DE971995C

DE971995C - Ebenes Leitschaufelgitter aus duennen unprofilierten Schaufeln zur Umlenkung der Stroemung an der UEbergangsstelle zwischen etwa rechtwinklig zueinander verlaufenden Rohren

Info

Publication number: DE971995C
Application number: DE1951P0006451
Authority: DE
Inventors: Norman Albert Dimmock
Original assignee: Power Jets Research and Development Ltd
Current assignee: Power Jets Research and Development Ltd
Priority date: 1951-11-07
Filing date: 1951-11-07
Publication date: 1959-05-06

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Rohrkrümmer, die beispielsweise Teil einer Rohrverbindung zwischen zwei Baugruppen einer Gasturbinenanlage sein können. Das allgemeine Ziel der Erfindung ist die Herab-Setzung der Leitungsverluste, die normalerweise in derartigen Rohrkrümmern auftreten. Diese Verluste ändern sich über den Querschnitt des Rohres, wobei sie gewöhnlich an der Innenseite des Rohrkrümmers am höchsten sind, mit dem Ergebnis, daß die Geschwindigkeit über den Querschnitt des Rohres auf der stromabwärts gelegenen Seite des Rohrkrümmers sehr unterschiedlich ist. Die Erfindung bezweckt dementsprechend ferner die Förderung einer gleichmäßigen Verteilung der Leitungsverluste über den Querschnitt des Rohres, um dadurch eine gleichmäßigere Geschwindigkeitsverteilung herbeizuführen.

Es ist bekannt, Leitungsverluste in Rohrkrümmern dadurch herabzusetzen, daß an der Verbindung zwischen dem stromaufwärts und dem stromabwärts gelegenen Rohr ein Schaufelgitter oder ein Schaufelsatz angeordnet wird. Die Erfindung bezweckt nun, diese Schaufeln so anzuordnen und auszubilden, daß die obengenannten Ziele erreicht werden können.

Die Erfindung geht aus von einem ebenen Leitschaufelgitter aus dünnen unprofilierten Schaufeln zur Umlenkung der Strömung an der Verbindungsstelle zwischen etwa rechtwinklig aufeinanderzu laufenden Rohren, bei welchen die Abstände der Schaufeln von der bogenförmig abgerundeten Innenseite des Krümmers aus nach außen gemäß einer arithmetischen Reihe zunehmen und die Schaufeln so gewölbt sind, daß ihr Querschnitt einen Parabelbogen beschreibt,

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dessen Scheitelpunkt etwa um 40 % seiner Sehnenlänge von der Anströmkante der Schaufel entfernt ist, während dessen Scheitelhöhe über der Sehne etwa 28% der Sehnenlänge beträgt, wobei der Winkel zwischen Schaufeleintritts- und -austrittstangente etwa 10% größer ist als der Winkel zwischen den beiden Rohren. Erfindungsgemäß wird ein solches Leitschaufelgitter dadurch verbessert, daß die Eintrittstangente jedes Schaufelprofils zur Achse des stromaufwärts gelegenen Rohres unter einem kleineren Winkel geneigt ist als die Austrittstangente des Schaufelprofils zur Achse des stromabwärts gelegenen Rohres, wobei die beiden Enden des Schaufelprofils nach der Innenseite des Krümmers geneigt sind. Versuche haben gezeigt, daß durch eine derartige Leitschaufelanordnung bei Rohrkrümmern die Strömungsverluste im Vergleich zu früher vorgeschlagenen Einrichtungen wesentlich herabgesetzt werden.

Die Ausbildung und Anordnung der Schaufeln teilt der das Gitter verlassenden Strömung eine Bewegungskomponente in Richtung auf die Innenwandung des Rohrkrümmers mit, und als Ergebnis wird ein Ablösen der Strömung von dieser Wandung, wodurch Leitungsverluste verursacht werden, verhindert. Darüber hinaus wird die Gefahr des Ablösens der Strömung an der Außenseite des Rohrkrümmers, die ebenfalls Verluste herbeiführen kann, vermindert, und das Ergebnis ist, daß die Verluste gering sind und gleichmäßig über den Querschnitt des Rohres stromabwärts des Rohrkrümmers verteilt werden.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt bzw. zeigen

Fig. ι einen im Schnitt dargestellten rechtwinkligen Rohrkrümmer, der an der Verbindungsstelle zwischen dem stromaufwärts und dem stromabwärts gelegenen Rohr ein Schaufelgitter aufweist,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab das innere Ende des Gitters mit ausführlicher Wiedergabe der innersten Schaufel, während die

Fig. 3 (a) und 3 (b) die Vorder- und Hinterkante einer Schaufel in einem noch größeren Maßstab wiedergeben.

In Fig. ι ist die Weite der stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Rohre 1 und 2, gemessen in der Ebene des Rohrkrümmers, mit D bezeichnet, und die Nennweite des Kanals an der Verbindungsstelle der beiden Rohre beträgt demnach j/Jö. Ein Steg 3, der

in eine kreisförmige, über einen Winkel von 90° reichende Wölbung gebogen ist, ist an der Innenseite des Rohrkrümmers vorgesehen. Die Gitterschaufeln V₁, V₂, V_a usw. sind mit Abständen voneinander gemäß einer arithmetischen Reihe der Verbindungsstelle der beiden Rohre angeordnet, und jede hat eine Sehnenlänge C, die mit der Rohrweite D durch die Gleichung

D+ 254

erhalten wird, wobei C und D in Millimeter gemessen werden. Diese Gleichung ergibt ein Verhältnis zwischen C und D, das in einer Einrichtung resultiert, die wohlproportioniert und angemessen belastet ist, ohne übermäßige Schaufeldicken erforderlich zu machen, vorausgesetzt, daß die Kanalweite D nicht kleiner als 6g etwa 100 mm ist.

Die Gesamtzahl der Schaufeln N wird bestimmt durch die Gleichung

2-6D

N = I,

C-

und zwar abgerundet auf die nächste ganze Zahl. Diese Beziehung ergibt am Mittelpunkt des Gitters ein Verhältnis des Schaufelabstandes zur Sehnenlänge von etwa 0,5, was sich allgemein als Optimalwert für Schaufelgitter herausgestellt hat. Die Anordnung der Schaufeln in Abständen gemäß einer arithmetischen Reihe führt zu einem verminderten Abstand-Sehne-Verhältnis an der Innenseite des Rohrkrümmers, wodurch eine höhere aerodynamische Belastung infolge der schwierigeren Bedingungen in diesem Bereich berücksichtigt wird, während das Erhöhen des Abstand-Sehne-Verhältnisses nach der Außenseite des Rohrkrümmers zu zulässig ist, da die Betriebsbedingungen dort weniger schwierig sind.

Der Abstand S₁ der innersten Schaufel des Gitters von der Innenwand des Rohrkrümmers beträgt, gemessen an der Schaufelhinterkante, 0,3 C. Dieser Wert ergibt ein Abstand-Sehne-Verhältnis, das für die Bedingungen an der Innenseite des Rohrkrümmers geeignet ist. Die konstante Differenz A der arithmetischen Reihe ist also durch die Gleichung

2,83 D

.— o,6 C

gegeben, während der Abstand S_n zwischen jeweils zwei Schaufeln V_n^₁ und V_n durch die Gleichung

100 S_n = S₁ + {η—τ) Δ

erhalten wird.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist jede Schaufel unprofiliert und so gewölbt, daß ihr Profil einen Parabelbogen beschreibt. Der Scheitel des Bogens hat entlang der Sehne einen Abstand α von der Schaufelvorderkante, der gleich 40 % der Schaufelsehne C beträgt, während die Scheitelhöhe b gleich 28 % der Sehne C ist. Der Winkel zwischen Schaufeleintritts- und -austrittstangente beträgt ioo°, und die Eintritts- und Austrittstangentenwinkel selbst betragen 62 bzw. 38⁰. Die Schaufel besitzt einen Anstellwinkel von 15 ° zur Lotrechten gegenüber der Ebene des Gitters, so daß die Schaufeleintrittstangente mit einem Winkel von 2° gegenüber der Achse des stromaufwärts gelegenen Rohrstücks 1 nach der Innenseite des Rohrkrümmers hin geneigt ist, während die Schaufelaustrittstangente mit einem Winkel von 8° gegenüber der Achse des stromabwärts gelegenen Rohrstücks 2 nach der Innensite des Rohrkrümmers hin geneigt ist. Der Austrittstangentenwinkel von 8° entspricht der Strömungsablenkung für Schaufeln, die mit 0,5 Abstand-Sehne-Verhältnis angeordnet sind, so daß in der Mitte des •itters die Strömung axial abfließt. An der Innenseite des Rohrkrümmers wird die Strömung etwas zu stark abgelenkt, da das zulässige Winkelmaß von 8° zu hoch

ist für das verminderte Abstand-Sehne-Verhältnis, während sie an der Außenseite etwa zu schwach abgelenkt wird; aber dies ist vorteilhaft, da die Strömung dadurch leicht gegen die Wandungen gerichtet wird, wodurch ein Ablösen verhindert wird. Der negative Eintrittswinkel von 2° am Schaufeleintritt berücksichtigt die Ablenkung des dem Schaufelgitter zuströmenden Mediums, die durch das Schaufelgitter bewirkt wird.

Jede Schaufel ist an der Eintrittskante abgerundet, wie in Fig. 3 (a) gezeigt, während ihre Austrittskante auf einer Strecke von wenigstens 0,25 C zu einer möglichst scharfen Kante verjüngt ist, wie in Fig. 3 (b) gezeigt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

I. Ebenes Leitschaufelgitter aus dünnen unprofilierten Schaufeln zur Umlenkung der Strömung an der Übergangsstelle zwischen etwa rechtwinklig zueinander verlaufenden Rohren, bei dem die Abstände der Schaufeln von der bogenförmig abgerundeten Innenseite des Krümmers aus nach außen gemäß einer arithmetischen Reihe zunehmen und die Schaufeln so gewölbt sind, daß ihr Querschnitt einen Parabelbogen beschreibt, dessen Scheitelpunkt etwa um 40% seiner Sehnenlänge von der Anströmkante der Schaufel entfernt ist und dessen Scheitelhöhe über der Sehne etwa 28 °/₀ der Sehnenlänge beträgt, wobei der Winkel zwischen Schaufeleintritts- und -austrittstangente etwa io°/₀ größer ist als der Winkel zwischen den beiden Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittstangente jedes Schaufelprofils zur Achse des stromaufwärts gelegenen Rohres unter einem kleineren Winkel geneigt ist als die Austrittstangente des Schaufelprofils zur Achse des stromabwärts gelegenen Rohres, wobei die beiden Enden des Schaufelprofils nach der Innenseite des Krümmers geneigt sind.
2. Leitschaufelgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehne C der Schaufeln zur Weite D des Rohres, gemessen in der Ebene des Krümmers, im Verhältnis

C =

254

4. Leitschaufelgitter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand derjenigen Schaufel, die der Innenseite des Krümmers am nächsten liegt, zur Innenwand des Krümmers, gemessen an der Hinterkante der Schaufel, 0,3 C beträgt.

5. Leitschaufelgitter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittstangente des Schaufelprofils einen Winkel von etwa 2° mit der Achse des stromaufwärts gelegenen Rohrstücks bildet, und das die Austrittstangente einen Winkel von etwa 8° mit der Achse des stromabwärts gelegenen Rohrstücks bildet, wobei beide Enden des Schaufelprofils der Innenseite des Krümmers zugeneigt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 588 113;
französische Patentschrift Nr. 987 477;
Ingenieur-Archiv, Bd. III, 1932, S. 516 bis 541;
Schweiz. Bauzeitung, Bd. 118, 1941, Nr. 8, S. 85/86.

steht, wobei C und D in Millimeter gemessen sind und D nicht unter ioo mm beträgt.
3. Leitschaufelgitter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl N der Schaufeln durch folgende Gleichung erhalten wird, wobei das Ergebnis auf die nächste ganze Zahl abgerundet wird:

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© S09 505/31 4.