NL7811364A - Diffusor in het bijzonder met grote tophoek. - Google Patents

Description

^ , 4' N.O. 26.870

Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuurwetenschappe-lijk Onderzoek ten behoeve van Nijverheid, Handel en Verkeer, te 's-Gravenhage.

Diffusor in het bijzonder met grote tonhoek.

De uitvinding heeft betrekking op een diffusor voor een stromend medium, met een tophoek groter dan 15° (driedimensionaal) respectievelijk 20° (tweedimensionaal), waarin symmetrisch ten opzichte van de hartlijn respectievelijk het middenvlak een binnendiffusor zodanig is geplaatst, dat 5 door de tussen beide diffusoren gevormde spleet een belangrijk deel van de binnentredende stroom geleid wordt.

Een diffusor van dit type is bekend uit het Duitse Offenlegungsschrift 2.436*456, waarin een diffusor met een relatief grote tophoek beschreven wordt. Het is algemeen bekend, 10 dat, zowel voor compressibele als voor niet-compressibele stromende media een tophoek van de diffusor groter dan circa 15° niet overschreden mag worden ten einde, loslaten van de stroming van de diffusorwand te voorkomen. Zodra loslating optreedt, ontstaan in het gebied tussen de diffusorwand en de daarvan los- 15 gelaten stroming wervels en terugstromingen welke grote wrij-vingsverliezen veroorzaken, waardoor de gewenste omzetting van de snelheid van het de diffusor binnenstromende medium in druk niet optimaal verloopt. Een vergaande omzetting van de snel-heidsenergie in druk is daardoor slechts mogelijk met diffu- 20 soren, welke ten gevolge van de maximale tophoek van 15° een lengte hebben welke vele malen de diameter van de toevoerleiding bedraagt. In de praktijk zijn deze door plaatsruimtegebrek meestal niet onder te brengen, zodat de stroming met grotere verliezen verloopt dan onder optimale omstandigheden mogelijk 25 zou zijn. Een bekende oplossing voor dit probleem bestaat daaruit, dat de diffusor onderverdeeld wordt in een aantal sub-diffusoren, welke elk de tophoek van circa 15° hebben. Hierdoor 7811354 ' 2 .

is inderdaad een kortere bouwlengte bereikbaar, doch de toename van het aantal wanden doet de verliezen ten gevolge van de wand-wrijvingtoenemen. In het Duitse octrooischrift 869.281 is een dergelijke mogelijkheid beschreven. Yoor de praktijk is de hiermee bereikte verkorting van de diffusor echter vaak nog 5 onvoldoende, terwijl de constructie van een dergelijke meervoudige diffusor ingewikkeld en duur is.

In het eerdergenoemde Duitse Offenlegungsschrift 2.436.456 wordt een diffusor beschreven, welke inderdaad veel korter is; gesteld wordt dat een tophoek tot 120° bereikbaar is. Daartoe 10 wordt in de diffusor een binnenconus geplaatst, welke met haar basis op het eind van de diffusor aansluit en zodanig geperforeerd is, dat het stromende medium in de spleet tussen de diffusor en de conus uitbuigt en dan geleidelijk via de perforaties naar het inwendige van de binnenconus aftakt. De hoofdstroom wordt zo- 15 doende opgedeeld in een groot aantal deelstromen, welke ieder voor zich naar binnen buigen en vrij expanderen. Er worden in genoemde publikatie te weinig gegevens verstrekt om het nuttig effect van de omzetting van snelheid in druk bij deze constructie te kunnen beoordelen. De opdeling van de hoofdstroom in even 20 zovele ctelstromen als er perforaties zijn, doet echter vermoeden dat binnen de binnenconus relatief grote wervelverliezen zullen optreden. Bij grotere afmetingen is de constructie bovendien betrekkelijk kostbaar. De beschreven inrichting gaat bovendien bij een grotere tophoek, veel gelijkenis vertonen met een an- 25 dere bekende oplossing, welke vooral in windtunnels gebruikt wordt voor het gelijkrichten en expanderen van de stroming voor haar intrede en de zogenaamde suskamer. Hierbij wordt een rooster of gaas loodrecht op de stromingsrichting geplaatst aan het einde van een diffusor met grote tophoek, terwijl over de lengte 30 van die diffusor nog enige roosters of gazen geplaatst kunnen zijn. Een dergelijke inrichting geeft een uitstekende gelijk-richting echter met vrijwel geen omzetting van snelheid in druk. Het is te verwachten dat de in het Duitse Offenlegungsschrift beschreven inrichting wat dit betreft een vergelijk- 35 baar gering nuttig effect zal hebben.

78 1 13 8 4 3

De uitvinding beoogt voor een diffusor met een vergelijkbaar grote tophoek met behulp van een eenvoudige constructie een veel beter nuttig effect van de omzetting te verkrijgen.

Volgens de uitvinding wordt daartoe de in de aanhef beschreven diffusor daardoor gekenmerkt, dat de wanden van de 5 binnendiffusor in hoofdzaak evenwijdig lopen aan die van de buitendiffusorjkn glad en gesloten zijn, dat de spleet tussen de beide diffusoren ook aan de uitstroomzijde open is, dat de binnendiffusor aan zijn aanstroomzijde geheel open is en een aanstroomdoortocht heeft welke circa de helft bedraagt via 10 de doortocht van de toevoerleiding ter plaatse van de overgang naar de buitendiffusor.

Omdat diffusoren vaak aangebracht worden ter plaatse of nabij de instroomopening in een apparaat van willekeurige vorm, kan het nodig zijn dat de diffusor een doorsnede met willekeurige 15 vorm heeft. Daartoe behoren uiteraard ronde doorsneden en rechthoekige en alle mogelijke tussenvormen. In principe heeft op al deze vormen de uitvinding betrekking. De werking van de inrichting volgens de uitvinding is onverwacht goed, zelfs wanneer de snelheid en de aankomende stroming zeer ongelijkmatig 20 is. Asymmetrische snelheidsprofielen in de toevoerstroom, bijvoorbeeld ten gevolge van bochten, hebben namelijk slechts een geringe invloed op de werking λβι de diffusor volgens de uitvinding. De gemakkelijk te vervaardigen niet-geperforeerde binnendiffusor wordt met enige, eventueel stroomlijnvormige af- 25 standstukken symmetrisch ten opzichte van de hartlijn van de buitendiffusor aan deze bevestigd..

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is de binnendiffusor, gezien in stromingsrichting, korter dan de buitendiffusor.

Daarbij zal de lengte van de binnendiffusor circa 1/3 tot circa 30 3/4 van de lengte van de buitendiffusor bedragen.

Verder wordt de stroming begunstigd wanneer, gezien in stromingsrichting, de aanstroomopening van de binnendiffusor zich op enige afstand stroomafwaarts ten opzichte van het begin van de buitendiffusor bevindt. 35

Volgens een verdere voordelige uitvoeringsvorm is de bin- 7811354 o* 4 nenwand van de binnendiffusor - gezien in stromingsrichting -geprofileerd. Daardoor wordt een gelijkmatiger expansie en een beter omzetting van snelheid in druk bereikt van dat deel van de stroming dat door de binnendiffusor heenstroomt. Evenwel gaat dit ten koste van een gecompliceerde uitvoeringsvorm. 5

Iets overeenkomstigs kan bereikt worden door op het inwendige oppervlak van de binnendiffusor nabij de aanstroomrand zogenaamde wervelgeneratoren zodanig aan te brengen, dat deze op gelijke afstanden van elkaar om en om links- en rechtsdraaiende kurketrekkerwervels opwekken. Door deze wervels wordt de vorming 10 van een grenslaag en de kans op loslating van de stroming op de binnenwand van de binnendiffusor tegengegaan zodat een betere omzetting van snelheid in druk plaatsvindt. Deze generatoren kunnen de vorm van kleine schuin op de stroomrichting staande schoepen of schotten hebben, doch kunnen ook als groeven of 15 kanalen in het materiaal van de binnendiffusor zijn aangebracht bijvoorbeeld in het geval dat een geprofileerde binnenwand wordt toegepast.

De werking van deze uitvinding berust wellicht daarop, dat het deel van de stroming, dat tussen buiten- en binnendiffusor naar 20 buiten wordt uitgebogen, aan het eind van de binnendiffusor als een Coandastraal langs de binnenwand van de buitendiffusor en de daarop volgende leiding verder stroomt. Door ejecteurwerking zuigt deze Coandastraal het deel van de stroming, dat door de binnendiffusor is gegaan, naar zich toe zodat deze snel en met 25 weinig drukverlies expandeert.

De diffusor volgens de uitvinding zal hoofdzakelijk toegepast worden vanaf een tophoek van circa 15° waarbeneden het aanbrengen van een binnendiffusor alleen zin heeft bij een ongelijkmatige aanstroming. 30

Hoewel de uitvoering kostbaarder wordt, is de diffusor volgens de uitvinding ook toepasbaar wanneer, gezien in stro-mingsrichting, de buiten- en de binnendiffusor van een cirkelvormige doorsnede geleidelijk overgaan in een elliptische, ovale, rechthoekige of vierkante doorsnede, of omgekeerd. Reeds eer- 35 der is op het belang hiervan gewezen.

Aan de hand van de navolgende figuuieschrijving als voor- 73113 S 4 5 "beeld, zal de uitvinding nader worden toegelicht.

Fig. 1 toont een langsdooranede door de diffuser volgens de uitvinding.

Fig. 2 toont een doorsnede van een alternatieve uitvoeringsvorm van de diffusor volgens de uitvinding, in de boven- 5 helft van de figuur in driedimensionale uitvoering, in de benedenhelft in tweedimensionale uitvoering.

Fig. 3 toont een aanzicht van de diffusor volgens fig. 2, wederom driedimensionaal en tweedimensionaal.

In fig. 1 is een buitendiffusor 1 afgebeeld met tophoek a, 10 welke aanmerkelijk groter is dan 15°· De toevoer van het stromend medium vindt plaats door een cilindrische toevoerleiding 2, welke bij 11 zonder noemenswaardige afronding overgaat in de buitendiffusor 1. Het in de diffusor 1 geëxpandeerde medium stroomt af via een cilindrische afvoerleiding 3* De overgang tussen de 15 buitendiffusor 1 en de afvoerleiding 3 is bij 12 praktisch zonder afronding uitgevoerd. In plaats van op de afvoerleiding 3 kan de diffusor 1 rechtstreeks aangesloten zijn op een apparaat. In de buitendiffusor. 1 is symmetrisch ten opzichte van de hartlijn ervan de binnendiffusor 4 aangebracht. Beze is met behulp van een 20 aantal afstandsteunen 5 stevig in de buitendiffusor verankerd.

Het is van voordeel om de afstandsteunen 5 stroomlijnvormig uit te voeren. In plaats van de afstandstukken 5 kan de binnendiffusor ook op andere wijze gelocaliseerd worden in de buitendiffusor 1.

He wand van de binnendiffusor 4 loopt in hoofdzaak evenwijdig 25 aan de wand van de buitendiffusor 1. Tussen de beide wanden bevindt zich een spleet 13» welke in hoofdzaak een constante breedte heeft over zijn gehele lengte, gezien in stromings-richting. He aanstroomopening 9 van de binnendiffusor heeft een zeer bepaalde breedte- of diameterverhouding ten opzichte 30 van de breedte of diameter van de toevoerleiding 2. Heze verhouding is verschillend al naargelang de diffusor tweedimensionaal of driedimensionaal uitgevoerd is. Be lengte 1 van de binnendiffusor 4 is geringer dan de lengte L van de buitendiffusor 1. He aanstroomopening 9 ligt op een zekere afstand 35 stroomafwaarts ten opzichte van de knik 11 tussen de toevoer- 7811364 6 leiding 2 en de buitendiffusor 1. Deze afstand a is wederom afhankelijk ervan of de diffusor twee- of driedimensionaal uitgevoerd is, en is tevens afhankelijk van de grootte van de tophoek van de diffusor. Evenzo is de verhouding van de heide lengten 1 : L afhankelijk van genoemde tophoek van de diffusor. ^

Met het oog op de grafieken volgens fig. 4 en 5 is schematisch in fig. 1 erop gewezen, dat de toestroming door de leiding 2 naar de diffusor mede gekenmerkt wordt door een bepaalde statische druk P en een snelheid V.

In fig. 2 is een doorsnede van een diffusor weergegeven, *Iq welke enige verfijningen vertoont ten opzichte van die van fig. 1. Tevens is in de bovenhelft van de figuur een driedimensionale diffusor weergegeven met oirkelvormige doorsnede, terwijl in de benedenhelft een doorsnede door een rechthoekige diffusor is afgebeeld. De binnendiffusor 4 is aan zijn binnen-zijde uitgevoerd met een vleugelprofiel ten einde de stroming door het inwendige van de binnendiffusor beter te geleiden.

De stroming zal de wand 6 minder snel loslaten dan volgens de eenvouftger uitvoering van fig. 1. Het is daarbij van belang dat het stuwpunt 9 van de binnendiffusor voldoet aan dezelfde 20 eisen als eerder beschreven, onder andere wat betreft zijn afstand a stroomafwaarts ten opzichte van het begin van de buitendiffusor 1 en wat betreft zijn diameter- of breedtever-houding ten opzichte van de diameter of breedte van de toevoer-leiding 2. Voor het overige komt de diffusor volgens fig. 2 25 overeen met die van fig. 1.

In fig. 3 is een rechter aanzicht van de diffusor van fig.

2 afgebeeld, eveneens in driedimensionale cirkelvormige uitvoering in de bovenhelft en rechthoekig tweedimensionaal in de benedenhelft. De rechthoekige uitvoeringsvorm in de beneden- 50 helft wordt aan beide einden afgesloten door een wand 8, waarvan er slechts één is weergegeven. De totale lengte van de diffusor bedraagt H.

In de beide figuren 2 en 3 is een verder alternatief weergegeven, namelijk een inrichting voor het opwekken van kurke- ^5 trekkerwervels (vortex) ter plaatse van de instroming van de binnendiffusor. Deze vortexgeneratoren 7 kunnen de vorm hebben 7811364

Claims (6)

1. Diffusor voor een stromend medium, met een tophoek groter dan circa 15° (driedimensionaal) respectievelijk 20° (tweedimensionaal), waarin symmetrisch ten opzichte van de hartlijn respectievelijk het middenvlak, een binnendiffusor zo- 15 danig is geplaatst, dat door de tussen de beide diffusoren gevormde spleet een belangrijk deel van de binnentredende stroom wordt geleid, met het kenmerk, dat de wanden van de binnendiffusor (4) in hoofdzaak evenwijdig lopen aan die van de buitendiffusor (l) en glad en gesloten zijn, dat de 20 spleet (13) tussen de beide diffusoren (1, 4) ook aan de uit-stroomzijde open is, en dat de binnendiffusor (4) aan zijn aanstroomzijde (9) geheel open is en een aanstrooivdoortocht heeft welke circa de helft bedraagt van de doortocht van de toevoerleiding/ter plaatse van ^ de overgang naar de buitendiffusor (l).

2. Diffusor volgens conclusie 1, met het ken merk, dat - gezien in stromingsrichting - de binnendiffusor korter is dan de buitendiffusor, waarbij de lengte (l) van de binnendiffusor van circa 1/3 tot circa 3/4 van de lengte (l) 30 van de buitendiffusor bedraagt.

3. Diffusor volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat - gezien in stromingsrichting - de aanstroomopening van de binnendiffusor zich op een afstand (a) van circa 0,05 - 0,2 D (driedimensioneel) 35 respectievelijk circa 0,05 - 0,2 B (tweedimensionaal) stroomaf- 7311354 waarts bevindt ten opzichte van het begin van de buitendiffusor.

4. Diffusor volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat - in stromingsrich-ting gezien - de binnenwand van de binnendiffusor geprofileerd is. 5

5. Diffusor volgens één of meer van de voorgaande con clusies, met het kenmerk, dat op het inwendige oppervlak van de binnendiffusor nabij de aanstroomrand vortex-generatoren (kurketrekker-wervel-opwekkers) zodanig zijn aangebracht, dat deze op onderling gelijke afstanden om en om 10 links- en rechts draaiende kurketrekker-wervels opwekken, en dat deze generatoren uit schoepen of schotten bestaan en/of als groeven of kanalen in het materiaal van de binnendiffusor zijn aangebraoht.

6. Diffusor volgens één of meer van de voorgaande con- 15 clusies, met het kenmerk, dat - gezien in stro-mingsrichting - de buiten- en de binnendiffusor van een cirkelvormige doorsnede geleidelijk overgaat in een elliptische, ovale, rechthoekige of vierkante doorsnede, of omgekeerd. 7811364