Umlenkeinrichtung für Gase. Die Erfindung bezieht sich auf eine Um lenkeinrichtung für Gase, in welcher die Ge schwindigkeit des durch die Einrichtung hindurchgehenden Gases vorübergehend so wohl eine Umfangskomponente als auch eine Axialkomponente erhält, wie dies z. B. im Fall eines axial bewegten Wirbels auftritt. Die Erfindung bezweckt, Mittel vorzusehen, welche eine grosse Änderung der Grösse der Umfangskomponente auf kurzem, axialem Weg ermöglicht.
Dabei soll dies mit einem annehmbaren Verlust und unter Aufrecht erhaltung einer befriedigenden Auslassge- schwindigkeitsverteilung erzielt werden.
Zu diesem Zweck besitzt die erfindungs gemässe Umlenkeinriehtung ein Gebilde zur Schaffung eines ringförmigen Strömungs weges für das gasförmige Medium und eine in diesem Gebilde angeordnete Reihe radialer, stationärer Schaufeln zur Verminderung der Umfangskomponente,der Geschwindigkeit des axial durch das Gebilde strömenden Mediums, wobei diese Schaufeln einen Einlasswinkel be sitzen, der grösser ist als ihr Auslasswinkel,
so dass .der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden .Schaufeln gegen den Auslass hin zunimmt, wobei jedoch die radiale Höhe des ringförmigen Strömungsweges gegen den Auslass der Schaufeln hin .derart abnimmt, dass der Querschnitt des zwischen zwei auf einan.derfolgenden Schaufeln gebildeten Kaf, hals stetig abnimmt, um eine Beschleunigung des durch den genannten Weg strömenden Mediums zu bewirken.
Infolge dieser Ausbildung ist es möglich, eine Schaufelung zu verwenden, die ausser halb des üblichen Bereiches in bezug auf die Grösse des Anstellwinkels liegt;
letzterer kann in diesem Fall so gewählt sein, dass er bei üblichen Einrichtungen eine vollständige Ab lösung der Strömung von den .Schaufeln be wirken würde. Dies kann durch Betrachtung einer zweireihigen Schaufelung illustriert werden, unter der Annahme"dass jede Schau felreihe eine 3Iediumsumlenkung von 500 be wirkt bei Auslasswinkeln von 30 bzw. 00. (Diese Winkel sind in üblicher Weise von den Normalen auf die Einlass- und Auslass- ebenen der beiden .Schaufelreihen aus gemes sen).
Der wirkliche Einlass- oder Auslassquer- schnitt der Schaufelkanäle ist das Produkt aus dem Querschnitt in der Einlass- bzw. Aus lassebene und dem cosinus des Einlass- bzw. Auslasswinkels, so,däss bei beiden Reihen von Schaufeln die Querschnitte der Kanäle zwi schen zwei aufeinanderfolgenden Schaufeln zwischen Einlass und Auslass zunehmen, da: cos 800 : cos <B>300</B> = 0,1736: /. 0,8660 und cos 500 : cos 00 = 0,6428: 1,0.
Der Grad der -Zunahme wird jedoch im ersten Fall bei grösserem Einlasswinkel bedeutend grösser sein als im zweiten Fall, da
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offensichtlich bedeutend grösser ist als
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Daraus geht hervor, dass je grösser der Einlasswinkel ist, um so grösser wird die rela tive Querschnittzunahme der Schaufelkanäle bei einer bestimmten Strömungsumlenkung und damit auch .die durch die Schaufelung bewirkte Verzögerung und dementsprechend die Neigung zur Strömungsablösung.
Wo .deshalb in einer Drallströmung die Drallkomponente .der Geschwindigkeit durch Strömungsumlenksehaufeln herabgesetzt wer den soll und wo der Einlasswinkel relativ zum Auslasswinkel der Schaufeln zufolge der rela tiv grossen ursprünglichen Drallkomponente zur Axialkomponente gmoss ist, ermöglicht die vorliegende Erfindung, die Notwendigkeit einer graduellen Umlenkung .der Schaufeln z.
B. mittels mehrerer auf.einanderfolgender Schaufelreihen zu vermeiden und ermöglicht somit eine kompaktere Konstruktion der Ein richtung. So kann z. B. zur Herabsetzung der Drallkomponente einer Wirbelströmung rela tiv zur Axialkomponente, derart, dass der Strömungswinkel des Mediums von 80 auf 300 verkleinert wird, eine einzige Schaufel reihe vorgesehen sein, welche allein die ganze Strömungsumlenkung bewirkt, wobei die Höhe .des zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaufeln gebildeten Kanals stark konver gent ist. Bei einem praktischen Ausführungs beispiel kann z.
B. .die Konvergenz eines sol chen Kanals mit den die genannte Umlen kung bewirkenden Schaufeln derart sein"dass der Auslassquerschnitt senkrecht zur Strö mungsrichtung etwa 80 % des entsprechen den Eintrittsquerschnitts beträgt.
Die beschriebenen Möglichkeiten sind be sonders bei Umlenkeinrichtungen z. B. für Gasturbinen oder Luftkompressoren vorteil haft. Um einen möglichst gedrungenen Auf bau solcher Anlagen mit in bestimmter Rich tung geführtem Medium zu erreichen, ist es üblicherweise notwendig, eine plötzliche Rich tungsänderung der Strömung vor deren Ein tritt in die Maschine zu bewirken; zu diesem Zweck wird üblicherweise das Medium der Anlage durch ein schraubenlinienförmiges Gehäuse zugeführt. Wenn demzufolge eine plötzliche Richtungsänderung, z.
B. um 900, verlangt wird, wird das in der ursprünglichen Richtung strömende Medium einem solchen Gehäuse zugeführt, in welchem dem Medium eine Schraubenbewegung aufgedrückt wird mit einer zur neuen Richtung senkrecht ste henden Drallkomponente und einer in der neuen Richtung liegenden Komponente.
So kann ein Einlass@Schraubengehäuse vorge sehen sein, das abgewickelt einen Keil dar stellt, wobei eine der :den Keilwinkel ein schliessenden Flächen in einer Ebene senk recht zur Achse .des Gehäuses liegt und eine den Auslass des Schraubengehäuses darstel lende, offene Stirnseite bildet, wobei die Ab nahme der Querschnittsfläche des Schrau bengehäuses vom Einlass zum Auslass voll ständig dadurch bewirkt wird, @dass die gegen überliegende,
durch eine Wand .abgeschlossene Stirnseite des Gehäuses auf die Auslassstirn- seite zuläuft. Das Medium verlässt somit das Schraubengehäuse in einer schraubenlinien- förmigen Strömung, deren Steigungswinkel dem genannten Keilwinkel entspricht, und besitzt eine Strömung von der Art, auf wel che sich die Erfindung bezieht. Demgemäss kann im Auslass des Schraubengehäuses die genannte Richtlnlgsänderungsschaufelung vor- gesehen sein.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes ist auf der beiliegenden Zeich nung dargestellt.
Fig. 1 ist ein parallel zur Achse des Ge häuses gelegter Schnitt durch die Abwicklung des Schraubengehäuses.
Fig. 2 und 3 sind Querschnitte nach den Linien 2-2 und 3-3 der Fig. 1.
Fig. 4 ist eine auseinandergezogene per spektivische Ansicht des Schraubengehäuses und der Richtungsänderungsschaufelung, und Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht des Schraubengehäuses von der Austrittsseite ge sehen, jedoch mit weggenommener Richtungs- änderungsschaufelung.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, wird ein 360o-Schraubengehäuse durch einen Kanal 1 von rechteckigem Querschnitt gebil det, von welchem eine Seite in einer Ebene senkrecht zur Achse des Gehäuses liegt und vollständig offen ist, um einen ringförmigen Auslass 2 von gleichförmiger Höhe zu bilden, der sich über die ganzen 3600 des Gehäuses erstreckt, wobei die notwendige Verminde rung der Quersehnittsfläche des Gehäuses da durch erhalten wird, dass die gegenüberlie gende Wand 3 auf die Aitslassseite hin zu läuft.
In dem dargestellten praktischen Fall ist die Abwicklung des Schraubengehäuses, wie in Fig. 1 bis 3 dargestellt, ein Keil von 1.0" eingeschlossenem Winkel, und das Ge liäuse erzeugt somit eine Schraubenströmung mit einem Winkel von 800 zur Achse des Schraubengehäuses. Um diesen Drall herab zusetzen, ist ein Schaufelring 4 im Auslass des Schraubengehäuses angeordnet, welcher Ring eine Schaufelreihe 5 enthält, die den Winkel der schraubenlinienförmig verlau fenden Strömung von 80 auf 300 herabsetzt.
Bei einem Schaufelring mit konstanter Höhe Gvürde eine solche Schaufelreihe eine solche Anstellung oder eine solche Profilwölbung haben, dass Strömungsablösung eintritt; um dies zu verhindern, sind die Wände des Rin ges, in welchem die Schaufeln angeordnet sind, aufeinander zulaufend ausgebildet, so dass die Höhe des Durchganges stark ab nimmt (siehe besonders Fig. 2 und 3) ;
beim dargestellten Beispiel ist die Abnahme der Höhe derart, dass die Querschnittsfläche der Kanäle am Auslass von der Grössenordnung von 80 % derjenigen am Einlass ist. Während die Schaufeln 5 derart sind, dass vom Einlass zum Auslass :
der Abstand zwischen,den Schau feln zunimmt und dass sie, wenn sie in einem parallelseitigen Ring angeordnet sind, eine Verzögerung bewirken, ist eine solche Ab nahme der radialen Höhe der Kanäle vorge sehen, dass sich gesamthaft eine Abnahme der Querschnittsfläche der Strömung senkrecht zur Strömungsrichtung ergibt, was eine ra sche Beschleunigung und eine entsprechende Erhöhung der Stabilität der Strömung be wirkt.
Es wurde gefunden, dass mit einer Konstruktion wie der dargestellten die Schaufelung mit einer Anstellung oder einer Profilwölbung stark über der normalerweise ausführbaren arbeiten kann und die erfor derliche Änderung der Drallkomponente der Geschwindigkeit mit einem annehmbaren Druckverlust erzeugt, wobei eine gute Geschwindigkeitsverteilung aufrechterhalten wird.
Eine weitere Verbesserung der Ge- schwindigkeitsverteilung kann erreicht wer den, wenn im Schraubengehäuse zur Gehäuse achse koaxiale, d. h. in radialen Abständen voneinander angeordnete Trennwände 6, wie in Fig. 5 dargestellt, vorgesehen sind.
Es ist augenscheinlich, dass die beschrie benen Massnahmen eine sehr kompakte Kon struktion ermöglichen, wenn die sehr grosse erreichbare Umlenkung der Strömung be trachtet wird.