DE712847C

DE712847C - Blower system for generating the air flow in wind channels for the investigation of flow processes

Info

Publication number: DE712847C
Application number: DEA84630D
Authority: DE
Inventors: Dr E H Adolf Meyer
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1937-10-06
Filing date: 1937-10-15
Publication date: 1941-10-27

Description

Gebläseanlage zur Erzeugung des Luftstromes in Windkanälen zur Untersuchung von Strömungsvorgängen Wenn Windkanäle zur Untersuchung von Strömungsvorgängen für sehr große L, eistungen gebaut werden müssen, weil man die Prüfungegenstände enweder in großen Modellausführungen oder in natürlicher Größe oder blei sehr hohen Geschwindigkeiten, auch bei Überschallgeschwindigkeit, untersuchen will, gewinnt die Frage nach dem günstigsten Antrieb des Windlanalgebläses erhöhte Bedeutung. Es handelt sich dabei nicht nur um die Bereitstellung sehr großer Leistungen, es muß vielmehr die Anlage auch in der Lage sein, sehr verschieden große Leistungen aufzubringen, denn die Versche können sich auf sehr verschiedene Strömungsgeschwin-. digkeiten oder auch Dichten (zwecks Einstellung von Strömungszuständen mit verschieden großlen Reynoldschen Zahlen) erstrecken. Da zur Einstellung auf die verschiedenen Bletriebsverhältnisse meistens nur die Drehzahländerung des Gebläses zur Verfügung steht muß die Antriebsmaschine mit sehr verschiedenen Drehzalheln arbeiten und dablei die gebrauchte Leistung abgeben könneun, ohne allzu unwirtschaftlich zu werden.Blower system for generating the air flow in wind tunnels for investigation of flow processes When wind tunnels are used to investigate flow processes for Very large achievements have to be built because you can either pass the exam subjects in large models or in natural size or lead very high speeds, even at supersonic speed, wants to investigate, the question of which wins most favorable drive of the wind turbine fan increased importance. These are not only about the provision of very large services, it must rather be the system also be able to provide very different levels of performance, because the Different flow rates can affect very different flow rates. dities or also Densities (for the purpose of setting flow conditions with Reynolds of different sizes Numbers). As to adjust to the different operating conditions Usually only the speed change of the fan is available to the prime mover work with very different speeds and thereby deliver the required power without becoming too uneconomical.

Dampfturbinen und große Elektromotoren erfüllen diese Forderung nur unbefriedigend.Steam turbines and large electric motors only meet this requirement unsatisfactory.

Sie sind zudem teuer und umfangreich und brauchen lange Zeit für ihre Inbetriebsetzung. Wird der elektrische Strom von außen bezogen, so muß die gesamte Installation für die selten vorkommende größte Leistung gemacht werden. Zweckmäßig scheint daher nur ein solcher Antrieb, der bei niedrigen Anlagekosten und rascher Betriebsbereitschaft sich in seiner Leistungsabgabe ähnilich verhält wie die Leistungsaufnahme eines Glebläses, das auf eine sog. konstante Öffnung arbeitet, denn um solche Betriebsbedingungen. handelt es sich bei den meisten Windkanalanlagen.They are also expensive and extensive and take a long time to complete Commissioning. If the electrical current is drawn from outside, the entire Installation can be made for the seldom occurring greatest achievement. Appropriate therefore only one such drive seems to work at low Investment costs and rapid operational readiness behaves similarly in its output like the power consumption of a gle blower that works with a so-called constant opening, because about such operating conditions. is the case with most wind tunnel systems.

Es hat sich nun gezeigt, daß die Gasturbine mit Gleichdruckverbreennung diesen Betriebsorderungen am nächsten entspricht, besonders wenn dr zum Anlassen vorgesehene Hilfsmotor auch noch zur Unter stützung der Gasturbine bei kleinen Belastungen herangezogen werden kann. It has now been shown that the gas turbine with constant pressure combustion most closely complies with these operating requirements, especially when starting the engine provided auxiliary motor also to support the gas turbine with small loads can be used.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine Gebläseanlage zur Erzeugung des Luftstromes in Windkanälen zur Untersuchung von Strömungsvorgängen, bei der das Gebläse durch eine Gasturbine mit Gleichdruckverbrenung und einem Hilfsmotor angetrieben wird. Die Erfindung ist dabei an das Vorhandensein aller vorstehend angegebenen Einzelmerkmale gebunden. The invention therefore relates to a blower system for generating of the air flow in wind tunnels for the investigation of flow processes in which the fan by a gas turbine with constant pressure combustion and an auxiliary motor is driven. The invention is based on the existence of all of the above specified individual characteristics bound.

Abb.1 zeigt eine Anlage gemäß der Erfindung mit einem sog. geschlossenen Windungskanal 1. Dieser ermöglicht auch Versuche mit verschiedenen Reynoldschen Zahlen. Man erhält diese, indem man mit einem Windstroni verschiedener Dichte arbeitet. Zu diesem Zweck wird der Windkanal mittels feiner Pumpe entweder unter hohen Druck oder unter Luftleere gesetzt. Der in der Abb. I gezeichnete Windkanal dient auch für Versuche bei Schall- oder Überschallgeschwindigkeit. Der von Gebläse 2 erzeugte Luftstrom strömt durch den Gleichrichter 3, der gleichzeitig Kühler ist, zur Überschalldüse 4 und von hier zur Meßstrecke. 5 In der Auffangdüse 6 und dem Diffusor 7 wird der Wandstrahl zurückverdichtet und gelangt durch die Umleitung 8 wieder zurück zum Gebläse 2. Zum Antrieb des Gebläses dient erfindungsgemäß eine Gasturbine mit Gleichdruckverbrennung. Sie besteht aus der eigentlichen Gasturbine 9 und dem Verdichte r10 für die Brenn- und Mischluft. 11 ist die Brennkammer, 12 ein Hilfsmotor, der zum Anlassen. Hochfahren und Regeln dient, aber auch ermöglicht, den Verwendungsbereich der Analge nach unter in Bereiche auszudehnen, in denen im allgemeinen die Leistung der Gasturbine nicht ausreicht, um den Verdichter allein anzutreiben. Fig.1 shows a system according to the invention with a so-called. Closed Winding channel 1. This also enables experiments with different Reynolds Counting. This is obtained by working with a windstronic of different densities. For this purpose, the wind tunnel is either under high pressure by means of a fine pump or placed under a vacuum. The wind tunnel shown in Fig. I also serves for experiments at sonic or supersonic speed. The one generated by fan 2 Air flow flows through the rectifier 3, which is also a cooler, to the supersonic nozzle 4 and from here to the test section. 5 In the collecting nozzle 6 and the diffuser 7, the Wall jet is compressed back and returns to the bypass 8 Fan 2. According to the invention, a gas turbine with constant pressure combustion is used to drive the fan. It consists of the actual gas turbine 9 and the compressor r10 for the combustion and mixed air. 11 is the combustion chamber; 12 is an auxiliary engine for starting. Boot up and rules serves, but also enables the area of use of the plant according to below to extend into areas in which, in general, the performance of the gas turbine is not sufficient to drive the compressor alone.

Die besondere Eignung der Gasturbine ergibt sich aus ihrer Kennlinie, die ähnlich verläuft wie die Kennlinie des Windkanalgebläses. In Abb. 2 ist diese Verlauf dargestellt. Die Abszisse gibt die Fördermenge, die Ordinate die Leistung an. a-a ist die Kennlinie der Gasturbine, b-b diejenige des Gebläses. Bei sehr kleinen Fördermengen oder Drehzahlen des Gebläses ist die Leistung der Gasturbine zunächst Sull oder gering, so daß die ebenfalls noch sehr klein Geblöseleistung c-d von Hilfsmotor geliefert werden muß. Mit zunehmender Fördermenge undf Drehzhl nähert sich die Leistungsabgabe der gusturbine immer mehr der Leistungsaufnahme des Gebläses und verläuft schließlich so nahe bei dieser, dan der bis dahin von Hilfsmotor noch zu übernehmende Leistungsunterschied durch einfache Temperaturregelung der Gasturbinentreibage ausgegichen werden kann. The particular suitability of the gas turbine results from its characteristic curve, which is similar to the characteristic curve of the wind tunnel fan. In Fig. 2 this is History shown. The abscissa indicates the delivery rate, the ordinate the output at. a-a is the characteristic curve of the gas turbine, b-b that of the fan. With very small ones The flow rate or speed of the fan is initially the output of the gas turbine Sull or low, so that the also still very small triggering power c-d of auxiliary motor must be delivered. With increasing flow rate and speed, the power output approaches The gusturbine more and more the power consumption of the blower and eventually runs so close to this, then the difference in performance to be taken over by the auxiliary engine up to that point can be compensated for by simply regulating the temperature of the gas turbine drive.

Wie bereits erwähnt, müssen Windkanalanlagen unter sehr verschiedenen Versuchsbedingungen brauchbar seil. Es können sehr hohe Drosselung des Dampfes oder bei digkeiten zu erproben sein. Die Einstellung auf diese verschiedenen Geschwindigkeiten kann aber nur dadurch erfolgen, daß man mehr oder weniger Luft durch die nicht veränderbaren Kanalquerschm.tte der Prüfanlage preßt. Dies entspricht einem Arbeiten auf konstante Öffnung, wobei zu jeder Fördermenge eine bestimmte Drehzahl, ein bestimmter Druck und eine bestimmte Leistung gehört. Diejemge Antriebsmaschine ist die geeignetste. die eine dem Gebläse ähnliche Kennlinie aufweist und die verlangte Leistung mit einem Optimum des Wirkungsgrades abgibt. Eine Dampfturbine erfüllt diese Forderung nicht, da bei einer solchen weitgehende Drehzahländerungen nur durch starke Drosselung des Dampfes oder bei ungünstigen u/c-Verhältnissen erhalten werden können, die beide eine Verschlechterung des Wirkungsgrades bedeuten. Wechselstrommotoren sind ebenfalls nicht in den erforderlichen weiten Grenzen regelbar, Gleichstrommotoren der in Betracht kommenden Großen sind sehr teuer. As mentioned earlier, wind tunnel systems have to be very different Test conditions usable rope. There may be very high levels of steam or steam to be tried out in dangers. Adjustment to these different speeds but can only be done by allowing more or less air through the unchangeable Presses the channel cross-section of the testing system. This corresponds to working on constant Opening, with a certain speed, a certain pressure for each delivery rate and heard a certain achievement. Any prime mover is the most suitable. which has a characteristic curve similar to that of the fan and the required power with it gives an optimum of the efficiency. A steam turbine fulfills this requirement not, because with such extensive speed changes only by strong throttling of the steam or, in the case of unfavorable u / c ratios, both of which can be obtained mean a deterioration in efficiency. AC motors are also not controllable within the required wide limits, DC motors of the possible coming big ones are very expensive.

Die Gasturbine mit Gleichdruckverbrennung hat neben ihrer guten Anpassung an die Betriebverhältnisse des Gebläses außerdem den Vorteil, daß sie billig und einfach ist und wenig Platz beansprucht. Sie kann ferner sehr rasch in Betrieb gesetzt werden. The gas turbine with constant pressure combustion has, in addition to its good adaptation to the operating conditions of the fan also the advantage that they are cheap and is simple and takes up little space. It can also be put into operation very quickly will.

Ihr Wirkungsgrad ist mit 16 bis 22% nicht hoch, erreicht aber, dank der besseren Anpassung, den Wirkungsgrad einer außerhalb der günstigsten Betriebsverhältnisse arbeitenden Dampfturbine. Da Windkanalanlagen stets nur kurz, also nur wenige Betriebsstunden im Jahre gebraucht werden, so sind niedrige Anlagekosten und rasche Greifbarkeit großler Energiemengen von besonderer Wichtigkeit. Their efficiency is not high at 16 to 22%, but it is achieved, thanks the better adaptation, the efficiency of an outside of the most favorable operating conditions working steam turbine. Since wind tunnel systems are always only brief, i.e. only a few hours of operation are needed in years, so are low investment costs and quick availability large amounts of energy of particular importance.

In der Abb. 3 ist ein offener Windkanal dargestellt. Die Meßstrecke 5 ist im Saugstutzen 15 des Gebläses 2 angeordnet. Im Druckstutzen des Gebläses 2 ist eine Brennkammer 16 angeordnet, wie sie für mit Luftkühlung arbeitende Gasturbinen verwendet wird. Sie besteht aus der eigendichen Brennkammer I7, in welcher der bei 18 eingeführte Brennstoff verbrannt wird, und einem Ringraum 19, durch welchen. Luft hindurchgeblasen wird, die die Brennkammerwand kühlt und sich mit den Verbrennungsgasen bei 20 mischt. In Fig. 3 an open wind tunnel is shown. The test section 5 is arranged in the suction connection 15 of the fan 2. In the pressure port of the blower 2 is a combustion chamber 16 arranged as they are for with air cooling working gas turbines is used. It consists of the own combustion chamber I7, in which the fuel introduced at 18 is burned, and an annulus 19, by which. Air is blown through, which cools the combustion chamber wall and mixes with the combustion gases at 20.

I2 ist der Hilfsmotor, durch den die Einstellung der Anlage auf eine bestimmte Drehzahl erfolgen kann, indem ihm unabhängig von seiner Leistung elektrisch eine bestimmte Drehzahl aufgezwungen wird. I2 is the auxiliary motor, through which the setting of the system to a certain speed can be done by giving it electrical power regardless of its power a certain speed is imposed.

Für gewisse Fälle kann auch die Übertragung der Leistung der Gasturbine auf .das Gebläse auf elektrischem Wege zweckmäßig sein, z. B. in einem offenen Windkanal, wie ihn Abb. 4 zeigt. Die Gasturbine 9 treibt hier neben dem Brenn- und Mischluftverdich ter 10 noch einen Generator 2I an. Das Gebläse 22 ist mit einem Motor 23 gekuppelt, der mit dem Generator 21 synchron läuft. In certain cases, the transmission of the power of the gas turbine on .das the fan electrically be appropriate, z. B. in an open wind tunnel, as shown in Fig. 4. The gas turbine 9 drives here in addition to the combustion and mixed air compression ter 10 also a generator 2I. The fan 22 is coupled to a motor 23, which runs synchronously with the generator 21.

Die Gasturbine läuft also mit der gleichen Drehzahl, die für das Gebläse entsprechend den Arbeitsbedingungen im Windkanal benötigt wird. Im Rekuperator 24 wird die in den Abgasen der Gasturbine noch enthaltene Wärme zur Vorwärmung der Brenn-und Mischluft verwendet. I6 ist die Brennkammer.The gas turbine runs at the same speed as that for the fan is required according to the working conditions in the wind tunnel. In the recuperator 24 the heat still contained in the exhaust gases from the gas turbine is used to preheat the Combustion and mixed air used. I6 is the combustion chamber.

PATENTNSPRÜCHE: 1. Gebläseanlage zur Erzeugung des Luftstromes in Windkanälen zur Untersuchung von Strömungsvorgngen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse durch eine Gasturbine (g) mit G1eichdruckverbrennung angetrieben wird und die Gasturbine zur Ingangsetzung, Regelung oder zu etwaigem Leistungszuschuß bei kleinen Belastungen mit einem Hilfsmotor (I2) ausgerüstet ist. PATENT CLAIMS: 1. Blower system for generating the air flow in Wind tunnels for investigating flow processes, characterized in that the fan is driven by a gas turbine (g) with balanced pressure combustion and the gas turbine for starting, regulating or any performance subsidy is equipped with an auxiliary motor (I2) for small loads.

Claims

2. Plant according to claim 1, characterized in that the measuring section (5) of the wind tunnel in the suction nozzle (I5) and the combustion chamber (16, 17) of the gas turbine (9) is arranged in the pressure port of the blower (2).

3. Plant according to claims I and 2, characterized in that to transfer the power of the gas turbine (9) to the fan (2) on electrical Paths between the two lein generator (2I) and a motor (23j is arranged.