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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Luftauslasseinheit für eine große Gebläseanordnung umfassend
ein Auslassrohrelement mit einem stromaufwärts gelegenen inneren Ende,
welches in einer Strömungsverbindung
mit der Druckseite eines Gebläserads
der Gebläseanordnung
steht, und einem stromabwärts
gelegenen äußeren Ende
für eine
Verbindung mit einem Leitungskanal und ein im Wesentlichen zylindrisches
inneres Rohrelement, koaxial angeordnet zu dem Auslassrohrelement
und mit einem inneren Ende, das im Wesentlichen mit dem inneren Ende
des Auslassrohrelementes ausgerichtet ist, und mit einem stromabwärts gelegenen äußeren Ende,
wobei das innere Rohrelement durch ein Schließmittel geschlossen ist. Solch
eine Einheit ist zum Beispiel aus der FR-A-891380 bekannt.
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In
großen
Gebläseanordnungen
für Kraftwerke,
Wirbelschichtsysteme, Tunnel und dergleichen kann die Leistung des
Motors zum Antreiben des Gebläserads
700 kW oder mehr betragen, so dass die Effizienz der Gebläseanordnung
von kritischer Wichtigkeit ist. Die Entwicklung von großen Gebläseanordnungen
hat darüber
hinaus die Anforderungen für
die unterschiedlichen Teile gestrafft, da die Geschwindigkeit und
der Druck des Fluids ansteigen.
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Dieses
gilt für
alle Luftauslasseinheiten des zuvor aufgeführten Typs, der Gase mit hoher
Geschwindigkeit und Drücken
handhabt, und bei dem Wirbel und eine wieder umlaufende Strömung an dem
Ende des inneren Rohrelementes einen Ernst zunehmenden, negativen
Effekt auf die Effizienz haben.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Luftauslasseinheit
mit verbesserter Effizienz bereitzustellen, d. h. mit einem verringerten
Druckverlust und einem einheitlicheren Geschwindigkeitsprofil.
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Die
Luftauslasseinheit gemäß der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohrelement ein geöffnetes,
stromabwärts
gelegenes Ende aufweist, das in die Stromabwärtsrichtung über das
stromabwärts
gelegene äußere Ende
des Auslassrohrelementes hervorragt.
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Die
Wirkung des offenen, stromabwärts
gelegenen Endes ist, dass die wieder umlaufende Strömung und/oder
Wirbel mehr oder weniger in dem offenen Ende des inneren Rohrs enthalten
sind, so dass diese nur zu einem begrenzten Ausmaß die Strömung stören und
eventuell sogar einen positiven Einfluss auf die Strömung aufweisen.
Darüber
hinaus wird eine Verbesserung der Strömung erhalten, so dass das
Geschwindigkeitsprofil zu einem idealen Profil in einem kürzeren Abstand
hinter dem Luftauslass im Vergleich mit den bekannten Konstruktionen geglättet ist.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Luftauslasseinheit dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des
hervorragenden, stromabwärts
gelegenen Endes des inneren Rohrelements von dem stromabwärts gelegenen äußeren Ende
des Auslassrohrelementes zu dem stromabwärts gelegenen Ende des hervorragenden
Endes in dem Bereich von 0,25D bis 1,5D, bevorzugt etwa bei 1D liegt,
wobei D der Durchmesser des inneren Rohrelementes ist. In Studien über die
Wirkung von unterschiedlichen Längen
des Vorsprungs wurde herausgefunden, dass mit diesen Längen des
Vorsprungs exzellente Ergebnisse erhalten werden, vermutlich deshalb,
da die Strömung
sich nicht stabilisiert hat, bis zu einer bestimmten Distanz hinter
dem Auslass der Luftauslasseinheit.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel ist
die Luftauslasseinheit dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohrelement
einen Basisabschnitt und ein Ansatzrohrelement umfasst. Dies bedeutet, dass
eine herkömmliche
Luftauslasseinheit gemäß dem Stand
der Technik mit einem Ansatzrohrelement mit geöffneten Enden in dem stromabwärts gelegenen
Ende des ursprünglichen
inneren Rohrelements nachgerüstet
werden kann. Auf diese Weise kann die Effizienz eines Luftauslasses
auf eine sehr leichte Weise und zu günstigen Kosten verbessert werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel ist
die Luftauslasseinheit dadurch gekennzeichnet, dass das Schließmittel
des inneren Rohrelements irgendwo zwischen dem inneren Ende des
inneren Rohrs und einer Position, die zu dem stromabwärts gelegenen äußeren Ende
des Auslassrohrelements ausgerichtet ist, angeordnet ist. Die Funktion
des Schließmittels
ist es, das innere Rohr so zu schließen, dass keine Rückströmung durch
das innere Rohr fließt.
Dieses Schließmittel
kann irgendwo zwischen dem inneren Ende des inneren Rohrs und einer
Position in Ausrichtung zu dem stromabwärts gelegenen Ende des Auslassrohrs
positioniert werden.
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Ein
besonderer Typ einer Luftauslasseinheit ist ein Diffusor, dessen
Aufgabe es ist, die Strömung an
Luft oder ausgelassenen Gasen aus einem Bereich einer Strömung, korrespondierend
zu der Größe des Gebläses, zu
einem Bereich mit einem größeren Querschnitt,
der zu dem nachfolgenden Kanal korrespondiert, zu expandieren. Wenn
der Strömungsbereich
expandiert wird, wird die Strömung verzögert und
der Druck steigt an. Dies bedeutet, dass das Fluid gegen einen gegenläufigen Druckgradienten
strömt,
und als Folge davon besteht ein noch höheres Risiko einer Trennung
und/oder Rezirkulation der Strömung
in oder hinter dem Diffusor gegenüber anderen Luftauslasseinheiten,
und dieses hat einen starken negativen Einfluss auf die Effizienz
der Gebläseanordnung.
Bei bekannten Diffusern werden rezirkulierende Ströme und Wirbel
an dem Ende des inneren Rohrs erzeugt, und dieses hat einen nachteiligen
Effekt auf den Fluidstrom. Die rezirkulierende Strömung und
die Wirbel bewirken eine Strömungsveränderung
(Veränderung
eines Geschwindigkeitsprofils), welche nicht bis zu einem weiten
Abstand hinter dem Diffusor geglättet
wird, und was in dem schlimmsten Fall zu einem unerwünschten
Verlust aufgrund von Stoßwellen
in dem Fluid führt.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Luftauslasseinheit ein Diffusor mit einem Auslassrohrelement,
welches leicht divergierende Wände
in der Stromabwärtsrichtung
aufweist. Die Vorteile dieser Erfindung sind noch größer in Diffusern,
als in anderen Luftauslasseinheiten, wenn das Fluid gegen einen
gegenwirkenden Druckgradienten strömt.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
ist die Luftauslasseinheit eine Düse mit einem Auslassrohrelement,
das leicht konvergierende Wände
in der Stromabwärtsrichtung
aufweist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1 eine
Endansicht einer großen
Gebläseanordnung
ist, welche teilweise geschnitten ist,
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2 ein
Querschnitt eines Diffusors gemäß einem
Stand der Technik ist,
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3 eine
schematische Ansicht der Strömung
und ein Geschwindigkeitsprofil hinter dem Diffusor gemäß 2 zeigt,
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4 ein
Querschnitt eines Diffusors gemäß der Erfindung
ist,
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5 eine
schematische Ansicht der Strömung
und des Geschwindigkeitsprofils hinter dem Diffusor gemäß 4 zeigt
und
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6 in
perspektivischer Darstellung eine Querschnittsansicht des Diffusors
gemäß 4 ist.
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In
Bezug auf 1 umfasst die Gebläseanordnung 2 einen
Ansaugkasten 7 mit einem Einlass für Luft, ein Gebläserad 4 und
einen Diffusor 1. Das Gebläserad 4 wird durch
einen Motor 8, der mit dem Gebläserad 4 durch eine
Welle 9, welche sich durch den Ansaugkasten 7 erstreckt,
verbunden ist, angetrieben. Ein rohrförmiger Körper 10 durch den
Ansaugkasten 7 enthält
die Welle 9, Hauptlager 11 und jede andere Ausrüstung. Ein
Fluid, zum Beispiel Luft für
ein Kraftwerk oder ein Rauchgas, das von einem Kraftwerk ausgeblasen
wird, wird durch das Gebläserad 4 in
den Ansaugkasten 7 in die Richtung, die durch den Pfeil
A dargestellt ist, angezogen und der Ansaugkasten 7 gibt
eine Veränderung
der Strömungsrichtung
von dem Einlass zu dem Gebläserad 4 weiter.
Das Gebläserad 4 mit
Schaufeln wird durch die Welle 9, die mit dem Motor 8 verbunden
ist, gedreht, wobei die Schaufeln wiederum einen Druckanstieg in
dem Fluid schaffen. Wie erwähnt
verläuft
die Welle 9 durch den Ansaugkasten 7 in dem rohrförmigen Körper 10,
welcher ebenso die Hauptlager 11 für die Welle 9, Leitungen
zum Abdichten von Luft und Ausrüstung,
die erforderlich oder nützlich
für die Funktion,
die Überwachung
oder die Steuerung des Gebläses
ist, enthält.
Dies bedeutet, dass die Abmaße
des rohrförmigen
Körpers 10 gewöhnlich ziemlich groß sind,
zum Beispiel bei einem Gebläserad 4 mit einem
Durchmesser an der Schaufelspitze von 3200 mm beträgt der Durchmesser
des rohrförmigen
Körpers 10 1600
mm.
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Der
Diffusor gemäß dem Stand
der Technik, der in 2 dargestellt ist, weist ein
im Wesentlichen zylindrisches inneres Rohrelement 5 und
divergierende äußere Wände, mit
denen das innere Rohrelement 5 durch eine Reihe von Abstandshaltern 12 an jedem
Ende des Diffusors 1 verbunden ist, auf. Der Diffusor 1 wird
normalerweise an einem Flansch 13 mit einem Leitungskanal
verbunden, angeordnet an dessen stromabwärtsgelegenem Ende und an der Schnittstelle
zwischen dem Diffusor 1 und dem Leitungskanal, wobei die
Fluidströmung
einen plötzlichen
Flächenanstieg
erfährt.
An seinem stromabwärts
gelegenen Ende ist das innere Rohrelement 5 durch ein Schließmittel 6 in
Form einer Wand, die etwa in Abgleich mit dem Verbindungsflansch 13 positioniert
ist, verschlossen. Wie in 3 gesehen werden
kann, trennt sich die Fluidströmung
an dem stromabwärts
gelegenen Ende des inneren Rohrelements 5 und eine rezirkulierende
Strömung
bildet sich unmittelbar stromabwärts
von dem Rohrende. Diese rezirkulierende Strömung bewirkt eine Veränderung
einer effektiven Geometrie, da die rezirkulierende Strömung den
Hauptstrom radial nach außen drückt, und
darüber
hinaus verringert die rezirkulierende Strömung die Geschwindigkeit der
Hauptströmung
an der Schnittstelle zwischen der Hauptströmung und der rezirkulierenden
Strömung.
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In
Bezug auf 4 ist der Diffusor 101 gemäß der Erfindung
ausgerüstet
mit einem inneren Rohrelement 105, das aus dem Auslassrohrelement 103 über den
Verbindungsflansch 113, an welchem der Diffusor 101 mit
einem Leitungskanal, nicht dargestellt, verbunden ist, herausragt.
Die Länge
des hervorragenden, stromabwärts
gelegenen Endes über
das äußere Ende
des Auslassrohrelementes 103 kann in Relation zu der Strömungsgeschwindigkeit,
dem Fluid und den Abmaßen
des Diffusors 101 gewählt
werden, liegt jedoch üblicherweise
in dem Bereich von 0,25*D bis 1,5*D, bevorzugt etwa bei 1*D, wobei
D der Durchmesser des inneren Rohrelements 105 ist.
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Durch
diese Bemessung wird die Effizienz des Diffusors 101 verbessert
und ein Bild des verbesserten Geschwindigkeitsprofils an dem Auslass
des Diffusors 101 gemäß der Erfindung
kann in 5 gesehen werden. Wie dort gesehen
werden kann, ist die rezirkulierende Strömung teilweise in dem hohlen Ende
des inneren Rohrelements 105 beinhaltet, so dass der Einfluss
der rezirkulierenden Strömung
auf die Hauptströmung
größtenteils
reduziert ist.
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Ein
bevorzugter Weg zum Erhalten eines inneren Rohrelements mit diesen
Eigenschaften ist es, ein bekanntes inneres Rohrelement mit einem
Ansatzrohrelement 116 in dem stromabwärts gelegenen Ende auszurüsten.
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6 ist
möglicherweise
eine mehr illustrative Ansicht des Diffusors 1 gemäß der Erfindung.
Wie dort gesehen werden kann, besteht das innere Rohrelement 105 aus
zwei Teilen, einem Basiselement 115 und einem Ansatzrohrelement 116,
so dass das Schließmittel 106 relativ
zu dem Ende des Ansatzrohrelements 116 zurückgesetzt
ist, wobei das Ansatzrohrelement 116 wiederum hervorragt
aus dem Auslassrohrelement 103. Wieder ist das innere Rohrelement 115 mit
dem Auslassrohrelement 103 durch Abstandshalter 112 verbunden
und ein Leitungskanal kann mit dem Diffusor 101 an einem Flansch 113 verbunden
werden.
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Das
Schließmittel 106 des
inneren Rohrelementes kann irgendwo entlang der Länge des
inneren Rohrs platziert werden, solange wie das innere Rohr ein
geöffnetes
Ende aufweist. Jedoch ist es bevorzugt, dass das Schließmittel
nahe einer Position in Ausrichtung mit dem stromabwärts gelegenen äußeren Ende
des Auslassrohrelements oder stromaufwärts von diesem platziert ist.
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Das
Schließmittel 106 des
inneren Rohrelements kann eine geeignete Form annehmen, zum Beispiel
als eine Wand, ein Block, eine Trennwand, eine Platte etc.
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Das
Ansatzrohrelement 116 ist bevorzugt zylindrisch, kann jedoch
auch leicht konisch ausgebildet sein.
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Die
Verwendung eines Diffusors zur Verdeutlichung der Erfindung in den
Zeichnungen soll nicht begrenzend sein, da die Erfindung auch die
Effizienz in anderen Luftauslasseinheiten wie Luftauslasseinheiten
mit einem Auslassrohr mit zylindrischen, nicht divergierenden Wänden verbessert.