DE3923134A1 - Verfahren zur umlenkung einer stroemung und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Umlenken einer Strömung aus einem ersten Kanal in mindestens einen unter einen Winkel zu diesem angeordneten weiteren Kanal, bei dem die Strömung aus dem ersten Kanal in einen Übergangsbereich in zwangsgeführte Teilströme im wesentlichen gleichmäßig unterteilt wird und diese in dem weiteren Kanal wieder zusammengeführt werden.

Die Umlenkung einer Strömung in einen Kanal, insbesondere in einen Kanal mit einer Querschnittserweiterung, führt zu einer ungleichförmigen Geschwindigkeitsverteilung über den Querschnitt des weiteren Kanals, die letztlich zu erhöhtem Druckverlust führt und die Wirkungsweise nachfolgender Anlagenteile beeinträchtigt.

Aus der Druckschrift "Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie", 4. Auflage, 1972, Band 1, Seite 103, rechte Spalte, Abbildung 24, rechte Figur, ist eine Kanalumlenkung bekannt, in der ein Strom aus einem ersten Kanal in einen rechtwinkelig hierzu angeordneten weiteren Kanal mit gleichem durchströmbaren Querschnitt umgelenkt wird. In einem die beiden Kanäle verbindendem Übergangsbereich wird die Strömung mittels kurzer, im wesentlichen parallel und im gleichen Abstand zueinander angeordneter Leitschaufeln in Teilströme unterteilt, umgelenkt und in dem weiteren Kanal wieder zusammengeführt. Wenn bereits am Anfang des weiteren Kanals eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung über dem Querschnitt vorliegen soll, erfordert eine solche Strömungsumlenkung eine Vielzahl von gekrümmten Leitschaufeln, wobei auch die Bauform der Schaufeln hinsichtlich ihrer Fertigung ein wesentlicher Kostenfaktor darstellt. Insbesondere bei Kanalumlenkungen in erweiterte Kanäle ist die Wirkung solcher Leitschaufeln unbefriedigend. Auch bei einer Umlenkung der Strömung mit gleichzeitiger Stromaufteilung in mehrere Kanäle führen diese Leitschaufeln nicht zu den in vielen Fällen erforderlichen gleichförmigen Geschwindigkeitsverteilungen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der die Strömung über den Querschnitt des zweiten Kanals besser vergleichmäßigt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeder Teilstrom vor dem Zusammenführen angestaut wird.

Die durch das Anstauen der einzelnen Teilströme erzwungenen Wirbelströmungen bremsen jeweils die einzelnen Teilströme ab. Dies führt beim Zusammenführen in dem weiteren Kanal zur Bildung eines gleichmäßigeren Geschwindigkeitsprofiles.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Strömung zusätzlich auf einen dem zweiten Kanal gegenüberliegenden dritten Kanal aufgeteilt.

Die Erfindung ist auch auf eine Vorrichtung zur Umlenkung einer Strömung aus einem ersten Kanal in mindestens einen unter einen Winkel zu diesem angeordneten weiteren Kanal mit im Übergangsbereich der beiden Kanäle im wesentlichen parallel und im gleichen Abstand zueinander angeordneten Leitprofilen gerichtet.

Erfindungsgemäß ist bei der Vorrichtung vorgesehen, daß die Leitprofile ebene Bleche sind, die an den stromab­ gelegenen Kanten jeweils mit einem in eine von zwei Blechen begrenzte Gasse vorragenden Stauabschnitt versehen sind.

In der Beschreibung und in den Ansprüchen wird unter "Blech" nicht nur ein Leitprofil aus Metall, sondern auch aus anderen Werkstoffen wie z.B. Keramik, Kunststoff oder Glas verstanden.

Aus fertigungstechnischen- bzw. Kostengründen ist es vorteilhaft, daß der Stauabschnitt einstückig mit den Leitblechen ausgebildet und von diesem angewinkelt ist.

Es ist weiterhin von Vorteil, daß die Leitbleche zur Achse des ersten Kanals in einem Winkel < 90° angeordnet sind.

Um eine besonders gleichmäßige Aufteilung der in den Übergangsbereich tretenden Strömung zu erreichen, ist es von Vorteil, daß die Leitbleche in Achsrichtung des ersten Kanales gesehen fortlaufend zunehmend aus dem zweiten Kanal bis zu einer den Übergangsbereich durchsetzenden Diagonalen vorragen.

Weiterhin ist es von Vorteil, daß ein von der Diagonalen und der Achse des ersten Kanals eingeschlossener Neigungswinkel < 90° ist und durch das Verhältnis der Breite des ersten Kanals zur Breite des zweiten Kanals bestimmt wird.

Es sollen das erfindungsgemäße Verfahren und zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Umlenkung einer Strömung anhand der Zeichnung beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Vorrichtung mit einseitiger Umlenkung und

Fig. 2 einen Längsschnitt einer Vorrichtung mit zweiseitiger Umlenkung.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt die Umlenkung einer Strömung S_E aus einem ersten rechteckigen Kanal 1 in einen weiteren rechteckigen Kanal 2, dessen durchströmbarer Querschnitt größer ist als der des ersten Kanales 1, wobei aber die Tiefenmaße beider Kanäle gleich sind.

Der größere Kanal 2 ist im rechten Winkel zu dem ersten Kanal 1 angeordnet. Es ist jedoch in weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsformen auch vorgesehen, die Strömung in im spitzen und stumpfen Winkel zueinander angeordneten Kanälen umzulenken.

Ein die beiden Kanäle 1 und 2 verbindendes Übergangsstück 3 ist in der Fig. 1 in dünnen, strichpunktierten Linien abgegrenzt. Die Länge des Übergangsstückes 3 entspricht der Breite des größeren Kanales 2, und die Breite des Übergangsbereiches 3 entspricht der Breite des ersten Kanales 1.

Aus dem größeren Kanal 2 ragen ebene Leitprofile 4-9 mit zunehmender Entfernung vom Eintritt des ersten Kanales 1 in den Übergangsbereich 3 fortlaufend zunehmend in den Übergangsbereich 3, wobei die Leitprofile 4-9 so parallel zueinander angeordnet sind, daß sie im wesentlichen gleich breite Gassen G₁-G₆ begrenzen. Außenliegende Gassen werden von einem Leitprofil und einer Kanalwand begrenzt.

Die in den Übergangsbereich 3 hineinragenden Enden der Leitprofile 4-9 fluchten auf einer in der Skizze dünn gestrichelt dargestellten, den Übergangsbereich 3 durchsetzenden Diagonale D, die mit der Achse des ersten Kanals 1 einen Neigungswinkel α einschließt, der bei gleichem Tiefenmaß der Kanäle um so kleiner ist, je größer das Verhältnis der Breite des ersten Kanales 1 zu der Breite des größeren Kanales 2 wird. Der Neigungswinkel α liegt somit zwischen 0° und 90°.

Die Leitprofile 4-9 sind in einem Winkel von 90° zur gestrichelt dargestellten Diagonale angeordnet.

Somit nimmt ein von der Achse des ersten Kanals 1 und von jeweils einem Leitprofil 4-9 eingeschlossener Winkel β einen Bereich zwischen 0° und 90° ein.

Am stromabgelegenen Ende der Leitprofile 4-9 sind diese jeweils mit einem jeweils in eine der Gassen G₁-G₆ ragenden Stauabschnitt 10-15 versehen.

Die Stauabschnitte 10-15 sind in diesem Ausführungsbeispiel im rechten Winkel zu den Leitprofilen 4-9 angeordnet, können aber auch im spitzen oder im stumpfen Winkel den Leitprofilen 4-9 zugeordnet sein.

Nach dem Eintritt der Strömung S_E in das Übergangsstück 3 wird diese zu gleichen Teilen auf die Gassen G₁-G₆ aufgeteilt.

Beim Durchströmen der Gassen G₁-G₆ bilden sich vor den Staustücken 10-15 Wirbelgebiete W₁-W₆ aus, die einseitig an den den Staustücken 10-15 zuzuordnenden Leitprofilen 4-9 anliegen. Zwischen den Wirbeln W₁-W₆ und den jeweils benachbarten Leitprofilen 5-9 bzw. der Kanalwand werden die Teilströme S₁-S₆ durch die Wirbel W₁-W₆ gebremst und parallel zur Achse des größeren Kanals 2 abgelenkt. Innerhalb der Gassen G₁-G₆ stehen die Wirbelgebiete 10-15 und die vorwärtsgerichteten Teilströme S₁-S₆ im ständigen Stoffaustausch.

Die aus den Gassen G₁-G₆ austretenden Teilströme S₁-S₆ verwirbeln zum Teil stromab hinter den Stauabschnitten 10-15 unter Bildung von Wirbelbereichen W₇-W₁₂ und werden dadurch weiter so abgebremst, daß sie im größeren Kanal 2 eine vergleichmäßigte Kanalströmung S_A bilden.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem die Strömung S_E aus dem ersten Kanal 1 auf zwei gegenüberliegende und im rechten Winkel zum ersten Kanal 1 angeordnete gleichgroße Kanäle 2 und 2′ gleichmäßig in Teilströme S_A und S_A′ aufgeteilt wird.

Die Übergangsbereiche 3 und 3′ sind hier ebenfalls mit einer dünnen strichpunktierten Linie hervorgehoben. In den Übergangsbereichen 3 und 3′ gehen die gestrichelt dargestellten Diagonalen D und D′ von zwei Kanten des ersten Kanals 1 aus und schneiden sich unter Bildung gleichgroßer Neigungswinkel α und α′ bezogen auf die Achse des ersten Kanals 1 mit der dem ersten Kanal 1 gegen­ überliegenden Wand.

Die Anordnung der Leitprofile, der Staustücke sowie der Verlauf der Teilströme in die Abzweigkanäle entsprechen denen der Fig. 1.

Claims (7)

1. Verfahren zum Umlenken einer Strömung aus einem ersten Kanal in mindestens einen unter einen Winkel zu diesem angeordneten weiteren Kanal, bei dem die Strömung aus dem ersten Kanal in einen Übergangsbereich in zwangsgeführte Teilströme im wesentlichen gleichmäßig unterteilt wird, und diese in dem weiteren Kanal wieder zusammengeführt werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Teilstrom (S₁-S₆) vor dem Zusammenführen angestaut wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Strömung (S_E) zusätzlich auf einen dem zweiten Kanal (2) gegenüberliegenden dritten Kanal (2′) aufgeteilt wird.

3. Vorrichtung zur Umlenkung einer Strömung aus einem ersten Kanal in mindestens einen unter einen Winkel zu diesem angeordneten weiteren Kanal mit im Übergangsbereich der beiden Kanäle im wesentlichen parallel und im gleichen Abstand zueinander angeordneten Leitprofilen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Leitprofile (4-9) ebene Bleche sind, die an den stromabgelegenen Kanten jeweils mit einem in eine von zwei Blechen begrenzte Gasse (G₁-G₆) vorragenden Stauabschnitt (10-15) versehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stauabschnitt (10-15) einstückig mit den zugeordneten Leitblechen ausgebildet und von diesem abgewinkelt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (4-9) zur Achse des ersten Kanals (1) in einem Winkel < 90° angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (4-9) in Achsrichtung des ersten Kanals (1) gesehen fortlaufend zunehmend aus dem zweiten Kanal (2) in den Übergangsbereich (3) vorragen.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (4-9) bis zu einer den Übergangsbereich (3) durchsetzenden Diagonale (D) vorragen.