DE897568C

DE897568C - Nozzle for expanding a gas or vapor medium

Info

Publication number: DE897568C
Application number: DES22564A
Authority: DE
Inventors: Joseph Aron M Chalom
Original assignee: Societe des Condenseurs Delas SA
Current assignee: Societe des Condenseurs Delas SA
Priority date: 1948-01-26
Filing date: 1950-01-26
Publication date: 1953-11-23

Description

Düse für das Expandieren eines gas- oder dampfförmigen Mediums Die Erfindung bezieht sich auf eine Überschalldüse zum Expandieren eines gas- oder dampfförmigen Mediums und besteht darin, daß das Strömungsprofil eine Anzahl winkelförmiger Knick- oder Unstetigkeitsstellen besitzt und, bei der Einschnürung anfangend, von einer Anzahl konkaver Teilprofile gebildet wird.Nozzle for expanding a gaseous or vaporous medium Die The invention relates to a supersonic nozzle for expanding a gas or vapor Medium and consists in the fact that the flow profile has a number of angular kinks or has discontinuities and, starting at the constriction, of one Number of concave partial profiles is formed.

Es ist bekannt, daß, wenn in einer Expansionsdüse, z. B. zum Expandieren von Dampf, die für einen bestimmten Druck in der Ausströmöffnung bemessen ist, dieser Druck bei Konstanthaltung aller übrigen Zustände zunimmt, das Haften des Dampfes an der Düsenwand die Ursache für das Weitergehen der Expansion bis zu einem Druck ist, der niedriger sein kann als der Wert des Druckes, der an der Ausströmöffnung der Düse herrscht.It is known that when in an expansion nozzle, e.g. B. to expand of steam, which is dimensioned for a certain pressure in the discharge opening, this Pressure increases while all other states are kept constant, the adherence of the steam on the nozzle wall the cause for the expansion to continue until a pressure is reached which can be lower than the value of the pressure at the discharge opening the nozzle prevails.

Dieser Bereich ist unstabil, und der Unterbrechung folgt eine neue plötzliche, eine Stoßwelle verursachende Kompression.This area is unstable and the interruption is followed by a new one sudden compression causing a shock wave.

Diese Erscheinung kommt periodisch vor und verursacht erhebliche Verluste an kinetischer Energie.This phenomenon occurs periodically and causes considerable losses of kinetic energy.

Da die Apparate, die Expansionsdüsen benutzen, mit mehr oder weniger Veränderungen im. Betriebsdruck arbeiten, müssen diese Düsen immer kürzer als die theoretische Länge bei dem mittleren Betriebsdruck gemacht werden. Hierdurch wird zwar der genannte Energieverlust vermieden, wenn der Druck an der Ausströmöffnung höher ist als der entsprechende Druck in diesem Mittelbereich.Because the devices that use expansion nozzles with more or less Changes in. Working pressure, these nozzles must always be shorter than the theoretical length can be made at the mean operating pressure. Through this the aforementioned energy loss is avoided if the pressure at the discharge opening is higher than the corresponding pressure in this central area.

Es wird jedoch hierdurch infolge des. Entstehens von einem wellenförmigen Druck an dem Ausgang eine andere Ursache für Energieverlust eingeführt, wenn im Gegensatz zu obigem der Druck an der Ausströmseite niedriger ist als der mittlere ausgewählte Druckbereich.However, as a result of the formation of a wave-like Pressure at the outlet introduced another cause of energy loss when im In contrast to the above, the pressure on the outflow side is lower than the middle one selected print area.

Diese Verluste können auch einen beträchtlichen Wert erreichen.These losses can also be of considerable value.

Damit diese Verluste vermieden werden, schafft die Erfindung eine Düse mit einem Profil, das aus einer Anzahl winkelförmiger Unstetigkeits- oder Knickstellen besteht, die die verschiedenen Strecken des Expansionsteiles trennen.In order to avoid these losses, the invention provides Nozzle with a profile that consists of a number of angular discontinuities or kinks exists, which separate the different stretches of the expansion part.

Diese aus Rotationskörpern bestehende Düse setzt sich von ihrer engsten Stelle ab aus einer Reihe von konkaven Teilprofilen zusammen, wobei für jeden dieser Teile das Profil bei einem Punkte beginnt, in dem .die Tangente an das Profil io bis i5° gegen die Achse geneigt ist, und wobei das Profil nach einer stetigen Verminderung dieser Neigung an einem Punkte endet, in dem die Tangente an das Profil parallel zur Achse liegt, wodurch sich je ein Unstetigkeits- oder Winkelpunkt in dem, Profil an allen Übergangsstellen von einem Teile zu einem anderen ergibt, in denen die Tangenten gleichzeitig um o und um i5° gegenüber der Achse des Rotationskörpers geneigt sind.This nozzle, which consists of bodies of revolution, is set apart from its narrowest Put together from a series of concave partial profiles, for each of these Divide the profile at a point where the tangent to the profile io is inclined to i5 ° relative to the axis, and the profile after a steady decrease this slope ends at a point where the tangent to the profile is parallel to the axis, whereby there is a point of discontinuity or angle in the profile at all transition points from one part to another, in which the Tangents at the same time around 0 and 15 ° with respect to the axis of the rotation body are inclined.

Es sind schon Rohre bekannt, die eine Reihe von Verengungen und Erweiterungen aufweisen, die alle durch stetige Profile miteinander verbunden sind. Diese bekannten Profile weisen keine winkligen oder Unstetigkeitspunkte auf, sondern konvexe Verengungen, die mit konkaven Teilen abwechseln und an sie anschließen.Pipes are already known which have a number of constrictions and widenings which are all interconnected by continuous profiles. These well-known Profiles have no angular or discontinuous points, but convex constrictions, which alternate with concave parts and connect to them.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is based on the drawing with an exemplary embodiment explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt eine Düse, bei der der Durchmesser d der Einschnürung nach einer Länge L in den Durchmesser D, übergeht und deren Profil aus drei Teilprofilen S besteht, die zwischen der Einschnürung i und der Ausströmöffnung z zwei Knick- oder Unstetigkeitspunkte 3 und 4 bilden. In jedem von diesen Unstetigkeitspunkten 3 und 4, ebenso wie bei der Einschnürung i, geht die Tangente des Profils plötzlich von einer Neigung o in einen Winkel von io bis i5° mit Bezug auf die Achse über. Die Düse wird. sehr genau durch Schraubengewinde und z. B. sorgfältig bearbeitete Führungen aus z. B. drei aufeinanderfolgenden Teilen 5,- 6 und 7 zusammengestellt.The drawing shows a nozzle in which the diameter d of the constriction merges into the diameter D after a length L and whose profile consists of three partial profiles S which form two kink or discontinuity points 3 and 4 between the constriction i and the outflow opening z . In each of these points of discontinuity 3 and 4, as in the case of the constriction i, the tangent of the profile suddenly changes from an inclination o to an angle of io to i5 ° with respect to the axis. The nozzle will. very accurate through screw thread and z. B. carefully machined guides from z. B. three successive parts 5, - 6 and 7 put together.

Der Teil 5 ist eine Überschalldüse mit einem konkaven Profil, das bei der Einschnürung einen Durchmesser d und einen Winkel a von ,o bis. !i5° und in einem Abstand L1 einen Durchmesser Dl hat. Die Neigung der Tangente des Teiles 5 nimmt von i bis 3 fortwährend ab und wird in 3 praktisch gleich Null.Part 5 is a supersonic nozzle with a concave profile that at the constriction a diameter d and an angle a from, o to. ! i5 ° and has a diameter Dl at a distance L1. The slope of the tangent of the part 5 continuously decreases from i to 3 and becomes practically zero in 3.

In dem Teile 6 erweitert sich der Diffusor bis zu einem Austrittsdurchmesser D2. Dieser Durchmesser D2 paßt zu einem mittleren Ausström-,druck.In the part 6, the diffuser expands up to an outlet diameter D2. This diameter D2 matches a mean discharge pressure.

Bei 3 bildet die Tangente an das Profil des Teiles 6 einen Winkel ß von i0 bis i5° mit der Achse ünd praktisch ebenfalls mit der Tangente im Punkt 3 an das Profil des Teiles 5.At 3, the tangent to the profile of the part 6 forms an angle ß from i0 to i5 ° with the axis üand practically also with the tangent at the point 3 to the profile of part 5.

-An den Teil 6 schließt sich ein ähnlicher Teil 7 an, auf dessen Länge L3 der Durchmesser von D2 auf den Enddurchmesser D übergeht.Part 6 is followed by a similar part 7, along its length L3 the diameter changes from D2 to the final diameter D.

Die Tangenten bei dem Unstetigkeitspunkt 4 bilden .ebenfalls untereinander einen Winkel y von io bis »i5°.The tangents at the point of discontinuity 4 also form with one another an angle y from io to »i5 °.

Die Tangente bei 8 an die Ausströmöffnung a ist parallel zu der Achse io der Düse.The tangent at 8 to the outflow opening a is parallel to the axis OK of the nozzle.

Die Wirkungsweise ist schematisch in der Zeichnung wiedergegeben für den Fall, daß-mit der kleinsten Expansion gearbeitet wird.The mode of operation is shown schematically in the drawing for the case that the smallest expansion is used.

In dem dargestellten Fall, wenn also der Druck stromabwärts dem Entspannungsdrucke in 3 ent: spricht, löst sich im Unstetigkeitspunkt 3 der von dem gasförmigen Strömungsmittel gebildete Stromfaden frei von der Wandung ab und strömt zylindrisch mit dem. Durchmesser D1 weiter, wobei er die Teile 6 und 7 durchströmt, ohne darin unstabile Gebiete zu verursachen. Dies könnte nicht geschehen, wenn sich das Profil bei 3 nicht plötzlich erweiterte.In the case shown, when the pressure is downstream of the relief pressure corresponds in 3, the dissolves from the gaseous fluid at the point of discontinuity 3 stream filament formed free from the wall and flows cylindrically with the. diameter D1 continues, flowing through parts 6 and 7 without unstable areas therein to cause. This couldn't happen if the profile at 3 didn't suddenly change advanced.

Falls das Druckverhältnis gerade mit einer Düse von einer Länge L1 -h L2 und einer Ausströmtöffnung D2 übereinstimmt, wird das Medium bei 4 von der Wand abströmen.If the pressure ratio is straight with a nozzle of length L1 -h L2 and an outflow opening D2 match, the medium is at 4 of the Flow down the wall.

Falls endlich die Expansion der ganzen Länge L der Düse entspricht, wird die Ausströmung bei 8, also parallel in einem Zylinder von dem Durchmesser D, erfolgen.If finally the expansion corresponds to the entire length L of the nozzle, the outflow is at 8, i.e. parallel in a cylinder of the diameter D, take place.

Natürlich ergeben nur diejenigen Druckverhältnisse, die genau mit den drei Längen 5, 5 -i- 6 und 5 + 6 -I- 7 übereinstimmen, den obengenannten Effekt, aber die Anzahl von Unstetigkeitspunkten kann durch Vergrößerung der Unterteilung erhöht werden, so daß eine praktisch richtige Wirkung für jede Gruppe von Druckverhältnissen erreicht werden kann, und dadurch wird der Wirkungsgrad für derartige sich ändernde Betriebszustände im Vergleich zu Düsen bekannter Art verbessert.Of course, only those pressure ratios result which exactly match the three lengths 5, 5 -i- 6 and 5 + 6 -I- 7 coincide, the above effect, but the number of discontinuity points can be increased by increasing the subdivision can be increased, so that a practically correct effect for each group of pressure conditions can be achieved, and thereby the efficiency for such changing Operating conditions improved compared to nozzles of the known type.

Bei einer Vorrichtung der beschriebenen Art ist die Anzahl der zusammengesetzten Teile eine Funktion des gewünschten Bereiches der Druckverhältnisse. Diese Anzahl kann je nach den Betriebsverhältnissen bestimmt werden.In a device of the type described, the number of assembled Divide a function of the desired range of pressure ratios. This number can be determined depending on the operating conditions.

Das Zusammenbauen der verschiedenen Elemente soll mit der größten Sorgfalt geschehen, damit das Profil an den Verbindungspunkten 3 und 4 nicht unterbrochen ist.Assembling the various elements is supposed to be with the greatest Care must be taken so that the profile is not interrupted at connection points 3 and 4 is.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Nozzle for expanding a gas or vapor Fluid that has a constriction at the inlet and then a diffuser, characterized in that * that the profile of the nozzle from its narrowest point (i) is formed by a series of concave partial profiles (S), which are in discontinuity points (3, 4) are connected to each other, with each partial profile at the point of discontinuity begins with a tangent that forms an angle from to to r #, 5o with the axis and at the following point of discontinuity or at the end of the diffuser with a tangent ends, which forms an angle of o ° with the axis. a. Nozzle according to claim r, characterized characterized in that the nozzle consists of a series of coaxially arranged one behind the other Parts (5, 6, 7) which lie against one another with end faces perpendicular to the axis, which in the formed by the discontinuity points (3, q.) of the nozzle profile Laying levels.