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Strahlverdichter, bei welchem dem anzusaugenden Mittel vor dem Zusammentreffen
mit dem Treibmittel eine gewisse Geschwindigkeit erteilt ist Strahlverdichter, bei
denen dem höher gespannten treibenden Mittel durch Expansion auf den* niedrigeren
Druck des angesaugten Mittels eine große Geschwindigkeit erteilt wird, um beim Zusammentreffen
mit letzterem dieses zu beschleunigen, worauf eine Umr setzung der Geschwindigkeit
des Gemisches in Druck stattfindet, haben einen schlechten Wirkungsgrad, weil beim
Zusammentreffen des Treibmittels mit dem anzusajugenden Mittel infolge der großen
Geschwindigkeitsdifferenzen ein unstetiger, d. h. unelastischer Stoßvorgang stattfindet.
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Es ist daher schon vielfach versucht worden, diese Relativgeschwindigkeit
zu verringern, und zwar indem das anzusaugende Mittel vor dem Zusammentreffen mit
dem Treibmittel ebenfalls entspannt wurde, um ihm eine Geschwindigkeit möglichst
in der Strömungsrichtung des Treibmittels zu erteilen.
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Außerdem ist bekannt, die Beschleunigung des ,anzusaugenden Mittels
in mehreren Gieschwindigkeitsstufen bei konstantem Druck vorzunehmen, wobei für
die vorhergehenden Geschwindigkeitsstufen ein Treibmittel geringeren Druckes als
für die nachfolgenden verwendet wird. Diese Vorschläge haben bisher jedoch noch
zu keinem Erfolg geführt, da man sich über die Größe der zulässigen Geschwindigkeitsdifferenz
nicht im klaren war.
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Bei den bisher in der Praxis eingeführten, Strahlverdichtern war -
es außerdem üblich, daß man einen mit überschallgeschwindigkeit strömenden Strahl
bedenkenlos ,auf ein festes Hindernis, beispielsweise ,auf die Wand des Diffusors,
auftreffen ließ. Hierbei wird jedoch nicht, wie es bei Unterschallgeschwin, digkeit
der Fall wäre, ein stetig -herlaufender Stau entstehen, wobei der Strahl zur Mitte
des Diffusors .abgelenkt würde. Der mit überschallgeschwindigkeit strömende Strahl
gelangt vielmehr ohne jede vorherige, vom Hindernis ausgehende Einwirkung bis an
das Hindernis heran, um dann durch einen unstetigen Stoßvorgang zum Ausweichen gezwungen
zu werden, wobei Wirbelungen und damit große Verluste entstehen.
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Man erreicht bei einem Strahlverdichter einen guten Wirkungsgrad,
wenn man ihn erfindungsgemäß so ausführt, da.ß die Relativgeschwindigkeit zwischen
den beiden Mitteln bei ihrem Zusammentreffen zwecks Vermeidung eines unelastischen
Stoßes die Schallgeschwindigkeit nicht überschreitet und die Expansionsdüsen einen
kreisbogenförmig begrenzten Fortsatz erhalten, wobei die aus den Ansatzpunkten der
Kreisbogen ausgehenden Machscheu Störungslinien die Verbindungslinie der Kreisbogenmittelpunkte
im Düsenaustritt schneiden, so daß ein Auftreffen eines mit Überschallgeschwindigkeit
strömenden Strahles auf ein festes Hindernis nicht stattfinden kann.
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Abb. r erläutert den Gegenstand der Erfindung. Sie stellt ein Beispiel
für .einen gemäß der Erfindung konstruierten Strahlverdichter
mit
zwei Geschwindigkeitsstufen dar, wobei a die ringförmig angeordneten Düsen der ersten
und b die Düse der zweiten Geschwindigkeitsstufe ist. Durch den Stutzen-c tritt
das anzusaugende -und zu verdichtendd. Mittel in den Strahlapparat ein und wird
beim'-Zusammentreffen mit dem aus den Düsen a austretenden Strahl beschleunigt.
In diesem Beispielsfall wird als Treibmittel für die erste Geschwindigkeitsstufe
ein Teil des auf den gewünschten Enddruck verdichteten Gemisches vom Ende d des
Diffusors e durch das Rohr/
entnommen. Da der sich am Ende des Diffusors ergebende
Enddruck der Verdichtung stets erheblich niedriger ist als der Druck des Treibmittels,
wird die beim Austritt aus der Düse a. erreichte Geschwindigkeit stets wesentlich
niedriger sein als bei Verwendung des vollen Treibmitteidruckes. Die Relativgeschwindigkeit
zwischen dem aus den Düsen a austretenden Strahl rund dem anzusaugenden Mittel wird
also verhältnismäßig klein, insbesondere kleiner als die dem Ansaugdruck entsprechende
Schallgeschwindigkeit sein, was durch entsprechende Wahl der Druckverhältnisse erreicht
werden muß.
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In der Düse b expandiert das Treibmittel von dem passend zu wählenden
Treibmitteldruck auf den Wert des Ansaugdruckes oder etwas darunter, wobei es eine
- beträchtliche Geschwindigkeit annimmt. Bei dem nunmehr erfolgenden Zusammentreffen
des aus der Düse b austretenden Strahles hoher Geschwindigkeit mit dem in der ersten
Geschwindigkeitsstufe schon beschleunigten Gemisch wird sich ,auch hier eine verhältnismäßig
niedrige Relativgeschwindigkeit ergeben, die @erfindungsgemäß nicht größer gewählt
werden darf als die Schallgeschwindigkeit.
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Im vorstehend beschriebenen Beispielsfall ist als Treibmittel für
die erste Geschwindigkeitsstufe das verdichtete Gemisch aus dem Diffusoraustritt
verwendet worden. Selbstverständlich kann hierfür auch jedes andere Treibmittel
passenden Druckes benutzt werden, beispielsweise das aus. dem engsten Querschnitt
g des Diffusors zu entnehmende Gemisch, .da der Druck an dieser Stelle noch erheblich
niedriger als der Enddruck der Verdichtung ist, die erzielbare Geschwindigkeit bei
Expansion auf den Ansaugdrntck also noch geringer ,ausfällt. Bei einem Strahlapparat
mit drei Geschwindigkeitsstufen ergibt sich also die Möglichkeit, als Treibmittel
für die erste Geschwindigkeitsstufe einen Teil des Gemisches aus dem engsten Querschnitt
des Diffusors, als Treibmittel der zweiten Geschwindigkeitsstufe einen Teil des
Gemisches vom Diffusoraustritt zu verwenden. Erst für die dritte Geschwindigkeitsstufe
kommt der volle Treibmitteldruck zur Wirkung. Hierbei sind die in den einzelnen
Stufen auftretenden Relativgeschwindigkeiten wieder so zu wählen, daß sie kleiner
als die Schallgeschwindigkeit bleiben.
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Auch kann man für eine beliebige Geschwindigkeitsstufe Luft von Atmosphärenspannung
verwenden, was besonders bei Strahlluftpumpen, die auf Atmosphärenspannung verdichten,
am Platze ist. Die Verwendung von ,atmosphärischer Luft als Treibmittel für eine
Geschwindigkeitsstufe hat weiter den Vorteil, daß diese Luft nur einmal verdichtet
zu werden braucht, der Gesamtwirkungsgrad des Apparates also günstiger wird.
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Die zweite eingangs aufgestellte Forderung, daß ein mit überschallgeschwindigkeit
strömender Strahl zwecks Vermeidung eines unelastischen Stoßes auf kein festes Hindernis
auftreffen soll, läßt sich durch entsprechende Anordnung der Düsen sowie durch Erzeugung
eines aus den Düsen parallel zu ihren Achsen austretenden Strahles erreichen.
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Abb.2 erläutert die Erfüllung dieser Forderung. Sie 'stellt den Schnitt
durch eine Treibmitteldüse mit zur Achse parallelem Austrittsstrahl dar, wobei in
h der engste Querschnitt und zwischen h und der Ebene k k' der erweiterte Teil der
Düse dargestellt ist. In den Punkten k k' setzt der den Strahl kreisbogenförmig
begrenzende Fortsatz der Düse an. Die Verbindungslinie der Mittelpunkte o o' der
begrenzenden Kreisbögen k rt und kn'
schneidet die Machschen Störungslinien
k' n und kn' im Düsenaustrittsquerschnitt. Letztere sind dadurch bestimmt, daß sin;
a = y , wobei a den Winkel darstellt, den die Machsche Störungslinie
mit der Strahlachse bildet, während iv die augenblickliche Strömungsgeschwindigkeit
im Querschnitt kk' und v die dem Gemischzustand im Querschnitt k k' entsprechende
Schallgeschwindigkeit ist. Im Austrittsquerschnitt nn' der Düse besitzen die Kreisbogen
k n und kn' zur Düsenachse parallele Tangenten.
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Dieser Fortsatz vom Querschnitt kk' bis zum Austrittsquerschnittnn'
hat zur Folge, daß die bis zur Linie kmk' wie ein Büschel aus dem Punkte x ausgehenden
Strömungslinien innerhalb der Winkel k in n und k' m rt' unter Einwirkung
.der bogenförmigen Wände als zu diesen kongruente Kreisbogen, verlaufen. Im Gebietnmn'
addieren sich die Wirkungen der beiden Wände und bringen so einen geradlinigen Strömungsverlauf
hervor, so daß die Strömungslinien im Querschnitt nn' parallel zur Düsenachse verlaufen.