DE102011012039A1

DE102011012039A1 - Kanal mit Strömungsleitfläche

Info

Publication number: DE102011012039A1
Application number: DE201110012039
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr.-Ing. Wurz Dieter; Stefan Hartig
Original assignee: ESG MBH
Current assignee: Sulzer Management AG
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-08-23

Abstract

Ein Kanal, in welchem ein Fluid leitbar ist, ist von Kanalwänden begrenzt, wobei die Kanalwände eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung aufweisen, durch welche das Fluid in den Kanal eintreten kann und den Kanal verlassen kann. Das Fluid weist eine Strömungsgeschwindigkeit auf, welche entlang der Kanalwände auch außerhalb der eigentlichen Strömungsgrenzschicht an den Wänden kleiner als in der Kanalmitte ist, sodass im Kanal eine Zone höherer Strömungsgeschwindigkeit und eine Zone niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit ausbildbar ist. Im Kanal ist eine Strömungsleitfläche angeordnet, mittels welcher ein Teil des Fluids aus der Zone höherer Strömungsgeschwindigkeit abschöpfbar und in die Zone niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit einmischbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kanal, der eine Strömungsleitfläche enthält.
In den deutschen Patentanmeldungen DE 10 2010 022 418 und DE 10 2010 024 091 , deren Inhalt zum integralen Bestandteil dieser Anmeldung erklärt wird, wurden die Grundüberlegungen zur Optimierung von Diffusoren, insbesondere hinter großen Axialgebläsen dargelegt. Im Zuge einer weiteren intensiven Beschäftigung mit der Aufgabenstellung wurden weitere Ausgestaltungen erarbeitet, die im Hinblick auf die großtechnische Umsetzung erhebliche Vorteile bieten.
Bekanntlich kommt es an den festen Berandungen eines Strömungsfeldes mit Druckanstieg zu einer beschleunigten Zunahme der Dicke der Strömungsgrenzschicht an besagter Berandung. Dies ist die Folge einer unzureichenden Versorgung der wandnahen Strömungszone mit Impuls aus der ”gesunden” impulsreichen Außenströmung. Aus zahlreichen Patentanmeldungen, wie z. B. US2650752 A , DE19757187 A1 , JP63105300 A , DE4325977 A1 , DE3534268 A , DE 10 2006 048 933 A1 ist prinzipiell bekannt, dass die Strömungsablösung an den Wänden eines Diffusors durch Impulseintrag in die Strömungsgrenzschicht verhindert oder stromabwärts verlagert werden kann. Es stellt sich jedoch die Frage, wie dieser Impulseintrag erfolgen sollte, damit möglichst wenig Strömungsenergie verbraucht wird. Hier bietet sich noch ein weites Entwicklungsfeld an.
In 4 der Deutschen Patentanmeldung DE 10 2010 022 418 sind ungefähr auf halber Diffusorlänge tragflügelähnliche Leitelemente dargestellt, die eine verbesserte Versorgung des nabennahen Strömungsfeldes mit Impuls aus wandfernen Zonen mit höherer Strömungsgeschwindigkeit bewirken, ohne dass es zu einer starken Verwirbelung in der Strömung kommen müsste. Vielmehr wird Fluid aus einer Zone mit hoher Strömungsgeschwindigkeit mit Hilfe aerodynamisch optimierter Leitelemente möglichst reibungsfrei abgeschöpft und als turbulenzarmer Übergeschwindigkeitsstrahl in die impulsschwachen Zonen eingeleitet. Dieses Grundprinzip kann selbstverständlich auch dazu angewandt werden, die Grenzschicht an der Außenwand des Diffusors mit Impuls zu versorgen, sofern dies erforderlich ist. Zwar ist dies im Hinblick auf die Vermeidung einer Strömungsablösung an der Gehäusewand in der Regel nicht erforderlich. Soll jedoch am Eintritt in die Kanalerweiterung, die auf den Gebläsediffusor folgt, ein möglichst homogenes Geschwindigkeitsprofil erzeugt werden, ist es sinnvoll, auch die Wandgrenzschicht am Gehäuse durch Einspeisung von Teilmengen der impulsreichen wandfernen Strömung zu beschleunigen.
Durch ein homogenes Geschwindigkeitsprofil am Eintritt in die starke Kanalerweiterung, die sich in vielen Anwendungsfällen an einen schlanken Gebläsediffusor anschließt, wird hier die Aufgabe, eine möglichst gleichmäßige Anströmung der nachfolgenden Komponenten sicherzustellen, wesentlich vereinfacht. Ferner wird durch die Homogenisierung des Strömungsfeldes bereits im Diffusor erreicht, dass der massenstromgewichtete mittlere dynamische Druck am Diffusoraustritt gering ist. Somit ist mit einem derartigen Diffusor prinzipiell ein höherer Rückgewinn an statischem Druck zu erzielen. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass die Maßnahmen, die zur Homogenisierung der Geschwindigkeitsverteilung ergriffen werden, nicht selbst bereits mit einem höheren Druckverlust verbunden sind. Das Ziel soll mit möglichst geringen Druckverlusten erreicht werden. Maßnahmen, die mit einer starken Verwirbelung der Strömung verbunden sind, verursachen hohe Druckverluste und sind somit für die Grenzschichtbeschleunigung weniger geeignet. Dies dürfte auch der Grund dafür sein, dass die in älteren Patenten bzw. Patentanmeldungen enthaltenen Vorschläge bisher zumindest keine generelle Umsetzung gefunden haben. Zu nennen sind hier insbesondere die US2650752 A und die DE 4325977 A1 . Bei der DE 4325977 A1 wird im Hauptanspruch ausdrücklich die Erzeugung eines Vorderkantenwirbels an den Einbauflächen im Diffusor als kennzeichnendes Merkmal angeführt. In der vorliegenden Patentanmeldung werden Maßnahmen vorgeschlagen, die auf eine starke Verwirbelung der Strömung in Hochgeschwindigkeitszonen verzichten.
Um die in der vorliegenden Erfindung enthaltenen Vorschläge leichter verständlich zu machen, soll zunächst noch kurz auf die Situation am Austritt großer Axialgebläse eingegangen werden.
Es ist seit langem bekannt, dass die Verteilung der Axialgeschwindigkeit hinter dem aus einer Vielzahl von Leitschaufeln bestehenden Nachleitrad eines Axialgebläses bereits eine erhebliche Inhomogenität und eine relevante Grenzschichtdicke aufweist. Auf die Berücksichtigung des Sachverhalts, dass die Axialgeschwindigkeitsverteilung am Austritt eines Axialgebläses, präziser ausgedrückt, unmittelbar stromab des Nachleitrades eines derartigen Gebläses, in einem koaxialen Schnitt ein ausgeprägtes Maximum aufweist, 1 der Patentanmeldung mit dem DE 10 2010 022 418 , wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders geachtet.
Neben diesem in Umfangsrichtung gemittelten Axialgeschwindigkeitsprofil ist ferner hinter jeder der radial verlaufenden Schaufeln des Nachleitrades eine impulsverarmte StrömungsNachlaufzone (”Totwasser”) festzustellen. In diesen Nachlaufzonen neigt die Strömung auch in einem schlanken Diffusor verstärkt zur Strömungsablösung von den Wänden. Folgt auf den schlanken Gebläsediffusor eine stark divergente Kanalerweiterung, so ist hier ohne geeignete Abhilfemaßnahmen umso mehr mit Strömungsablösung zu rechnen.
Nachfolgend sollen zunächst noch die Begriffe ”schlanker Diffusor” und ”stark divergente Kanalerweiterung” erläutert werden.
Als Diffusoren bezeichnet man Kanalabschnitte mit einer Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit in Hauptströmungsrichtung. Bei Unterschallströmungen zeichnen sich Diffusoren durch eine Erweiterung des Strömungsquerschnitts in Strömungsrichtung aus. Diffusoren können sehr unterschiedlich gestaltet werden. Der einfachste Fall ist ein zentrisch symmetrischer Kreisflächendiffusor, der nur aus einem zentrisch symmetrischen und kegelig divergenten Außengehäuse besteht und folglich ohne Nabenkörper ausgeführt ist. Bei derartigen Kreisflächendiffusoren wird der Schlankheitsgrad durch den Gesamtöffnungswinkel 2 × α des kegeligen Gehäuses beschrieben. Bei Diffusoren mit einem Nabenkörper werden der Schlankheitsgrad bzw. der effektive Öffnungswinkel folgendermaßen ermittelt: Der axiale Verlauf des freien Strömungsquerschnitts des Ringraumes zwischen Nabe und Gehäuse wird in den axialen Verlauf des Querschnitts bei einem Kreisflächendiffusor umgerechnet. Dieser Kreisflächendiffusor wird als Ersatzkreisflächendiffusor für den Ringsdiffusor bezeichnet. Der Öffnungswinkel des Ersatzkreisflächendiffusors dient dann als Maß für den Schlankheitsgrad. Von einem schlanken Diffusor spricht man in aller Regel dann, wenn der Ersatzkreisflächendiffusor einen Gesamtöffnungswinkel von 2 × α < 10°–20° aufweist. Den Öffnungswinkel des Ersatzkreisflächendiffusors bezeichnet man auch als effektiven Öffnungswinkel des Diffusors. Von einer starken Kanalerweiterung sprechen wir dann, wenn für den effektiven Öffnungswinkel bzw. für den Gesamtöffnungswinkel des zugeordneten Kreisflächenersatzdiffusors 2 × α > 15°–20° bis ca. 120° gilt. Es gibt demnach einen Grenzbereich, in welchem sich die Gesamtöffnungswinkel von schlanken Diffusoren und stark erweiterten Kanalerweiterungen überlappen. Dies hängt mit der Vorgeschichte der Strömung zusammen. Wenn die wandnahe Strömungszone bereits stark impulsverarmt ist, dann wirkt bereits ein Kanal mit einem geringen effektiven Öffnungswinkel wie eine starke Erweiterung und erfordert entsprechende Maßnahmen zur Optimierung des Druckrückgewinns.
Die erfindungsgemäße Lösung enthält Maßnahmen zur Optimierung der Durchströmung schlanker Diffusoren und stark erweiterter Kanalabschnitte und somit auch der Anströmung nachfolgender Komponenten.
Hierzu ist ein Kanal vorgesehen, in welchem ein Fluid leitbar ist, wobei der Kanal von Kanalwänden begrenzt ist, wobei die Kanalwände eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung aufweisen, durch welche das Fluid in den Kanal eintreten kann und den Kanal verlassen kann. Das Fluid weist eine Strömungsgeschwindigkeit auf, welche entlang der Kanalwände auch außerhalb der unmittelbaren Wandreibungsschicht kleiner als in der Kanalmitte ist, sodass im Kanal eine Zone höherer Strömungsgeschwindigkeit und eine Zone niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit ausbildbar ist, wobei in dem Kanal eine Strömungsleitfläche angeordnet ist, mittels welcher ein Teil des Fluids aus der Zone höherer Strömungsgeschwindigkeit abschöpfbar und in die Zone niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit einmischbar ist.
Die Kanalwände spannen nach einem Ausführungsbeispiel eine Querschnittsfläche auf, wobei der Kanal einen Abschnitt aufweist, dessen Querschnittsfläche in Strömungsrichtung zunimmt. Insbesondere kann die Querschnittsfläche kreisförmig oder ringförmig sein. Nach einem Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von Strömungsleitflächen im Kanal angeordnet. Insbesondere können die Strömungsleitflächen nebeneinander angeordnet sein. Die Strömungsleitfläche kann in dem Abschnitt angeordnet sein, dessen Querschnittsfläche in Strömungsrichtung zunimmt.
Nach einem Ausführungsbeispiel ist der Kanal als Ringdiffusor für ein Axialgebläse mit Nachleitschaufeln ausgebildet. Die Strömungsleitfläche kann insbesondere als eine Leitschaufel ausgebildet sein. Die Leitschaufel kann eine Hilfsleitschaufel enthalten, welche sich von der Hinterkante der Leitschaufel stromabwärts erstreckt.
Nach einem Ausführungsbeispiel weist der Abschnitt einen Öffnungswinkel von mindestens 10° auf. Insbesondere kann der Abschnitt einen ersten Teilabschnitt mit einem effektiven Öffnungswinkel im Bereich von 10° bis 20° aufweisen an welchen sich ein zweiter Teilabschnitt mit einem effektiven Öffnungswinkel im Bereich von 15° bis 120° anschließen kann.
In zumindest einem der ersten oder zweiten Teilabschnitte kann nach einem Ausführungsbeispiel zumindest ein Hohlkörper, insbesondere ein radial verlaufender keilförmiger Hohlkörper angeordnet sein. Des weiteren kann eine Mehrzahl von keilförmigen Hohlkörpern vorgesehen sein, insbesondere können mindestens 3 keilförmige Hohlkörper vorgesehen sein. Der effektive Öffnungswinkel in den Teilkanälen zwischen den keilförmigen Hohlkörpern kann in der Größenordnung von 0° bis 18° liegen. In seltenen Fällen, insbesondere bei einer besonders ungünstigen Geschwindigkeitsverteilung am Eintritt in den Diffusor, kann auch eine Beschleunigung der Strömung in Teilkanälen bzw. Teilabschnitten eines Diffusors mit Leitflächen nach der Erfindung vorteilhaft sein. Dann wäre der effektive Öffnungswinkel in diesen Teilbereichen negativ.
Die keilförmigen Hohlkörper können auf einem Ring enden, welcher in einem als Ringdiffusor ausgebildeten Abschnitt konzentrisch um dessen Mittenachse angeordnet ist. Entlang der Mittenachse kann eine Nabe angeordnet sein.
Die keilförmigen Hohlkörper können auch auf einem Ring enden, welcher die Nabe des Ringdiffusors konzentrisch umschließt. Zwischen den Hohlkörpern können zur Mittenachse des Kanals konzentrische Leitbleche eingezogen sein.
Nach einem Ausführungsbeispiel kann ein zweites Fluid in den Kanal eingeleitet werden. Insbesondere kann das zweite Fluid über Düsen in der Nähe der Strömungsleitflächen in das Fluid eingeleitet werden. Das zweite Fluid kann in die Hohlkörper nach Anspruch 13 einleitbar sein, wobei die Hohlkörper Öffnungen enthalten, um das zweite Fluid in das Fluid einzublasen.
Dies Ausführungsbeispiele können sich auf einen schlanken Diffusor beziehen, der in aller Regel unmittelbar hinter einem Axialgebläse angeordnet ist. Anschließend werden Ausführungsbeispiele beschrieben, die in einem stark erweiterten Kanalabschnitt Anwendung finden können.
Schlanke Diffusoren:
Wegen des vorstehend beschriebenen Sachverhalts werden in Ergänzung zu den in 4 der DE 10 2010 022 418 bzw. 6 der DE 10 2010 024 091 gezeigten Leitschaufeln im schlanken Diffusor hinter einem Axialgebläse bereits im Bereich nahe der Abströmkante der Gebläselnachleitschaufeln (Hinterkante: ”trailing edge”) Hilfsleitschaufeln eingebaut. Sie können auf die Abströmkanten der bereits vorhandenen Gebläsenachleitschaufeln gesetzt werden, siehe 1 und 3 der vorliegenden Erfindung. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Befestigung dieser Hilfsleitschaufeln an der Diffusorwand bzw. an der Diffusomabe möglich. Diese schwach gekrümmten Hilfsleitschaufeln sind geringfügig zur Gehäusewand bzw. zur Nabe hin angestellt. Dadurch wird insbesondere im kritischen Bereich des Nachlauftotwassers der Leitschaufeln Impuls in die Strömungsgrenzschicht eingespeist. Demzufolge stellt sich am Diffusoreintritt ein Geschwindigkeitsprofil ein, welches sich durch hohe wandnahe Strömungsgeschwindigkeiten auszeichnet. Dabei könnte das wandnahe Geschwindigkeitsmaximum anfangs sogar höher sein als die Geschwindigkeit in der Mitte des Ringdiffusors, siehe 1a. Es ist durchaus vorteilhaft, wenn die Strömungsgrenzschicht über einen gewissen Impulsüberschuss verfügt, denn sie muss ja nicht nur den Druckanstieg des Diffusors verkraften, sondern auch noch die Wandreibungskräfte überwinden.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die prinzipiell bereits in 4 der DE 10 2010 022 428 und 6 der DE 10 2010 024 091 dargestellten Leitschaufeln als aerodynamisch optimierte Flügel ausgeführt, siehe auch 1. Diese Flügel sind geringfügig gegen die Strömung angestellt, sodass es hier nicht zu einer starken Verwirbelung durch Strömungsablösung kommt. Insbesondere soll eine besonders verlustträchtige Vorderkantenablösung der Strömung vermieden werden. Im Gegensatz zur Ausführung gemäß 4 in der DE 10 2010 022 428 ist der Verlauf des Kanals zwischen Flügel und Diffusorgehäuse in Strömungsrichtung hier nicht divergent, sondern schwach konvergent ausgeführt, denn bei dieser Ausgestaltung soll ja der Impuls nicht in den nabennahen Bereich eingespeist werden, sondern in die Grenzschicht an der Gehäusewand.
Ein 1. Ring aus derartigen Flügeln ist der Gehäusewand des Diffusors zugeordnet. Ein 2. Ring ist der Nabe des Diffusors zugeordnet, sofern es sich um einen Ringdiffusor handelt. Wie groß die Zahl der Flügel auf dem äußeren und auf dem inneren Ring sein soll, kann derzeit noch nicht zuverlässig vorhergesagt werden. Es könnte vorteilhaft sein, die Zahl der Leitschaufeln auf diesen Ringen auf die Zahl der Nachleitschaufeln des Axialgebläses abzustimmen. Da es an den Vorderkanten dieser flügelähnlichen Leitelemente, die in Gebieten mit hoher Strömungsgeschwindigkeit positioniert sind, zu einem gewissen Aufstau und somit auch zu Ausweichströmungen kommt, kann eine Überkrümmung der Skelettlinie dieser Tragflügel vorteilhaft sein, um eine verlustarme stoßfreie Anströmung zu gewährleisten. Der aus der Literatur über die Aerodynamik der Schaufelgitter bekannte Begriff der Überkrümmung einer Skelettlinie soll hier nur kurz erläutert werden. Die Außenkontur eines Tragflügels kann man dadurch konstruieren, dass man einer Skelettlinie als Zentrallinie eines Körpers den Radiusverlauf einer Kreisschar überlagert, deren Mittelpunkte auf der Skelettlinie liegen. Die Umhüllende der Kreisschar bildet dann die Kontur des Tragflügels. Häufig werden ein Tragflügel oder ein flügelähnliches Leitelement derart angeordnet, dass die Tangente an die Skelettlinie im Bereich der Profilnase parallel zur Richtung der ungestörten Anströmung v_∞ in größerem Abstand von der Profilnase verläuft.
Durch die Wechselwirkung zwischen Leitelement und Anströmung kommt es zu einer Änderung der Strömungsrichtung bei Annäherung an die Profilnase bzw. Anströmkante. Um eine möglichst verlustfreie ”stoßfreie” Anströmung des Leitelements zu erzielen, kann die Wirkung des Leitelements auf die Richtung der Anströmung mit Hilfe einer Überkrümmung der Skelettlinie kompensiert werden.
Auch diese Flügel bzw. Leitelemente können wiederum als turbulenzarme Mischelemente ausgeführt sein. Das einzumischende zweite Fluid kann über eine äußere Ringleitung auf die der Gehäusewand zugewandte Seite des Flügels geleitet werden, 1a. Von hier aus wird es in die bewusst turbulenzarm gehaltene Nachlaufströmung eingemischt. Ferner kann das zweite Fluid auch über die hohle Nabe dem dieser Nabe zugeordneten inneren Ring von Flügeln zugeführt werden. Bei der Anordnung derartiger Elemente zur Homogenisierung der Geschwindigkeitsverteilung in einem Ringdiffusor ist darauf zu achten, dass dieser Abschnitt jedenfalls bei großen Kraftwerksgebläsen für Inspektionen begehbar bleibt.
Durch die Kombination der Hilfsleitschaufeln an den Hinterkanten der Nachleitschaufeln des Axialgebläses und der Leitschaufeln im mittleren Bereich der Längserstreckung des Diffusors ist es möglich, am Eintritt in den sich anschließenden stark erweiterten Abschnitt ein weitgehend homogenes sogenanntes ”Blockprofil” der Geschwindigkeitsverteilung zu erzeugen. Durch den Abbau der Übergeschwindigkeiten als Folge einer homogenen Füllung des Strömungsquerschnitts kann bereits im Diffusor ein erheblicher zusätzlicher Druckrückgewinn im Sinne eines Anstiegs des statischen Drucks erzielt werden. Ferner ist bei einer weitgehend homogenen Zuströmung zu einem stark erweiterten nachfolgenden Kanalabschnitt, der sich in aller Regel an den schlanken Gebläsediffusor anschließt, auch hier unter Anwendung der noch zu diskutierenden Maßnahmen gemäß dieser Erfindung ein wesentlicher Druckrückgewinn zu erzielen.
Hinzu kommt, dass mit einer weitgehend homogenen Abströmung aus dem stark erweiterten Kanalabschnitt auch die Zuströmung zu nachfolgenden Komponenten, z. B. zu einem Schalldämpfer oder zu einem Strömungsleitgitter in einem Rohrbogen wesentlich homogenisiert wird, sodass hier keine zusätzlichen homogenisierenden Maßnahmen in Gestalt von Drosselgittern ergriffen werden müssen, die einen weiteren Druckverlust verursachen würden. Bei der Bewertung der erreichten Verbesserung müssen alle an der Druckverlusterzeugung beteiligten Komponenten der Anlage in die Betrachtung einbezogen werden.
Auf den schlanken Gebläsediffusor folgt in aller Regel ein sich stark erweiternder Kanalabschnitt, der zu einem in üblicher Weise dimensionierten Rauchgaskanal überleitet oder auch zu einem Gehäuse, in welchem beispielsweise Schalldämpferkulissen eingebaut sein können. Während die mittleren Strömungsgeschwindigkeiten am Austritt des Diffusors eines großen Axialgebläses in einem Bereich von ca. 40–60 m/s liegen, betragen die mittleren Strömungsgeschwindigkeiten in Rauchgaskanälen nur ca. 20 m/s. Diese Geschwindigkeitsreduktion ist sinnvoll, um die Strömungsverluste in den Rauchgaskanälen und insbesondere in Kanalkrümmern in vertretbaren Grenzen zu halten. Folgt dagegen auf ein Axialgebläse unmittelbar ein Schalldämpfer, so muss die Strömungsgeschwindigkeit in der Kanalerweiterung noch weiter reduziert werden. Die Schalldämpferkulissen bewirken eine Querschnittsversperrung von ca. 50%. Damit die Strömungsgeschwindigkeit in den relativ langen Kanälen zwischen benachbarten Kulissen nicht zu hoch wird, was zu erhöhten Druckverlusten sowie zur Geräuscherzeugung an den Schalldämpferkulissen führen würde, verringert man die Leerraumgeschwindigkeit bzw. die Anströmgeschwindigkeit der Kulissen auf ca. 12 m/s. Grundsätzlich wird das Ziel verfolgt, diese Geschwindigkeitsreduktionen bei möglichst geringen Totaldruckverlusten und bei einem möglichst großen statischen Druckgewinn zu verwirklichen.
Stark erweiterte Kanalabschnitte: 2 × α > 15° bis ca. 120°
Bereits in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2010 024 091 waren Maßnahmen vorgeschlagen worden, mit denen eine Verzögerung der Strömung in sich stark erweiternden Kanalabschnitten bei geringen Totaldruckverlusten bzw. bei einem relevanten statischen Druckrückgewinn zu erzielen ist. Hierfür wurden Verdrängungskörper vorgeschlagen, die als zur Hauptachse zentrisch symmetrische Ringe ausgeführt sind und die zur Hinterkante hin verdickt sind. Derartige konzentrische Verdrängungskörper sind prinzipiell bekannt. Ein zusätzliches kennzeichnendes Merkmal der Ausführung gemäß der deutschen Patentanmeldung DE 10 2010 024 091 besteht darin, dass die Querschnitte zwischen den zur Hauptachse konzentrischen Verdrängungskörpern auf eine bestimmte Weise bemessen sind. Und zwar sollte in allen Teilkanälen derselbe Druckverlauf erzeugt werden, unabhängig von der Geschwindigkeitsverteilung am Eintritt in diese Komponente. Aber es stellt sich natürlich auch die Frage nach einer möglichst einfachen und somit kostengünstigen Ausführung der Verdrängungskörper. Die Herstellung konzentrischer Ringe, die in Strömungsrichtung verdickt sind, ist teuer und ferner sind derartige Bauteile relativ schwer, sodass sie Probleme hinsichtlich der Statik verursachen könnten.
Außerdem werden derartige konzentrische Verdrängungskörper, die gleichzeitig die Funktion von Leitkörpern ausüben, in der EP 0789195 A1 beschrieben. Die Anwendung derartiger konzentrischer Verdrängungskörper beschränkt sich bisher auf Diffusoren bei Flugtriebwerken oder bei stationären Kompaktgasturbinen. Hier sind die Abmessungen vergleichsweise gering und die Fertigungskosten für derartige Ringe spielen keine entscheidende Rolle.
Aus dem Bestreben, die Gesamtheit der beteiligten Komponenten in ihrem Zusammenspiel zu optimieren, haben sich die Erfinder noch einmal intensiv mit einer sowohl unter aerodynamischen Aspekten als auch hinsichtlich der Fertigungskosten vorteilhaften Gestaltung der Verdrängungskörper befasst.
In der nachfolgend beschriebenen Lösung geht es prinzipiell darum, dass bei einem derart großen Gesamtöffnungswinkel des stark erweiterten Kanalabschnitts hinter einem schlanken Gebläsediffusor nur dann Strömungsablösung vermieden werden kann, wenn der Querschnitt durch Verdrängungskörper teilweise blockiert wird. Die Strömung tritt dann in Gestalt einzelner Jets aus den Zwischenräumen aus, die von den Verdrängungskörpern freigegeben sind. Die Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit wird nur soweit getrieben, dass keine Strömungsablösung in den Kanalabschnitten auftritt. Die Strömungsablösung wird auf definierte Kanten am Austritt der Einbauten beschränkt.
Gemäß der hier beschriebenen Ausgestaltung der Basiserfindung werden anstelle von konzentrischen Verdrängungskörpern im Wesentlichen radial verlaufende V-förmige Zwickelbleche in den stark erweiterten Kanalabschnitt eingebaut, wie in 1 und 2 der vorliegenden Erweiterung dargestellt ist. Diese Ausgestaltung gemäß der Erfindung bietet insbesondere bei den großen Gebläsen für Kraftwerke mit einem Diffusordurchmesser von ca. 5 m entscheidende Vorteile hinsichtlich der Fertigungskosten. In aller Regel ist es vorteilhaft, die radialen V-förmigen Zwickel nicht bis zum Nabenkörper durchzuführen. Dies würde nahe der Nabe eine zu starke Querschnittsversperrung bewirken. Daher wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Zwickel an einem zur Diffusorachse konzentrischen Innenring enden zu lassen, der nur noch über einfache radiale Stegbleche mit der Nabe verbunden ist.
Aber wenn der Nabenkörper des Gebläsediffusors bereits im Endabschnitt des Gebläsediffusors abgestützt ist, könnte auf eine Abstützung der Einbauten in dem sich anschließenden stark erweiterten Kanalabschnitt zur Nabe hin verzichtet werden. Er würde dann durch die Anhängung an das Gehäuse des stark erweiterten Kanalabschnitts zentriert werden.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, den Spreizwinkel der Zwickelbleche über dem Radius nicht konstant zu halten, denn die Zwickelbleche sollten über dem Radius näherungsweise eine gleichbleibende Querschnittsversperrung bewirken. So könnten die Hinterkanten der Zwickelbleche insbesondere auf radialen Strahlen verlaufen. Und wenn die Zwickelbleche an einem konzentrischen Ring enden, welcher die Nabe umschließt, so kann es vorteilhaft sein, den Spreizwinkel der Zwickel an diesem Ring auf Null zu reduzieren. Durch die Verdrängungswirkung der Strömungsgrenzschicht, die sich längs derartiger umströmter Zwickel entwickelt, ist der effektive Öffnungswinkel derartiger Zwickel immer etwas größer als der geometrische Öffnungswinkel. Unter effektivem Öffnungswinkel versteht man den Öffnungswinkel eines Ersatzkörpers, der sich durch Überlagerung des geometrischen Basiskörpers und der Verdrängungsdickenverteilung der Strömungsgrenzschicht ergibt.
Zwischen den V-förmigen radialen Zwickeln können zusätzlich noch Leitschaufeln vorgesehen sein, die eine Zuteilung der Strömung zum nachfolgenden Querschnitt unterstützen. Diese zur Diffusorhauptachse konzentrischen Leitbleche müssen dann aber nicht unbedingt in Strömungsrichtung und somit zur Hinterkante hin verdickt ausgeführt werden. Sie können vielmehr aus gewalzten und doppelt gekrümmten dünnwandigen Blechringabschnitten bestehen, die kostengünstig herzustellen sind und nur ein geringes Zusatzgewicht bedingen.
In Sonderfällen, die eine Aufteilung der Strömung in einzelne Jets erfordern, können aber auch beide Lösungsansätze kombiniert werden, also die konzentrischen Verdrängungskörper, die zur Hinterkante hin verdickt sind und die radial verlaufenden V-förmigen Zwickelbleche. Dabei kann es ausreichend und sogar vorteilhaft sein, die konzentrischen Verdrängungskörper 49 lediglich in die Endabschnitte der V-förmigen Zwickelbleche einzubauen.
Die radial verlaufenden Zwickel, die schon aus Gewichtsgründen hohl ausgeführt sind, können für die Zuführung eines sekundären Fluids genutzt werden, welches in das primäre Fluid eingemischt werden soll. Jedem Zwickel wäre dann ein Eintrittsstutzen zugeordnet, 2. Die Gesamtheit der Stutzen würde über eine hier nicht dargestellte Ringleitung mit dem sekundären Fluid beaufschlagt werden.
Wie in der zugehörigen Basisanmeldung DE 10 2010 024 091 ausgeführt ist, bietet die Erfindung mit dem Merkmal Gleichdruckverteiler insbesondere dann wesentliche Vorteile, wenn die Geschwindigkeitsverteilung am Eintritt in den stark divergenten Abschnitt (typischer effektiver Öffnungswinkel 2α = 90°) hinter einem normalen Gebläsediffusor (typischer effektiver Öffnungswinkel 2α = 12°) ausgeprägt inhomogen ist. In diesem Fall würde ja eine relevante Verzögerung der impulsstarken Strömung einen so großen Druckanstieg bewirken, dass die impulsschwachen Zonen nicht den in besagten impulsstarken Zonen erzeugten Druckberg hinauf strömen könnten. Dies hätte eine sehr nachteilige Geschwindigkeitsverteilung in der Abströmung aus dem stark erweiterten Kanalabschnitt und somit eine ungünstige Anströmung einer nachfolgenden Komponente zur Folge.
Ist andererseits die Geschwindigkeitsverteilung am Eintritt in den stark divergenten Kanalabschnitt weitgehend homogen, kann durchaus noch eine gewisse Verzögerung der Strömung in allen Teilkanälen verkraftet werden. Der Begriff ”Gleichdruck” bezieht sich dann nicht auf den Druckverlauf in Strömungsrichtung, sondern auf den Gleichlauf des Druckanstiegs in den benachbarten Teilkanälen.
Letztlich kommt es im Interesse einer insgesamt optimalen Lösung darauf an, alle strömungstechnischen Optimierungsmaßnahmen im schlanken Gebläsediffusor sowie in einem sich anschließenden stark erweiterten Kanalabschnitt auf vorteilhafte Weise gemäß dieser Erfindung zu kombinieren und dabei die anlagenseitig vorgegebenen Randbedingungen zu berücksichtigen, insbesondere auch die Anströmung nachgeschalteter Komponenten wie z. B. eines Schalldämpfers oder eines Kanalkrümmers.
Die Erfindung betrifft somit nach einem Ausführungsbeispiel einen ein Fluid führenden Kanal, insbesondere einen ein primäres Fluid führenden Kanal mit einer mehr oder weniger stark ausgeprägten inhomogenen Geschwindigkeitsverteilung und/oder Verteilung der Zustandsgrößen des primären Fluids sowie mit einem sich anschließenden Strömungsdiffusor und gegebenenfalls eines sich daran anschließenden stark erweiternden Kanalabschnitts, wobei Strömungsleitflächen im Kanal angeordnet sind, durch die Teilmengen des primären Fluids aus Zonen mit hoher Geschwindigkeit abgeschöpft und in Zonen mit niedriger Geschwindigkeit eingemischt werden.
Insbesondere hat der das primäre Fluid führende Kanal einen kreisringförmigen Querschnitt und eine weitgehend zentrisch symmetrische Geschwindigkeitsverteilung mit einem mehr oder weniger stark ausgeprägten Geschwindigkeitsmaximum, wobei im Kreisringquerschnitt Strömungsleitflächen in Zonen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit angeordnet sind, durch die Teilmengen des primären Fluids abgeschöpft und in Zonen mit niedriger Geschwindigkeit eingemischt werden. Die Strömungsleitflächen können auf wenigstens einem Ring zwischen radial angeordneten Schwertern befestigt sein.
Des weiteren ist ein das primäre Fluid führender ringförmiger Kanal, insbesondere ein Ringdiffusor vorgesehen, der hinter einem Axialgebläse mit Nachleitschaufeln angeordnet ist, wobei in Zonen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit Hilfsleitschaufeln an den Hinterkanten der Nachleitschaufeln bzw. in der Nachbarschaft der Hinterkanten der Nachleitschaufeln am Gehäuse des Diffusors bzw. der Nabe derart angebracht sind, dass Teilmengen des primären Fluids aus Hochgeschwindigkeitszonen abgeschöpft und in die langsameren Strömungsgrenzschichten an Gehäuse und Nabe eingespeist werden.
Nach einem Ausführungsbeispiel ist der Kanal Bestandteil eines Axialgebläses mit Nachleitschaufeln, insbesondere ist der Kanal ein Ringdiffusor hinter einem Axialgebläse mit Nachleitschaufeln. Zwischen Diffusoreintritt und Diffusoraustritt sind Leitflügel angeordnet, durch die Teilmengen des primären Fluids aus Hochgeschwindigkeitszonen in langsamere Strömungsgrenzschichten eingespeist werden.
Der Ringdiffusor hinter einem Axialgebläse mit Nachleitschaufeln weist einen schwach divergenten Diffusor mit einem effektiven Öffnungswinkel von ca. 10°–18° auf. An den schwach divergenten Diffusor kann eine starke Kanalerweiterung mit einem effektiven Öffnungswinkel von ca. 15°–120° anschließen. Vorteilhafterweise können in diese Kanalerweiterung wenigstens 3 relativ zur Hauptachse näherungsweise radial ausgerichtete und in Strömungsrichtung keilförmige Hohlkörper eingebaut sein.
Der effektive Öffnungswinkel in den Teilkanälen zwischen den keilförmigen Hohlkörpern kann in der Größenordnung von ca. 0°–18° liegen. Die keilförmigen Hohlkörper können auf einem Ring enden, welcher die Nabe des Ringsdiffusors konzentrisch umschließt. Zwischen den Hohlkörpern können zur Diffusorachse konzentrische Leitbleche eingezogen sein.
Zwischen Diffusoreintritt und Diffusoraustritt können Leitflügel angeordnet sein, durch die Teilmengen des primären Fluids aus Hochgeschwindigkeitszonen in langsamere Strömungsgrenzschichten eingespeist werden und ein sekundäres Fluid über Düsen im Nahbereich der Flügel in das primäre Fluid eingeleitet wird.
Des weiteren kann in einem Ausführungsbeispiel ein sekundäres Fluid in die keilförmigen Hohlkörper eingeleitet werden und von hier über Öffnungen in das primäre Fluid eingeblasen werden.
Gemäss eines Ausführungsbeispiels ist ein Ringdiffusor mit einem zur Hauptachse konzentrischen Ring aus Leitelementen vorgesehen, wobei der konzentrische Ring aus Leitelementen den Ringdiffusor in zwei zueinander konzentrische Ringe mit näherungsweise gleicher Flächengröße aufteilt und die Leitelemente die Primärfluidströmung abwechselnd nach außen zur Gehäusewand hin bzw. nach innen zur Nabe hin leiten.
Die Erfindung soll anhand der Figuren beschrieben werden, es zeigen:
1: eine Übersichtszeichnung mit den Komponenten der Erfindung,
1a: eine Detaildarstellung zu 1 mit Leitelementen auf einem gehäusenahen und auf einem nabennahen Ring,
2: eine Ansicht vom Austritt des stark divergenten Teils stromaufwärts,
3: Nachleitschaufeln des Axialgebläses 5 mit zusätzlichen Hilfsleitschaufeln,
4: schwach angestellte Leitelemente auf einem Radius, welcher die Gesamtringfläche des Diffusors in zwei näherungsweise flächengleiche zueinander konzentrische Ringe aufteilt.
1 dieser Erfindung stellt eine Übersichtszeichnung dar. Sie zeigt insbesondere auch die zusätzlichen Funktionselemente im Vergleich mit den früheren Anmeldungen der Erfinder. Dabei ist ein erster Ring 45.1 von Hilfsleitschaufeln 45 nahe der Gehäuseaußenwand an den Nachleitschaufeln 5 des Gebläses angebracht. Ein zweiter Ring 45.2 von Hilfsleitschaufeln 45 ist nahe der Nabe 7 an denselben Nachleitschaufeln angeordnet. Üblicherweise sind größenordnungsmäßig 20 Nachleitschaufeln vorhanden. Durch die leicht zu den jeweiligen Wänden hin geneigten Hilfsleitschaufeln wird eine Beschleunigung der wandnahen Strömungsfelder bzw. der Strömungsgrenzschichten bewirkt, ohne dass es zu einer relevanten Strömungsablösung an den Hilfsleitschaufeln und demzufolge zu erheblichen Druckverlusten kommen müsste. Die Hilfsleitschaufeln können z. B. auf der Druckseite 5.1 der Leitschaufeln 5 angebracht sein oder sowohl auf der Druckseite 5.2 als auch auf der Saugseite 5.1, vergl. die Detaildarstellung in 3. Da diese Hilfsleitschaufeln in Zonen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit angeordnet sind, müssten sie selbstverständlich als aerodynamisch optimierte Flügel ausgeführt sein.
Die Wirkung dieser Hilfsleitschaufeln zeigt sich in einem Geschwindigkeitsprofil gemäß Ziffer 46 mit großen Geschwindigkeitsgradienten 46.1 an der Gehäusewand bzw. an der Nabe 46.2. Es kann sogar vorteilhaft sein, nahe der Wände eine Zone mit etwas höheren Strömungsgeschwindigkeiten als in Kanalmitte zu erzeugen, wie dies für das Geschwindigkeitsprofil 46 in 1 dargestellt ist.
Im mittleren Abschnitt des divergenten Gehäuses 2 des Ringsdiffusors 1 ist an der Innenwand ein Ring 47.1 von einzelnen nur geringfügig gegen die Strömung angestellten Leitschaufeln angeordnet. Ein entsprechender Ring 47.2 von Leitschaufeln ist an der Nabe 3 angebracht. Die Leitschaufeln auf beiden Ringen könnten hier auch als Deltaflügel 48 ausgeführt sein. In aller Regel würden wir jedoch keine Deltaflügel einsetzen, sondern Flügelabschnitte mit einer definierten Vorderkante, die auf einem zur Diffusorachse näherungsweise konzentrischen Ring liegen. Die Flügelabschnitte könnten vorteilhafterweise mit ”tip wings” ausgestattet sein, wodurch die Randwirbelbildung und demzufolge der Druckverlust reduziert werden, wie dies bereits in der Anmeldung DE 10 2010 022 418 vorgeschlagen wurde. Durch die leichte Anstellung gegen die Anströmung erzeugt jeder Flügel einen in die Strömungsgrenzschicht hinein gerichteten Impulsstrom.
Grundsätzlich können auch mehrere Ringe von Leitschaufelelementen bzw. Leitflügeln an unterschiedlichen axialen Positionen des Ringdiffusors angebracht werden. Durch die Maßnahmen in Gestalt der Hilfsleitbleche 45.1 und 45.2 an den Hinterkanten der Nachleitschaufeln 5 des Gebläses sowie der Leitschaufeln 47.1 und 47.2 im divergenten Abschnitt des Ringsdiffusors 1 wird in Querschnitt 2.2 am Diffusorende ein weitgehend homogenes Geschwindigkeitsprofil 17 erzeugt, welches sich insbesondere durch starke Geschwindigkeitsgradienten in den wandnahen Bereichen 17.1 und 17.2 auszeichnet.
Auf Basis eines derartigen Geschwindigkeitsprofils gelingt es, bei minimalen Totaldruckverlusten und bei einem bestmöglichen statischen Druckrückgewinn im nachfolgenden stark erweiterten Abschnitt 18 durch geeignete Einbauten eine weitgehend homogene Zuströmung 51 zu den nachfolgenden Komponenten, hier einem Kulissenschalldämpfer 20, zu erzeugen. Als Einbauten sind hier keilförmige Hohlkörper bzw. V-förmige Zwickelbleche 52 vorgesehen mit einer radial ausgerichteten und ziemlich scharf zulaufenden Anströmungs- bzw. Vorderkante 52.1. Das durch die Zwickelbleche gebildete V muss nicht unbedingt an der Hinterkante geschlossen sein. Wenn eine höhere Staubbeladung im Fluid auftritt, kann es jedoch zur Vermeidung von Staubansammlungen sinnvoll sein, die Zwickelbleche als Hohlkörper auszuführen und ein hinteres Deckblech 52.2 vorzusehen, vergl. auch 2.
In diesem Falle bilden die Zwickelbleche radial verlaufende Hohlkörper, denen über einzelne Stutzen 52.3 ein zweites Fluid zugeführt werden kann, sofern eine derartige Zumischung z. B. von Warmluft erforderlich ist. Das zweite Fluid kann über Bohrungen 52.4 in den primären Fluidstrom eingeleitet werden. Zwischen den Zwickelblechen sind zusätzliche Leitschaufeln 52.5 angebracht. Die Zwickelbleche 52 enden an einem konzentrischen Ring 52.7, der gleichzeitig das nabennächste Leitelement 52.5 darstellt. Zur Nabe 52.6 hin ist Ring 52.7 über radiale Schwerter 52.8 abgestützt. In 1 sind die konzentrischen Leitbleche 52.5 zwischen den V-förmigen Zwickelblechen mit einer verdickten Hinterkante 49 dargestellt. Diese Lösung stellt eine Kombination der beiden unterschiedlichen Konzepte dar, die Strömungsablösung in einem stark erweiterten Kanalabschnitt zu vermeiden; hier sind die V-förmigen radial verlaufenden Zwickelbleche 52 mit zur Hauptachse konzentrischen und zur Hinterkante hin verdickten Verdrängungskörpern 49 kombiniert.
Für die Einleitung und Einmischung eines sekundären Fluids (z. B. Heißluft oder Ammoniak) in das primäre Fluid existieren mehrere Möglichkeiten.
In 1a sind Stutzen 47.3 und 47.4 für die Einleitung des sekundären Fluids in naher räumlicher Zuordnung zu den Leitschaufeln 47.1 und 47.2 angebracht. Das primäre Fluid wird in die mit geringer Turbulenz abgeschöpften Teilströme eingemischt. Da auf die Erzeugung einer hoch turbulenten Strömung im Hinblick auf die Minimierung der Druckverluste bei dieser Erfindung verzichtet wurde, ist für die Einmischung des sekundären Fluids eine größere Laufstrecke erforderlich.
In 2, welche eine Darstellung bei Blickrichtung stromauf zur Hauptströmung des primären Fluids 41 darstellt, ist das Prinzip der Einleitung eines sekundären Fluids in das primäre Fluid über die keilförmigen Hohlkörper 52 dargestellt. Jedem Hohlkörper 52 ist ein Eintrittsstutzen 52.3 zugeordnet. Die Austrittsbohrungen 52.4 für das sekundäre Fluid sind nur in 1 bildlich wiedergegeben. 2 zeigt auch die Endfläche 52.9 des Nabenkörpers 52.6 sowie radiale Stegbleche 52.8, über die der Ring 52.7 zur Nabe 52.6 abgestützt ist.
4.1 und 4.2 zeigen noch einen Sonderfall der Konfiguration nach 1 oder 1a. Hier sind im Gebläsediffusor schwach angestellte Leitelemente näherungsweise auf einem zur Hauptachse 16 konzentrischen Ring 54 angeordnet, durch die das Primärfluid abwechselnd nach außen auf die Gehäusewand zu bzw. nach innen zur Nabe hin geleitet wird. Dabei können die Leitelemente 47.1 und 47.2 unterschiedlich groß ausgeführt sein. Der Radius des zur Hauptachse 16 konzentrischen Ringes, auf welchem die Leitelemente angeordnet sind, wird so dimensioniert, dass der Primärfluidstrom näherungsweise in zwei gleichgroße Volumen-Teilströme aufgeteilt wird. Insbesondere bei einem inhomogenen Geschwindigkeitsprofil des Primärfluides kann es aber auch vorteilhaft sein, den Radius des Ringes so zu dimensionieren, dass er den Primärluftstrom näherungsweise in zwei gleich große Impuls-Teilströme aufteilt.
Nomenklatur
Die Nomenklatur baut auf jener der Patentanmeldung DE 10 2010 024 091 auf.
Bezugszeichenliste

1: Ringdiffusor
2: Gehäuse des Ringdiffusors
2.1: Eintrittsebene zum Ringdiffusor
2.2: Austrittsebene des Ringdiffusors
3: Nabe des Ringdiffusors
4: Endfläche eines zylindrischen Ringdiffusors
5: Nachleitschaufeln des Gebläses bzw. Radialschwerter am Anfang der Nabe
5.1: Druckseite der Nachleitschaufeln
5.2: Saugseite der Nachleitschaufeln
6: Radialschwerter im Endabschnitt der Nabe
7: vorderer Abschnitt der Nabe
8: hinterer Abschnitt der Nabe
9: Axialgebläse
10: Rotor des Axialgebläses
11: Laufschaufeln des Axialgebläses
12: Anströmnase des Axialgebläses
13: Nachlauftotwasser hinter der zylindrischen Nase
14: Nachlauftotwasser hinter einer schwach konvergenten Nabe
15: Geschwindigkeitsverteilung in 2.1
16: Achse des Ventilators
17: Geschwindigkeitsverteilung in 2.2
17.1: Bereich des Geschwindigkeitsprofils nahe der Gehäusewand des Ringdiffusors
17.2: Bereich des Geschwindigkeitsprofils nahe der Nabe des Ringdiffusors
18: stark divergenter Gehäuseabschnitt, bevorzugt kreisrund
19: Strömungsablösegebiet in 18
20: Schalldämpferkulissen
21: ringförmige Einbauten in 18
22: abströmseitige Endflächen der Einbauten 21
23: ringförmige Kanäle zwischen den Einbauten 18 sowie der Nabe
24: Carnot'sche Stoßdiffusoren
25: schwach konvergenter Nabenabschnitt
26: Anströmung der Schalldämpferkulissen
27: Radialschwerter
28: Deflektorbleche
29: Verdrängungskörper zwischen den ringförmigen Einbauten und den Radialschwertern
30: Eintrittsstutzen für das sekundäre Fluid
31: Einströmung des sekundären Fluids in die Kanäle 23
32: Krümmer
33: Hohl-Leitkörper im Krümmer
34: Endflächen der Hohl-Leitkörper 33
35: Strömung des Primärfluides im Axialgebläse
36: Verdrängungskörper mit Leitwirkung im Ringdiffusor
37: Nachlauftotwasser hinter den Einbauten 36 im Ringdiffusor
38: Ausströmung des Primärfluides 41 zwischen den Einbauten 18
39: Ausströmbohrungen für das Sekundärfluid 42 an den abströmseitigen Endflächen 34 der Einbauten 33
40: abgerundete Anströmnasen der Leitkörper 33
41: Primärfluidströmung
42: Sekundärfluidströmung
43: Drosselgitter
44: Zuführungskanal für das sekundäre Fluid 42
45: Hilfsleitschaufeln
45.1: Hilfsleitschaufeln nahe der Gehäusewand
45.2: Hilfsleitschaufeln nahe der Nabe 7
46: Geschwindigkeitsprofil hinter den Nachleitschaufeln mit Hilfsleitschaufeln nahe dem Diffusoreintritt 2.1
46.1: Geschwindigkeitsprofil mit großen Geschwindigkeitsgradienten an der Gehäusewand
46.2: Geschwindigkeitsprofil mit großen Geschwindigkeitsgradienten an der Nabe
47: Leitschaufeln im mittleren Abschnitt des Ringdiffusors
47.1: Leitschaufeln am Gehäuse
47.2: Leitschaufeln an der Nabe
47.3: Stutzen für die Einleitung eines sekundären Fluids vom Gehäuse her
47.4: Stutzen für die Einleitung eines sekundären Fluids von der Nabe her
48: Leitblech in Gestalt eines leicht angestellten Flügels
49: Verdickter Hinterkantenabschnitt der Leitschaufeln 52.5
50.1: Strömungsgrenzschicht nahe der Gehäusewand
50.2: Strömungsgrenzschicht nahe der Nabe
51: Ausströmung aus dem stark divergenten Abschnitt 18 bzw. Zuströmung zu den Schalldämpferkulissen 20
52: keilförmige Hohlkörper bzw. Zwickelbleche
52.1: Vorderkante bzw. Anströmkante der Zwickelbleche
52.2: Deckblech der keilförmigen Hohlkörper am abströmseitigen Ende
52.3: Stutzen für die Einleitung eines sekundären Fluids in die Hohlkörper 52
52.4: Bohrungen zur Einleitung des sekundären Fluids in die Primärfluidströmung
52.5: Leitschaufeln zwischen den Zwickelblechen
52.6: Nabe im stark divergenten Abschnitt 18
52.7: zur Nabe 52.6 konzentrischer Ring
52.8: radiale Stützbleche zwischen der Nabe und dem Ring 52.7
52.9: Endfläche des Nabenabschnitts 52.6
53: Übergang vom kreisrunden stark divergenten Abschnitt 18 zum rechteckigen Einbauabschnitt der Schalldämpferkulissen 20
54: ein zur Hauptachse 16 konzentrischer Ring, auf welchem Leitelemente angeordnet sind

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010022418 [0002, 0004, 0007, 0021, 0059]
DE 102010024091 [0002, 0021, 0022, 0029, 0029, 0039, 0067]
US 2650752 A [0003, 0005]
DE 19757187 A1 [0003]
JP 63105300 A [0003]
DE 4325977 A1 [0003, 0005, 0005]
DE 3534268 A [0003]
DE 102006048933 A1 [0003]
DE 102010022428 [0022, 0022]
EP 0789195 A1 [0030]

Claims

Ein Kanal, in welchem ein Fluid leitbar ist, wobei der Kanal von Kanalwänden begrenzt ist, wobei die Kanalwände eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung aufweisen, durch welche das Fluid in den Kanal eintreten kann und den Kanal verlassen kann, wobei das Fluid eine Strömungsgeschwindigkeit aufweist, welche entlang der Kanalwände kleiner als in der Kanalmitte ist, sodass im Kanal eine Zone höherer Strömungsgeschwindigkeit und eine Zone niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit ausbildbar ist, wobei in dem Kanal eine Strömungsleitfläche angeordnet ist, mittels welcher ein Teil des Fluids aus der Zone höherer Strömungsgeschwindigkeit abschöpfbar und in die Zone niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit einmischbar ist.
Kanal nach Anspruch 1, wobei die Kanalwände eine Querschnittsfläche aufspannen, wobei der Kanal einen Abschnitt aufweist, dessen Querschnittsfläche in Strömungsrichtung zunimmt.
Kanal nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Querschnittsfläche kreisförmig ist.
Kanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Querschnittsfläche ringförmig ist.
Kanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Strömungsleitflächen im Kanal angeordnet ist.
Kanal nach Anspruch 5, wobei die Strömungsleitflächen nebeneinander angeordnet sind.
Kanal nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Strömungsleitfläche in dem Abschnitt angeordnet ist, dessen Querschnittsfläche in Strömungsrichtung zunimmt.
Kanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher als Ringdiffusor für ein Axialgebläse mit Nachleitschaufeln ausgebildet ist.
Kanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strömungsleitfläche als eine Leitschaufel ausgebildet ist.
Kanal nach Anspruch 9, wobei die Leitschaufel eine Hilfsleitschaufel enthält, welche sich von der Hinterkante der Leitschaufel erstreckt.
Kanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 10, wobei der Abschnitt einen effektiven Gesamtöffnungswinkel von mindestens 8° aufweist.
Kanal nach Anspruch 11, wobei der Abschnitt einen ersten Teilabschnitt mit einem effektiven Gesamtöffnungswinkel im Bereich von 10° bis 20° aufweist und einen zweiten Teilabschnitt mit einem Öffnungswinkel im Bereich von 15° bis 120° anschließt.
Kanal nach Anspruch 12, wobei in zumindest einem der ersten oder zweiten Teilabschnitte zumindest ein Hohlkörper, insbesondere ein keilförmiger Hohlkörper angeordnet ist.
Kanal nach Anspruch 13, wobei eine Mehrzahl von keilförmigen Hohlkörpern angeordnet ist, insbesondere mindestens 3 keilförmige Hohlköper angeordnet sind.
Kanal nach Anspruch 14, wobei der Öffnungswinkel in den Teilkanälen zwischen den keilförmigen Hohlkörpern in der Grössenordnung von 0° bis 18° liegt.
Kanal nach Anspruch 14 oder 15, wobei die keilförmigen Hohlkörper auf einem Ring enden, welcher in einem als Ringdiffusor ausgebildeten Abschnitt konzentrisch um dessen Mittenachse angeordnet ist.
Kanal nach Anspruch 16, wobei entlang der Mittenachse eine Nabe angeordnet ist.
Kanal nach Anspruch 17, wobei die keilförmigen Hohlkörper auf einem Ring enden, welcher die Nabe des Ringdiffusors konzentrisch umschliesst.
Kanal nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei zwischen den Hohlkörpern zur Mittenachse konzentrische Leitbleche eingezogen sind.
Kanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein zweites Fluid in den Kanal einleitbar ist.
Kanal nach Anspruch 20, wobei das zweite Fluid über Düsen in der Nähe der Strömungsleitflächen in das Fluid einleitbar ist.
Kanal nach Anspruch 20, wobei das zweite Fluid in die Hohlkörper nach Anspruch 13 einleitbar ist, wobei die Hohlkörper Öffnungen enthalten, um das zweite Fluid in das erste Fluid einzublasen.