[0001] Die Erfindung betrifft einen Diffusor zum Einbau in von Fluiden durchströmten Leitungen,
insbesondere vor Wärmetauschern, Schalldämpfern, Zumischvorrichtungen und dergleichen,
vorzugsweise für Kraftwerke, mit Verwirbelungen erzeugenden Einbauelementen.
[0002] Zum Einbau in von Fluiden durchströmten Leitungen bestimmte Diffusoren sind bekannt,
beispielsweise aus der US-PS 4 971 768. Derartige Diffusoren haben den Zweck, die
Strömungsgeschwindigkeit von Gasen oder Flüssigkeiten bei gleichzeitigem Druckrückgewinn
zu reduzieren. Sie werden vor Wärmetauschern, Schalldämpfern, Reaktoren, Zumischsystemen,
Brennern, Gleichrichtern, Befeuchtern und Leitungsabzweigen eingesetzt, insbesondere
im Kraftwerksbau, in der Lüftungstechnik und im Anlagenbau. Der mit der Geschwindigkeitsreduzierung
einhergehende Druckrückgewinn hängt sehr stark von den im Diffusor auftretenden Druckverlusten
ab, so daß der konstruktiven Ausgestaltung der Diffusoren eine besondere Bedeutung
zukommt.
[0003] Bei dem aus der US-PS 4 971 768 bekannten Diffusor werden Verwirbelungen erzeugende
Einbauelemente verwendet, um ein Anliegen der Strömung an der sich in Strömungsrichtung
erweitenden Diffusorwand zu erzielen; dies wird mit zunehmendem Öffnungswinkel des
Diffusors schwieriger.
[0004] Bei dem aus der US-PS 4 971 768 bekannten Diffusor bestehen die Einbauelemente aus
einer vor dem Diffusoreintritt angeordneten gewellten Leitfläche, durch die Verwirbelungen
hervorrufende Drallströmungen erzeugt werden sollen. Derartige Leitflächen verursachen
jedoch nicht nur einen relativ hohen Druckverlust, sondern haben auch nur geringe
Verwirbelungseffekte, so daß in der Praxis die in der Druckschrift beschriebenen Wirkungen
und Vorteile nicht eintreten.
[0005] Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, einen Diffusor der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der eine Ablösung
der Strömung von der Diffusorwand vermeidet und eine gleichmäßige Ausbreitung der
Strömung auf den sich erweiternden Strömungsquerschnitt mit geringem Aufwand und geringen
Druckverlusten sicherstellt.
[0006] Die
Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Einbauelement
mindestens eine ein Vorderkantenwirbelsystem erzeugende Einbaufläche im Bereich des
divergierenden Strömungsabschnittes des Diffusors angeordnet ist.
[0007] Durch den an der Vorderkante bzw. den Vorderkanten der an sich bekannten, gegenüber
der Hauptströmungsrichtung unter einem spitzen Winkel angestellten Wirbeleinbaufläche
entstehenden stationären, d.h. seine Lage nicht oder nur unwesentlich verändernden
Wirbelnachlauf ergibt sich ein verlustarmes Wirbelsystem, durch das die in den Diffusor
eintretende Strömung gleichmäßig auf den sich erweiternden Strömungsquerschnitt verteilt
wird. Die mit dem Vorderkantenwirbelsystem erzeugte gleichmäßige Strömungsverteilung
führt zu einem Druckrückgewinn, der die durch die Einbaufläche erzeugten Strömungsverluste
mindestens kompensiert, so daß sich insgesamt eine erhebliche Wirkungsgradverbesserung
ergibt.
[0008] In Abhängigkeit von den Abmessungen einerseits des Diffusors und andererseits der
Einbauelemente können erfindungsgemäß mehrere Einbauelemente neben- und/oder hintereinander
im divergierenden Strömungsabschnitt des Diffusors angeordnet sein.
[0009] Jede Einbaufläche kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung einen symmetrischen
Kantenverlauf mit in Hauptströmungsrichtung verlaufender Symmetrieebene besitzen und
mit einer kreisförmigen, elliptischen, ovalen, parabelförmigen, rautenförmigen oder
dreieckförmigen Grundform ausgebildet sein.
[0010] Mit der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, die Einbaufläche im Querschnitt
zu profilieren, V-förmig auszubilden und/oder mit einem abgewinkelten Rand zu versehen,
wodurch das Wirbelsystem verstärkt wird und sich die Stabilität der Einbaufläche erhöht.
[0011] Insgesamt ergibt sich durch die Erfindung die Möglichkeit, auch bei Diffusoren mit
stark divergierenden Strömungsabschnitten ein gutes Anliegen der Strömung an der Diffusorwand
sicherzustellen, und zwar durch nur geringen Aufwand erfordernde Einbauelemente. Die
von diesen erzeugten Vorderkantenwirbelsysteme haben nur geringe Strömungsverluste
zur Folge, so daß trotz der erheblichen Verbesserung der Diffusorwirkung gleichzeitig
eine Erhöhung des Wirkungsgrades erzielt wird.
[0012] Auf der Zeichnung sind fünf Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Diffusors
und vier Ausführungsbeispiele einer hierbei verwendeten Einbaufläche dargestellt,
und zwar zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Diffusors
mit einer Einbaufläche,
- Fig. 2
- eine der Fig. 1 entsprechende Seitenansicht eines Diffusors mit zwei Einbauflächen,
- Fig. 3
- eine den Fig. 1 und 2 entsprechende Seitenansicht eines asymmetrischen Diffusors,
- Fig. 4
- eine weitere Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines mit vier Einbauflächen
ausgestatteten Diffusors,
- Fig. 5
- eine fünfte Ausführungsform eines in Seitenansicht dargestellten Diffusors mit vier
in getrennten Kanalabschnitten angeordneten Einbauflächen,
- Fig. 6
- einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie VI-VI in Fig. 5,
- Fig. 7
- ein erstes Ausführungsbeispiel einer Einbaufläche mit dreieckiger Grundform,
- Fig. 8
- ein zweites Ausführungsbeispiel einer rautenförmigen Einbaufläche,
- Fig. 9
- ein drittes Ausführungsbeispiel der Einbaufläche mit elliptischer Grundform und
- Fig. 10
- eine kreisförmige Einbaufläche als vierte Ausführungsform.
[0013] Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Diffusoren umfassen jeweils einen Zuströmkanal
1, an den sich ein divergierender Strömungsabschnitt 2 anschließt, der in einen Abströmkanal
3 übergeht. Während bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 sowie 4 und 5
die Mittelachse des Abströmkanales 3 in Verlängerung der Mittelachse des Zuströmkanales
1 liegt, so daß sich ein symmetrischer divergierender Strömungsabschnitt 2 ergibt,
zeigt die Ausführungsform nach Fig. 3 einen Versatz der beiden Mittelachsen von Zuströmkanal
1 und Abströmkanal 3, so daß sich ein asymmetrischer divergierender Strömungsabschnitt
2 ergibt.
[0014] Bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 ist im divergierenden Strömungsabschnitt
2 eine ovale bzw. kreisförmige Einbaufläche 4 angeordnet, die unter einem spitzen
Winkel zur Hauptströmungsrichtung angestellt ist, so daß sich an ihren symmetrischen
Vorderkanten jeweils ein stationärer Wirbelnachlauf ergibt. Die in der Darstellung
eingezeichneten Wirbel bilden ein sogenanntes Vorderkantenwirbelsystem, das sich quer
zur Hauptströmungsrichtung ausbreitet und eine verlustarme Ausbreitung der Strömung
zur Folge hat, so daß diese auch bei stark divergierendem Strömungsabschnitt 2 an
der Wand des Diffusors anliegt. Auf diese Weise verteilt sich die Strömung gleichmäßig
und verlustarm auf den Strömungsquerschnitt und hat trotz der unvermeidbaren Strömungsverluste
aufgrund des Einbaues der Einbaufläche 4 einen Druckrückgewinn zur Folge, der die
Strömungsverluste mindestens kompensiert.
[0015] Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind im divergierenden Strömungsabschnitt
2 zwei Einbauflächen 4 angeordnet, die symmetrisch zur Längsmittelachse des Diffusors
angeordnet sind und jeweils stationäre Vorderkantenwirbelsysteme erzeugen.
[0016] Bei der dritten Ausführungsform nach Fig. 3 ist in Verlängerung der Strömung im Zuströmkanal
1 eine Einbaufläche 4 und im Bereich der divergierenden Wand des divergierenden Strömungsabschnittes
2 eine weitere Einbaufläche 4 angeordnet. Hierbei sind Lage und Größe der beiden Einbauflächen
4 derart auf den asymmetrischen Verlauf des Strömungsabschnittes 2 des Diffusors abgestimmt,
daß sich auch bei dieser speziellen Ausgestaltung des Diffusors eine gute Anlage der
Strömung an die sich im Querschnitt erweiternden Diffusorwandungen erreicht wird.
[0017] Bei der vierten Ausgestaltung nach Fig. 4 sind jeweils zwei Einbauflächen 4 nebeneinander
und zwei Einbauflächen 4 hintereinander im divergierenden Strömungsabschnitt 2 angeordnet,
wobei die in Strömungsrichtung vornliegenden Einbauflächen 4 mit kreisförmiger bzw.
elliptischer Grundform und die dahinterliegenden Einbauflächen 4 mit dreieckiger Grundform
ausgebildet sind. Auch bei dieser Ausführungsform erzeugt jede Einbaufläche ein stationäres
Vorderkantenwirbelsystem mit den voranstehend geschilderten Eigenschaften und Vorteilen.
[0018] Die fünfte Ausführungsform nach Fig. 5 zeigt schließlich die Anordnung von vier Einbauflächen
4 ovaler oder kreisförmiger Grundform im Eintrittsbereich des divergierenden Strömungsabschnittes
2, wobei als Besonderheit dieser Eintrittsbereich des divergierenden Strömungsabschnittes
2 durch Trennwände 5 in vier Kanalabschnitte aufgeteilt ist. Durch die Trennwände
5 werden gegenseitige Beeinflussungen der jeweils durch eine Einbaufläche 4 erzeugten
Vorderkantenwirbelsysteme im Eintrittsbereich des divergierenden Strömungsabschnittes
2 ausgeschlossen.
[0019] Die Fig. 7 bis 10 zeigen vier Ausführungsbeispiele für die Ausgestaltung der Einbaufläche
4. Die in Fig. 4 gezeichnete Einbaufläche 4 hat eine dreieckförmige Grundform; die
Einbaufläche 4 nach Fig. 8 ist rautenförmig ausgebildet. Die Fig. 9 und 10 zeigen
eine elliptische bzw. eine kreisförmige Ausgestaltung der Einbaufläche 4.
Bezugszeichenliste
[0020]
- 1
- Zuströmkanal
- 2
- divergierender Strömungsabschnitt
- 3
- Abströmkanal
- 4
- Einbaufläche
- 5
- Trennwand
1. Diffusor zum Einbau in von Fluiden durchströmten Leitungen, insbesondere vor Wärmetauschern,
Schalldämpfern, Zumischvorrichtungen und dergleichen, vorzugsweise für Kraftwerke,
mit Verwirbelungen erzeugenden Einbauelementen,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Einbauelement mindestens eine ein Vorderkantenwirbelsystem erzeugende Einbaufläche
(4) im Bereich des divergierenden Strömungsabschnittes (2) des Diffusors angeordnet
ist.
2. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einbauelemente (4) neben-
und/oder hintereinander im divergierenden Strömungsabschnitt (2) des Diffusors angeordnet
sind.
3. Diffusor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einbaufläche (4)
einen symmetrischen Kantenverlauf mit in Hauptströmungsrichtung verlaufender Symmetrieebene
besitzt.
4. Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einbaufläche
(4) mit einer kreisförmigen, elliptischen, ovalen, parabelförmigen, rautenförmigen
oder dreieckförmigen Grundform ausgebildet ist.
5. Diffusor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einbaufläche (4) im Querschnitt profiliert, V-förmig ausgebildet und/oder mit
einem abgewinkelten Rand versehen ist.