DE2919074C2

DE2919074C2 -

Info

Publication number: DE2919074C2
Application number: DE2919074A
Authority: DE
Inventors: Nicholas Syred; John Cardiff Wales Gb Roberts
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1978-05-11
Filing date: 1979-05-11
Publication date: 1990-02-01
Also published as: DE2919074A1; IT1118614B; FR2425569B1; US4249575A; JPS54147382A; JPS6223161B2; IT7967924A0; FR2425569A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wirbeldiode nach dem Oberbe griff des Anspruches 1.

Eine derartige Wirbeldiode ist aus der FR-PS 23 56 029 be kannt. Diese bekannte Wirbeldiode umfaßt eine zylindrische Wirbelkammer mit einem vergrößerten, die Wirbelkammer umge benden Umfangskanal, wobei in den Umfangskanal tangential eine Öffnung einmündet und wobei die Wirbelkammer mindestens eine Axialöffnung mit spezifischen geometrischen Parametern aufweist. Der Durchmesser der oder jeder tangentialen Öff nung im Bereich des Übergangs zum Umfangskanal ist im we sentlichen gleich dem Durchmesser des Umfangskanals. Ferner liegt das Verhältnis des Krümmungsradius am Übergang der oder jeder Tangentialöffnung zu dem Umfangskanal zu dem Durchmesser der oder jeder Tangentialöffnung im Bereich von 0,5 bis 2 und das Verhältnis des Krümmungsradius an dem Übergang zwischen der Axialöffnung und der Wirbelkammer zu dem Durchmesser dieser Axialöffnung liegt im Bereich von 0,3 bis 3. Das Verhältnis des Krümmungsradius am Übergang zwischen der Axialöffnung zu einem von der Wirbelkammer ent fernten Strömungsdurchgang zu dem Durchmesser der Axialöff nung liegt im Bereich von 0,3 bis 4 und das Verhältnis der gesamten Querschnittsfläche der Tangentialöffnung bzw. Tangentialöffnungen zu jener der Axialöffnung bzw. Axialöff nungen liegt im Bereich von 0,5 bis 2.

Obwohl diese bekannte Wirbeldiode im Vergleich zu früheren Konstruktionen Verbesserungen brachte, ließ ihre Leistung jedoch noch zu wünschen übrig.

Aus der US-PS 32 19 048 ist eine Wirbeldiode bekannt, die ebenfalls eine Wirbelkammer mit einem vergrößerten Umfangs kanal aufweist, in den ein tangentialer Durchlaß mündet, wo bei der Umfangskanal einen Durchmesser hat, der im wesentli chen gleich dem Durchmesser des tangentialen Durchlasses ist. Ferner umfaßt die bekannte Wirbelkammer zwei koaxial angeordnete axiale Durchlässe, die sich von entgegengesetz ten Endwänden der Wirbelkammer erstrecken, wobei die Höhe der Wirbelkammer kleiner als 0,75 mal dem Durchmesser der axialen Durchlässe ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Wirbeldiode der angegebenen Gattung zu schaffen, die bei zwei Betriebsarten, also sowohl beim hohen Widerstand als auch bei niedrigem Widerstand, optimal zu arbeiten ver mag.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeich nungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 3.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer Wirbeldiode;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1; und

Fig. 3 einen Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Wirbeldiode

Die Fig. 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele der Wirbeldiode mit einer flachen zylindrischen Wirbelkammer 1, die einen Umfangs-Kanal 2 am Umfang der Wirbelkammer 1 aufweist und damit verbunden ist. Eine einzelne tangentiale Öffnung 3 mit einem Durchmesser d _t, der gleich dem Durchmesser d _c des Umfangskanals 2 ist, steht mit dem Umfangskanal 2 in Verbindung. Zwei Axialöffnungen 4 erstrecken sich koaxial von der Mitte der Wirbelkammer. Die Axialöffnungen 4 gehen in die Wirbelkammer 1 in glatten gekrümmten Oberflächen 5 über, die zu zylindrischen Abschnitten 6 der Axialöffnungen 4 führen. An den Enden der zylindrischen Abschnitte 6 öffenen sich die Axialöffnungen 4 nach außen auf den Durchmesser der Strömungskanäle 7, die damit in Verbindung stehen. Die zylindrischen Abschnitte 6 können durch kegelstumpfförmige Verjüngungsabschnitte (nicht gezeigt) ersetzt sein, deren größerer Durchmesser der Wirbelkammer 1 benachbart ist.

Bei der Niederwiderstandsbetriebsweise tritt der Strom in die Wirbel kammer 1 durch die Axialöffnungen 4 ein und tritt durch die tangentiale Öffnung 3 aus. Die Strömung zerstreut sich radial nach außen von den Axialöffnungen 4 in der Wirbelkammer 1 in einem im wesentlichen gleich förmigen Muster und tritt in den Umfangskanal 2 der Wirbelkammer 1 und fließt weiter in die tangentiale Öffnung 3, die einen konischen Diffusor bildet, um die Druckkraft in der Niederwiderstandsbetriebsweise zurück zugewinnen. In dieser Betriebsweise wirkt die Wirbelkammer 1 als ein radialer Diffusor auf den Strom, der durch die beiden Axialöffnungen 4 eintritt. Die tangentiale Öffnung 3 kann als Einsatz ausgebildet sein, der einen Schiebesitz im Hauptkörper der Wirbeldiode hat und kann in seiner Lage eingeklebt oder eingekittet sein. In einer anderen bevor zugten Ausführungsform kann die tangentiale Öffnung 3 durch Bohren einer Öffnung im Körper der Wirbeldiode ausgebildet sein. Der Durchmesser d _c des Umfangskanals 2 ist gleich dem Durchmesser d _t der tangentialen Öffnung 3 in seinem Übergangsbereich zur Wirbelkammer.

Um eine optimale Wirkung der Wirbeldiode in beiden, der Hochwiderstands- und der Niederwiderstandsbetriebsweise, zu erzielen, wird der Geometrie der Wirbeldiode und dem Verhältnis ausgewählter Parameter besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Diese Parameter werden durch die folgenden Symbole, die auch in den Zeichnungen angegeben sind, bezeichnet.

h Höhe der Wirbelkammer 1
d _o Gesamtdurchmesser der Wirbelkammer 1, der bei dünner Kammerwandstärke auch den Innendurch messer der Wirbelkammer darstellt,
d _i Durchmesser der zylindrischen Abschnitte 6 der Axialöffnungen 4
r _i Krümmungsradius an der Verbindung zwischen den Axialöffnungen 4 und der Wirbelkammer 1
r _e Krümmungsradius an der Verbindung des zylindrischen Abschnitts 6 der Axialöffnungen 4 mit dem damit in Verbindung stehenden Strömungskanal 7
d _t Durchmesser der tangentialen Öffnung 3 an seinem Übergangsbereich zum Umfangskanal 2
r _t Krümmungsradius an der Verbindung der oder jeder tangentialen Öffnung 3 mit dem Umfangskanal 2
d _c Durchmesser des Umfangskanals 2.

Die Beziehung zwischen h und d _i ist vorzugsweise dergestalt, daß h/d _i im Bereich zwischen 0,1 und 0,5 liegt und das Verhältnis d _o/d _i kann von 8 bis 20 reichen. Vorzugsweise ist h/d _i unge fähr 0,3 und d _o/d _i ist ungefähr 12, um einen maximalen Wider stand in der Hochwiderstandsbetriebsweise zu liefern.

Um eine Strömungsablösung an der Verbindung der Axialöffnungen 4 und der Wirbelkammer zu vermeiden, ist es erwünscht, daß r _i größer als 0,3 d _i sei und nicht größer als 3 d _i. Geeigneter weise kann r _i 0,39 d _i sein, um eine Strömungsablösung an der Verbindung in der Niederwiderstandsbetriebsweise zu verhindern. Darüber hinaus sollte r _e vorzugsweise im Bereich 0,3 d _i bis 4 d _i liegen.

Die Gesamtquerschnittsfläche A _i der Axialöffnungen (π · d _i 2/4) und die Gesamtquerschnittsfläche A _t der tangentialen Öffnung(en) (n · π · d _t 2/4), wobei n die Anzahl der tangentialen Öffnungen ist, sollte dergestalt sein, daß A _t/A _i im Bereich 0,5 bis 2,0 und sogar 2,2 liegt. Geeigneterweise kann das Verhältnis A _t/A _i im Bereich 1,1 bis 1,7 liegen.

Druckverlust an der tangentialen Öffnung 3 wird durch das Ver hältnis zwischen r _t und d _t beeinflußt. Wenn das Verhältnis r _t/d _t klein ist, kann ein beträchtlicher Druckverlust fest gestellt werden. Andererseits vermindert ein Anwachsen des Verhält nisses r _t/d _t den Druckverlust in der Niederwiderstands betriebsweise, aber beeinflußt die Wirkung in der Hochwiderstands betriebsweise ungünstig. Geeigneterweise kann das Verhältnis r _t/d _t im Bereich 0,5 bis 2 liegen und das Verhältnis sollte sich vorzugsweise dem Wert 1 nähern. Ein Verhältnis r _t/d _t im Bereich 0,9 bis 1,1 ergibt einen günstigen Kompromiß zwischen niedrigem Widerstand in der Niederwiderstandsbetriebsweise und einem hohen Widerstand in der Hochwiderstandsbetriebsweise. Die Länge jeder tangentialen Öffnung 3 ist vorzugsweise dergestalt, daß der Durchmesser an dessen von der Wirbelkammer entferntem Ende mindestens 2 d _t ist.

Das Verhältnis der Höhe der Wirbelkammer 1 (h) zum Durchmesser des Umfangskanals 2 (d _c) ist vorzugsweise größer als 0,2, wenn eine Zunahme des Strömungswiderstandes in der Niederwiderstands betriebsweise nicht auftreten soll.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Wirbeldiode steht die flache Wirbel kammer 1 in Verbindung mit einem Umfangskanal 2 a tangential in bezug auf den Umfangskanal 2 a. Dies veranlaßt die Flüssigkeits strömung im Umfangskanal 2 a, eine schwache Wirbelströmung aufzu weisen, die es ermöglicht, den tangentialen Diffusorwinkel größer zu machen und es können Winkel bis hinauf zu 10° benutzt werden. Auf diese Weise wird die Diffusorlänge, die nötig ist um einen Durchmesser von 2 d _c zu erreichen, im Vergleich zu der der in Fig. 1 und 2 gezeigten Wirbeldiode vermindert, bei denen der Diffusorwinkel 7° beträgt.

Der Rand 8, der auftritt, wo die Wirbelkammer 1 tangential in den Umfangskanal 2 a übergeht, hat vorzugsweise einen Radius, der im Bereich 0,1 bis 0,2 des Kanaldurchmessers d _c liegt.

Claims

1. Wirbeldiode

a) mit einer zylindrischen Wirbelkammer (1),
b) mit einem vergrößerten, die Wirbelkammer (1) umgebenden Umfangs kanal (2, 2 a),
c) mit wenigstens einer in den Umfangskanal (2, 2 a) führenden tangentialen Öffnung (3),
d) mit mindestens einer Axialöffnung (4) und mit den folgenden geometrischen Parametern:
e) der Durchmesser (d _t) der oder jeder tangentialen Öffnung (3) im Bereich des Übergangs zum Umfangskanal (2, 2 a) ist gleich dem Durchmesser (d _c) des Umfangskanals (2, 2 a);
f) das Verhältnis des Krümmungsradius (r _t) am Übergang der oder jeder tangentialen Öffnung (3) zu dem Umfangskanal (2, 2 a) zu dem Durchmesser (d _t) der oder jeder tangentialen Öffnung (3) liegt im Bereich von 0,5 bis 2;
g) das Verhältnis des Krümmungsradius (r _i) an dem Übergang zwischen der Axialöffnung (4) und der Wirbelkammer (1) zu dem Durch messer (d _i) dieser Axialöffnung (4) liegt im Bereich von 0,3 bis 3; und
h) das Verhältnis des Krümmungsradius (r _e) am Übergang zwischen der Axialöffnung (4) zu einem von der Wirbelkammer (1) entfernten Strömungsdurchgang (7) zu dem Durchmesser (d _i) der Axialöffnung (4) liegt im Bereich von 0,3 bis 4; und
i) das Verhältnis der Gesamtquerschnittsfläche (A _t) der tangen tialen Öffnung (3) bzw. der tangentialen Öffnungen (3) zu der Gesamtquerschnittsfläche (A _i) der Axialöffnung (4) bzw. Axialöffnungen (4) liegt im Bereich von 0,5 bis 2,2;

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

j) eine zweite Axialöffnung (4) ist zur ersten Axialöffnung (4) so angeordnet, daß die erste und zweite Axialöffnung (4) zueinander ausgerichtet sind, sich in entgegengesetzter Richtung von der Wirbelkammer (1) weg erstrecken und die gleiche Größe und die gleichen geometrischen Parameter haben
k) die Höhe (h) der Wirbelkammer (1) ist kleiner als das 0,75-fache des Durchmessers (d _i) der bzw. jeder Axialöffnung (4); und
l) das Verhältnis des Gesamtdurchmessers (d _o) der Wirbelkammer (1) zu dem Durchmesser (d _i) der bzw. jeder Axialöffnung (4) liegt im Bereich von 8 bis 20.

2. Wirbeldiode nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die oder jede tangentiale Öffnung (3) einen Diffusor bilden, dessen Diffusorwinkel 10° beträgt.

3. Wirbeldiode nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Kante (8), die beim Übergang der tangentialen Öffnung (3) von dem Umfangskanal (2, 2 a) zu der Wirbelkammer (1) entsteht, im Bereich vom 0,1- bis 0,2-fachen des Umfangskanals-Durchmessers (d _c) liegt.