DE2606681A1

DE2606681A1 - Annular diffuser for axial flow compressors - has downstream section divided into concentric rings allowing larger diffuser angle

Info

Publication number: DE2606681A1
Application number: DE19762606681
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl Ing Jobski
Original assignee: Kuehnle Kopp and Kausch AG
Current assignee: Howden Turbo GmbH
Priority date: 1976-02-19
Filing date: 1976-02-19
Publication date: 1977-08-25

Abstract

Diffuser has an outer conically tapering side and an inner side tapering conically the other way so that the space between them is an annulus whose cross section increases axially. The angle of the annular diffusing cone so formed is greater than 7 deg. At a point in the axial direction before that at which the boundary layer would separate an intermediate annular sheet is interposed between the inner and outer sides. It divides the annulus into two concentric diffusing passages with a combined angle. This enables the angle of the diffuser to be greater than would otherwise be possible without boundary layer separation.

Description

Aktiengesellschaft Kühnle, Kopp & KauschAktiengesellschaft Kühnle, Kopp & Kausch

6710 Frankenthal/Pfalz6710 Frankenthal / Palatinate

Multiple ring diffuser

Die Erfindung betrifft einen Ringdiffusor, wie er zum Beispiel in Strömungsrichtung gesehen - nach dem Laufrad von Axialgebläsen angebaut wird.The invention relates to a ring diffuser, as seen, for example, in the direction of flow - after the impeller of axial fans is grown.

Diffusoren haben die Aufgabe, Geschwindigkeitsenergie eines strömenden Mediums in statischen Druck umzusetzen, wobei ein Ringdiffusor dann angewendet wird, wenn das strömende Medium dem Ringdiffusor in einem Ringkanal, wie ihn zum Beispiel zwei konzentrische Rohre unterschiedlichen Durchmessers bilden, zuströmt. Die Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck erfolgt nach dem Gesetz von Bernoulli durch Verzögerung des strömenden Mediums aufgrund einer Vergrößerung des Strömungsquerschnittes.Diffusers have the task of releasing the velocity energy of a flowing The medium is converted into static pressure, a ring diffuser being used when the flowing medium passes the ring diffuser flows in an annular channel, such as that formed by two concentric pipes of different diameters, for example. the Conversion of speed into pressure takes place according to Bernoulli's law by delaying the flowing medium due to a Enlargement of the flow cross-section.

Ringdiffusoren sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Die erforderliche Querschnittserweiterung kann bei gleichbleibendem Durchmesser des Diffusοrkernsund zunehmendem Durchmesser der Außenwand (Eckert, Axialkompressoren und Radialkompressoren, Springer 1953, S. 144, Abb. 182b) oder bei gleichbleibendem Durchmesser der Außenwand und abnehmendem Durchmesser des Diffusorkerns (Eckert, S. 144, Abb. 182a) oder auch durch gleichzeitige Zunahme des Außendurchmessers und Abnahme des Kerndurchmessers (Eckert, S. 1o, Abb. links) erfolgen. Dabei wird nach dem Satz von Bernoulli die Verzögerung des strömenden Mediums und damit die Umsetzung von Geschwindigkeitsenergie in Druck umso größer, je größer die Querschnittserweiterung ist. Der von den Wänden, die den Diffusor-Raum begrenzen, eingeschlossene Erweiterungswinkel darf aber einen Höchstwert, der für große Axialgebläse bei etwa 7° liegt, nicht überschreiten, da sonst die geordnete Strömung sich durch zu hohe Grenzschichtbelastung nach einer gewissen Strecke von den Wänden ablöst und verwirbelt, wodurch erhöhte Verluste eintreten.Ring diffusers are known in various embodiments. The required cross-sectional expansion can remain unchanged Diameter of the diffuser core and increasing diameter of the Outer wall (Eckert, Axialkompressoren und Radialkompressoren, Springer 1953, p. 144, Fig. 182b) or if the diameter of the Outer wall and decreasing diameter of the diffuser core (Eckert, p. 144, Fig. 182a) or also through a simultaneous increase in the outer diameter and decrease in the core diameter (Eckert, p. 1o, Fig. left). Thereby, according to Bernoulli's theorem, the delay of the flowing medium and thus the conversion of velocity energy into pressure, the greater the cross-sectional expansion is. The extension angle enclosed by the walls that delimit the diffuser space may, however, have a maximum value of for large axial fans is around 7 °, otherwise the orderly flow will be affected by excessive boundary layer loading after a certain distance it becomes detached from the walls and swirls, as a result of which increased losses occur.

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Somit wird bei einer vorgegebenen Baulänge des Diffusors die Größe der zulässigen Geschwindigkeitsumsetzung beschränkt bzw. kann die erforderliche Baulänge zur Erzielung eines bestimmten Umsetzungsgrades sehr groß werden.Thus, for a given overall length of the diffuser, the size of the permissible speed conversion is limited or the required overall length to achieve a certain degree of implementation can be very large.

Es sind ebene Diffusoren bekannt, die zur Vermeidung der Ablösung in Strömungsrichtung sich erstreckende Trennwände aufweisen (Traupel, Die Theorie der Strömung durch Radialmaschinen, 1962, S. I4o, Abb. 4.7.4), die den ebenen Diffusor schon am Eintritt beginnend in parallele Teildiffusoren unterteilen, von denen jeder einzelne einen der Zahl der Trennwände entsprechend geringeren Erweiterungswinkel aufweist, als der Gesamtdiffusor. Es ist aber nicht sinnvoll möglich, einen mit solchen Trennwänden versehenen Ringdiffusor einem Laufrad, zum Beispiel eines Axialgebläses, unmittelbar nachzuschalten, weil zylindrische oder konische Trennwände eine Abstützung an der Außen- oder Innenwand des Diffusors benötigen. Diese Abstützungen wirken in Laufradnähe auf die Strömung störend und können Wirbelverluste erzeugen, weil in Laufradnähe die Strömungsgeschwindigkeit noch groß ist.Flat diffusers are known which have partition walls extending in the direction of flow in order to avoid detachment (Traupel, The Theory of Flow Through Radial Machines, 1962, p. I4o, Fig. 4.7.4) that the flat diffuser is already at the inlet begin to subdivide into parallel partial diffusers, each of which is one of the number of partition walls correspondingly smaller Has extension angle than the overall diffuser. It is but not sensibly possible, a ring diffuser provided with such partition walls to an impeller, for example an axial fan, to be connected immediately afterwards, because cylindrical or conical partitions support the outer or inner wall of the diffuser require. These supports have a disruptive effect on the flow in the vicinity of the impeller and can generate eddy losses because they are in the vicinity of the impeller the flow velocity is still high.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Umsetzungsgrad eines Ringdiffusors gegenüber bekannten Ausführungen wesentlich zu erhöhen bzw. seine Baulänge zu verkürzen und gleichzeitig die Strömung stabil, das heißt verlustarm zu erhalten, ohne die Strömung in Laufradnähe dadurch zu behindern.The invention is based on the problem of the degree of implementation of a Ring diffuser to increase significantly compared to known designs or to shorten its overall length and at the same time the flow stable, i.e. to be kept with little loss without hindering the flow in the vicinity of the impeller.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht in der Hintereinanderschaltung eines einzelnen Ringdiffusors, der die Druckumsetzung bei größerem Öffnungswinkel als das bei bekannten Einzeldiffusoren möglich ist, vornimmt und zweier oder mehrerer parallel geschalteter Ringdiffusoren, die die den ersten einzelnen Ringdiffusor verlassende Strömung aufnehmen, stabilisieren und weitere Druckumsetzungen zulassen.The inventive solution to the problem consists in the series connection a single ring diffuser, which converts the pressure at a larger opening angle than that of known single diffusers is possible, and two or more ring diffusers connected in parallel, which make up the first individual ring diffuser absorb and stabilize the leaving flow and allow further pressure conversions.

Der erste, einzelne Ringdiffusor behindert nicht durch Trennwandabstützung die das Laufrad eines Axialgebläses verlassende Strömung. Sein Erweiterungswinkel wird aber bereits groß, vorzugsweise mehr als 7°, z. B. 10 bis 17°, gewählt, da noch vor Erreichen desThe first, single ring diffuser does not interfere with partition wall support the flow leaving the impeller of an axial fan. However, its extension angle is already large, preferably more than 7 °, e.g. B. 10 to 17 °, chosen because before reaching the

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Punktes, an dem die Strömung sich abzulösen beginnt, zwei oder mehr parallel geschaltete Diffusoren mit jeweils geringerem Erweiterungswinkel als 7° bzw. 10 - 17° beginnen. Dabei kann der Gesamterweiterungswinkel der Paralleldiffusoren gleich, größer oder kleiner sein als der Erweiterungswinkel des ersten, einzelnen Ringdiffusors. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Übergang vom ersten, einzelnen Ringdiffusor in den Bereich der Paralleldiffusoren an den Begrenzungswänden knickfrei zu gestalten.At the point at which the flow begins to separate, two or more parallel-connected diffusers, each with a smaller expansion angle start as 7 ° or 10 - 17 °. The total expansion angle of the parallel diffusers can be the same or larger or be smaller than the extension angle of the first, single ring diffuser. It has been found to be particularly beneficial the transition from the first, individual ring diffuser to the area of the parallel diffusers on the boundary walls without kinks to design.

Durch den verringerten Umsetzungsgrad der parallelen Diffusoren und die Leitwirkung der die Paralleldiffusoren definierenden zylindrischen oder konischen Trennwände wird die Ablösung verhindert und die Strömung stabilisiert. Da im ersten einzelnen Ringdiffusor die Strömungsgeschwindigkeit schon reduziert wird, behindern die Trennwandabstützungen der nachfolgenden Paralleldiffusoren die Strömung nicht mehr in schädlichem Maße.Due to the reduced degree of conversion of the parallel diffusers and the guiding effect of the cylindrical diffusers that define the parallel diffusers or conical partitions, the detachment is prevented and the flow stabilized. As in the first single ring diffuser the flow velocity is already reduced, the partition wall supports of the following parallel diffusers hinder the current is no longer damaging.

In den Figuren 1 bis 5 sind fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Jede der Figuren zeigt von links nach rechts einen einzelnen Ringdiffusor, dem zwei oder mehrere parallele Ringdiffusoren nachgeschaltet sind.In Figures 1 to 5 are five embodiments of the invention shown. Each of the figures shows, from left to right, a single ring diffuser with two or more parallel ones Ring diffusers are connected downstream.

In Figur 1 ist der Erweiterungswinkel 2 oC , den die Außenwand 1 mit der Innenwand 2 des Einzeldiffusors 3 einschließt, gleich groß wie der Gesamterweiterungswinkel 2/3 , den die Außenwand 4 mit der Innenwand 5 der Paralleldiffusoren 6 und 7 einschließt. 2oC bzw. 2/3 betragen vorzugsweise 10 bis 17°. Die Querschnittserweiterung der Diffusorenanordnung in Strömungsrichtung (Pfeile) wird durch gleichzeitige Zunahme des Außendurchmessers D^ und Abnahme des Kerndurchmessers Dp erreicht. Die beiden Paralleldiffusoren 6 und 7 werden durch die zylindrische Trennwand 8 getrennt, wodurch der Erweiterungswinkel jedes Teildiffusors etwa die Hälfte des Gesamterweiterungswinkels ausmacht.In Figure 1, the extension angle 2 oC, which the outer wall 1 encloses with the inner wall 2 of the single diffuser 3, is the same size as the total extension angle 2/3, which the outer wall 4 encloses with the inner wall 5 of the parallel diffusers 6 and 7. 2 ° C or 2/3 are preferably 10 to 17 °. The cross-sectional expansion of the diffuser arrangement in the direction of flow (arrows) is achieved by a simultaneous increase in the outer diameter D ^ and a decrease in the core diameter Dp. The two parallel diffusers 6 and 7 are separated by the cylindrical partition wall 8, whereby the extension angle of each partial diffuser amounts to approximately half of the total extension angle.

Bei Figur 2 bleibt der Kerndurchmesser D, konstant und die Querschnittserweiterung wird nur durch Zunahme des AußendurchmessersIn FIG. 2, the core diameter D i remains constant and the cross-sectional expansion remains constant becomes only by increasing the outer diameter

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Ώ, erzielt. Auch hier ist der Erweiterungswinkel des Einzeldiffusors ZoC gleich dem Gesamterweiterungswinkel 2/3 der Paralleldiffusoren und beträgt vorzugsweise mehr als 14°. Die die Paralleldiffusoren 9 und 10 trennende Wand 11 ist konisch ausgebildet. Ώ, scored. Here, too, the extension angle of the individual diffuser ZoC is equal to the total extension angle 2/3 of the parallel diffusers and is preferably more than 14 °. The wall 11 separating the parallel diffusers 9 and 10 is conical.

Eine besonders wirksame Ausführungsform ist in Figur 3 dargestellt. Der Gesamterweiterungswinkel 2 Δ der Paralleldiffusoren 12 und 13 ist größer als der Erweiterungswinkel 2o( des Einzeldiffusors 14. 2/2> kann bis zu k&C groß werden, wobei 2 °C vorzugsweise mehr als 14°, 2/3 mehr als 28° betragen können. Der sonstige Aufbau entspricht der in Figur 2 gezeigten Variante.A particularly effective embodiment is shown in FIG. The total expansion angle 2 Δ of the parallel diffusers 12 and 13 is greater than the widening angle 2o (individual diffuser 14 2/2> may k & C are to large, with 2 ° C, preferably more than 14 °, can be 2/3 more than 28 ° The other structure corresponds to the variant shown in FIG.

In Figur 4 ist eine Ausführungsform nach Figur 3 dargestellt, bei der der Übergang 15 vom ersten, einzelnen Ringdiffusor 16 in den Bereich der Paralleldiffusoren 17 und 18 an der äußeren Begrenzungswand 19 knickfrei gestaltet ist.In Figure 4, an embodiment according to Figure 3 is shown, in which the transition 15 from the first, individual ring diffuser 16 in the Area of the parallel diffusers 17 and 18 on the outer boundary wall 19 is designed without kinks.

Figur 5 zeigt eine Ausführungsvariante entsprechend Figur 3, jedoch mit 3 statt 2 Paralleldiffusoren.FIG. 5 shows an embodiment variant corresponding to FIG. 3, however with 3 instead of 2 parallel diffusers.

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Claims

Aktiengesellschaft Kühnle, Kopp & Kausch

Multiple ring diffuser claims

j 1.) Ring diffuser with an opening angle of more than 7 °, characterized,

that it is divided into two sections in the direction of flow, with one or more concentric, annular walls inside the diffuser cut them into two or more parallel, concentrically arranged Divide the ring diffusers.

2. Ring diffuser according to claim 1,
characterized,

that in the second section the total opening angle is greater is than in the first section

3. Ring diffuser according to claim 1 or 2, characterized in that

that the transition from the first to the second section in the boundary walls takes place without kinks.

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ORIGINAL INSPECTED