CH166308A - Spalt mit quer zur Strömungsrichtung unveränderlichem Wandabstand zwischen Gebieten verschiedenen Druckes in Flüssigkeitsführungen. - Google Patents

Description

  Spalt mit quer zur Strömungsrichtung unveränderlichem Wandabstand zwischen  Gebieten verschiedenen Druckes in Flüssigkeitsführungen.    Die Erfindung betrifft einen Spalt mit       (Irrer    zur     Strömungsrichtung    unveränder  lichem     Wandabstand    zwischen Gebieten     ver-          @chiedenen    Druckes in     Flüssigkeitsführungen,     zum Beispiel in     Wasserturbinen,        Kreisel-          pumpen    oder Absperrorganen und bezweckt  die Vermeidung von     Hohlraumbildung        (Ka-          vitation)

      und die dadurch verursachten Kor  rosionen.  



  Bei der üblichen     ,scharfkantigen    Ausfüh  rung von Spalten     zwischen    Gebieten ver  schiedenen Drucke:     (P1        bezw.        P_)    erleidet  die     Flüssigkeit    am Einlauf an der     Über-          druckseite    eine Kontraktion;

       \regen    der teil  weisen     Energierückgewinnung    in der     naQh-          folgenden    Mischungszone entsteht im kontra  hierten     Strahlquerschnitt    ein     statischer          Druck,    der kleiner ist als der Druck     P"    auf  der Unterdruckseite.

   Dieser Umstand     be-          wirkt,        dass    für engsten     Strahlquerschnitt          Hohlraumbildung        (Kavitation)    auftritt, und       zwar,    wenn der absolute     statische    Druck     P_     klein     genug        gegenüber    der     Differenz    der sta-    tischen Drücke     PP.,    ist, weil der mittlere  Druck im kontrahierten Strahl bis zur  Dampfspannung absinkt, und wenn .der abso  lute :

  statische Druck     P.    gross gegenüber der       Druckdifferenz        P,--P.    ist, weil in den  lokalen Wirbelkernen der Mischungszonen  immer so hohe Rotationsgeschwindigkeiten  erzeugt     werden,    dass der     Ihuch    in diesen  Kernen bis     auf,

  die    Dampfspannung .der Flüs  sigkeit     herabsinkt.    In gleicher Weise treten  auch     unmittelbar    beim Austritt der Flüssig  keit an der Unterdruckseite des .Spaltes in  folge     Wirbelbildung    durch     Aufrollen    der  Trennungsfläche zwischen Gebieten verschie  dener     Geschwindigkeiten        Kavitationserschei-          nungen    auf.  



       Wegen    der bekannten schädlichen Wir  kung der     Hohlraumbildung        werden    die mit       Kreuzschraffur    in     F'ig.    1 hervorgehobenen  Flächen besonders leicht korrodieren.  



  Die     Erfindung    besteht nun     .darin,    den  Spalt so zu     gestalten,    dass alle Flüssigkeits  teilchen innerhalb des Spaltes stetig so be-           schleunigt.    werden, dass an keiner Stelle       Kavitation    durch Ablösung entsteht. Dies hat  zur Folge,     dass    einmal im ganzen Spaltraum  die mittleren Drücke     stets    höher als der  Druck     P_    bleiben     und        dass    örtliche Wirbel  kerne vermieden sind, so     @dass    keine lokalen  Unterdrücke entstehen können.

   Ferner     ist,die          Strahlkontraktion    dadurch vermieden. Da.       ausserdem    durch Wegfall der     Strahlkontrak-          tion    und     derdurch    sie bedingten nachfolgen  den Energieverluste am     ,Spaltende    die volle  dem     Druckunterschied    P=P, entsprechende  Geschwindigkeitsenergie vorhanden ist, wer  den die durch Aufrollen der Trennungsfläche  entstandenen Wirbel vom     Spaltende    weg in  .das Innere der Flüssigkeit verlegt und da  durch unschädlich gemacht.  



       Um,    einen solchen Spalt zu konstruieren,  genügt es nicht, die Spaltwände nur so zu       gestalten"dass    sich der Spalt in     Fliessrichtung          allmählich    verändert,     etwa,da:durch,    dass der  Spalt konisch ausgeführt und die Eintritt  kanten leicht abgerundet werden.

   Bei den  meist sehr hohen Geschwindigkeiten in Spalt  strömungen     darf,das        Druckgefälle    nach den  Wänden hin, welches durch die Zentrifugal  kräfte     entsteht,    nicht mehr vergrössert wer  den, weil es sonst bei ungeeignet gekrümm  ten     Spaltwänden    zu     .Strahlablösung    und da  mit zu     Kavitation    führen kann, da in diesem  Falle -die Flüssigkeit zunächst bis zum eng  sten     Ablösequerschnitt    beschleunigt und     an-          schliessend    im Spalt unter Mischungsvorgän  gen verzögert wird,

   was die bereits geschil  derten schädlichen Vorgänge zur Folge haben       würde.     



  Auf der Zeichnung sind in       Fig.    2 und 3 zwei Ausführungsbeispiele  des Erfindungsgegenstandes     schematisch    im  Schnitt dargestellt;       Fig.    4 zeigt ebenfalls schematisch im  Schnitt einen zur     Kavitation    neigenden Spalt.  Die in     Fig.    2 gezeigte     günstige    Form ist  durch Rechnung und Versuch     ermittelt    wor  den.  



  Diese Form ist     natürlich        keineswegs    die  einzig mögliche.    Es lassen sich vielmehr eine ganze Reihe  von Formen ermitteln, bei denen an     keiner     Stelle     Kavitation    durch Ablösung entstehen  kann. Bedingung     bierfür    ist lediglich die  Einhaltung der durch die Rechnung und Ver  such ermittelten     Grenzbedingungen:    Der Ra  dius der Abrundung am Einlauf darf, wenn  d der senkrechte Abstand zwischen Über  druckseite und Unterdruckseite ist, 0,35 d und  die schräge der Spaltbegrenzung     .gegen    die  senkrechte     Durchströmrichtung    3   nicht un  terschreiten.

   Grössere als die angegebene Ab  rundung und Schräge lassen Ablösungen  nicht mehr zu.  



       Beim    Spalt nach     Fig.    3, die einen verti  kalen Schnitt durch     Laufradring    und Lauf  radschaufeln einer     Wasserturbine    oder einer  Kreiselpumpe darstellt, ist die Beschleuni  gung der Strömung bis zur     Schaufelaustritts-          kante    durch die sich stetig verjüngende Form,  des Spaltes erreicht, während die- in     Fig.    4  dargestellte     Ausbildung,des        .Spaltes    eine un  günstige und leicht zu     Kavitationen    neigende  Spaltform ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Spalt zwischen Gebieten verschiedenen Druckes für tropfbare Flüssigkeiten mit quer zur Strömungsrichtung unveränderlichem Abstand :der .Spaltwände in Flüssigkeitsfüh rungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussprofil so gestaltet ist, dass alle Flüssigkeitsteilchen innerhalb des Spaltes stetig so beschleunigt werden, :dass an keiner Stelle Kavitation durch Ablösung entsteht.

   UNTERANSPRUCH: Spalt nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass folgende Grenzbildung er füllt ist: ,der Radius,der Abrundung am Ein lauf. darf, wenn d der senkrechte Abstand zwischen Überidruckseite und Unterdruckseite ist, 0,35 d und die Schräge der Spaltbegren- zuug gegen die senkrechte Durchströmrich- tung 3 nicht unterschreiten.