Einrichtung zur Verringerung der j)rueIiverluste von strömenden Medien. Die Druckverluste von strömenden Me dien spielen bei Fernrohrleitungen und Ma schinen, wie Turbinen, Gebläse, Kompresso ren, Ventilatoren, ferner bei Wärmekraftan lagen (Gasturbinenanlagen) und deren Rohr- leitunbsystemen usw. eine massgebende Rolle.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung, die erlaubt, die Druckverluste erheblich zu vermindern. Er findungsgemäss wird der Druckverlust durch eine den zu beeinflussenden Strömungswegen vorangehende Verengung herabgesetzt, die derart gestaltet ist, dass sie künstlich ein flacheres Gesamtdruckprofil, als es sich ohne Steuerung selbsttätig einstellen würde, er zielt.
Es würde nämlich bei Versuchen mit strö menden Gasen gefunden, dass durch eine Steuerung des Geschwindigkeitsprofils eine erhebliche Herabsetzung der Verluste erzielt werden kann, und zwar ergab ein "flacheres" Geschwindigkeitsprofil einen erheblich gerin geren Energieverlust als ein "steileres" Profil.
Unter einem "flacheren" Profil wird hiebei ein Profil verstanden, für welches das Ver- bältnis der Geschwindigkeit in der Rohrachse zur mittleren Geschwindigkeit des Quer schnittes kleiner ist als beim "steileren" Profil.
Eine beruhigte Strömung ergibt bekannt lich im turbulenten Gebiet ein Profil, welches dem '/7 Potenzgesetz entspricht (Kurve 2 in Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung). Der Ener gieverlust, der diesem Profil entspricht, ist nun aber nicht der kleinstmögliche, sondern er kann durch künstliche Beeinflussung des Profils erniedrigt werden.
So hat zum Bei spiel das flachere Profil nach Kurve (Fig. 1) einen kleineren Energieverlust bei gleicher mittlerer Geschwindigkeit zur Folge alsi )das Profil nach Kurve 2. Der statische Druck ist beispielsweise durch die gerade Linie 1 angedeutet.
Gemäss dem in Fig. 2 gezeigten Ausfüh rungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes für eine Rohrleitung wird die Erzeugung des flacheren Profils durch einen sich verengen- den Kanal 11 erwirkt, wobei die nötige vor angehende Querschnittserweiterung durch einen diesem vorangesetzten Diffusor 12 er folgt. Zwischen dem Diffusor 12 und der Ver engung 11 kann ein gerades Teilstüeh 13 eingeschaltet sein, welches aber nicht unbe dingt erforderlich ist.
Es zeigt sich nun, dass bei einem einseitigen Verengungswinkel a > 7 des sich verengenden Rohres eine merk bare Energieverlustverminderung im nachge schalteten Rohrteil 14 eintritt. Umgekehrt muss zur Vermeidung der Ablösungsverluste im Diffusor 12 dessen einseitiger Neigungs winkel ss < 8 gewählt werden.
Die Kombina tion von Diffusor und Verengung ergibt bei Einhaltung der angegebenen Winkelbedin gungen eine bedeutende Energieverlustver- minderung in der Rohrleitung 14. Dureb Einschalten von derartigen Einrichtungen in bestimmten Abständen einer Druckleitung 1 1 gemäss dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungs beispiel der Erfindung kann der Strömungs widerstand dieser Leitung beträchtlich her abgesetzt werden.
Auch können die Durch- strömverluste von Maschinen, wie Turbinen, Gebläse usw. dadurch herabgesetzt: werden, dass im Strömungsweg des Arbeitsmittel nacheinander Erweiterungen und V erengun- gen vorgesehen werden, beispielsweise indem das Leitrad als sich verengender Kanal, das Laufrad als Diffusor ausgebildet ist, oder umgekehrt.
Während das Einschalten einer derarti gen Kombination eines Diffusors und einer Verengung bei den angegebenen Winkelbe dingungen hauptsächlich eine Energieverlust verminderung im nachgeschalteten Strö mungsweg bewirkt, kann der Druckverlust. längs der Einrichtung selbst dadurch herab gesetzt werden, dass man die Winkel ss und a kleiner als 8 vorsieht. Der Einfluss auf die nachbeschaltete .Strecke ist dann allerdings kleiner als bei grösseren Winkeln a.
Es ist noch zu bemerken, dass eine Ener- gieverlustverminderung, das heisst eine Ge- samtdruckverlust-Verminderung für eine ge wisse Strecke nicht unbedingt auch eine Ver minderung des statischen Druckabfalles über die gleiche Strecke bedeutet, da die Diffe renz von zwei statischen Drücken nur bei gleichen Geschwindigkeitsprofilen ein Mass für den Ener;-ieverlust abgibt. Wesentlich ist daher, da.ss die Verluste der Gesamtdruck höhen, das heisst der Summen von stati schem Druck und Geschwindigkeitsdruck, ab nehmen.
Im übrigen kann der Erfindungsgegen stand überall da angewendet werden, wo eine Strömungsenergieeinsparung erwünscht ist. Insbesondere wird durch Steuerung des Ge- samtdruekprofils die Ablösung hei Enddif- fusoren von Gasturbinen vermindert. Zu die sem Zwecke wird das Eintrittsprofil der Dif- fusoren beispielsweise durch vorgeschaltete Verengungen verflacht.
Es kann dies insbe sondere zur guten Ausnützung der Stufen austrittsgeschwindigkeiten, Wuptsäehlich an der letzten Stufe, von Vorteil sein. Aber auch für andere rotierende Mascbinen ist der Er findungsgegenstand anwendbar. Die künst liche Verengung des Strömungsweges kann im Enddiffusor von Turbinen und Achsial- kompressoren ,sowie im Gehäuse von Ra.dial- kompressoren angebracht werden.
Device for reducing the j) rueIiver losses from flowing media. The pressure losses of flowing media play a decisive role in telescopic pipes and machines such as turbines, blowers, compressors, fans, and also in thermal power plants (gas turbine plants) and their pipeline systems, etc.
The aim of the present invention is to provide a device which allows the pressure losses to be reduced considerably. According to the invention, the pressure loss is reduced by a constriction preceding the flow paths to be influenced, which constriction is designed in such a way that it artificially creates a flatter overall pressure profile than would set itself automatically without control.
It would be found in experiments with flowing gases that a considerable reduction in losses can be achieved by controlling the speed profile, and a "flatter" speed profile resulted in a considerably lower energy loss than a "steeper" profile.
A “flatter” profile is understood to mean a profile for which the ratio of the speed in the pipe axis to the mean speed of the cross section is smaller than for the “steeper” profile.
A steady flow, as is known, results in a profile in the turbulent region which corresponds to the '/ 7 power law (curve 2 in FIG. 1 of the accompanying drawing). The energy loss that corresponds to this profile is now not the smallest possible, but can be reduced by artificially influencing the profile.
For example, the flatter profile according to the curve (FIG. 1) results in a smaller energy loss at the same average speed than i) the profile according to curve 2. The static pressure is indicated by the straight line 1, for example.
According to the exemplary embodiment of the subject of the invention for a pipeline shown in FIG. 2, the production of the flatter profile is achieved by a narrowing channel 11, with the necessary cross-sectional enlargement before it is followed by a diffuser 12 placed in front of it. Between the diffuser 12 and the constriction 11 a straight Teilstüeh 13 can be turned on, but this is not absolutely necessary.
It can now be seen that with a one-sided constriction angle α> 7 of the constricting pipe, a noticeable reduction in energy loss occurs in the downstream pipe part 14. Conversely, to avoid the detachment losses in the diffuser 12, the one-sided inclination angle ss <8 must be selected.
The combination of diffuser and constriction results in a significant reduction in energy loss in the pipeline 14 provided the specified Winkelbedin conditions are observed. By switching on such devices at certain intervals of a pressure line 11 according to the embodiment of the invention shown in FIG resistance of this line can be reduced considerably.
The throughflow losses of machines such as turbines, blowers, etc. can also be reduced by successively providing expansions and constrictions in the flow path of the working medium, for example by designing the stator as a narrowing channel and the impeller as a diffuser , or the other way around.
While switching on such a combination of a diffuser and a constriction at the specified Winkelbe conditions mainly causes a reduction in energy loss in the downstream flow path, the pressure loss can. along the device itself can be reduced by making the angles ss and a smaller than 8. However, the influence on the downstream section is then smaller than with larger angles a.
It should also be noted that a reduction in energy loss, that is to say a reduction in total pressure loss for a certain distance, does not necessarily also mean a reduction in the static pressure drop over the same distance, since the difference between two static pressures is only the same velocity profile gives a measure for the energy loss. It is therefore essential that the losses in total pressure, i.e. the sums of static pressure and velocity pressure, decrease.
In addition, the subject matter of the invention can be used wherever flow energy savings are desired. In particular, by controlling the overall pressure profile, the separation of end diffusers from gas turbines is reduced. For this purpose, the inlet profile of the diffusers is flattened, for example, by upstream constrictions.
This can be an advantage, especially in order to make good use of the exit velocities of the stages, mainly at the last stage. But the subject of the invention can also be used for other rotating machines. The artificial narrowing of the flow path can be installed in the end diffuser of turbines and axial compressors, as well as in the housing of radial compressors.