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Vorrichtung zum Ansaugen oder Verdichten von Luft oder anderen elastischen Mitteln durch eine Hilfsflüssigkeit.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ansaugen oder Verdichten von Luft oder anderer elastischer Mitteln durch eine Hilfsflüssigkeit, z. B. Wasser, die durch eine Leitdüse oder eine Leitvorrichtung mit mehreren Düsen einem kreisenden Turbinenrad zugeführtwird, von dem es in eine oder mehrere Ausflussdüsen geschleudert wird, wobei die Hilfsflüssigkeit das elastische Mittel in und durch diese Ausflussdüsen drückt. Als elastisches Mittel wird Luft und als Hilfsflüssigkeit Wasser angenommen.
Wenn eine solche Vorrichtung dazu verwendet wird, Luft aus einem Gefässe unter Unterdruck abzusaugen und das Wasser aus einem Behälter unter dem Drucke der Aussenluft -erhalten wird oder allgemein, wenn der Druck der Ansaugluft in Beziehung auf den Druck des einströmenden Wassers veränderlich ist, wird die Geschwindigkeit, mit der das Wasser durch die Leitvorrichtung hindurchgeht, veränderlich sein. Wenn die Leitvorrichtung bzw. die Leitdüsen unbeweglich sind und die Geschwindigkeit der Turbine stets die gleiche bleibt, dann wird sich die Austrittsrichtung des Wassers aus der Turbine je nach der Geschwindigkeit des Wassers in den Leitdüsen ändern.
Wenn nun die Ausflussdüsen unbeweglich sind, soll, damit das Wasser die Luft in wirksamster Weise fördere, die Austrittsrichtung des Wassers aus dem Tubinenrad annähernd gleichbleibend sein. Es ist daher für die Höchstleistung notwendig, dass die Leitdüsen geändert werden, wenn die Wassergeschwindigkeit sich ändert. Dies kann entweder durch Verstellung der Leitdüsen oder durch die Anordnung zweier oder mehrerer Sätze von Leitdüsen und solcher Steuerung des Wasserzutrittes durch einen geeigneten Schieber oder ein Ventil erreicht werden, dass ein
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gebracht werden.
Die Notwendigkeit, bei fester Ausflussdüse die Leitdüse mit der Änderung der Wassergeschwindigkeit zu verstellen, um eine Höchstleistung zu erzielen, geht aus der Erwägung der Vorgänge beim Durchfliessen des Wassers durch das Turbinenrad an Hand der schematischen Fig. g, 6 und 7 hervor, von denen Fig. 5 einen Querschnitt durch Leitwerk, Turbinenrad und Austrittsdüse, Fig. 6 den Geschwindigkeitenplan an der Eintrittsstelle in das Laufrad und Fig. 7 den Geschwindigkeitenplan an der Austrittsstelle des Laufrades darstellt.
Wenn A B in Fig. 6 die Geschwindigkeit Vl am inneren Umfang des Laufrades und C B die Geschwindigkeit Va ist, mit der das Wasser aus den Düsen N austritt, so ist A C die sich ergebende relative Geschwindigkeit V2 zwischen Wasser und Laufrad. Nun sei in Fig. 7 E F die Umfangsgeschwindigkeit am äusseren Umfang des Laufrades. Da das in das Laufrad eintretende Wasser dessen Kanäle mit einer Geschwindigkeit V2 durchfliesst (Annahme nach Fig. 6), wird E G die absolute Geschwindigkeit des aus dem Rade austretenden Wassers darstellen.
Angenommen, dass nun ein Wasserteilchen bei 0 in das Laufrad eintritt und durch dieses hindurchgeht, so bewegt sich dieses Teilchen mit der gleichbleibenden relativen Geschwindigkeit V2 längs des Schaufelradkanales von der Eintrittsstelle 0 zur Austrittsstelle Q, während welcher Zeit sich das Rad um einen bestimmten Winkel weiter dreht, z. B. von 0 bis P. Wenn man diese beiden in der gleichen Zeit zurückgelegten Weglängen 0 P und 0 Q bestimmt, so erhält man den tatsächlichen Weg, den ein durch das Rad hindurchgehendes Wasserteilchen im Raume macht.
Dieser Weg sei durch die volle Linie 0 R angeordnet.
Erhöht sich nun die Düsengeschwindigkeit Va, etwa durch eine Änderung im Unterdruck von B C auf B D, so wird die relative Geschwindigkeit V2 von A C auf A S ansteigen und nicht auf A D, weil der Neigungswinkel des Turbinenkanals an der Eintrittsstelle mit der Einströmrichtung des Wassers in der Düse N, d. i. der- < X B A C, nicht zum B A D abgeändert wurde, wodurch Stossverluste eintreten, die die relative Geschwindigkeit auf A S herabsetzen. Diese vergrösserte Geschwindigkeit V2 wird während des Durchganges durch das Rad praktisch in der Grösse ungeändert bleiben und ist in Fig. 7 durch F T dargestellt.
Die absolute Geschwindigkeit des aus dem Rade austretenden Wassers wird sich dabei von E G auf E T ändern.
Wenn nun in den Arbeitsverhältnissen der Vorrichtung ausser der Vergrösserung der Wassereintrittsgeschwindigkeit nichts geändert wird, ergibt sich als Weg eines Wasserteilchen durch das Rad die strichlierte Linie 0 U, d. h. der Austrittspunkt des Wassers aus dem Rade ist von R nach U zurückgeblieben, weil'ja das Wasser mit grösserer Geschwindigkeit den Kanal
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Laufrades gegenüber dem vorhin erwogenen Falle räumlich zurückliegt. Bei vergrösserter Wassergeschwindigkeit ergibt sich die Richtung der absoluten Ausströmungsgeschwindigkeit als U K, die nicht zur Höchstleistung führen kann, weil für diese die Austrittsrichtungen X Y mit der Achse der Ausflussdüse möglichst zusammenfallen sollen.
Es muss demnach getrachtet werden, diese Richtung U K mit der Austrittsdüsenachse zusammenfallen zu machen und dies geschieht erfindungsgemäss dadurch, dass man die Leitdüse bei wachsender Wassergeschwindigkeit verstellt. Wenn diese Geschwindigkeit, wie für Fig. 6 angenommen, von B C auf B D ansteigt, wird die Leitdüse derart verdreht, dass die Wassereintrittsstelle ins Laufrad von 0 nach W und demzufolge der Austrittspunkt U nach Z verschoben wird. Die Austrittsrichtung ist demnach nunmehr Z Y und fällt mit der Düsenachse annähernd zusammen.
Die Erfindung betrifft also eine Vorrichtung für die Verstellung der Leitdüsen bzw. für die Verstellung eines Schiebers (oder Ventils), durch den jene von einer Anzahl von Leitdüsen bestimmt werden, die in Wirksamkeit zu treten haben. Die erforderliche Bewegung des Leitwerkes bzw. die Steuerung der Düsen des Leitwerkes derart, dass jeweils die einen oder anderen Düsen zur Wirkung kommen, kann entweder von Hand aus oder selbsttätig geschehen.
In der Zeichnung ist Fig. i ein lotrechter Schnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 ein Querschnitt. Die Fig. 3 und 4 zeigen ebenfalls im lotrechten Längsschnitt und Querschnitt eine andere Ausführungsart des Erfindungsgegenstandes.
In allen Figuren ist a das Turbinenlaufrad, das in dem Gehäuse b kreist. c, c sind die Leitdüsen, die das Wasser in die Kanäle d des Laufrades zuführen und e, e die Austrittsdüsen. fist der Behälter, in den die Luft und das Wasser gefördert werden und aus dem die Luft durch die Leitung g austritt, während das Wasser aus dem Behälter-durch den Rohrstutzen h wieder in das Innere der Leitvorrichtung m zutritt, um neuerlich verwendet zu werden. n bezeichnet den
Spiegel des Wassers im Behälter und im Leitwerk beim Anlassen der Vorrichtung. Der Behälter, aus dem die Luft abzusaugen ist, wird durch die Leitung o an die Vorrichtung angeschlossen, so dass die Luft durch die Leitung o in die Kammer p der Turbine eintreten kann.
Die Durchflussgeschwindigkeit des Wassers durch die Düsen c ist abhängig von dem Druckunterschied in dem Behälter f und der Kammer p. Wenn die Turbine mit gleichbleibender
Geschwindigkeit kreist, dann bestimmt die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit des Wassers durch die Düsen c die Winkelentfernung zwischen dem Zutrittspunkt des Wassers zur Turbine und dem Austrittspunkt aus der Turbine und sie beeinflusst ferner auch den Winkel zwischen der Austrittsrichtung des Wassers aus der Turbine mit dem Halbmesser. Um daher die grösste Leistung bei veränderlichenwassergeschwindigkeiten in den Düsen c zu erhalten, ist es notwendig, die Stellung dieser Düsen c zu ändern.
Bei der in den Fig. i und 2 dargestellten Ausführungsform wird dies durch eine Verdrehung der Leitvorrichtung m erreicht, so dass die Düsen entweder die in vollen Linien gezeichnete Stellung oder die mit strichpunktierten Linien dargestellte Lage Cl oder irgendeine zwischenliegende Stellung annehmen können.
Bei der in den Fig. 3 und/). Dargestellten Ausführungsform ist eine Anzahl von Leitdüsensätzen angeordnet, die verschiedene Winkelstellung zeigen. Ein mit einer Bohrung r versehener Drehschieber q liegt innerhalb der Leitvorrichtung m. Je nach der dem Drehschieber q gegebenen Stellung stimmt die Bohrung r mit dem einen oder anderen Satz der radial gestellten Düsen c überein, so dass während einer dieser Düsensätze in Wirksamkeit gebracht ist, die anderen ausgeschaltet werden.
Der Drehschieber q sitzt auf einerWelle s, auf der ein Hebel t aufgekeilt ist, der dazu dient, den Schieber von Hand aus in die erforderliche Stellung zu bringen. In gleicher Weise könnte auch bei der in den Fig. i und 2 dargestellten Ausführungsform das Leitwerk m mit Hilfe eines Hebels verdreht werden. Die Verstellung des Leitwerkes m oder des Schiebers q kann auch selbsttätig bewirkt werden, z. B. durch eine Hilfsmaschine, wie eine solche in den Fig. i und 2 dargestellt ist. In einem Zylinder u, der durch ein Leitung'v mit dem auszupumpenden Gefässe in Verbindung gesetzt wird, spielt ein Kolben w, der unter Vermittlung der Pleuelstange x einen Hebel y anfasst, der aus einem Stück mit der die Rückseite des Leitwerkes m bildenden Scheibe z besteht oder mit dieser fest verbunden ist. Eine Feder 2 drückt den Kolben w nach vorne.
Die Öffnung 3 an der Stirnfläche des Zylinders ermöglicht einerseits die Bewegung der Pleuelstange und bewirkt andrerseits, dass die Vorderseite des Kolbens dem Drucke der Aussenluft ausgesetzt ist. Die von dem Kolben innerhalb des Zylinders eingenommene Stellung wird daher von dem Druck in dem auszupumpenden Behälter abhängig sein und demzufolge wird die Stellung des Leitwerkes in in Übereinstimmung mit der Wassergeschwindigkeit in den Düsen c geregelt werden.
Wenn der Druck in dem Gefäss, aus dem die Luft abzuziehen ist, gleichbleibend wäre, jedoch in jenem Gefäss, in das die Luft aus dem Behälter f gefördert wird, sich ändern würde,
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dann könnte der Zylinder M mit dem Luftaufnahmebehälter verbunden und die Hilfsmaschine entsprechend abgeändert werden. Eine in gleicher Weise ausgestattete Hilfsmaschine könnte auch für die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung verwendet werden, wobei die Stange x den Hebel t anfassen würde.
Obgleich in beiden Ausführungsformen der Vorrichtung eine Mehrzahl paralleler-Leit- düsen und eine Mehrzahl paralleler Austrittsdüsen dargestellt sind, muss diese mehrfache Anordnung nicht unbedingt verwendet werden. Ferner ist die Erfindung keineswegs auf eine Vorrichtung beschränkt, bei der das Wasser stets neuerlich wieder in Verwendung tritt und einen Kreislauf vollführt ; es könnte auch von einem ausserhalb liegenden Behälter dem Leitwerk zugeführt und nur einmal verwendet werden, so dass es sodann aus dem Behälter f abfliesst.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Vorrichtung zum Ansaugen oder Verdichten von Luft oder anderen elastischen Mitteln durch eine Hilfsflüssigkeit, die durch eine Leitdüse oder ein Leitwerk mit mehreren Düsen einem Turbinenrad zugeführt, aus diesem in eine oder mehrere Austrittsdüsen geschleudert wird und das elastische Mittel durch diese Düsen hindurchdrückt, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelabstand zwischen der Stelle, wo das Wasser aus dem Leitwerk aus-und in das mit bestimmter Umdrehungszahl kreisende Turbinenlaufrad übertritt und der Eintrittsstelle des Wassers in die Ausflussdüsen durch Verstellung der Leitwerksaustrittsstelle in einem verkehrten Verhältnis zur Wassereintrittsgeschwindigkeit geändert wird, um bei verschiedener Wassergeschwindigkeit grösste Leistung zu erzielen.