DE4325977A1 - Diffuser - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a diffuser for fitting in ducts through which fluids pass, in particular upstream of heat exchangers, silencers, admixing devices and the like, preferably for power stations, having built-in elements generating vortices. In order to avoid separation of the flow from the diffuser wall in a diffuser of this type and ensure uniform expansion of the flow over the widening flow section 2 at a low cost and with low pressure losses, a built-in area 4, producing at least one leading-edge vortex system, is arranged as built-in element in the region of the diverging flow section 2 of the diffuser. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Diffusor zum Einbau in von Fluiden durchströmten Leitungen, insbesondere vor Wärmetauschern, Schalldämpfern, Zumischvorrichtungen und dergleichen, vorzugs­ weise für Kraftwerke, mit Verwirbelungen erzeugenden Einbau­ elementen.The invention relates to a diffuser for installation in fluids flow through lines, especially in front of heat exchangers, Silencers, admixers and the like, preferred wise for power plants, with turbulent installation elements.

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 Strömungsge­ schwindigkeit von Gasen oder Flüssigkeiten bei gleichzeitigem Druckrückgewinn zu reduzieren. Sie werden vor Wärmetauschern, Schalldämpfern, Reaktoren, Zumischsystemen, Brennern, Gleich­ richtern, Befeuchtern und Leitungsabzweigen eingesetzt, insbe­ sondere im Kraftwerksbau, in der Lüftungstechnik und im Anlagen­ bau. Der mit der Geschwindigkeitsreduzierung einhergehende Druckrückgewinn hängt sehr stark von den im Diffusor auf­ tretenden Druckverlusten ab, so daß der konstruktiven Ausge­ staltung der Diffusoren eine besondere Bedeutung zukommt.Intended for installation in lines through which fluids flow Diffusers are known, for example from US Pat. No. 4,971,768. Such diffusers have the purpose of the flow speed of gases or liquids at the same time Reduce pressure recovery. They are in front of heat exchangers, Silencers, reactors, admixing systems, burners, alike rectifiers, humidifiers and line branches used, esp especially in power plant construction, ventilation technology and systems construction. The one associated with the speed reduction Pressure recovery depends very much on that in the diffuser occurring pressure losses, so that the constructive Ausge Design of the diffusers is of particular importance.

Bei dem aus der US-PS 4 971 768 bekannten Diffusor werden Ver­ wirbelungen erzeugende Einbauelemente verwendet, um ein Anliegen der Strömung an der sich in Strömungsrichtung erweitenden Diffusorwand zu erzielen; dies wird mit zunehmendem Öffnungs­ winkel des Diffusors schwieriger. In the diffuser known from US Pat. No. 4,971,768, Ver whirling builders used to address a concern the flow at the widening in the flow direction To achieve diffuser wall; this will increase with opening Diffuser angle more difficult.  

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.In the case of the diffuser known from US Pat. No. 4,971,768 Built-in elements arranged in front of the diffuser inlet corrugated guide surface, through which swirling Swirl flows are to be generated. Such guiding surfaces not only cause a relatively high pressure drop, but also have only slight swirling effects, so that in in practice, the effects described in the publication and No benefits.

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 Druckver­ lusten sicherstellt.The invention has for its object a To create a diffuser of the type described at the beginning Avoids separation of the flow from the diffuser wall and a uniform spread of the flow on the widening Flow cross section with little effort and low Druckver ensures lusts.

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.The solution to this problem by the invention is characterized in that at least as a built-in element a mounting surface in the front edge vortex system Area of the divergent flow section of the diffuser is arranged.

Durch den an der Vorderkante bzw. den Vorderkanten der an sich bekannten, gegenüber der Hauptströmungsrichtung unter einem spitzen Winkel angestellten Wirbeleinbaufläche entstehenden sta­ tionären, d. h. seine Lage nicht oder nur unwesentlich verändern­ den 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 Strö­ mungsverteilung führt zu einem Druckrückgewinn, der die durch die Einbaufläche erzeugten Strömungsverluste mindestens kompen­ siert, so daß sich insgesamt eine erhebliche Wirkungsgradverbes­ serung ergibt. By the on the leading edge or the leading edges of the itself known, compared to the main flow direction under a acute angle of the peg installation surface tionaries, d. H. do not change his position or change it only insignificantly the vertebrae follow a low-loss vortex system, through which the flow entering the diffuser is even is distributed over the widening flow cross-section. The even flow created with the leading edge vortex system Distribution leads to a pressure recovery, which the at least compensate for the flow losses generated Siert, so that there is overall a considerable efficiency loss results in.  

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.Depending on the dimensions of the diffuser and on the other hand, according to the invention, the built-in elements can have several Installation elements next to and / or one behind the other in the divergent Flow section of the diffuser may be arranged.

Jede Einbaufläche kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfin­ dung einen symmetrischen Kantenverlauf mit in Hauptströmungs­ richtung verlaufender Symmetrieebene besitzen und mit einer kreisförmigen, elliptischen, ovalen, parabelförmigen, rautenför­ migen oder dreieckförmigen Grundform ausgebildet sein.Each installation area can be according to another feature of the Erfin a symmetrical edge course with main flow own direction of symmetry and with a circular, elliptical, oval, parabolic, diamond-shaped be shaped or triangular basic shape.

Mit der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, die Einbau­ fläche 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.Finally, the invention proposes installation to profile the surface in cross-section, to form a V-shape and / or to be provided with an angled edge, whereby the Vortex system is strengthened and the stability of the Installation area increased.

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 erheb­ lichen Verbesserung der Diffusorwirkung gleichzeitig eine Erhö­ hung des Wirkungsgrades erzielt wird.Overall, the invention also gives the possibility for diffusers with strongly divergent flow sections to ensure that the flow is in good contact with the diffuser wall, and that with only minimal effort required installation elements. The leading edge vortex systems produced by these have only low flow losses result, so that despite the considerable Lichen improvement of the diffuser effect simultaneously an increase efficiency is achieved.

Auf der Zeichnung sind fünf Ausführungsbeispiele eines erfin­ dungsgemäßen Diffusors und vier Ausführungsbeispiele einer hier­ bei verwendeten Einbaufläche dargestellt, und zwar zeigen:In the drawing, five exemplary embodiments of one are invented inventive diffuser and four embodiments of one here shown with the installation area used, namely:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Diffusors mit einer Einbaufläche, Fig. 1 is a schematic side view of a first embodiment of a diffuser having a mounting surface,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Seitenansicht eines Diffusors mit zwei Einbauflächen, Fig. 2 shows one of Fig. 1 corresponding side view of a diffuser with two mounting surfaces,

Fig. 3 eine den Fig. 1 und 2 entsprechende Seitenan­ sicht eines asymmetrischen Diffusors, Fig. 3 is a FIGS. 1 and 2 corresponding Seitenan view of an asymmetric diffuser,

Fig. 4 eine weitere Seitenansicht eines vierten Aus­ führungsbeispiels eines mit vier Einbauflächen ausgestatteten Diffusors, Fig. 4 is another side view of a fourth embodiment of an off guidance with four mounting surfaces equipped diffuser,

Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform eines in Seitenan­ sicht dargestellten Diffusors mit vier in ge­ trennten Kanalabschnitten angeordneten Einbau­ flächen,5 shows a fifth embodiment of a diffuser in Seitenan view shown with four arranged in ge separated channel sections built-in surfaces.,

Fig. 6 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie VI-VI in Fig. 5, Fig. 6 shows a cross section according to the line VI-VI in Fig. 5,

Fig. 7 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Einbau­ fläche mit dreieckiger Grundform, Fig. 7 shows a first embodiment of a mounting surface with a triangular basic shape,

Fig. 8 ein zweites Ausführungsbeispiel einer rauten­ förmigen Einbaufläche, Fig. 8 shows a second embodiment of a rhombus-shaped mounting surface,

Fig. 9 ein drittes Ausführungsbeispiel der Einbau­ fläche mit elliptischer Grundform und Fig. 9 shows a third embodiment of the installation surface with an elliptical basic shape and

Fig. 10 eine kreisförmige Einbaufläche als vierte Aus­ führungsform. Fig. 10 is a circular installation area as a fourth imple mentation form.

Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Diffusoren umfassen je­ weils einen Zuströmkanal 1, an den sich ein divergierender Strö­ mungsabschnitt 2 anschließt, der in einen Abströmkanal 3 über­ geht. Während bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 sowie 4 und 5 die Mittelachse des Abströmkanales 3 in Verlänge­ rung 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 Mittel­ achsen von Zuströmkanal 1 und Abströmkanal 3, so daß sich ein asymmetrischer divergierender Strömungsabschnitt 2 ergibt.The diffusers shown in FIGS . 1 to 5 each contain an inflow channel 1 , to which a divergent flow section 2 connects, which merges into an outflow channel 3 . While in the embodiments according to FIGS. 1 and 2 and 4 and 5, the central axis of the Abströmkanales 3 in exten the central axis tion of Zuströmkanales 1 is located so that a symmetrical diverging flow section 2 yields 3 shows the embodiment of FIG. An offset of the two central axes of inflow channel 1 and outflow channel 3 , so that there is an asymmetrical divergent flow section 2 .

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 Hauptströmungs­ richtung angestellt ist, so daß sich an ihren symmetrischen Vor­ derkanten jeweils ein stationärer Wirbelnachlauf ergibt. Die in der Darstellung eingezeichneten Wirbel bilden ein sogenanntes Vorderkantenwirbelsystem, das sich quer zur Hauptströmungsrich­ tung ausbreitet und eine verlustarme Ausbreitung der Strömung zur Folge hat, so daß diese auch bei stark divergierendem Strö­ mungsabschnitt 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 Strö­ mungsverluste aufgrund des Einbaues der Einbaufläche 4 einen Druckrückgewinn zur Folge, der die Strömungsverluste mindestens kompensiert.In the first embodiment according to FIG. 1, an oval or circular installation surface 4 is arranged in the diverging flow section 2 , which is made at an acute angle to the main flow direction, so that there is a stationary vortex wake at their symmetrical front edges. The vortex shown in the illustration form a so-called leading edge vortex system, which extends transversely to the main flow direction and results in low-loss spreading of the flow, so that this also rests on the wall of the diffuser with a strongly divergent flow section 2 . In this way, the flow is distributed evenly and with little loss on the flow cross section and, despite the unavoidable flow losses due to the installation of the installation surface 4, results in a pressure recovery which at least compensates for the flow losses.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind im divergie­ renden Strömungsabschnitt 2 zwei Einbauflächen 4 angeordnet, die symmetrisch zur Längsmittelachse des Diffusors angeordnet sind und jeweils stationäre Vorderkantenwirbelsysteme erzeugen.In the second embodiment shown in FIG. 2, two mounting pads 4 are arranged in the divergie Governing flow section 2, which are arranged symmetrically to the longitudinal central axis of the diffuser and respectively generate stationary front edge swirl systems.

Bei der dritten Ausführungsform nach Fig. 3 ist in Verlängerung der Strömung im Zuströmkanal 1 eine Einbaufläche 4 und im Be­ reich der divergierenden Wand des divergierenden Strömungsab­ schnittes 2 eine weitere Einbaufläche 4 angeordnet. Hierbei sind Lage und Größe der beiden Einbauflächen 4 derart auf den asymme­ trischen Verlauf des Strömungsabschnittes 2 des Diffusors abge­ stimmt, daß sich auch bei dieser speziellen Ausgestaltung des Diffusors eine gute Anlage der Strömung an die sich im Quer­ schnitt erweiternden Diffusorwandungen erreicht wird.In the third embodiment of FIG. 3, an installation area 4 is in extension of the flow in the inflow channel 1 and in the area of the divergent wall of the diverging flow section 2, a further installation area 4 is arranged. Here, the location and size of the two installation surfaces 4 are so tuned to the asymmetrical course of the flow section 2 of the diffuser that even with this special design of the diffuser, good flow flow to the cross-sectional widening diffuser walls is achieved.

Bei der vierten Ausgestaltung nach Fig. 4 sind jeweils zwei Ein­ bauflächen 4 nebeneinander und zwei Einbauflächen 4 hintereinan­ der im divergierenden Strömungsabschnitt 2 angeordnet, wobei die in Strömungsrichtung vornliegenden Einbauflächen 4 mit kreisför­ miger bzw. elliptischer Grundform und die dahinterliegenden Einbauflächen 4 mit dreieckiger Grundform ausgebildet sind. Auch bei dieser Ausführungsform erzeugt jede Einbaufläche ein statio­ näres Vorderkantenwirbelsystem mit den voranstehend geschilder­ ten Eigenschaften und Vorteilen.In the fourth embodiment according to FIG. 4, two A are each building areas 4 adjacent to each other and two mounting surfaces 4 hinte reinan disposed in the diverging flow section 2, wherein the front in the flow direction mounting surfaces 4 with kreisför miger or elliptical basic shape and the underlying mounting surface 4 is formed with a triangular basic shape are. In this embodiment, too, each installation surface produces a stationary leading edge vortex system with the properties and advantages described above.

Die fünfte Ausführungsform nach Fig. 5 zeigt schließlich die An­ ordnung 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.The fifth embodiment according to FIG. 5 finally shows the arrangement of four installation surfaces 4 of oval or circular basic shape in the entry area of the diverging flow section 2 , whereby as a special feature this entry area of the diverging flow section 2 is divided into four channel sections by partition walls 5 . Mutual influences of the leading edge vortex systems generated in each case by an installation surface 4 in the inlet region of the diverging flow section 2 are excluded by the partition walls 5 .

Die Fig. 7 bis 10 zeigen vier Ausführungsbeispiele für die Aus­ gestaltung der Einbaufläche 4. Die in Fig. 4 gezeichnete Einbau­ fläche 4 hat eine dreieckförmige Grundform; die Einbaufläche 4 nach Fig. 8 ist rautenförmig ausgebildet. Die Fig. 9 und 10 zei­ gen eine elliptische bzw. eine kreisförmige Ausgestaltung der Einbaufläche 4. FIGS. 7 to 10 show four embodiments for the design from the mounting surface 4. The installation area 4 shown in FIG. 4 has a triangular basic shape; the mounting surface 4 of FIG. 8 is diamond-shaped. FIGS. 9 and 10 zei gen an elliptical or a circular configuration of the mounting surface 4.

BezugszeichenlisteReference list

1 Zuströmkanal
2 divergierender Strömungsabschnitt
3 Abströmkanal
4 Einbaufläche
5 Trennwand 1 inflow channel
2 divergent flow section
3 outflow channel
4 installation area
5 partition

Claims (5)

1. Diffusor zum Einbau in von Fluiden durchströmten Leitungen, insbesondere vor Wärmetauschern, Schalldämpfern, Zumischvor­ richtungen und dergleichen, vorzugsweise für Kraftwerke, mit Verwirbelungen erzeugenden Einbauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß als Einbauelement mindestens eine ein Vorderkantenwirbel­ system erzeugende Einbaufläche (4) im Bereich des divergie­ renden Strömungsabschnittes (2) des Diffusors angeordnet ist.1. Diffuser for installation in lines through which fluids flow, in particular in front of heat exchangers, mufflers, Zumischvor devices and the like, preferably for power plants, with swirling installation elements, characterized in that at least one installation surface ( 4 ) generating a leading edge vortex system in the area of diverging flow section ( 2 ) of the diffuser is arranged. 2. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einbauelemente (4) neben- und/oder hintereinander im diver­ gierenden Strömungsabschnitt (2) des Diffusors angeordnet sind.2. Diffuser according to claim 1, characterized in that a plurality of built-in elements ( 4 ) are arranged side by side and / or one behind the other in the divergent flow section ( 2 ) of the diffuser. 3. Diffusor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einbaufläche (4) einen symmetrischen Kantenverlauf mit in Hauptströmungsrichtung verlaufender Symmetrieebene be­ sitzt.3. Diffuser according to claim 1 or 2, characterized in that each installation surface ( 4 ) has a symmetrical edge profile with a plane of symmetry extending in the main flow direction. 4. Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Einbaufläche (4) mit einer kreisförmigen, elliptischen, ovalen, parabelförmigen, rautenförmigen oder dreieckförmigen Grundform ausgebildet ist.4. Diffuser according to one of claims 1 to 3, characterized in that each installation surface ( 4 ) is formed with a circular, elliptical, oval, parabolic, diamond-shaped or triangular basic shape. 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 abgewin­ kelten Rand versehen ist.5. Diffuser according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the installation surface ( 4 ) profiled in cross section, V-shaped and / or is provided with an angled edge.
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