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WO2000049297B1 - Diffusor ohne pulsation der stoss-grenzschicht und verfahren zum unterdrücken der stoss-grenzschicht-pulsation von diffusoren - Google Patents

Diffusor ohne pulsation der stoss-grenzschicht und verfahren zum unterdrücken der stoss-grenzschicht-pulsation von diffusoren

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WO2000049297B1
WO2000049297B1 PCT/EP2000/001300 EP0001300W WO0049297B1 WO 2000049297 B1 WO2000049297 B1 WO 2000049297B1 EP 0001300 W EP0001300 W EP 0001300W WO 0049297 B1 WO0049297 B1 WO 0049297B1
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WO
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Universitaet Stuttgart
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Universitaet Stuttgart
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
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Abstract

Es wird ein Diffusor (13) zum Verzögern eines Fluids (9) sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Diffusors (13) vorgeschlagen, bei denen durch Einblasen eines Energetisierungsfluids Stoß-Grenzschicht-Pulsationen in allen Betriebspunkten wirksam unterdrückt werden. Der Nutzungsgrad des erfindungsgemäßen Diffusors (13) wird durch diese Maßnahme erheblich verbessert.

Claims

GEÄNDERTE ANSPRÜCHE[beim Internationalen Büro am 8. August 2000 (08.08.00) eingegangen; ursprüngliche Ansprüche 1-17 durch geänderte Ansprüche 1-16 ersetzt (4 Seiten)]
1. Diffusor zur Verzögerung eines Fluids, mit mindestens einer einen Kanal (30) bildenden Wandung (15) , mit einem Eintritts uerschnitt (17) und einem Austrittsquerschnitt
(18) , wobei der Strömungsquerschnitt des Kanals (30) am Auεtrittsquerschnitt (18) größer als am Eintrittsquerschnitt (17) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (15) mindestens eine Öffnung (45) aufweist, dasε die mindestens eine Öffnung (45) an einem Bereich der Wandung (15, 16) angeordnet ist, in dem eine Pulsation der Stoß-Grenzschicht zwischen Pluid und Wandung (15, 16) auftritt, und dass durch die Öffnung (45) ein Energetisierungsfluid in den Kanal (30) förderbar ist.
2. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (45) oder die Eintrittsöffnungen (45) kreisrund oder als Langloch ausgeführt sind.
3. Diffusor nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnungen (45) in mehreren Bereichen der Wandung (15, 16) angeordnet sind.
4. Diffusor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (30) einen ringförmigen Querschnitt au eis .
5. Diffusor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in axialer Richtung in den Diffusor (13) eintritt.
β. Diffusor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid im Eintrittsquerschnitt (17) einen Drall aufweist.
7. Diffusor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in radialer Richtung aus dem Diffusor (13) austritt.
8. Diffusor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (13) rotationssymmetrisch ist.
9. Diffusor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Druckaufnehmer (47) an dem Diffusor (13) vorhanden ist, und dass der Druckaufnehmer (47) den
10. Diffusor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät vorhanden ist, dass das Steuergerät Amplituden (51) und Frequenzen (55) der vom Druckaufnehmer (47) gemessenen Drücke ermittelt, und dass das Steuergerät die Förderung des Energetisiserungsfluids in den Diffusor (13) auslöst, wenn die Amplituden (51) innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs einen Schwellwert überschreiten.
11. Diffusor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energetisiserungsfluid eine gleiche oder ähnliche Konsistenz wie das Fluid aufweist.
12. Turbine, mit einem Gehäuse, mit einem Laufrad (11) und mit: Diffusor (13) , wobei das Gehäuse von einem Fluid durchströmt wird, wobei das Fluid das Laufrad (11) antreibt, und wobei der Diffusor (13) , in Strömungsrichtung des Fluids gesehen, hinter dem Laufrad (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Diffusor (13) ein Diffusor nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist .
13. Turbine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine eine ND-Dampfturbine ist.
14. Turbine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine eine Gasturbine ist.
15. Turbine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine eine Wasserturbine, insbesondere eine Francis-Turbine, ist.
16. Verfahren zur Verhinderung von Stoß-Grenzschicht- Pulsationen in einem Diffusor (13) , gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Instationäres Messen des Druckes des Fluids in dem Diffusor (13) ,
- Auswerten der Amplituden (51) und Frequenzen (55) der gemessenen Drücke,
- Fördern von Energetisiserungsfluids in den Diffusor (13) , wenn die Amplituden (51) innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs einen Schwellwert überschreiten.
Erklärung nach Artikel 19
Der ursprünglich eingereichte Anspruch 1 wurde durch Aufnahme des ursprünglich eingereichten Anspruchs 4 geänder . Der Gegenstand des neu eingereichten Anspruchs 1 ist neu gegenüber FR 2 323 041 A, US 5 603 605 A und FR 770 326 AI, da es sich bei den in diesen Entgegenhaltungen beschriebenen Einrichtungen zur Verbesserung der Strömungsführung um passive Systeme handelt. D.h. diese Einrichtungen sind immer in Betrieb und können nicht dazu eingesetzt werden, bei Auftreten von Stoß-Grenzschicht-Pulsationen gezielt die Entstehung dieser Pulz-Grenzschicht-Pulsationen zu verhindern.
Der Gegenstand des neu eingereichten Anspruchs l ist ebenfalls neu gegenüber GB 1 386 281 A, da in dieser Entgegenhaltung lediglich beschrieben wird, wie durch Zublasen im vorderen Diffusorbereich eine bessere Durchströmung und somit ein besserer Wirkungsgrad des Diffusors erzielt werden kann. Diese "Jet-S römung" ist aber eine der bekannten Ursachen für das sogenannte Diffusorbrum en. Eine Reduktion der Stoß- Grenzschicht-Interaktion kann mit dem Verfahren gemäß GB 138 6281 A nicht durchgeführt werden.
Der Vorschlag, im Bereich des Totwassers im hinteren Diffusorteil Fluid abzusaugen führt sogar zu einer Anfachung (Verstärkung) der Pulsationen und ist somit ungeeignet.
Der Gegenstand des anhängigen Anspruchs 1 ist ebenfalls neu gegenüber FR 13 18 602 A, da in dieser Entgegenhaltung beschrieben wird, wie durch Zublasen (Figur 9b) über mehrere ineinandergesteckte Diffusoren eine verbesserte Strömungsführung bei sehr großen Öffnungswinkeln realisierbar ist. Das Zublasen am Diffusoraustritt findet außerhalb des Diffusors statt und nicht, wie beim erfindungsgemäßen Diffusor, innerhalb des Diffusors. Der Gegenstand des anhängigen Anspruchs 1 ist ebenfalls neu gegenüber US 3 123 285, da in dieser Patentschrift lediglich beschrieben wird, wie durch Zublasen in tangentialer Richtung und senkrecht zur Drehachse der Turbine ein Drall erzeugt werden kann.
In keiner der im Recherchenbericht genannten Entgegenhaltungen ist es beschrieben, im Bereich einer Pulsation der Stoß- Grenzschicht eine oder mehrere Öffnungen vorzusehen, durch die beim Auftreten von Stoß-Grenzschichtpulsationen ein Energetisierungsfluid gefördert werden kann. Die Wirkung des Energetisierungsfluids hinsichtlich der Unterdrückung von Stoß-Grenzschicht-Pulsationen ist in den Figuren 6 bis 8 der Patentanmeldung beschrieben. Aus diesen Gründen ist der Gegenstand des anhängigen Anspruchs 1 neu gegenüber dem entgegengehaltenen Stand der Technik und beruht auf erfinderischer Tätigkeit da die zum maßgeblichen Zeitpunkt nicht als naheliegend anzusehen ist (Artikel 33, Absatz 2 und 3 PCT) .
PCT/EP2000/001300 1999-02-15 2000-02-15 Diffusor ohne pulsation der stoss-grenzschicht und verfahren zum unterdrücken der stoss-grenzschicht-pulsation von diffusoren Ceased WO2000049297A1 (de)

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