DE2140419B2 - Eddy producing guides for pipe elbow - employs two twisted strips spaced equally from centre line of elbow - Google Patents

Abstract

A pipe elbow particularly for conveying hot gases has guide surfaces in the inlet area, to influence the flow by producing eddies. The guide surfaces are positioned symmetrically about the centre line of the elbow, and spaced from it. This produces oppositely rotating eddies, which extend from the wall to the centre line of the elbow. These guides may be two helically twisted strips (5, 6) or in an alternative design, each guide consists of two strips frmed into a cross shape (10, 11) and helically twisted. In another design, a triangular baffle plate is used instead of two guides. This plate is central in the tube, and angled.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Rohrkrümmer mit Leiteinrichtungen wie Leitflächen im Eintrittsbereich zum Beeinflussen der Strömung durch Erzeugen von Wirbeln.The invention relates to a pipe bend with guide devices such as guide surfaces in the inlet area to influence the flow by creating eddies.

Die Verluste an Strömungsenergie in einem Rohrkrümmer wie auch die Verteilung derselben über dessen Austrittsquerschnitt werden umso ungünstiger, je kleiner das Verhältnis R/D, d. h. Krümmungsradius der Krümmermittellinie zum lichten Durchmesser des Rohres ist. Das gilt insbesondere für Kreisquerschnitt, aber auch in geringerem Umfange für andere Querschnitte.The losses of flow energy in a pipe elbow as well as the distribution of the same over it The outlet cross-section becomes more unfavorable the smaller the ratio R / D, i.e. H. Radius of curvature of the Elbow center line to the inside diameter of the pipe. This applies in particular to circular cross-sections, but also to a lesser extent for other cross-sections.

Es sind schon Lösungen bekanntgeworden, die zum Ziele hatten, die Verluste in Kriimmerströmungen zu vermindern. So ist es aus der US-PS 19 74 109 bekannt, die Strömung innerhalb des Krümmers so zu führen, daß das auf der Innenseite der Krümmung eintretende Medium, den Krümmer auf der Außenseite der Krümmung wieder verläßt und umgekehrt. Hierdurch soll die zu Wirbelverlusten führende ungleiche Geschwindigkeitsverteilung am Krümmer-Ausgang vermieden werden. Hierbei wird dem strömenden MediumSolutions have already become known which had the aim of reducing the losses in currents Reduce. So it is known from US-PS 19 74 109 to guide the flow within the manifold so that the medium entering on the inside of the bend, the bend on the outside of the Curvature leaves again and vice versa. This is intended to result in the unequal speed distribution leading to eddy losses be avoided at the manifold exit. This is the flowing medium

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, der generell in einem Krümmer sicn bildenden störenden Sekundärströmung entgegen zu wirken und eine Minderung der Energieverluste, aber auch eine gleichmäßigere Energieverteilung in einem durchströmten Rohrkrümmer zu erhalten.The invention is based on the object of the generally disruptive problem in a manifold Secondary flow to counteract and a reduction in energy losses, but also a more uniform one To obtain energy distribution in a pipe bend with a flow through it.

Die Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erzielt, daß zur Mittellinie des Rohrkrümmers hin symmetrisch und gegenläufig ausgerichtete Leitflächen angeordnet sind, wodurch von der Wand zur Mittellinie des Rohrkrürr. mers verlaufende, gegensinnig sich drehende Wirbel erzeugt werden.The solution to this problem is achieved in that the center line of the pipe bend is symmetrical and oppositely aligned guide surfaces are arranged, whereby from the wall to the center line of the Rohrkrürr. mers running, counter-rotating vortices are generated.

Auf diese Weise wird im Rohrkrümmer ein Gegenwirbelpaar erzeugt, das den üblicherweise sich bildenden Wirbeln entgegenwirkt und im den Rohrkrümmerdurchströmenden Medium auftretenden Energieverluste herabgesetzt Der eine Sekundärströmung im Rohrkrümmer vermindernde Gegendratl hat für jede Rohrkrümmerkonfiguration R/D einen durch Versuche ermittelbaren Optimalwert. Die Erfindung hat ferner den Vorzug, daß die Homogenisierung des strömenden Mediums im Rohrkrümmer, insbesondere bei durchströmenden Heißgasen, örtlich überhitzte Zonen oder übermäßige Wärmespannungen ausschließt.In this way, a counter-vortex pair is generated in the pipe bend, which is usually the forming eddies counteracts and in the pipe elbow flowing through Energy losses occurring in the medium are reduced Pipe elbow configuration R / D an optimum value that can be determined through experiments. The invention also has the advantage that the homogenization of the flowing medium in the pipe bend, especially when flowing through Excludes hot gases, locally overheated zones or excessive thermal stresses.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß zwei symmetrisch zur Krümmermittelebene angeordnete und zur Krümmermittelebene hin verwundene Leitflächen vorgesehen sind. Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß mehrere symmetrisch zur Krümmermittelebene angeordnete, einen kreuzförmigen Querschnitt aufweisende und zur Krümmermittelebene hin verwundene Leitflächen vorgesehen sind. Erfindungsgemäß können die Leitflächen in den an der Krümmerinnenseite befindlichen Quadranten angeordnet sein. Die Erfindung kann aber auch so gestaltet sein, daß zwei oder vier zur Krümmermittelebene symmetrisch angeordnete, einen sternförmigen Querschnitt mit beliebig vielen Flächen aufweisende Leitflächen vorgesehen sind. Mit diesen Ausgestaltungen kann die Leiteinrichtung den jeweiligen Betriebsverhältnissen, beispielsweise dem Krümmerdurchmesser und Krümmungsradius oder der Art und Geschwindigkeit des durchströmenden Mediums, zum Mindern der Energieverluste und Verbessern der Energieverteilung angepaßt werden.A further development of the invention provides that two arranged symmetrically to the manifold center plane and guide surfaces twisted towards the manifold center plane are provided. Another embodiment the invention consists in that several symmetrically arranged to the bend center plane, a cruciform Cross-section having and twisted towards the manifold center plane guide surfaces are provided. According to the invention, the guide surfaces in the Be arranged inside the manifold quadrant. However, the invention can also be designed in such a way that that two or four symmetrical to the manifold center plane arranged, a star-shaped cross section with any number of surfaces having guide surfaces provided are. With these configurations, the control system can adapt to the respective operating conditions, for example the elbow diameter and radius of curvature or the type and speed of the medium flowing through, adapted to reduce energy losses and improve energy distribution will.

Bei manchen Anwendungsfällen der Erfindung, vornehmlich bei Rohrkrümmern mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser, kann es von Vorteil sein, in den vier Quadranten des Krümmerquerschnittes je eine Leitfläche vorzusehen.In some applications of the invention, primarily in pipe bends with a relatively large diameter, it can be an advantage to have one in each of the four quadrants of the manifold cross-section Provide guide surface.

Mit der Erfindung lassen sich in einem durchströmten Rohrkrümmer die Energieverluste ferner dadurch wirkungsvoll herabsetzen, daß ein Dreieck mit gegen die Strömrichtung gerichteter und zur Krümmermittellinie nut einem Winkel angestellter Fläche und zwischen der Krümmermittellinie und der Krümmerinnenseite angeordneter Basis vorgesehen wird.With the invention can be perfused in one Elbows further reduce the energy losses effectively that a triangle with against the direction of flow directed towards the center line of the manifold at an angle and a surface between the manifold centerline and the manifold inside base is provided.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht Es zeigtEmbodiments of the invention are illustrated in the drawing. It shows

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen keine rs Einbauten aufweisenden Rohrkrümmer und das Strömungsverhalten eines diesen durchströmenden Mediums. Fig. 1 in a perspective view a no rs Pipe bends with internals and the flow behavior of a medium flowing through it.

Fig.2 in perspektivischer Darstellung den Eintritt eines Rohrkrümmers mit zwei in diesem symmetrisch zur Krümmermittelebene angeordneten und zur Krümmermittelebene hin verwundenen Leitflächen,2 shows in perspective the entry of a pipe elbow with two symmetrical in this guide surfaces arranged towards the center plane of the manifold and twisted towards the center plane of the manifold,

Fig.3 in perspektivischer Darstellung den Eintritt eines Rohrkrümmers mit zwei in diesem symmetrisch zur Krümmermittelebene angeordneten, einen kreuzförmigen Querschnitt aufweisenden und zur Krümmermittelebene hin verwundenen Leitflächen und3 shows the entry in a perspective view of a pipe bend with two arranged in this symmetrically to the bend center plane, one cross-shaped Cross-section having and twisted towards the manifold center plane guide surfaces and

F i g. 4 ebenfalls in perspektivischer Darstellung den Eintritt eines Rohrkrümmers mit einem in diesem angeordneten Dreieck.F i g. 4 also shows in perspective the entry of a pipe elbow with an in this arranged triangle.

Befindet sich vor dem in der F i g. 1 dargestellten Rohrkrümmer 1 ein längeres gerades Rohr, das in der Pfeilrichtung A von einem gasförmigen oder flüssigen, kalten oder warmen Medium durchströmt wird, so bildet sich am Eintritt des Rohrkrümmers ein turbulentes Energieprofil EP. Die im Zentrum des Mediums befindlichen Stromlinien 2 werden zufolge ihrer höheren Geschwindigkeit größeren Fliehkräften ausgesetzt und erfahren eine Verlagerung in den Pfeilrichtungen a zur Außenseite des Rohrkrümmers. Aus Kontinuitätsgründen werden die wandnahen äußeren Stromlinien 3 in den Pfeilrichtungen b zum Krümmerinne nbereich versetzt Daraus ergibt sich im Rohrkrümmer eine Sekundärströmung in Form eines gegenläufigen Wirbelpaares c, d. Dieses Wirbelpaar verstärkt die Ablösung des strömenden Mediums von der Krümmerinnenseite und hat eine inhomogene Energieverteilung zur Folge, die unterhalb des Austritts des Rohrkrümmers t in einem P₁₀,-Diagramm veranschaulicht ist.Located in front of the in FIG. 1, a longer straight pipe through which a gaseous or liquid, cold or warm medium flows in the direction of arrow A, a turbulent energy profile EP is formed at the entry of the pipe bend. The streamlines 2 located in the center of the medium are exposed to greater centrifugal forces due to their higher speed and experience a shift in the directions of the arrows a to the outside of the pipe bend. For reasons of continuity, the outer streamlines 3 close to the wall are offset in the direction of arrows b to the manifold channel. This pair of vortices intensifies the separation of the flowing medium from the inside of the bend and results in an inhomogeneous energy distribution, which is illustrated _{in a P 10 diagram below the outlet of the pipe bend t.}

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach der Fig. 2 sind am Eintritt eines Rohrkrümmers 4 zwei symmetrisch zur Krümmermittelebene angeordnete und zur Krümmermittelebene hin verwundene Leitflächen 5, 6 vorgesehen. Ein in der Pfeilrichtung B den Rohrkrümmer durchströmendes Medium wird folglich von den am Eintritt des Rohrkrümmers zur Krümmernütteltinie hin verwundenen Leitflächen 5, 6 zum Erzeugen von im strömenden Medium von der äußeren Krümmerwand zur Krümmermittellinie gegenläufig gerichteten Wirbeln 7,8 beeinflußt Das auf diese Weise erzeugte Gegenwirbelpaar wirkt den üblicherweise sich bildenden, in der F ί g. 1 dargestellten Wirbeln c d entgegen, so daß die in dem den Rohrkrümmer durchströmenden Medium auftretenden Energieverluste herabgesetzt werden und am Krümmeraustritt eine gleichmäßigere Energieverteilung herrscht als in der F i g. 1 gezeigt istIn the embodiment according to the invention according to FIG. 2, two guide surfaces 5, 6 are provided at the inlet of a pipe bend 4, which are arranged symmetrically to the bend center plane and twist towards the bend center plane. A medium flowing through the pipe bend in the direction of arrow B is consequently influenced by the guide surfaces 5, 6 twisted at the inlet of the pipe bend towards the bend vibrating line to generate vortices 7, 8 in the flowing medium from the outer bend wall to the bend center line affects the usually formed, in the F ί g. 1 against the eddies cd shown in FIG. 1 is shown

Bei der Ausführungsform nach der Fig.3 sind in einem Rohrkrümmer 9 zwei symmetrisch zur Krümmermittelebene angeordnete, einen kreuzförmigen Querschnitt aufweisende und zur Krümmermittelebene hin verwundene Leitflächen IQ, 11 vorgesehen. Ein in der Strömrichtung C durch den Rohrkrümmer strömendes Medium wird auch hier von den in Strömrichtung am Eintritt des Rohrkrümmers befindlichen, zur Krümmermittelebene hin verwundenen Leitflächen zum Erzeugen von im strömenden Medium von der äußeren Krümmerwand zur Krümmermittelebene gegenläufig gerichteten Wirbeln 12,13 beeinflußtIn the embodiment according to FIG. 3, two guide surfaces IQ, 11 are provided in a pipe bend 9, which are arranged symmetrically to the bend center plane, have a cruciform cross section and twist towards the bend center plane. A medium flowing through the pipe bend in the direction of flow C is also influenced here by the guide surfaces located in the direction of flow at the inlet of the bend, twisted towards the center plane of the bend, in order to generate vortices 12, 13 directed in opposite directions in the flowing medium from the outer bend wall to the bend center plane

Die Ausführungsformen nach den F i g. 2 und 3 können, abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen, so abgewandelt werden, daß die Leitflächen 5, 6 bzw. 10, U in den an der Krümmerinnenseite befindlichen Quadranten des Krümmerquerschnittes angeordnet sind. Es können auch vier Leitflächen 5, 6 bzw. 10, 11 vorgesehen werd'-n, die dann in den vier Quadranten des Krümmerquerschnittes anzuordnen sind. Es besteht auch die Möglichkeit, zwei oder vier zur Krümmermittelebene symmetrisch angeordnete, einen sternförmigen Querschnitt mit beliebig vielen Flächen aufweisende Leitflächen vorzusehen.The embodiments according to FIGS. 2 and 3, different from the embodiments shown, can be modified so that the guide surfaces 5, 6 or 10, U in the quadrant of the manifold cross-section located on the inside of the manifold are arranged. Four guide surfaces 5, 6 or 10, 11 can also be provided, which are then in the four Quadrants of the manifold cross-section are to be arranged. There is also the option of two or four Bend center plane symmetrically arranged, a star-shaped cross-section with any number of surfaces to provide having guide surfaces.

Die Fig.4 zeigt einen Rohrkrümmer 14. an dessen Eintritt ein Dreieck 15 mit gegen die Strömrichtung D gerichteter und zur Rohrkrümmermittellinie 16 mit einem Winkel λ angestellter Fläche und zwischen der Rohrkrümmermittellinie und der Rohrkrümmerinnenseite angeordneter Basis vorgesehen ist Das in der Strömrichtung D den Rohrkrümmer durchströmende Medium wird von dem am Eintritt des Rohrkrümmers befindlichen Dreieck 15 zum Erzeugen von im strömenden Medium von der Krümmerwand zur Krümmermittellinie gegenläufig gerichteten Wirbeln 17, 18 beeinflußt. Damit wird im Rohrkrümmer ein Gegendrall erzeugt, der dem Bilden einer Sekundärströmung entgegenwirkt und damit die Energieverluste im strömenden Medium herabsetzt.4 shows a pipe bend 14, at the entrance of which a triangle 15 is provided with a surface directed against the direction of flow D and an angle λ to the pipe bend center line 16 and a base arranged between the pipe bend center line and the inside of the pipe bend that flows through the pipe bend in the flow direction D. The medium is influenced by the triangle 15 located at the inlet of the pipe bend to generate vortices 17, 18 in the flowing medium from the bend wall to the bend center line in opposite directions. This creates a counter-swirl in the pipe bend, which counteracts the formation of a secondary flow and thus reduces the energy losses in the flowing medium.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (7)

<f<f eine Drehunga twist Patentansprüche:Patent claims: * 1. Rohrkrümmer mit Leiteinrichtungen wie Leitflächen im Eintrittsbereich zum Beeinflussen der Strömung durch Erzeugen von Wirbeln, dadurch gekennzeichnet, daß zur Mittellinie des Rohrkrümmers hin symmetrisch und gegenläufig ausgerichtete Leitflächen angeordnet sind, wodurch von der Wand zur Mittellinie des Rohrkrümmers verlaufende, gegensinnig sich drehende Wirbel erzeugt werden.* 1. Pipe elbow with guide devices such as guide surfaces in the entry area to influence the Flow by creating eddies, thereby characterized in that towards the center line of the pipe bend symmetrically and in opposite directions aligned baffles are arranged, thereby moving from the wall to the center line of the elbow running, counter-rotating vortices are generated. 2. Leiteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei symmetrisch zur Krümmungsmittelebene angeordnete und λιγ Krümmermittelebene hin verwundene Leitflächen vorgesehen sind.2. Guide device according to claim 1, characterized in that two symmetrical to the center plane of curvature arranged and λιγ manifold center plane twisted guide surfaces provided are. 3. Leiteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere symmetrisch zur Krümmermittelebene angeordnete, einen kreuzförmigen Querschnitt aufweisende und zur Krümmermittelebene hin verwundene Leitflächen vorgesehen sind.3. Guide device according to claim 1, characterized in that several symmetrical to Manifold center plane arranged, having a cruciform cross section and twisted towards the manifold center plane guide surfaces are provided are. 4. Leiteinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen in den an der Krümmerinnenseite befindlichen Quadranten des Krümmerquerschnittes angeordnet sind.4. Guide device according to claim 2 or 3, characterized in that the guide surfaces in the are arranged on the inside of the manifold quadrants of the manifold cross-section. 5. Leiteinrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder vier zur Krümmermittelebene symmetrisch angeordnete, einen stern- förmigen Querschnitt mit beliebig vielen Flächen aufweisende Leitflächen vorgesehen sind.5. Guide device according to claim 3. characterized characterized in that two or four symmetrically arranged to the manifold center plane, a star shaped cross-section with any number of surfaces having guide surfaces are provided. 6. Leiteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den vier Quadranten des Krümmerquerschnittes je eine Leitfläche vorgesehen ist.6. Guide device according to claim 3, characterized in that in the four quadrants of the Manifold cross-section is each provided a guide surface. 7. Leiteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dreieck mit gegen die Strömrichtung gerichteter und zur Krümmermittellinie mit einem Winkel abgestellter Fläche und zwischen der Krümmermittellinie und der Krümmerinnenseite angeordneter Basis vorgesehen ist.7. Guide device according to claim 1, characterized in that a triangle with against the Direction of flow directed towards the center line of the manifold at an angle and surface is provided between the manifold centerline and the inside of the manifold base. 180° in einer Ebene senkrecht zur Sttomu^richtung vermittelt, die iftrerseits aber neue Strömungsverluste verursacht180 ° mediated in a plane perpendicular to the direction of the stoma, but the other side is new Causes flow losses D^se Lösung soll durch eine spezielle Vereinfachung- £2 in der US-PS 19 74 UO beschrieben Z-verbessert werden. Hierbei wird die Drehung um 180° in einer Ebene senkrecht zur Strömungsnchtung bereite vor dem Eintritt in den Krümmer eingeleitetD ^ se solution is to be -improves by a special Vereinfachung- £ 2 in the US-PS 19 74 UO described Z. Here, the rotation through 180 ° is initiated in a plane perpendicular to the direction of flow, ready before entering the manifold D^ eigentliche Grund für das Auftreten von Strömungsverlusten in einer Krümmerstromung hegt m ^Eigenschaft der gekrümmten räumlichen Potentialströmung, eine Sekundärströmung zu erzeugen, die m ^VröTichtung im strömenden Medium beiderseits der SneSeffinie gegenläufige Wirbel erzeugt^DSe einläufigen Wirbel befördern das stromende Medium vom inneren Bereich des Rohrkrümmers zu dessen Mßenseitea Dadurch ist im Austnttsquerschmtt die Strömungsenergie an der Außenseite des stromenden Mediums weit größer als in deren mittlerem Bere.ch. Ein wesentlicher Teil des Energieverlustes im Rohrkrümmer .st auf das Entstehen von n.cht wieder rückgewmnbaren Wirbelenergieverlusten zurückzufühD ^ real reason for the occurrence of Flow losses in a manifold flow are m ^ Property of the curved spatial potential flow, to generate a secondary flow that m ^ Prevention in the flowing medium on both sides of the SneSeffinie creates eddies running in opposite directions ^ DSe single-flow eddies convey the flowing medium from the inner area of the pipe elbow to it Mßenseita As a result, the flow energy is on the outside of the flowing stream in the outlet Medium far larger than in its middle area. A significant part of the energy loss in the elbow .st can be traced back to the occurrence of eddy energy losses that cannot be recovered