse zweier Einzelströme beruhen.
-
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist der runde Raum als Kreiszylinder ausgebildet und der zentrale Durchgang zur
Atmosphäre hin offen, während der Eintrittskanal, in dem das Hindernis angeordnet
ist, mit der Eingangsöffnung einer intermittierend arbeitenden Brennkammer verbunden
ist, so daß die Vorrichtung als Rückströmdrossel wirkt.
-
Es ist eine Vorrichtung mit rundem Gehäuse bekannt, bei welcher in
den Umfang des Gehäuses eine oder mehrere Leitungen tangential oder schräg einmünden
und eine oder zwei weitere Leitungen senkrecht zu den ersten in den Mitten des Bodens
und Deckels des Gehäuses angeschlossen sind und bei welcher einem durch die Vorrichtung
hindurchgehenden Gas- oder Flüssigkeitsstrom in der einen Richtung ein größerer
Widerstand infolge der Wirkung von Zentrifugalkräften und Wirbelbildungen als in
der anderen Richtung entgegengesetzt wird. Es handelt sich bei dieser bekannten
Vorrichtung zwar um eine Art Rückströmdrossel, jedoch wird bei ihr keine kreisende
Strömung durch Ablenkung des Stromes mittels eines regelbaren Hindernisses gegen
eine gekrümmte Wandfortsetzung der Eintrittsleitung erzeugt. Die Rückströmdrossel
gemäß der Erfindung gestattet eine Regelung der gewünschten Wirkung, besitzt einen
viel höheren Wirkungsgrad und ist nicht an einen tangentialen Eintritt des Stromes
gebunden.
-
Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang eines vor dem Eintritt zum ersten Laufrad
eines Luftkompressors angeordneten zylindrischen Raumes gleichmäßig verteilt eine
Anzahl radialer Eintrittskanäle angebracht ist, deren Übergang zur Zylinderwand
nach beiden Umfangsrichtungen abgerundet ist und in denen gegenüber diesen Abrundungen
auf beiden Seiten regelbare Hindernisse angebracht sind, wobei die auf entsprechenden
Kanalseiten gelegenen Hindernisse gleichzeitig so zur Wirkung gebracht werden können,
daß die durch die Kanäle eintretenden Luftströme in dem Zylinderraum eine Kreisströmung
entweder in Drehrichtung des Kompressors oder entgegengesetzt zu dieser Drehrichtung
hervorrufen.
-
Gemäß einem bekannten Vorschlag ist am Eingang eines Luftkompressors
eine einstellbare Leitschaufeleinrichtung vorgesehen, um die Luft zu führen und
ihr eine bestimmte Geschwindigkeitskomponente zu erteilen. Eine solche Leitschaufeleinrichtung
ist sehr kompliziert ausgebildet, weil sie eine große Zahl von Schaufeln besonderer
Form erfordert, deren jede um eine Achse schwenkbar anzubringen ist und die zusammen
mit einer Einstelleinrichtung verbunden werden müssen, wobei die Schaufeln auf den
gesamten Luftstrom einwirken, der zwischen zwei benachbarten Schaufeln hindurchgeht.
Die Erfindung schafft demgegenüber eine sehr einfache Vorrichtung, welche die Verwendung
einer solchen komplizierten Leitschaufelein.richtung umgeht.
-
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
-
Fig. i und 2 zeigen eine gemäß der Erfindung ausgebildete Rückströmdrossel
mit kreisförmigem Raum, und zwar in rechtwinklig zur Achse der Drossel liegenden
Schnitten, und sie veranschaulichen die Wirkung der Drossel einmal in der Richtung
des geringen Widerstandes und das andere Mal in der umgekehrten Richtung des hohen
Widerstandes; Fig. 3, 4 und 5 veranschaulichen die Anwendung der Erfindung bei einem
Zentrifugalkompressor mit einem Rad für axialen Einlaß, wobei die Abbildungen drei
verschiedene Regelzustände wiedergeben; Fig. 6 zeigt in vergrößertem Maßstab eine
Einzelheit von Fig. 3.
-
In den Fig. i und 2 ist mit i ein Raum bezeichnet, der im wesentlichen
die Form eines Kreiszylinders hat, dessen Achse bei 2 liegt. Dieser Raum ist mit
zwei Anschlußrohren verbunden, von denen das eine Rohr 3 gleichachsig zu dem Zylinder
i in dessen eine Stirnfläche mündet, während das andere Rohr 4 in die Umfangswand
des Zylinders mündet. Das Rohr 4 kann tangential zur Zylinderwand verlaufen, jedoch
ist es vorzuziehen, es so anzuordnen, daß, wie dies in den Figuren wiedergegeben
ist, seine Achse A-A in einem gewissen Abstand von der Achse :2 des Zylinders i
durch diesen hindurchgeht. Das Anschlußrohr 4 könnte auch radial angeordnet sein,
so daß seine Achse A-A die -Zylinderachse 2 schneiden würde. Auf jeden Fall weist
das Rohr 4 wenigstens eine gekrümmte Wandfortsetzung auf, die tangential in die
Wand des Zylinders i übergeht.
-
Die wiedergegebene Vorrichtung soll als Rückströmdrossel dienen, d.
h., ein Medium soll ,-om Rohr 3 durch den Zylinder i hindurch frei zum Rohr 4. strömen
können, während ein Rückströmen des Mediums vom Rohr 4 zum Rohr 3 praktisch verhindert
werden soll.
-
Die Vorrichtung kann z. B. in der Auspuffleitung eines Triebwerkes
angeordnet werden, wobei das Anschlußrohr 3 mit dem Auspuffrohr verbunden ist urid
das Anschlußrohr 4 in die Atmosphäre oder in eine Turbine mündet. Die Vorrichtung
kann auch am Eingang eines interinittierenden Strahltriebwerkes angeordnet werden,
wobei das Rohr 3 in die Atmosphäre mündet und das Rohr 4 mit der Eingangsöffnung
der intermittierend arbeitenden
Brennkammer verbunden ist, um sie
zwischen den aufeinanderfolgenden Verpuffungen mit Luft zu speisen.
-
Bei diesen beispielsweise genannten Anwendungsarten ist das Anschlußrohr
4 in unmittelbarer Nähe der Verbindungsstelle zwischen dem Rohr 4 und der Wand des
Zylinders i mit einer düsenartigen Öffnung 5 versehen. Diese Öffnung 5 liegt auf
derselben Seite der Achse A-A wie die Achse 2 des Zylinders i, und sie wird aus
einer Druckmittelquelle mit einem Medium gespeist. Die Öffnung 5 ist, wie aus der
Zeichnung ersichtlich, derart gerichtet, daß der aus der-Öffnung austretende Hilfsstrahl
schräg zur Achse A-A und vom Zylinder i weg strömt. Die Mündung der Öffnung 5 erstreckt
sich nur über einen kleinen Teil des kreisförmigen Querschnittes des Anschlußrohres
4. Der aus der Öffnung 5 austretende Hilfsstrahl bildet so ein Hindernis an der
einen Wand des Rohres 4.
-
In der Richtung von dem Rohr 3 zum Rohr (Fig. i) kann der Strom, :der
durch das Rohr 3 in den Zylinder i eintritt, im wesentlichen ohne Behinderung durch
das Rohr 4 austreten. An der Stelle der Öffnung 5 wird der Querschnitt des Stromes
durch den aus der Öffnung austretenden Strahl zwar geringfügig verengt, jedoch unterstützt
dieser Strahl das Eindringen des Stromes in das Rohr 4. Der Strömungswiderstand
zwischen den Rohren 3 und 4 ist demnach in dieser Richtung sehr gering.
-
In der umgekehrten Strömungsrichtung (Fig. 2) wird dagegen der durch
das Rohr 4 ankommende Strom durch das von dem Hilfsstrahl gebildete Hindernis gegen
die gegenüberliegende gekrümmte Fortsetzung der Wand des Rohres 4 abgelenkt und
dadurch gezwungen, in dem Zylinder i eine kreisende Bewegung auszuführen, bevor
er in das Rohr 3 gelangt. Da der Radius der Bewegungsbahn des Stromes mit seiner
Annäherung an die Achse des Zylinders allmählich kleiner wird, ergibt das Gesetz
der Konstanz des kinetischen Momentes, daß die Geschwindigkeit des Stromes zunimmt.
Die Druckenergie, welche der Strom im Rohr 4 besitzt, wird daher in kinetische Energie
verwandelt, die in dein Medium verlorengeht, das in das Rohr 3 strömt, welches eine
einfache zylindrische Gestalt hat, um jede Rückverwandlung von kinetischer Energie
in Druckenergie zu vermeiden. Der Ströinungswiderstand in der Drosselrichtung ist
daher sehr groß.
-
Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht den Fortfall von Flügeln oder
Verteilern, die bei gewissen bekannten Rückströmdrosseln zwischen dem Einlaßrohr
und dem Auslaßrohr zur Erzeugung der kreisenden Bewegung in der Drosselrichtung
verwendet werden und die, obgleich sie theoretisch bei mit dauernder Strömung stattfindendem
Betrieb zufriedenstellend arbeiten, bei mit veränderlicher Strömung stattfindendem
Betrieb versagen.
-
Es ist ersichtlich, daß bei mit dauernder Ströinung stattfindendem
Betrieb die freie Strömung vom Rohr 3 zum Rohr ..1 ohne jede kreisende Bewegung
erfolgt. Bei intermittierendem Betrieb nimmt jedoch das vom Rohr 3 zum Rohr 4 strömende
Medium eine schwache kreisende Bewegung im Zylinder i an, und zwar auf Grund des
zurückbleibenden Bewegungsmomentes des Mediums, das während der vorangegangenen
halben Periode vom Rohr 4 zum Rohr 3 zu strömen sucht.
-
Es ist weiterhin zu bemerken, daß eine der Besonderheiten der beschriebenen
Vorrichtung darin besteht, daß sie keine tangentiale Anordnung des Rohres 4 zu dem
Zylinder i notwendig macht.
-
In den Fig. 3 bis 5 ist ein Zentrifugal-Luftkompressor schematisch
dargestellt, bei welchem eine weitgehende Regelbarkeit des Luftumlaufs und seiner
Richtung am Eingang der Luft in das Rad vorgesehen ist. Bei gewissen bekannten Kompressoren
ist zu diesem Zweck ein Kranz von verstellbaren Leitschaufeln in der Eintrittsspirale
angeordnet.
-
In der Zeichnung ist angenommen, daß eine Eintrittsspirale 6, deren
Eingangsöffnung 7 in einer Ebene parallel zur Achse 8 des Rotors liegt, durch eine
rechtwinklig zu dieser Achse verlaufende Ebene geschnitten ist. Hinter einem Rad
9 mit axialem Einlaß befindet sich ein Zentrifugalrad, das von einer Austrittsspirale
io umgeben ist, deren Austrittsöffnung bei i i liegt. Der sonst üblicherweise in
der Eintrittsspirale 6 angeordnete Kranz von einstellbaren Schaufeln um das Einlaßrad
9 herum ist hier in Fortfall gekommen. Er ist gemäß der Erfindung durch einen Kranz
von kleinen Hohlkörpern 12 ersetzt, die in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet
und in geeigneter Weise profiliert sind, damit auf die Luft, die in das Einlaßrad
9 eingesaugt und gezwungen wird, zwischen diesen Körpern 12 hindurchzuströmen (Pfeile
f), ein kleinster Widerstand ausgeübt wird. Diese Hohlkörper 12 können z. B. von
Zylindern mit ovalem Querschnitt gebildet werden, die sich zwischen den parallel
zur Zeichnungsebene liegenden Seitenwänden der Eintrittsspirale 6 erstrecken.
-
Jeder der Hohlkörper 12 (vgl. insbesondere Fig. 6) ist durch eine
Trennwand i4 in zwei Abteile 12a und leb unterteilt, deren jedes mit einer düsenartigen
Öffnung 15 a. bzw. i 5 h in der abgerundeten Endwand des Hohlkörpers versehen ist.
Alle Abteile i2a. der Körper 12 können durch eine ringförmige Leitung 16a mit Preßluft
gespeist werden, und ebenso können alle Abteile 12 b durch eine ringförmige Leitung
16 b mit Preßluft gespeist werden. Bei dem dargestellten Beispiel wird die Luft
über eine Verbindungsleitung 17 der Austrittsspirale io entnommen und kann über
einen Umschalthahn 18 entweder in die ringförmige Leitung 16a (Fig. 3) oder in die
ringförmige Leitung 16 b (Fig. 4) geführt werden. Der Hahn i 8 kann außerdem in
eine dritte Stellung gebracht werden, in welcher keine der beiden Leitungen gespeist
wird (Fig. 5).
-
Bei der in Fig. 3 wiedergegebenen Stellung des Umschalthahnes 18 z.
B. tritt die Preßluft, welche durch die Leitung 16a in die Abteile 12a gelangt,
durch die Öffnungen 15 a in Form von Strahlen f1 aus. Durch diese von den Strahlen
gebildeten Hindernisse
in den von den abgerundeten Endwäuden der
Hohlkörper 12 begrenzten radialen Eintrittskanälen wird die vom Kompressor in die
Eintrittsspirale 6 gesaugte und durch die radialen Eintrittskanäle hindurchgehende
Luft abgelenkt, wie dies in Fig. 3 durch die Pfeile f angedeutet ist. Dieser Luft
wird somit eine Drehkomponente erteilt, die entgegengesetzt zur Umlaufrichtung des
Kompressorrotors verläuft, die durch den Pfeil f2 angedeutet ist. Auf diese Weise
wird die größte Förderhöhe erhalten.
-
Wird der Hahn i3 so gestellt, daß er die Leitung 16 b speist (Fig.
4), dann tritt die Luft aus den Abteilen 12 b durch die Öffnungen 15 b, die entgegengesetzt
wie die Öffnungen 15 a gerichtet sind, und der durch das Rad des Kompressors angesaugten
Luft wird dann eine Drehkomponente in der Umlaufrichtung f2 des Rotors erteilt.
Auf diese Weise wird die kleinste Förderhöhe erhalten.
-
Wird der Hahn 18 derart eingestellt, daß keine der Leitungen 16a und
16 gespeist wird (Fig. 5), dann erfährt die Luft bei ihrem Durchgang durch die zwischen
den Hohlkörpern 12 gebildeten Eintrittskanäle keinerlei Ablenkung. Der Eintritt
in das Rad 9 erfolgt dann in axialer Richtung, und es wird eine mittlere Förderhöhe
erhalten.
-
Es ist ersichtlich, da.ß die beschriebene Einrichtung eine beträchtliche
mechanische Vereinfachung bei Kompressoren mit veränderlichem Umlauf auf Grund des
Fortfalls einstellbarer Schaufeln und ihrer Einstellmittel zu erzielen gestattet.