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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.
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Device for sucking in or compressing air or other elastic means by an auxiliary liquid.
The invention relates to a device for sucking in or compressing air or other elastic means by an auxiliary liquid, e.g. B. water which is fed through a guide nozzle or a guide device with several nozzles to a rotating turbine wheel, from which it is thrown into one or more outflow nozzles, the auxiliary liquid pushing the elastic means into and through these outflow nozzles. Air is assumed as the elastic medium and water as the auxiliary liquid.
If such a device is used to extract air from a vessel under negative pressure and the water is obtained from a container under the pressure of the outside air or, in general, when the pressure of the suction air is variable in relation to the pressure of the incoming water, the The speed at which the water passes through the guide device can be varied. If the guide device or the guide nozzles are immobile and the speed of the turbine always remains the same, then the exit direction of the water from the turbine will change depending on the speed of the water in the guide nozzles.
If the outflow nozzles are immobile, the direction in which the water exits the tubine wheel should be approximately constant so that the water can deliver the air in the most effective way. It is therefore necessary for maximum performance that the guide nozzles be changed when the water speed changes. This can be achieved either by adjusting the guide nozzles or by arranging two or more sets of guide nozzles and such control of the water entry by a suitable slide or valve that a
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to be brought.
The need to adjust the guide nozzle with the change of the water speed with a fixed outlet nozzle in order to achieve maximum performance is evident from the consideration of the processes when the water flows through the turbine wheel on the basis of the schematic FIGS. 6 and 7, of which 5 shows a cross section through the tail unit, turbine wheel and outlet nozzle, FIG. 6 shows the speed diagram at the point of entry into the impeller and FIG. 7 shows the speed diagram at the exit point of the impeller.
If A B in FIG. 6 is the speed Vl at the inner circumference of the impeller and C B is the speed Va at which the water emerges from the nozzles N, then A C is the resulting relative speed V2 between the water and the impeller. Now let in Fig. 7 E F the peripheral speed on the outer circumference of the impeller. Since the water entering the impeller flows through its channels at a speed V2 (assumption according to FIG. 6), E G will represent the absolute speed of the water exiting the impeller.
Assuming that a water particle enters the impeller at 0 and passes through it, this particle moves with the constant relative speed V2 along the impeller channel from the entry point 0 to the exit point Q, during which time the wheel continues by a certain angle rotates, e.g. B. from 0 to P. If you determine these two distances covered in the same time 0 P and 0 Q, you get the actual path that a water particle passing through the wheel makes in space.
Let this path be arranged by the solid line 0 R.
If the nozzle speed Va increases, for example due to a change in the negative pressure from BC to BD, the relative speed V2 will increase from AC to AS and not to AD, because the angle of inclination of the turbine duct at the entry point corresponds to the direction of the water flowing into the nozzle N, d. i. der- <X B A C, has not been changed to B A D, which results in shock losses that reduce the relative speed to A S. This increased speed V2 will remain practically unchanged in size during the passage through the wheel and is represented in FIG. 7 by F T.
The absolute speed of the water emerging from the wheel will change from E G to E T.
If nothing is changed in the working conditions of the device apart from the increase in the water entry speed, the path of a water particle through the wheel results in the dashed line 0 U, i.e. H. the exit point of the water from the wheel has remained behind from R to U, because the water flows through the canal with greater speed
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The impeller is spatially behind compared to the previously considered case. If the water speed is increased, the direction of the absolute outflow speed results as U K, which cannot lead to maximum performance because for this the outlet directions X Y should coincide as far as possible with the axis of the outflow nozzle.
It must therefore be attempted to make this direction U K coincide with the outlet nozzle axis and this is done according to the invention by adjusting the guide nozzle as the water speed increases. When this speed increases from B C to B D, as assumed for FIG. 6, the guide nozzle is rotated in such a way that the water entry point into the impeller is shifted from 0 to W and consequently the exit point U to Z is shifted. The exit direction is therefore now Z Y and approximately coincides with the nozzle axis.
The invention thus relates to a device for the adjustment of the guide nozzles or for the adjustment of a slide (or valve), by means of which those of a number of guide nozzles which have to come into effect are determined. The required movement of the tail unit or the control of the nozzles of the tail unit in such a way that one or the other of the nozzles take effect can either be done manually or automatically.
In the drawing, FIG. 1 is a vertical section through a device according to the invention, FIG. 2 is a cross section. 3 and 4 also show a different embodiment of the subject matter of the invention in a vertical longitudinal section and cross section.
In all figures, a is the turbine runner, which rotates in the housing b. c, c are the guide nozzles that feed the water into the channels d of the impeller and e, e are the outlet nozzles. f is the container into which the air and the water are conveyed and from which the air exits through the line g, while the water from the container enters the interior of the guide device m again through the pipe socket h to be used again. n denotes the
Level of the water in the tank and in the tail unit when starting the device. The container from which the air is to be sucked off is connected to the device by the line o so that the air can enter the chamber p of the turbine through the line o.
The flow rate of the water through the nozzles c depends on the pressure difference in the container f and the chamber p. When the turbine with steady
Speed circles, then the change in the flow rate of the water through the nozzles c determines the angular distance between the point of entry of the water to the turbine and the point of exit from the turbine and it also affects the angle between the direction of exit of the water from the turbine with the radius. Therefore, in order to obtain the greatest performance at variable water speeds in the nozzles c, it is necessary to change the position of these nozzles c.
In the embodiment shown in FIGS. I and 2, this is achieved by rotating the guide device m so that the nozzles can either assume the position shown in full lines or the position C1 shown with dash-dotted lines or any intermediate position.
When in Fig. 3 and /). In the illustrated embodiment, a number of guide nozzle sets are arranged which show different angular positions. A rotary slide valve q provided with a bore r is located within the guide device m. Depending on the position given to the rotary slide valve q, the bore r corresponds to one or the other set of radially positioned nozzles c, so that while one of these nozzle sets is activated, the others are switched off.
The rotary slide valve q sits on a shaft s on which a lever t is keyed, which is used to bring the slide valve into the required position by hand. In the same way, in the embodiment shown in FIGS. I and 2, the tail unit m could be rotated with the aid of a lever. The adjustment of the tail unit m or the slide q can also be effected automatically, e.g. B. by an auxiliary machine, such as is shown in Figs. In a cylinder u, which is connected to the vessel to be pumped out by a line v, a piston w plays, which, through the intermediary of the connecting rod x, grips a lever y which is made in one piece with the disk z exists or is firmly connected to it. A spring 2 pushes the piston w forward.
The opening 3 on the end face of the cylinder enables the connecting rod to move and, on the other hand, causes the front side of the piston to be exposed to the pressure of the outside air. The position occupied by the piston within the cylinder will therefore depend on the pressure in the container to be pumped out and consequently the position of the tail unit will be regulated in accordance with the water speed in the nozzles c.
If the pressure in the vessel from which the air is to be drawn off were constant, but would change in the vessel into which the air is conveyed from the container f,
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then the cylinder M could be connected to the air receiver and the auxiliary machine modified accordingly. An auxiliary machine equipped in the same way could also be used for the embodiment of the device according to the invention shown in FIGS. 3 and 4, the rod x would grip the lever t.
Although a plurality of parallel guide nozzles and a plurality of parallel outlet nozzles are shown in both embodiments of the device, this multiple arrangement does not necessarily have to be used. Furthermore, the invention is in no way limited to a device in which the water is always used again and performs a cycle; it could also be fed to the tail unit from an outside container and used only once, so that it then flows out of the container f.
PATENT CLAIMS: I. Device for sucking in or compressing air or other elastic means by an auxiliary liquid, which is fed to a turbine wheel through a guide nozzle or a control unit with several nozzles, thrown out of this into one or more outlet nozzles and the elastic means through this Pressing nozzles through, characterized in that the angular distance between the point where the water exits from the tail unit and into the turbine wheel rotating at a certain number of revolutions and the entry point of the water into the outflow nozzles is changed by adjusting the tail unit outlet point in the opposite proportion to the water entry speed to achieve maximum performance at different water speeds.