DE1946667C3 - Geschwindigkeitsausgleicher für die Zufluß- bzw. Abflußöffnung eines Strömungskanals - Google Patents

Description

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Geschwindigkeitsausgleicher der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welchem die Nachteile der vorstehend beschriebenen bekannten Anordnungen vermieden sind, der also bei hinreichendem Ausgleich der Strömungsgeschwindigkeit über den Querschnitt der Zufluß- hzw. Abflußöffnung nur einen geringen Leistungsverhir.t in der Strömung hervorruft. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch bewirkt, daß sich das an der Zufluß- bzw. Abflußöffnung des Strömungskanals in geneigter Stellung angeordnete Strömungsleitelenienl über den !lanzen Bereich der öffnung des Kanals erstreckt, ilaß es einen oder mehrere Ausschnitte von mindes;ens angenähert dreieckiger oder aus einem Dreieck , bgeleiteter Form hat, und daß der von diesem Ausschnitt bzw. diesen Ausschnitten dargebotene Durchiußquerschnitt in der Strömungsrichtung stetig abummt.

Dadurch unterscheidet sich der erfindungsgemäße jeschwindigkeitsausgleicher auch von einer bekannen Einrichtung mit einem in eine Leitung eingesetz- ;.n. mit Bohrungen versehenen, beispielsweise hohlziegel förmigen Staukörper, dessen über den ganzen '.eitungsquerschnitt verteilte Bohrungen unter einem Winkel zur Strömungsrichtung stehen; abgesehen da-• on, daß es sich bei dieser bekannten Einrichtung ■licht um eine solche der eingangs erwähnten Art handelt, entspricht sie etwa den Anordnungen der vorstehend beschriebenen zweiten Gruppe und weist v>-ie diese den Nachteil eines hohen Leistungsverlustes auf.

Weiter ist bei Diffusorkanälen von beschränkter Länge und infolgedessen scharf zunehmendem Querschnitt, z. B. zwischen Verdichter und Brennkammern bei Gasturbinenanlagen, vorgeschlagen worden, die Querschnittserweiterung des Strömungskanals in Form einer Stufe mit paarweise stromabwärts konvergierenden, zur Strömungsrichtung geneigten Wänden auszubilden; dadurch kann und soll aber nicht ein Geschwindigkeitsausgleich über den Kanalquerschnitt, sondern lediglich eine örtliche Bindung von Wirbeln und eine Stabilisierung der Strömung erreicht werden.

Bei einer weiteren bekannten Einrichtung, die der eingangs erwähnten Gattung ebenfalls nicht entspricht, sind in einem Behälter, in welchen ein Strömungskanal mündet, vor der Abflußöffnung dieses Kanals eine Reihe von Platten mit je einer runden Öffnung angeordnet, deren Durchmesser von Platte zu Platte kleiner ist. Dadurch wird die Strömung nach allen Richtungen quer zur Kanalachse umgelenkt und die Geschwindigkeit, mit welcher die Flüssigkeit in den Behälter austritt, sowie deren Turbulenz wirksam vermindert; doch ist dies mit großem Energieverlust verbunden, und ein Ausgleich der Geschwindigkeiten über den Querschnitt der Abflußöffnung wird nicht erreicht.

In noch einer anderen bekannten Einrichtung sind vor einer quadratischen Abflußöffnung eines Strömungskanals in einem ebenfalls quadratischen Diffusortrichter vier im wesentlichen ebene Strömungsleitelemente in gleichen oder verschiedenen zur Anströmrichtung geneigten Stellungen und vor diesen Elementen ein den Trichter abschließendes fein gelochtes Blech ^,gebracht. Diese bekannte Einrichtung soll dazu dienen, die aus der Abflußöffnung austretende Strömung nach einer oder mehreren Richtungen abzulenken bzw. zu verteilen. Ein Ausgleich der Geschwindigkeiten dieser Strömung über den Öffnungsquerschnitt wird weder angestrebt noch erreicht, zumal zwischen den Leitelernenten auch ein Teil der Strömung unabgelenkt hindurchgehen soll. Auch hier geht durch das gelochte Blech viel Strömungsenergie verloren.

In der Zeichnung sind eine beispielsweise Ausfühlungsform des Erfindungsgegenstandes und mehrere ίο Varianten dargestellt. Es zeigen

F i g. 1 A bis IC jeweils eine axonometrische Ansicht von mehreren Ausführungsformen des Strömungsleitelementes des Geschwindigkeitsausgleichers gemäß vorliegender Erfindung,

Fig. 2 teilweise im Schnitt die Seitenansicht der Abflußöffnung einer Leitung mit zugeordnetem Strömungsleitelemenl,

F i g. 3 A bis 3 C unter Weglassung der darüberliegenden Schlitze jeweils c^: -e Horizontalansicht der ao Abflußöffnung der Leitung mit je einem der in den F i g. 1 A bis IC dargestellten Strömungsleitelemente,

F i g. 4 A und 4 B eine axonometrische Ansicht /on zwei abgeänderten Ausführungsformen des Ströa5 inungsleitelernentes gemäß F i g. 1 B,

F i g. 5 teilweise im Schnitt, die Seitenansicht der Abflußöffnung einer Leitung mit dem in F i g. 4 A bzw. 4 B gezeigten Strömungsieitelement,

F i g. 6 A und 6 B unter Weglassung der darüberliegenden Schlitze eine Horizontalansicht der Abflußöffnung der Leitung mit Strömungselement gemäß F i g. 4 A bzw. 4 B,

F i g. 7 A und 7 B Seitenansicht und Draufsicht des Abflußöffnungsendes einer kreiszylindrischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsausgleichers, die zum Verteilen der Strömung in die Umgebung dient,

F i g. 8 A bis 8 F Draufsicht auf verschiedene Querschnittsformen des Öffnungsendes einer Leitung mit Strömungsleitelementen.

In Fig. 1 A bis IC sind mehrere Ausführungsbeispiele eines Strömungsleiteiementes für den Geschwindigkeitsausgleicher gemäß vorliegender Erfindung dargestellt. Bei dem in F i g. 1 A gezeigten Beispiel ist das Strömungsleitelement 1 mit einem mittleren Ausschnitt 2 versehen, der durch nach außen gekrümmte Kanten 3 begrenzt ist, während beim Beispiel gemäß F i g. 1 B das Strömungsleitelement 1 zwei seitliche Ausschnitte 6 und 7 aufweist, welche von konvex gekrümmten Kanten 3 begrenzt sind. Das Strömungsleitelement 1 kann auch mit einem einseitigen Ausschnitt 8 versehen sein, welcher durch eine konvex gekrümmte Kante 3 begrenzt ist, wie in F i g. 1 C dargestellt. Obgleich das Strömungsleitelement im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel mit konvex gekrümmter Seitenkante oder Seitenkanten versehen ist, läßt sich die konvexe Krümmung je nach den praktischen Erfordernissen auch durch eine konkave Krümmung ersetzen.

F i g. 2 zeigt die Anordnung des Strömungsleitelementes I im jeweiligen Leitungskanal. Im Bereich der Schlitzt 9 einer Abflußöffnung Il ist das Strömungsleitelement 1 in einer geneigten Stellung zur Anströmrichtung des abfließenden Mediums angeordnet. Dieses von einer Versorgungsquelle durch eine Leitung 12 zugeführte Medium wird durch eine oder mehrere öffnungen, welche durch das Strömungsleitelement 1 und die Seitenwände 11 der Lei-

lung 12 bestimmt sind, zu den Schlitzen 9 geleitet, wie es durch Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist. Beim Durchgang durch die Schlitze 9 wird die Strömung in den Raum geleitet, gegen den die Ausflußöffnung der Leitung 12 gerichtet ist.

Die Beziehung zwischen der Strömungsrichtung des Mediums, dessen Geschwindigkeit auszugleichen ist, und der jeweiligen Lage des Strömungsleitelementes 1 ist in den F i g. 3 A bis 3 C gezeigt. Im Fall

Kanten 17 ausgebildet. Ein weiteres abgeändertes Beispiel des Strömungsleitelementes dieses Typs ist in F i g. 4 B dargestellt, wo das Strömungsleitelement mit einer Mehrzahl seitlicher Durchbohrungen 18 5 versehen ist. Durch solche seitliche Durchbohrungen 18 kann der Verlust an Wirksamkeit, der durch den Ersatz der gekrümmten Kanten durch gerade Kanten verursacht wird, in einem beträchtlichen Maß kompensiert werden. Falls diese Ausführungsart auf das

die gesamte Breite der Abflußöffnung 13, welche durch die Seitenkanten 3 und 4 des Strömungsleitelementes 1 sowie durch die Innenwände der Leitung 12 bestimmt wird, nimmt dabei in gleicher Weise ab. Dies trifft auch für das in F i g. 3 C gezeigte Beispiel zu, wo das in Fig. IC gezeigte Strömungsleitelement 1 benutzt wird.

Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen besteht ein fundamentales Erfordernis, das Strömungslcitclcment innerhalb der Abflußöffnung der Leitung in solcher Weise anzuordnen, daß die nutzbare Ge-

decke herab. In diesem Fall wird das Öffnungsende der Leitung mit einer Mehrzahl von Schlitzen versehen, welche rings um die Leitungsachse angeordnet

p g

gemäß F i g. 3 A ist das in F i g. 1 A gezeigte Strö- i° in F i g. 1 A gezeigte Beispiel angewandt wird, sollten mungsleitelement 1 in der Abflußöffnung 11 der Lei- die gekrümmten Kanten 3 durch gerade Kanten erlung 12 derart vorgesehen, daß die Breite der Abfluß- setzt werden.

Öffnung 13, welche durch die Seitenkanten 3 und 4 Die Anordnung des Strömungsleitelementes 16 der

des Strömungsleitelementes 1 bestimmt wird, in der beschriebenen Art ist in den Fig. 5, 6 A und 6 B Strömungsrichtung abnimmt, die durch einen Pfeil 15 dargestellt, wo das Strömungsleitelement 16 an der 14 in der Zeichnung angedeutet ist. Bei dem in Rückseite des Schlitzes 9 der Abflußöffnung 11 der F i g. 3 B gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Leitung 12 in einer Weise angebracht ist, welche der-Strömungslcitelemcnt gemäß F i g. 1 B benutzt, und jenigen in den Fig. 3 A bis 3 C entspricht, wobei die d Abflßöff 13 lh Strömungsrichtungen durch den Pfeil 14 angedeutet

*° sind. Falls das Strömungsleitelement 16 in einer Zuflußöffnung angeordnet werden soll, muß es umgekehrt wie vorstehend beschrieben, angeordnet werden. Wenn immer erforderlich oder von größerem Vorteil, kann das Strömungsleitelement 16 dieser 25 Form auch mit geeigneter Neigung zur Strömungsrichtung der auszugleichenden Strömung angeordnet werden, wie dies bei dem in F i g. 2 gezeigten Beispiel der Fall ist.

Dient das Strömungssystem ζ. Β. als Klimaanlage samtbreitc der Abflußöffnung in der Strömungsrich- 3° für Zimmer, so hängt das Leitungsende mit der Abtung des Mediums, dessen Geschwindigkeit auszu- fluß- bzw. Zuflußöffnung zuweilen von der Zimmergleichen ist, abnimmt.

Falls daher die dargestellten Strömungsleitelemente für die Zuflußöffnung einer Leitung verwendet werden sollen, so muß eine zu der in den 35 sind. Dieses öffnungsende der Leitung wird gewöhn-F i g. 3 A bis 3 C gezeigten entgegengesetzte Anord- lieh durch mehrere Teilwände, die sich von einem nung verwendet werden. axialen Träger radial nach außen erstrecken, in meh-

Wegen der beschriebenen Form und Anordnung rere Sektoren geteilt. Strömungsleitelemente der bedes Strömungsleitelementes kann ein überaus wirksa- " schriebenen Art können auch auf derartige öffnungsmer Ausgleich der Geschwindigkeiten in der Abfluß- 4° enden mit einem günstigen Ausgleichseffekt für die bzw. Zuflußöffnung mit geringstem Druck- und Lei- Geschwindigkeit angewandt werden. stungsverlust erzielt werden, da der Strömungswider- Wenn ein Strömungsleitelement der in F i g. 1 A

stand dieses Elementes nur sehr gering ist. gezeigten An im Abflußöffnungsende einer solchen

Der Neigungswinkel und der Verlauf der Kantenli- Anordnung verwendet wird, sollte das Strömungsleitnie bzw. der Kantenlinien des Strömungsleitelemen- 45 element derart angeordnet werden, daß die Gesamttes richtet sich nach den Abmessungen der Schlitze, fläche der Abflußöffnung in der Strömungsrichtung dem Seitenverhältnis der Öffnung, der Strömungsge- des Mediums allmählich abnimmt, schwindigkeit und dem Geschwindigkeitsverhältnis. Die F i g. 7 A und 7 B zeigen die Anordnung des in

Ferner haben wiederholte Versuche und Messungen F i g. 1 A dargestellten Strömungsleitelementes in des Erfinders bestätigt, daß der bei einem erfin- 50 einem Abflußöffnungsende dieser Art. Bei diesem dungsgemäßen Geschwindigkeitsausgleicher durch Beispiel ist die Abflußöffnung 11 in sechs Abschnitte das Strömungsleitelement verursachte Strömungs- unterteilt, und zwar durch sechs Trennwände 19, die widerstand praktisch vernachlässigbar ist. sich von einem axialen Träger 21 aus radial zu einer

Obgleich das beschriebene, gekrümmte Kanten Umfangswand erstrecken, in welcher die Abflußöffaufweisende Strömungsleitelement einen beträchtlich 55 nung 11 gebildet ist. Jeder Sektor ist mit einem oder verbesserten Geschwindigkeitsausgleich liefert, ist mehreren Schlitzen 9 versehen, welche in der Umdoch die Berechnung der den Kanten zu verleihen- fangswand für den Abfluß der auszugleichenden den Krümmung und die Herstellung derselben zuwei- Strömung gebildet sind. Das in F i g. 1 A gezeigte len recht verwickelt. Andererseits gibt es oft Fälle, in Strömungsleitelement 1 ist in jedem Sektor unter denen eine weniger genaue Ausgleichwirkung erfor- 60 einer bestimmten Neigung zur Richtung der durch derlich ist. Um die Berechnung und den Herstel- einen Pfeil 22 in Fig.7A bezeichneten, auszugleilunesvorgang zu vereinfachen, werden daher auch chenden Strömung derart angeordnet, daß die Gemehrere Ersatzmittel für die in den F i g. 1 A bis 1 C samtfläche der Abflußöffnung 13 (s. F i g. 3 A) in der dargestellten Strömungsleitelemente vorgeschlagen. Strömungsrichtung des durchfließenden Mediums ab-Fig.4 A zeigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen 65 nimmt. Falls das Abflußöffnungsende 11 so angeordabgeänderten Strömungsleitelementes. Bei diesem net ist, daß es um den axialen Träger 21 rotiert, kann Beispiel ist das Strömungsleitelement 16 mit einem das ausströmende Medium gleichförmig in die Umim wesentlichen dreieckigen Profil und mit geraden gebung verteilt werden. Soll das Strömungsleiteie-

ment dagegen für ein Zuflußöffnungsendc Vcrwcndung finden, so muß es umgekehrt zu der in der Zeichnung dargestellten Anordnung vorgesehen werden.

In den F i g. 8 A bis 8 F sind verschiedene Formen der nffnungsenden von Leitungen dargestellt, die mit dem Strömungsleitelement bzw. -elementen gemäß vorliegender Erfindung versehen sind. Zur besseren Übersicht sind die Strömungsleitelemente in diesen Figuren schraffiert dargestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

1 2 iiommen DL· Erfindung ist indessen insinngemäßer, Patentansprüche: später noch an Hand von Beispielen zu erläuternder Abwandlung mit gleicher Wirkung auch im Fall

1. Geschwindigkeitsausgleicher für die Zufluß- eines Gcschwindigkeitsausgleichcrs fur-die Zuilu',- bzw. Abflußöffnung eines Strömungskanals mit 5 öffnung eines Strömungskanals anwendbar, mindestens einem im wesentlichen ebenen Strö- Zum Ausgleichen der Geschwindigkeit einer Mrumungsleitelement, das an der Zufluß- bzw. Ab- mung über den Querschnitt der ZuHuIi- hzw. ADMuL-,-flußöffnung des Strömungskanals in einer zur öffnung eines Strömungskanals sind schon versehe Anströmrichtung geneigten Stellung angeordnet dene Anordnungen vorgeschlagen worden, die sich :r. ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich io mehrere Gruppen einteilen lassen.

.das Strömungsleiielement über den ganzen Be- In einer ersten Gruppe von Anordnungen ist erreich der öffnung des Kanals erstreckt, daß er Strömungskanal gegenüber einer Abflußöffnung mu einen oder mehrere Ausschnitte von mindestens einer Rückwand versehen, die eine zur Anstroranc:, angenähert dreieckiger oder aus einem Dreieck tung geneigte Stellung einnimmt. Die Geschwind-j, abgeleiteter Form hat, und daß der von diesem 15 keit der austretenden Strömung gilt als ausgeglicn^. Ausschnitt bzw. diesen Ausschnitten dargebotene wenn die Geschwindigkeitsunterschiede über ü ::: Durchfh'ßquerschnitt in der Strömungsrichtung Öffnungsquerschnitt 15 Ό oder weniger betrage, stetig abnimmt. Bei der hier betrachteten Anordnung erlaubt die g·.

2. Geschwindigkeitsausgleicher nach An- neigte Rückwand des Strömungskanals den Qutr spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strö- " schnitt des Kanals im Vergleich zu demjenigen de·· mungsleitelement mindestens eine gekrümmte Abflußöffnung bis zu einem gewissen Grad zu w Kante aufweist, welche sich in Längsrichtung des ringern; doch läßt sich mit dieser Anordnung noc!· Strömungsleitelementes erstreckt und den Aus- keine wirtschaftlich fühlbare Verkleinerung der Ka schnitt begrenzt. nalabmessung erreichen. Zudem ist es selbst mit dic-

3. Geschwindigkeitsausgleicher nach An- 35 ser Anordnung schwierig, die Geschwindigkeitsunter Spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß minde- schiede niedriger zu halten als 15 %.

stens eine der gekrümmten Kanten konvex zum In einer zweiten Gruppe von Anordnungen sind

Ausschnitt verläuft. im Strömungskanal vor der Abflußöffnung ein oder

4. Geschwindigkeitsausgleicher nach An- mehrere Strömungshindernisse eingebaut. Obwoh spruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß minde- 30 sich dadurch ein fühlbarer Geschwindigkeitsaus stens eine der gekrümmten Kanten konkav zum gleich erzielen läßt, ist dieser unvermeidlich vor. Ausschnitt verläuft. einem beträchtlichen Druckverlust begleitet.

5. Geschwindigkeitsausgleicher nach An- In einer dritten Gruppe von Anordnungen ist die spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strö- Abflußöffnung des Strömungskanals durch im Kana! mungsleitelement mindestens eine annähernd ge- 35 angebrachte Strömungsgleichrichter in mehrere Abrade Kante aufweist, die sich in Längsrichtung teilungen unterteilt, deren jede mit einer geneigten des Strömungsleitelementes erstreckt und den Rückwand oder einem Strömungshindernis der vor-Ausschnitt begrenzt. stehend beschriebenen Art versehen ist. Obwohl

6. Geschwindigkeitsausgleicher nach An- durch diese Anordnung eine starke Verminderung spruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Strö- 40 der Geschwindigkeitsunterschiede erreicht werden mungsleitelement ferner eine Mehrzahl Durch- kann, bedingt das Aufrechterhalten der Strömung bohrungen aufweist, die sich von einer Kante zur einen erheblichen Leistungsverlust.

anderen Kante des Strömungsleitelementes er- In einer vierten Gruppe von Anordnungen ist der

strecken. Strömungskanal in mehrere Zweigkanäle gleichen

7. Geschwindigkeitsausgleicher nach An- 45 Durchmessers unterteilt, die von längs des Ströspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das öff- mungskanals angeordneten Stellen ausgehen und mit nungsende der Leitung durch Trennwände in Strömungshindernissen ausgestattet sind, welche unmehrere Abschnitte unterteilt ist und das Strö- terschiedliche Widerstandswerte liefern. Die Zweigmungsleitelement bzw. die Strömungsleitelemente kanäle sind an eine einzige Abflußöffnung angein entsprechenden Abschnitten angeordnet sind. 50 schlossen. Wegen der Verwendung von Strömungshindernissen bedingt die Aufrechterhaltung der Strömung auch bei dieser Anordnung einen beträchtlichen Leistungsverlust.

Eine Variante zu dieser Anordnung besteht darin,

55 eine Mehrzahl von Zweigkanälen vorzusehen, die von längs des Strömungskanals verteilten Stellen ausgehen, wobei aber die Strömungshindernisse wegge-

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ge- lassen sind. Diese Variante hat denselben Nachteil schwindigkeitsausgleichcr für die Zufluß- bzw. Ab- wie die anderen Anordnungen der vierten Gruppe; flußöffnung eines Strömungskanals mit mindestens 60 allerdings ist dieser Nachteil durch das Fehlen der einem im wesentlichen ebenen Strömungsleitelcment, Strömungshindernisse etwas gemildert, das an der Zufluß- bzw. Abflußöffnung des Strö- In einer fünften Gruppe von Anordnungen ist im

mungskanals in einer zur Anströnirichtung geneigten Ströniungskanal in der Nähe der Abflußöffnung ein Stellung angeordnet ist. Einsatz vorhanden, dessen Wand eine Vielzahl von

Um die Darstellung zu vereinfachen, wird in der 65 Löchern verschieden großen Querschnittes aufweist, nachstehenden Beschreibung hauptsächlich auf den In diesem Fall ist es schwierig, in der Längsrichtung Fall eines Geschwindigkeitsausgleichers für eine Ab- des Kanals eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverflußöffnung aus einem Strömungskanal Bezug ge- teilung zu erzielen.