DE889506C - Stroemungsmaschine mit Grenzschichtabsaugung - Google Patents

Description

• Strömungsmaschine mit Grenzschichtabsaugung

  Die Grenzechiohtabs,augung isst als Mittel be-

  kannit,, um den Wirkusrngsigrad voni SItrömungs-

  maschinen, insbesondere Verdichtern oder Pumpen,

  durch Verhiiniderung von Strömungsiablösung wäh-

  rend des Druckans:tiegeis zu verbesisern. Ben den bis-

  her bekanntgewordenen Einrichtungen zur Grenz-

  schicht,absaugung wird das abgesaugte Strömungsr

  mi@tsbz,l entweder durch Ausblasen, ins Freie ver-

  lorengegeben oder dem Verdichter bzw. der Pumpe

  an einer Stelle niedrigen Druckes wieder zugeführt.

  Blei diessem Verfahren ergibt. siiah: ein beträchtlicher

  Leiiistungsaufwand für die Absawgung, der größer

  sein kann als der Gewinn durch die S:trömungs-

  verb:gserung: Die. unangenehme Höhe dieses Lei-

  sst,u:rngs.aufwandes erklärt sich folgendermaßen:

  Wenn die Absaugung wirksam sein soll, muß

  man die gesamte durch die Grenzisehicht fließiende

  Menge entfernten. Dias iisiti aber M! ,allen Verdichtern

  mit kleinen oder mittleren Abmesisungen ein im

  Verhältnis- zur inisb-eisamt strömenden Menge erheb-

  licher Menigenanteil. Für diesen isst meist schon die

  Verdichtuugsleiistung aufgebracht worden. Wenn

  diese :ganz oder zu einem großen Teil verlorenigeht,

  so folgt daraus, eine fühlibiareWiirliungsigradeiinbuß.e,

  die weit größer ist als man nach dem theoretischen

  Leistungs.hedarf für die Absauagung erwarten, sollte.

  Das kommt daher, daßi man bei Fmeiausblasun:g

  und auch bei Rückführung in eine Stufe niedrigen

  Drucket an ein bestimmtes Absaugedruckgefälle

  gebunden i:st, das viel größter alt nötci@g ist. Durch

  diesie@s zu große Absaugedruckgefälle wird der Ab-

  saugt;.,mengie überflüssige Energie zuggeführt, die sich

  nicht mehr nuitizbar machen läß:t. Dier Verlust

  kommt im einzelnen dadurch zustande, daßdie Ab-

  saugemenge unter der Wirkung des Absaugedruck-

  gefäldeis mit einer Geschwindigkeit in die Strömung

  zurückkehrt, die größer igitt als die dort, herrschende.

  Die Eniergiie -dier Reliabiv gesrbviudigkeit wind aber

  bekanntlich nutzlos verwirb4edt.

  Demgegenübeir zeigt dlie vorliiiegende Ezfindung

  einen Weg, sich in vielen Fällen: der theoretibchen

  Absaugeleistung stark zu nähern. Erfindungsgemäß

  wird dies dadurch erreicht, daß sich der Absauge-

  kanal im Anschlusß an die A'bsau:gteöffnungen diffu-

  so:rartig erwei;tlert und an einer solchen Stehle wile!dor

  in de I-Iauptis'tirömung ei@nznüudeit" an deT der sta,

  tische Druck in derselben höher ist als an der Stelle

  der Absaugeöffnung. Resonders ztveckmU1ig ist es

  hei einer solchen Anandnung, hinter der Wieider-

  einmündungsis.tielle die von. der Strömung bespülte

  Wand aus der Strömung zurück- und hinter der Ab-

  siaugeöffnung die von der Strömung bespül(tle Wand

  in die Strömung vorspringen zu lassen. Würd der

  Absaugekanal durch eine gleichmittig zur Diffu-

  sor«"and liegende Zwischenwand gebildet, so wird:

  das. Qnerschnittserweiterungsveilhältnns des Ab-

  saugekanal.s größer als -das des Dliffusons gewählt.

  Nachstehend sei e,rklä ritt, wie die Dii;ffuSorsitrÖ-

  mung entsteht. Hierzu isst es notwendig, daß; im,

  Augenblick der:Strömungtsentstehurng, ,also nicht im.

  stsatiiion!ären Dauerbefirieb, der Druck an den Ab-

  saugeöffnunggen größer ist als an der Wiederein-

  müniCunggss:telle. Der Unterdruck an dieser Stelle

  kann, so lange im Absauigekanal nichtis fließt, so

  groß sein, daß von der Albs,a.u:g@eöffnung zu Stelhn

  hinter der Wiedereinmündunasstelle ein Druck-

  gefälle besteht, während der Druck in der Haupt-

  strömung schon ansteigt. Diesee Druckgefälle gibt

  nur den ersten Anstoß zur Absuwbgeströmung.

  Schon :die geringste iStrömung in der gewollten

  Richtung brinbt, ja sofort einen D'ruckanistneg im

  Abisaugekanal hervor. B:llesibt,der Unterdruck an der

  Wi.ederenhmvünidungss,te!l@le zunächst bestehen" so

  ruß der Druck an .der Absaugeöffnung um den Be-

  trag des genianeten Druckanstiegesi abnehmen. Die

  dadurch ents,teihsenide Saugwirkung versitärlöti die

  Strömung im Absaugekanal weiter, die durch den

  Kanral fließende Mengte. wird. immer größer und

  schlüe'ßllich wird an der Wiedereinmünduegsisbelle

  durch Verringerung des. Geschwindiggkeittssprunges

  gegen die Hauptströmung keine Ablösung mehr

  auftreten und damit. auch der Uhterdruck gegen die

  Hauptströmung an dieser Stelle verschwinden, so

  daß, der statiionäre Zustand erneiicht ist. Ein Ab-

  s:awgeidiffuso@r wird allerdings einten etwas gerin-

  geren Wirkungsgrad, haben alis- ein normaler Diffu--

  sor, da er von dem ungleich:inäfg schnell strö-

  menden Grenzschichtmedium durchströmt wird.

  Jedbch sind seine Verluste sehr gering im Ver-

  hältnis zu denjenigen, die die Ges'amitistnyömung ohne

  A,bsaugung erleiden würde. Mit Hilf e des Absauge-

  diffusoms ilst es. möglich, das aus, diesem abströ-

  mende Medium auf denselben Druck zu bringen,

  den die Haupttströmung nach der Verdichtung im

  Lest, oder Laufrad angenommen hat, so daß eis- der

  H,aupbströmung erfindungsgemäß( durch dieWiieder-

  einmündungsöffnungen wieder zugeführt werden

  kann. Der ursprüngliche Eniengli.emianaeI der Gnenz-

  schicht und die zusätzlichen Verluste im Absauge-

  diffuisoir haben zur Foslge, daß die abgesaug te Menge

  bei der Wiedereinmünidung in. :die Hauptströmung

  eine geringere GeschSwü:nddgkeit als diese hat. Di0e

  beiden Ströme von veilschiedener Geischwindigkeit

  wenden sich miteihvander vermischen. Der dabei auf-

  tretende Energieverlust bedingt den Leistungsauf-

  wand für ,die Aibs.augung, der in diesem Fall nur

  um die zusätzlichen Verluste im, Absiauigediffusor

  und im Absaugekanal größer vs@i ale der theoretische

  Biatirag. Die leIstung verzehrende unnötige Beschleu-

  nigung idu-rch daei Stufiendruckgefälle bei den be-

  kannten Einrichtungen fällt vollständig fort. Die

  Sitrömungsenergie der Grenzschicht wind nutzbar

  gemacht.

  ,Eis üsit zwar nach der Wiedervereinigung von, Ab-

  siaugströmung und Hauptsittrömwng zunächst eine

  verdickte Grenzschicht vorhanden, die sich erst

  allmählich durch. Mischung ausgleicht, sie isst aber

  unschädlich, da,der Druckanstieg schon erfolgt isst.

  Wird der Mis-chungsiweeg für Haupt-- und Absaug-

  sitirömung nach der Wiediervereinigu,ng nicht. aus-

  reichend lang gemacht!, so können siech daraus für

  nachfolgende Stufen' Nachteide ergeben. Dem. kan

  man beispielsweise dadurch begegnen, daß man

  durch passende Forrngmbung der Laufschaufeln der

  niachfod>g;mden Stufe der Randströmung mehr

  Energie zuführt als der Kernströmung.

  Aussfiühruncgsibeispil@le des Erfindu.ngsiggegenistan,

  dies zeigen die Abb. i bis 3.

  Abb. i zeigt einte Anwendung der Erfinidunig auf

  einen axialen Verdichter und stellt einten Längs-

  schnitt ,dar. Die Abssaug eöffnungen verlaufen als

  Schlitze ca ri.ngdörmig in Umfangsirichtung im

  Nabentei.l b und im Gehäuseteil c vor den Leit-

  sichaufeln d, in denen angenommenermaßen eine

  Verdüehtung stattfinden soll. An die SehIibze a

  schlizßien sich die Abisangediffu@soren e an, die zur

  Vermeidung plötzlicher Strömunasumilenkung im

  stumpfen Winkel gegen,die Strömungsrichtung ver-

  laufen. In,diesen Diffusoren erhöhst sich der Druck

  des abgasaugfien ;Strömungsmittels, auf denseliben

  Wert wie unter der Wirkung der Leitschaufeln d

  in der Hauptströmung. Durch die Abs;augekanäle f

  strömt die abgesaugte Menge den ebenfalls in Um-

  fangsrichtung verlaufenden Wiedereinmündungs-

  öffnungen g zu.

  Hin(tter dien Wiedereinmündungsöffnunggen g

  springen die die Hauptströmung begrenzenden

  Wände h aus der Strömung zurück. Durch diese Maß-

  nahme, die auch wegfallen kann, wird in diesem Bei-

  spiel einmal dem größeren Querschnittsbedarf der

  wiedervereinigten Strömung Rechnung getragen,

  außerdem -,viril erreiicht, daßi die Absau:geströmung

  b,cii der Inibetriehsetzunig des: Verdichters in der ge-

  wollten, sdurch, Pfeile g,ekeninizeichnieben Richtung

  gegen das Druckgefälle der Hauptströmung zustande

  kommt, und zwar dadurch, diaßi.bei der InsI>ettrüeb-

  setzung, solange durch den Absaugekanal noch

  nichts strömt, hinter der einspringenden Kante ein.

  Unterdruck entisitieht, der d-:@c Absaugeströmung ei.n-

  le itet.

  Wenn dieses Mittel nicht ausreicht oder an Sitelle

  dieses Mittels kann folgendermaßen vorgegangen

  werden.: Die von der Strömung bespülten Wände i

  (Abb. -9) werden hinter den Abslaugeöffnungen a- in

  die Strömung vorspringend. ausgeführt. Brei der In-

  betriebsetzung ergibt sich dann zunächst ein Stau

  vor den Absaugeschlitzen, der den Diffusor zum

  Anspringen bringt.

  Die Erfindung ist auf beliebige Radial,- und

  Axiialmaschinen anwendbar. Bei radialen Ver-

  dichterliaufrädern ise die Anwendung sitlbstver-

  ständlich nur so lange möglich, als die Strömungs-

  ene rgie vor dem Laufrad ausreicht, um im Abs @auge-

  diffusor auch den durch Fliehkraft, erreichten

  D,ruckansstiieg zu überbrücken. Es ergeben, sich aber

  keine , Schwierigkeiten, wenn man den Absauge-

  kanal mitrotieren läßt und dadurch auch in diesem

  einen Druckanstiii.-;g durch! Fliehkraft erzeugt.

  Dias Hauptanwendungsgebiet der Erfindung wird

  bei iStrömun.gsmasch:inen, insbesondere Verdichtern

  und Pumpen, l'i'egen. S.ie läßit sich aber auch auf

  Diffusoren für beliebige Zwecke mit Vorteil an-

  wendeni. Abb. 3, die einem Längsschnitt durch einen

  rot.atiions,svirnm:etirischen. Düffusor darstellt, ist dafür

  ein Bieispliel. Diar ringförmige AbsaugeschEtiz a

  leitet. de Abs,augeine nge in den, durch die Zwischen-

  wand .n gebildeten Ab@saugediffuisor e über, der den

  k egeligen Hauptidiiffusor k ummantelt. Die ringför-

  mige Wiedereinmündungsöffmung ä schließtsich an

  den Diffusor e unmittelbar an. Dias Querschruiitit,s-

  erweiterungsverhältnis des Absaugediffusors e ist

  größer als dis des Hauptdiffusors k. Infolgedessen

  kann. der Absaugediffusor im Schlitz a noch einen

  Unteridruck erzeugen, obwohl wohl seinie Verluste eitiwaas

  höher sind als die des Hauptdiffusors.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Strömungsmaschine milt Grenzschchtab- siaugung vor oder in einem den statischen Druck erhöhenden Lauf- oder Leibrad adi@r Diffusor, .dadurch gekennzeichnet, daßsch der Absauge- kanal: (e, f) im Anschluß an die Msaugeöffnun- gen (a) diffusorartig erweitert und an einer ,solchen .Stelle (g) wieder in die Hauptströmung einmündet., an der .der sitiatisahie Druck in der- selben höher isst als an der Stelle der Abisauga- öffnung. z. Maschine nach Anspruch i, dadurch ge- kennzeichnet, @daß hinfiter der Wieder.einmün- idungsöffnu;ng (g), beispielsweise einem Wieder- einmünd.u ::gs.schlitz, ;die von der Strömung be- spülte Wand (h) aus: der Strömung zurück- springt (Abb. i). 3. Maschine mach Anspruch: i, dadurch ge- kennzeichnet, daß, hinter der Absaugeöffnung (a), baispiilIsweise einem Absaugeschlitz, die von der Sitrömung bespülte Wand (i) in die ,Strömung vorspringt (Abb. a). d.. Diffusor mit gerader oder gekrümmter Achse für Sitiröm-unigsmasch:inen nach den An:- sprüchen i beiss, 3, bei dem der diffu.so@rartig sich erweiternde Absaugekanal durch eine gleich- mittig zur Diffusorwiand liegende Zwischenwand gebildet wird., dadurch gekennzeichnet, d:aß das On,erschnitt@serweiitierunigsverhälitni.s d21s Ab- saugekanals größer ist als das des Diffusor5 (Abb. 3).