<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze voor het regelen van het debiet in een leiding voor gasvormig fluïdum en leiding voorzien van een debietregeling.
Deze ulcvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het regelen van het debiet in een leiding voor gasvormig fluïdum, met beperkte drukval en beperking van onregelmatigheden in de stroming.
Een dergelijke werkwijze wordt toegepast voor het toevoeren van lucht aan een turbocompressor.
Een klassieke turbocompressor bevat een schoepenrad dat wentelbaar opgesteld is in een behuizing die een inlaat en een uitlaat bezit, middelen om dit schoepenrad te wentelen, een op de uitlaat aansluitende diffusor en een op de inlaat aansluitend inlaatsysteem dat een aanzuigleiding bevat die axiaal op het schoepenrad uitmondt en een debietregelklep in deze aanzuigleiding.
In een dergelijke turbocompressor is de manier waarop de aangezogen lucht op het schoepenrad valt uiteraard van groot belang voor het rendement.
Bekende debietregelkleppen die in de aanzuigleiding worden geplaatst, zoals een vlinderklep of een schuifafsluiter, zijn weliswaar goedkoop in vergelijking tot de totale kostprijs van de turbocompressor, maar zijn niet in staat de stroming in richting te sturen en geven aanleiding tot
<Desc/Clms Page number 2>
onregelmatigheden in de luchtstroming waardoor deze lucht niet op de optimale manier op het schoepenrad terechtkomt.
Daarenboven wordt het debiet met dergelijke kleppen door een drukval geregeld. Naarmate de klep meer gesloten is, moet, om een bepaalde einddruk te behouden, de compressor een grotere drukverhouding overwinnen en verbruikt hij een groter vermogen.
Om deze nadelen te vermijden, is het bekend een zogenoemde diafragmaklep als debietregelklep te gebruiken die bestaat uit een aantal bladen die elk rond hun langsas kunnen draaien en in een cirkel in een ring gebouwd zijn die op zijn beurt opgesteld is in de aanzuigleiding. Door een motor en een geschikte overbrenging kunnen al deze bladen tegelijk en in dezelfde mate gewenteld worden.
Voor het nominale debiet van de compressor staan de bladen met hun voorste rand haaks op de stroomrichting waardoor de stroming onveranderd het schoepenrad bereikt. Door de bladen te wentelen, zullen ze de stroming een prerotatie geven alvorens deze het schoepenrad bereikt.
Deze prerotatie van de stroming voor het schoepenrad heeft het voordeel dat de relatieve instroomrichting van het fluidum tangentieel op de bladen van dit schoepenrad is, ook wanneer het afnamedebiet van de compressor afneemt, zodat stootverliezen geminimaliseerd blijven en het schoepenrad ook bij relatief lage debieten optimaal is.
<Desc/Clms Page number 3>
Deze prerotatie vermindert evenwel de capaciteit van het schoepenrad bij een welbepaalde drukverhouding.
Voornoemde diafragmakleppen laten dus toe het instromende debiet van zijn nominaal punt naar een deeldebiet optimaal te regelen, zonder nadelige drukval in het inlaatsysteem te veroorzaken. Vanuit bovenstaand deeldebiet regelt de dlafragmaklep op basis van drukval verder het debiet tot aan het minimumdebiet dat door het schoepenrad kan worden samengedrukt tot een welbepaalde druk. Onder dit debiet wordt de compressor onstabiel.
Het grote nadeel van deze kleppen is dat ze duur zijn. Hun kostprijs kan tot 5% oplopen van de totale kostprijs van de turbocompressor.
De uitvinding heeft een werkwijze voor het regelen van het debiet met beperkte drukval en beperking van onregelmatigheden in de stroming in een leiding voor gasvormig fluïdum, die een optimale debietregeling mogelijk maakt maar toch relatief goedkoop is.
Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat het debiet wordt geregeld met behulp van een op drukval regelende klep maar waarbij stroomafwaarts van deze klep fluidum tangentieel in de leiding wordt gebracht.
De tangentiële injectie veroorzaakt een rotatie van de gasstroom in de leiding.
<Desc/Clms Page number 4>
Omwille van de lage kost wordt bij voorkeur het debiet geregeld door middel van een vlinderklep.
De uitvinding heeft ook betrekking op een leiding voorzien van een debietregeling die bijzonder geschikt is voor het toepassen van de werkwijze volgens een van de vorige uitvoeringsvormen.
De uitvinding heeft aldus betrekking op een leiding voorzien van een debietregeling, welke debietregeling een debietregelklep in de leiding bevat en die daardoor gekenmerkt is dat de debietregelklep een op drukval regelende klep is en stroomafwaarts van deze klep een tangentieel in de leiding uitmondend injectiekanaal op de leiding aansluit.
De debietregelklep kan een vlinderklep bevatten.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding is de leiding de aanzuigleiding van een turbocompressor.
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een werkwijze voor het regelen van het debiet in een leiding voor gasvormig fluidum en van een daarbij gebruikte debietregeling volgens de uitvinding met verwijzing naar de hieraan toegevoegde tekeningen, waarin :
<Desc/Clms Page number 5>
figuur 1 schematisch een turbocompressor weergeeft voorzien van een debietregeling volgens de uitvinding ; figuur 2 een zicht in perspectief weergeeft van een gedeelte van de aanzuigleiding met debietregeling van de turbocompressor van figuur 1.
In figuur 1 is schematisch een turbocompressor weergegeven die in hoofdzaak bestaat uit een compressorelement l, een aanzulgleiding 2 die met een uiteinde op een filter 3 aansluit en met zijn andere uiteinde op het midden van het compressorelement l, een debietregeling. met een op drukval regelende debietregelklep 4 in de aanzuigleiding 2 en een op de aanzuigleiding 2 aansluitend injectiekanaal 5 dat, tussen de debietregelklep 4 en het compressorelement 1, tangentieel in deze aanzuigleiding 2 uitmondt.
De debietregelklep 4 is bijvoorbeeld een vlinderklep of een schuifklep en wordt geopend of gesloten door een pneumatische motor 6 die wordt bestuurd door een positioneermodule 7 in functie van het gevraagde persluchtdebiet.
Het injectiekanaal 5 vormt het uiteinde van een leiding 8 die eveneens op de filter 3 aansluit en waarin een afsluitklep 9 aangebracht is die gekoppeld is aan een motor 10 die bestuurd wordt door de compressorsturing 17.
Wanneer het compressorelement 1 perslucht moet afleveren zal de compressorsturing 17 de positioneermodule 7 en de motor 6 bevelen de debletregelklep 4 te openen en
<Desc/Clms Page number 6>
terzelfder tijd de motor 10 bevelen de afsluitklep 9 te openen. Hoe groter de vraag naar perslucht hoe meer de compressorsturing 17 de debietregelklep 4 doet openen.
Omgekeerd zal de besturing deze debietregelklep 4 terug doen sluiten wanneer de vraag naar perslucht daalt en zelfs volledig dicht doen gaan wanneer de vraag nul is.
De open- en dlchtgaande debietregelklep 4 zal storingen veroorzaken in de stroming van de lucht doorheen de aanzuigleiding 2 en onregelmatigheden voor gevolg hebben waardoor de luchtinval op het schoepenrad van de compressor allesbehalve ideaal is.
Via het injectiekanaal 5 wordt eveneens lucht tangentieel in de aanzuigleiding 2 geïnjecteerd waardoor de luchtstroming stroomafwaarts van de debietregelklep 4 een prerotatie meekrijgt en onregelmatigheden in de stroming uitgevlakt worden.
Deze wervelende beweging is uiteraard in dezelfde zin als de rotatiezin van het compressorelement 1. Door deze wervelende beweging zal de lucht optimaal op het schoepenrad van dit compressorelement 1 terechtkomen waardoor de stootverliezen minimaal zullen zijn. Bij gelijkblijvende capaciteit en drukverhouding van de compressor vermindert de prerotatie bovendien de drukval over de inlaatklep. Op deze wijze wordt het rendement gemaximaliseerd.
<Desc/Clms Page number 7>
In figuur 2 is een meer praktische uitvoering van de turbocompressor gedeeltelijk weergegeven.
Het compressorelement 1 bevat een schoepenrad 11 dat draaibaar opgesteld is in een behuizing 12. De daarop aangesloten diffusor is niet in figuur 2 weergegeven.
De debietregelklep 4 is een vlinderklep die in een afzonderlijk ringvormig gedeelte 13 van de aanzuigleiding 2 is opgesteld. Dit gedeelte 13 is door middel van flenzen 14 en bouten 15, enerzijds aan de behuizing 12 en, anderzijds aan de rest van de aanzuigleiding 2 vastgemaakt.
Het injectiekanaal 5 is een stukje buis dat excentrisch op het ringvormige gedeelte 13 aansluit, dat met zijn binnenkant tangentieel in de ronde binnenkant van dit gedeelte 13 uitmondt en dat op zijn vrije uiteinde van een flens 16 is voorzien voor het bevestigen van de leiding 8.
Ten opzichte van een debietregeling die uitsluitend uit een vlinderklep bestaat, kan met de hiervoor beschreven debietregeling met vlinderklep en tangentiële injectie via het injectiekanaal, het debiet met meer dan 6% verlaagd worden vooraleer de turbocompressor onstabiel wordt en kan de verbruikte energie met meer dan 4% verminderd worden.
Het gasvormige fluidum moet niet noodzakelijk lucht zijn.
De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven en in de riguren weergegeven uifvoeringsvorm,
<Desc/Clms Page number 8>
doch dergelijke werkwijze voor het regelen van het debiet en dergelijke leiding voorzien van een debietregeling kunnen in verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder bulten het kader van de uitvinding te treden.
<Desc / Clms Page number 1>
Method for controlling the flow in a line for gaseous fluid and line provided with a flow control.
This invention relates to a method for controlling flow in a gaseous fluid conduit, with limited pressure drop and limitation of flow irregularities.
Such a method is used for supplying air to a turbocharger.
A conventional turbocharger comprises a paddle wheel that is rotatably arranged in a housing that has an inlet and an outlet, means for rotating this paddle wheel, a diffuser connecting to the outlet and an inlet system connecting to the inlet that contains a suction pipe axially on the paddle wheel and a flow control valve in this suction line.
In such a turbocharger, the way in which the air drawn in falls onto the impeller is of course of great importance for efficiency.
Known flow control valves that are placed in the suction line, such as a butterfly valve or a gate valve, are cheap in comparison to the total cost price of the turbocharger, but are unable to direct the flow in direction and give rise to
<Desc / Clms Page number 2>
irregularities in the air flow so that this air does not end up on the paddle wheel in the optimum way.
In addition, the flow rate with such valves is controlled by a pressure drop. As the valve is more closed, to maintain a certain final pressure, the compressor must overcome a larger pressure ratio and consume a greater power.
To avoid these disadvantages, it is known to use a so-called diaphragm valve as a flow control valve, which consists of a number of blades which can each rotate about their longitudinal axis and are built in a circle in a ring which in turn is arranged in the suction line. All these blades can be rotated simultaneously and to the same extent by a motor and a suitable transmission.
For the nominal flow rate of the compressor, the blades with their front edge are perpendicular to the flow direction, so that the flow reaches the impeller unchanged. By rotating the blades, they will pre-rotate the flow before it reaches the paddle wheel.
This pre-rotation of the impeller flow has the advantage that the relative direction of flow of the fluid is tangential to the blades of this impeller, even when the decrease rate of the compressor decreases, so that impact losses remain minimized and the impeller is also optimized even at relatively low flow rates .
<Desc / Clms Page number 3>
However, this pre-rotation reduces the capacity of the impeller with a well-defined pressure ratio.
The aforementioned diaphragm valves thus allow optimum control of the inflow flow from its nominal point to a partial flow, without causing an adverse pressure drop in the intake system. From the above-mentioned partial flow rate, the servo valve further regulates the flow rate up to the minimum flow rate that can be compressed by the impeller to a specific pressure on the basis of pressure drop. The compressor becomes unstable under this flow rate.
The big disadvantage of these valves is that they are expensive. Their cost can be as much as 5% of the total cost of the turbocharger.
The invention has a method for controlling the flow with limited pressure drop and limiting irregularities in the flow in a conduit for gaseous fluid, which makes optimum flow control possible but is still relatively inexpensive.
This object is achieved according to the invention in that the flow rate is controlled with the aid of a valve regulating pressure drop, but with fluid being brought tangentially downstream of this valve.
The tangential injection causes a rotation of the gas flow in the pipe.
<Desc / Clms Page number 4>
Because of the low cost, the flow is preferably controlled by means of a butterfly valve.
The invention also relates to a line provided with a flow control that is particularly suitable for applying the method according to one of the previous embodiments.
The invention thus relates to a line provided with a flow control, which flow control comprises a flow control valve in the line and which is characterized in that the flow control valve is a pressure drop regulating valve and, downstream of this valve, an injection channel on the line leading tangentially into the line. connect.
The flow control valve can contain a butterfly valve.
In a special embodiment of the invention, the line is the suction line of a turbocharger.
With the insight to better demonstrate the characteristics of the invention, a preferred embodiment of a method for controlling the flow in a conduit for gaseous fluid and of a flow control according to the invention used therein is described below as an example without any limiting character. with reference to the attached drawings, wherein:
<Desc / Clms Page number 5>
figure 1 schematically represents a turbocharger provided with a flow control according to the invention; figure 2 represents a perspective view of a part of the suction line with flow control of the turbocharger of figure 1.
Figure 1 schematically shows a turbocharger consisting essentially of a compressor element 1, a suction line 2 which connects with one end to a filter 3 and with its other end to the center of the compressor element 1, a flow control. with a flow control valve 4 regulating pressure drop in the suction line 2 and an injection channel 5 which connects to the suction line 2 and which flows tangentially into this suction line 2 between the flow control valve 4 and the compressor element 1.
The flow control valve 4 is, for example, a butterfly valve or a sliding valve and is opened or closed by a pneumatic motor 6 which is controlled by a positioning module 7 in function of the required compressed air flow.
The injection channel 5 forms the end of a conduit 8 which also connects to the filter 3 and in which a shut-off valve 9 is arranged which is coupled to a motor 10 which is controlled by the compressor control 17.
When the compressor element 1 has to deliver compressed air, the compressor control 17 will order the positioning module 7 and the motor 6 to open the flow control valve 4 and
<Desc / Clms Page number 6>
at the same time, command the motor 10 to open the shut-off valve 9. The greater the demand for compressed air, the more the compressor control 17 causes the flow control valve 4 to open.
Conversely, the controller will close this flow control valve 4 when the demand for compressed air falls and even close completely when the demand is zero.
The opening and closing flow control valve 4 will cause disturbances in the flow of air through the suction line 2 and will result in irregularities whereby the air incidence on the impeller of the compressor is anything but ideal.
Via the injection channel 5, air is also tangentially injected into the suction line 2, so that the air flow downstream of the flow control valve 4 receives a rotation and irregularities in the flow are smoothed out.
This swirling movement is of course in the same sense as the sense of rotation of the compressor element 1. As a result of this swirling movement, the air will end up optimally on the impeller of this compressor element 1, so that the impact losses will be minimal. Moreover, with constant capacity and pressure ratio of the compressor, the rotation reduces the pressure drop across the inlet valve. In this way the efficiency is maximized.
<Desc / Clms Page number 7>
Figure 2 shows a more practical embodiment of the turbo compressor in part.
The compressor element 1 comprises a paddle wheel 11 which is rotatably arranged in a housing 12. The diffuser connected thereto is not shown in Figure 2.
The flow control valve 4 is a butterfly valve which is arranged in a separate annular part 13 of the suction line 2. This part 13 is fixed by means of flanges 14 and bolts 15, on the one hand to the housing 12 and, on the other hand, to the rest of the suction line 2.
The injection channel 5 is a piece of tube which connects eccentrically to the annular portion 13, which with its inner side debouches tangentially into the circular inner side of this portion 13 and which is provided on its free end with a flange 16 for attaching the pipe 8.
Compared to a flow control consisting exclusively of a butterfly valve, the flow control with butterfly valve and tangential injection via the injection channel described above can reduce the flow by more than 6% before the turbocharger becomes unstable and the energy used can be increased by more than 4 % be reduced.
The gaseous fluid does not necessarily have to be air.
The invention is in no way limited to the embodiment described above and represented in the rigors,
<Desc / Clms Page number 8>
but such a method for controlling the flow and such a pipe provided with a flow control can be realized in different variants without going beyond the scope of the invention.