• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein insbesondere als ein Diffusor ausgeführtes Strömungsleitelement (1). Das Strömungsleitelement (1) hat eine Eintrittsöffnung (2) und eine Austrittsöffnung (3), deren jeweilige Querschnittsflächen voneinander abweichen. Entsprechend der dargestellten Außenseite hat das Strömungsleitelement (1) an seiner Innenwandfläche (4) spiralförmig angeordnete Vertiefungen (5) und Erhebungen (6), die eine Neigung (7) gegenüber einer Längsachse (8) des Strömungsleitelementes (1) aufweisen. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Strömungsleitelementes (1) bei einem großen Öffnungswinkel bei zugleich reduzierter Baulänge ermöglicht, indem mittels der spiralförmig angeordneten Vertiefungen (5) und Erhebungen (6) eine Vergleichmäßigung der Strömung bzw. des Strömungsprofils erreicht wird.
    公开号:DE102004007145A1
    申请号:DE200410007145
    申请日:2004-02-12
    公开日:2005-11-17
    发明作者:Noorkami Jamshid
    申请人:Noorkami Jamshid；
    IPC主号:B05B1-34
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein insbesondere als ein Diffusor oder eine Düse ausgeführtes Strömungsleitelementmit einer Eintrittsöffnungund einer Austrittsöffnung,deren jeweilige Querschnittsflächen voneinanderabweichen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine mit einem solchenStrömungsleitelement ausgestatteteströmungstechnischeAnlage.
    [0002] Einsolches als ein Diffusor oder eine Düse ausgeführtes Strömungsleitelement wird in derPraxis insbesondere bei großtechnischenAnlagen zur Energiegewinnung sowie bei Brennkraftmaschinen bereitsvielfach eingesetzt und zähltdaher durch offenkundige Vorbenutzung zum Stand der Technik.
    [0003] DerDiffusor dient dabei der Rückgewinnung kinetischerStrömungsenergie,wobei in Strömungsrichtungeine Zunahme des statischen Drucks erfolgt. Dabei findet eine Umsetzungvon kinetischer Energie in potentielle Energie statt. Diese Energieumsetzung istbei vielen technischen Anwendungen erwünscht.
    [0004] Sosetzt der Leitapparat (Diffusor) eines Verdichters die hohe kinetischeEnergie des strömenden Fluidesam Laufradaustritt möglichstvollständigund verlustarm in statischen Druck um. Im Bereich der Unterschallströmungen hatein Diffusor die Form eines Kanals, dessen Querschnitt sich in Strömungsrichtungerweitert. Der in einer Diffusorströmung erreichbare Druckgewinnhängt vonmehreren Parametern ab. Er wird sowohl vom Diffusoröffnungswin kel alsauch von den Strömungsverhältnissenund der Grenzschichtdecke im Diffusoreintritt beeinflusst.
    [0005] Ausder Grenzschichttheorie ist bekannt, dass Strömungen mit Druckanstieg starkablösungsgefährdet sind.Solche Ablösungenführenjedoch zu großenStrömungsverlusten.
    [0006] Insbesondereführt eineplötzlicheQuerschnittserweiterung aufgrund des großen Druckgradienten zur Ablösung derStrömung.Es werden daher in der Praxis zumeist Diffusoren eingesetzt, die einelangsame Erweiterung des Strömungsquerschnittes,meist in konischer Form, aufweisen. Es sind dabei Öffnungswinkelvon maximal 10° üblich.
    [0007] Alsnachteilig erweist sich bei sehr kleinen Erweiterungswinkeln hingegendie damit verbundene großeBaulängeund der großeReibungsverlust infolge der Wandreibung.
    [0008] DasAuftreten von Ablösungenin Diffusoren hängt überwiegendvom Druckanstieg ab und ist somit eine Frage der Diffusorgeometrie.
    [0009] Esist weiterhin auch bereits eine Bauform eines Diffusors bekannt,dessen Innenwandflächenmit Querrippen ausgestattet sind, um eine intensive Strömungsablösung zuerreichen. Hierdurch soll eine Umgestaltung des Geschwindigkeitsprofilsentlang des gesamten Kanals hervorgerufen und der Wirkungsgrad vonDiffusorströmungendurch die intensive Ablösungder Strömungverbessert werden.
    [0010] Aufgabeder vorliegenden Erfindung ist daher, ein als ein Diffusor odereine Düseausgeführtes Strömungsleitelementden Wirkungsgrad bei zugleich reduzierter Baulänge zu verbessern. Weiterhin istes Aufgabe der Erfindung, eine entsprechend ausgeführte strömungstechnischeAnlage zu schaffen.
    [0011] Dieerstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Strömungsleitelementgemäß den Merkmalendes Anspruchs 1 gelöst.Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen 2 bis12 zu entnehmen.
    [0012] Erfindungsgemäß hat alsoein Strömungsleitelementeine an einer Innenwandflächedes Strömungsleitelementesangeordnete, mit Vertiefungen und/oder Erhebungen ausgestatteteStrukturierung, die eine vorbestimmte Neigung, insbesondere also eineSteigung, gegenüberder Längsachsedes Strömungsleitelementesaufweist.
    [0013] DieErfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass das als Diffusoroder Düseausgeführte Strömungsleitelementbei einem großen Öffnungswinkeldann ohne Verringerung des Wirkungsgrades realisierbar ist, wennmittels der Strukturierung ein Drall der Strömung erzeugt wird. Dabei beruhtdie Verbesserung des Wirkungsgrades auf der Vergleichmäßigung derStrömungbeim Durchtritt des Strömungsleitelementes.Der Verbesserung des Wirkungsgrades ist dabei umso größer, jeungleichmäßiger dieZuströmungist. Eine möglicheErklärungfür diesen überraschendenund fürdie Fachwelt unerwarteten Effekt der Wirkungsgradverbesserung istin der dünnerenGrenzschicht zu suchen, da durch die Drallkomponente der Impulsaustauschmit den äußeren Stromflächen verbessertwird, wodurch sich ein Ablösenan der Wand erst bei größeren Öffnungswinkelneinstellt. Die Erhöhungder auftretenden Scherkräfteführt zueiner homogenen Verteilung des Fluides und der Temperatur innerhalbdes Strömungsleitelementes.
    [0014] Erfindungsgemäß wird hierdurcheine Umfangskomponente der Geschwindigkeit erzeugt, welche die Turbulenzproduktionan der Innenwandfläche verstärkt undAblöse-Tendenzenunterdrückt.Außerdemführt dieserEffekt zu einer homogenen Verteilung der Fluidpartikel, weil dieScherkraft optimiert wird. Weiterhin führt die Umfangskomponente zuder homogenen Verteilung der Strömung.
    [0015] Nacheiner besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindungsind hierzu die Vertiefungen oder Erhebungen wendel- oder spiralförmig ander Innenwandflächeangeordnet. Hierdurch wird die eintretende Fluidströmung indie gewünschteRotation um die Mittellängsachsedes Strömungsleitelementesversetzt, ohne dass dabei zugleich eine Ablösung der Strömung zubefürchtenist. Die Steigung der Vertiefungen oder Erhebungen ist dabei wesentlichabhängigvon den Parametern der Zuströmung.
    [0016] DieVertiefungen oder Erhebungen könnten lediglichabschnittsweise beispielsweise im Bereich der Eintrittsöffnung angeordnetsein. Besonders praxisgerecht ist hingegen eine Ausgestaltung, beider die Vertiefungen oder Erhebungen durchgehend zwischen der Eintrittsöffnung undder Austrittsöffnung verlaufendangeordnet sind, so dass die Rationsbewegung besonders effektiverfolgen kann und eine Strömungsablösung innerhalbdes Strömungsleitelementesausgeschlossen ist.
    [0017] DieVertiefungen oder Erhebungen könnten durchNuten oder Einfräsungenin der Innenwandflächegebildet sein oder in Form von Rippen an der ansonsten glatten Innenwandfläche angeordnetsein. Besonders effektiv ist hingegen eine Ausgestaltung, bei derdie Vertiefungen oder Erhebungen einen stetigen Verlauf in der Querschnittsebenedes Strömungsleitelementesaufweisen. Hierdurch wird insbesondere eine unerwünschte Strömungsablö sung, dienach den bisherigen Erkenntnissen zu Strömungsverlusten und damit zueiner Reduzierung des Wirkungsgrades führen.
    [0018] Dabeiweisen nach einer weiteren besonders Erfolg versprechenden Abwandlungdie Vertiefungen oder Erhebungen zwischen der Eintrittsöffnung und einerAustrittsöffnungein stetigen Neigungs- bzw. Steigungswinkel auf, um so insbesondereSprünge oderUnterbrechungen der Vertiefungen oder Erhebungen und das damit verbundeneAuftreffen der Fluid-Strömungauf Kanten oder Randabschnitte zu verhindern.
    [0019] Grundsätzlich sindAusführformendenkbar, bei denen die Vertiefungen oder Erhebungen zwischen derEintrittsöffnungund einer Austrittsöffnung einekonstante Breite sowie Geometrie aufweisen, wobei aufgrund der abweichendenQuerschnittsflächendie Anzahl der Vertiefungen oder Erhebungen ebenfalls unterschiedlichist. Besonders einfach ist demgegenüber eine Weiterbildung, beider die Breite der Vertiefungen oder Erhebungen von den Eintrittsöffnung undeiner Austrittsöffnungstetig zunimmt oder abnimmt, so dass die abweichende Größe der Eintritts-gegenüberdem Austrittsquerschnitt durch eine entsprechende Veränderungder Breite oder Geometrie der Vertiefungen oder Erhebungen erreicht wird.
    [0020] Dabeierweist es sich zudem als besonders praxisnah, wenn die die Vertiefungenoder Erhebungen überden Innenumfang der Innwandfläche gleichverteiltsowie symmetrisch zu Mittellängsachse angeordnetsind und daher eine überden Querschnitt des Strömungsleitelementeseinheitliche Rotationsprofil zu erreichen, welcher zu eine weiterverbesserten Wirkungsgrad führt.
    [0021] Ebensoerweist es sich zur Erzielung einer optimalen Angleichung der Strömung über denQuerschnitt des Strömungsleitelementesals besonders zweckmäßig, wenndie Vertiefungen oder Erhebungen in der Querschnittsebene übereinstimmendeAbmessungen aufweisen und daher insbesondere geometriebedingte Abweichungenausgeschlossen sind.
    [0022] Hierzukann die Strukturierung auch derart ausgeführt sein, dass die Vertiefungenoder Erhebungen aufweist, die aus Kreissegmenten zusammengesetztsind, wobei insbesondere die Steigungsdifferenzen konstant sind. ÖrtlicheDruckdifferenzen könnenso in optimaler Weise ausgeschlossen werden.
    [0023] DieVertiefungen oder Erhebungen können bisin die Eintrittsöffnungoder die Austrittsöffnung fortgeführt werden.Besonders praxisgereicht ist hingegen eine Ausführungsform, bei der die Eintrittsöffnung oderdie Austrittsöffnungeine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen,um so die Anbildung an bereits vorhandene Strömungsleitelemente, beispielsweiseRohrstutzen, wesentlich zu vereinfachen. Dabei schließt die Strukturierunginsbesondere unmittelbar an die kreisförmige Querschnittsfläche derEintrittsöffnungoder die Austrittsöffnungan.
    [0024] DasStrömungsleitelementkönntevon seiner Grundsform entsprechend einem Kegeldiffusor oder Kegeldüse ausgeführt werden.Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird jedochauch erreicht, wenn das Strömungsleitelementals ein Ringdiffusor ausgeführtist.
    [0025] Diezweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer strömungstechnischenAnlage, insbesondere Turbomaschine, mit einem insbesondere als einDiffusor oder eine DüseausgeführtenStrömungsleitelement,dessen Eintrittsöffnungund einer Austrittsöffnungvoneinander abweichende Querschnittsflächen aufweisen, wobei eineInnenwandflächeeine Strukturierung aufweist, die über die Innenwandfläche verteilteVertiefungen oder Erhebungen aufweist, die eine Steigung gegenüber derMittellängsachseaufweisen. Dabei wird aufgrund des durch die Vertiefungen oder Erhebungenerzeugten Dralls eine Vergleichmäßigung derZuströmungerreicht, die insbesondere wesentliche Verbesserungen der Effektivität im Vergleichzu handelsüblichen Diffusorenermöglichen.Dabei kann auf vorhandene Konstruktionen an sich bekannter Anlagenuneingeschränktzurückgegriffenwerden, so dass sich das Strömungsleitelementauch zum Austausch bei bereits vorhandenen Anlagen eignet.
    [0026] Beispielsweisekann die strömungstechnischeAnlage als eine Brennkraftmaschine ausgeführt sein.
    [0027] DieErfindung lässtverschiedene Ausführungsformenzu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davonin der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diesezeigt in
    [0028] 1 eineperspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Strömungsleitelementes;
    [0029] 2 einenQuerschnitt durch das in 1 gezeigte Strömungsleitelement;
    [0030] 3 einevergrößerte Darstellungeines lediglich Ausschnittsweise dargestellten Querschnitts desin 1 gezeigten Strömungsleitelementes.
    [0031] 1 zeigtin einer perspektivischen Ansicht ein insbesondere als ein Diffusorausgeführteserfindungsgemäßes Strömungsleitelement 1.Das Strömungsleitelement 1 hateine Eintrittsöffnung 2 undeiner Austrittsöffnung 3,deren jeweilige in 2 und 3 näher dargestellteQuerschnittsflächenvoneinander abweichen. Außenseitigist dabei eine sich innenseitig abbildende, an einer Innenwandfläche 4 desStrömungsleitelementes 1 spiralförmig angeordne te,mit Vertiefungen 5 und Erhebungen 6 ausgestatteteStrukturierung, die eine vorbestimmte Neigung 7 gegenüber einerLängsachse 8 desStrömungsleitelementes 1 aufweisen.Die Vertiefungen 5 oder Erhebungen 6 verlaufendurchgehend, stetig zwischen der Eintrittsöffnung 2 und der Austrittsöffnung 3 wobeidie Breite b der Vertiefungen 5 und Erhebungen 6 vonder Eintrittsöffnung 2 zuder Austrittsöffnung 3 stetigzunimmt. Hierdurch lässtsich ein großer Öffnungswinkelohne Einschränkungdes Wirkungsgrades realisieren.
    [0032] Die 2 und 3 zeigenjeweils einen Querschnitt durch das in 1 gezeigteStrömungsleitelement 1,wobei die 2 einen vergrößerten Ausschnittzeigt. Zu erkennen sind die an der Innenwandfläche 4 des nicht weiterdargestellten Strömungsleitelementes 1 angeordnetenVertiefungen 5 und Erhebungen 6. Hierbei sinddie Vertiefungen 5 und Erhebungen 6 über denInnenumfang der Innenwandfläche 4 gleichverteiltangeordnet und weisen eine einheitliche Breite b auf. Die Vertiefungen 5 oder Erhebungen 6 sindaus Kreissegmenten zusammengesetzt, die sich zwischen dem RadiusRa des Außenhüllkreises und dem Radius Ri des Innenhüllkreises erstrecken. Der Winkel α entsprichtdabei dem Verhältnisvon 360° zuder Anzahl der Vertiefungen 5 und Erhebungen 6 während derWinkel β demWinkelabstand der Vertiefungssegmente entspricht.
    权利要求:
    Claims (14)
    [1] Ein insbesondere als ein Diffusor oder eine Düse ausgeführtes Strömungsleitelement(1) mit einer Eintrittsöffnung(2) und einer Austrittsöffnung(3), deren jeweilige Querschnittsflächen voneinander abweichen,gekennzeichnet durch eine an einer Innenwandfläche (4) des Strömungsleitelementes(1) angeordnete, mit Vertiefungen (5) und/oderErhebungen (6) ausgestattete Strukturierung, die eine vorbestimmteNeigung (7), insbesondere eine Steigung, gegenüber derLängsachse(8) des Strömungsleitelementes(1) aufweisen.
    [2] Strömungsleitelement(1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen(5) und/oder die Erhebungen (6) wendel- oder spiralförmig ander Innenwandfläche(4) angeordnet sind.
    [3] Strömungsleitelement(1) nach den Ansprüchen1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (5)und/oder die Erhebungen (6) durchgehend zwischen der Eintrittsöffnung (2)und der Austrittsöffnung(3) verlaufend angeordnet sind.
    [4] Strömungsleitelement(1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Vertiefungen (5) und/oder die Erhebungen(6) einen stetigen Verlauf in der Querschnittsebene desStrömungsleitelementes(1) aufweisen.
    [5] Strömungsleitelement(1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Vertiefungen (5) und/oder die Erhebungen(6) zwischen der Eintrittsöffnung (2) und derAustrittsöffnung(3) ein stetigen Neigungs- bzw. Steigungswinkel aufweisen.
    [6] Strömungsleitelement(1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Vertiefungen (5) und/oder die Erhebungen(6) eine zwi schen der Eintrittsöffnung (2) und derAustrittsöffnung(3) stetig zunehmende bzw. abnehmende Breite (b) aufweisen.
    [7] Strömungsleitelement(1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Vertiefungen (5) und/oder die Erhebungen(6) überden Innenumfang der Innenwandfläche(4) gleichverteilt angeordnet sind.
    [8] Strömungsleitelement(1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Vertiefungen (5) und/oder die Erhebungen(6) symmetrisch zur Mittellängsachse (Längsachse 8) angeordnetsind.
    [9] Strömungsleitelement(1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Vertiefungen (5) und/oder die Erhebungen(6) in der Querschnittsebene übereinstimmende Abmessungenaufweisen.
    [10] Strömungsleitelement(1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Vertiefungen (5) und/oder die Erhebungen(6) aus Kreissegmenten zusammengesetzt sind.
    [11] Strömungsleitelement(1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (2) und/oder dieAustrittsöffnung(3) eine kreisförmigeQuerschnittsflächeaufweisen.
    [12] Strömungsleitelement(1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement(1) als ein Ringdiffusor ausgeführt ist.
    [13] StrömungstechnischeAnlage, insbesondere Turbomaschine, mit einem insbesondere als einDiffusor oder eine DüseausgeführtenStrömungsleitelement(1), dessen Eintrittsöffnung(2) und einer Austrittsöffnung(3) voneinander abweichende Querschnittsflächen aufweisen,dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenwandfläche (4) eine Strukturierung aufweist,die überdie Innenwandfläche(4) verteilte Vertiefungen (5) und/oder die Erhebungen(6) aufweist, die eine Steigung (Neigung 7) gegenüber der Längsachse(8) aufweisen.
    [14] StrömungstechnischeAnlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die strömungstechnischeAnlage als eine Brennkraftmaschine ausgeführt ist.
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    引用文献:
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    法律状态:
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    2010-03-18| 8364| No opposition during term of opposition|
    2013-01-10| R084| Declaration of willingness to licence|
    2017-02-23| R120| Application withdrawn or ip right abandoned|
    优先权:
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