DE2600860C2 - Silencer on the suction side of a compressor with several damping elements - Google Patents
Silencer on the suction side of a compressor with several damping elementsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer auf der Ansaugseite eines Verdichters mit mehreren ringförmigen Dämpfungselementen und durch diese gebildete Strömungskanäle, welche die angesaugte Luft in Teilströmen in einen als Hauptströmungsweg zum Verdichter dienenden Sammeltrichter führen.The invention relates to a silencer on the suction side of a compressor with a plurality of ring-shaped ones Damping elements and flow channels formed by them, which divide the sucked air into partial flows lead into a collecting funnel serving as the main flow path to the compressor.
In einem Abgasturbolader wird die Verbrennungsluft in einem durch eine Abgasturbine angetriebenen Verdichter verdichtet und dem Verbrennungsmotor zugeführt. Meistens ist ein auf dem Verdichtergehäuse befestigter Schalldämpfer zur Dämpfung der im Betrieb auftretenden Schallwellen vorgesehen. Die Außenluft strömt über ein am Umfang des Schalldämpfers angeordnetes Filter in den mit Schalldämpfungselementen ausgestatteten Innenraum desselben.In an exhaust gas turbocharger, the combustion air is in a compressor driven by an exhaust gas turbine compressed and fed to the internal combustion engine. Most often one is attached to the compressor housing Silencer intended to dampen the sound waves occurring during operation. The outside air flows through a filter arranged on the circumference of the silencer into the filter with silencing elements equipped interior of the same.
Der Innenraum des Schalldämpfers besteht hinsichtlich der Luftströmung aus zwei unterschiedlichen Räumen. In dem in radialer Richtung äußeren Ringraum strömt die Luft über einen relativ großen Strömungsquerschnitt bei niedriger Geschwindigkeit radial nach innen, wogegen sie in dem als Sammeltrichter ausgebildeten inneren Raum über einen relativ kleinen Strömungsquerschniu bei hoher Geschwindigkeit nahezuThe interior of the silencer consists of two different rooms with regard to the air flow. In the outer annular space in the radial direction, the air flows radially over a relatively large flow cross-section at low speed inside, whereas in the inner space designed as a collecting funnel they have a relatively small flow cross-section at high speed almost
axial strömt.flows axially.
Bei einem bekannten Schalldämpfer dieser Art von BBC (Turbolader Typ VTR 500-630 BBC Druckschrift Nr. CH-T1 21 010 D) bestehen die Schalldämpfungselemente aus Umdrehungskörpern, die sich aus je einem scheibenförmigen Kreisring und einem an dessen Innenkreis anschließenden, zylindrischen Ring zusammensetzen. Diese Elemente sind im Schalldämpfer-Innenraum koaxial zueinander so angeordnet, daß sich ein überwiegender Teil der Schalldämpfungsflächen im Sammeltrichter befindet, in welchem wegen der hier herrschenden hohen Geschwindigkeiten beträchtliche Druckverluste auftreten. Im Ringraum hingegen, in welchem die Druckverluste wegen der dort herrschenden niedrigen Geschwindigkeiten relativ klein sind, sind nur relativ kleine Dämpfungsflächen vorhanden, so daß die gegebenen Möglichkeiten für günstige Strömungsverhältnisse nicht vollumfänglich ausgenützt sind.In a known silencer of this type from BBC (turbocharger type VTR 500-630 BBC publication No. CH-T1 21 010 D) are the soundproofing elements from bodies of revolution, each made up of a disc-shaped circular ring and one on its inner circle assemble the subsequent, cylindrical ring. These elements are in the interior of the muffler arranged coaxially to each other so that a predominant part of the soundproofing surfaces in the collecting funnel is located, in which there is considerable pressure loss due to the high speeds prevailing here appear. In the annulus, however, in which the pressure losses because of the low prevailing there Velocities are relatively small, there are only relatively small damping areas, so the given Opportunities for favorable flow conditions are not fully exploited.
Bei einem anderen bekannten, an einem Schiffsdieselmotor von Mitsui verwendeten Schalldämpfer (MITSUI V 60 M der Mitsui Shipbuilding & Engineering Co. Ltd., A Special Survey by »The Motor Ship« Mai 1974, S. 31) ist zwar der Ringraum durch Anordnung größerer ringförm'ger, ebener Dämpfungselemente in demselben besser ausgenützt, und es sind auch einige Umlenkelemente vorgesehen, die einen Teil der Luil in Richtung der Hauptströmung lenken, jedoch treten bei der Einmündung der Strömungskanäle in den Sammeltrichter beträchtliche Wirbelverluste zufolge der unterschiedlichen Stromungsrichtungen und -geschwindigkeiten auf.Another known muffler used on a Mitsui marine diesel engine (MITSUI V 60 M from Mitsui Shipbuilding & Engineering Co. Ltd., A Special Survey by "The Motor Ship" May 1974, p. 31) although the annular space is due to the arrangement of larger ring-shaped, flat damping elements are better used in the same, and there are also some deflection elements provided that direct part of the Luil in the direction of the main flow, but occur at the confluence the flow channels in the collecting funnel considerable vortex losses due to the different Flow directions and velocities.
Der Teil der angesaugten Luft im Bereich der Umlenkelemcnte strömt nämlich tangential und die restliche Luft radial in den Sammeltrichter ein.The part of the sucked in air in the area of the Umlenkelemcnte This is because the air flows tangentially and the remaining air flows radially into the collecting funnel.
Die beiden erwähnten Dämpfungsanordnungen sind mit den zusätzlichen Nachteilen behaftet, daß zur Erzielung genügender Schalldämpfung verschiedengestaltige Flächen im Innenraum des Schalldämpfers mit schalldämpfendem Material zu belegen sind, was die Herstellung kompliziert. Solche bezüglich der Strömung verlusireiche und in der Herstellung aufwendige Schalldämpfer erfordern einen unverhältnismäßig großen wirtschaftlichen Aufwand, besonders bei den heute üblichen hohen Verdichterdrehzahlen und den neuen Lärmvorschriften, die den zulässigen Schallpegel begrenzen.The two mentioned damping arrangements have the additional disadvantages that to achieve Sufficient sound absorption differently shaped surfaces in the interior of the muffler with sound-absorbing Material has to be proven, which complicates the production. These are lossy with regard to the current and silencers that are expensive to manufacture require a disproportionately large economic one Effort, especially with today's high compressor speeds and the new noise regulations, which limit the permissible sound level.
Aus der CH-PS 3 40 943 ist ferner ein Turbokompressor bekannt, dessen Ansaugschalldämpfer im äußeren Teil des Einsirömkanals ringförmige Dämpfungselemente aufweist, die in radialer Richtung unterschiedlich lang sind und deren Außenpartie eine kegelstumpfförmige Schale bildet, an die sich radial nach innen ein ebener Ring anschließt. Der Verdichterteil ist zudem mit einer durch Schallreflexion zusätzlich schalldämpfender Verkleidung umgeben, die zusammen mit der Außenbegrenzung des Verdichterteils einen im wesentliehen ringförmigen Zwischenraum begrenzt. Durch die vorerwähnte Form der Dämpfungselemente soll erreicht werden, daß aus dem Sammelkanal austretende akustische Wellen von den Dämpfungselementen an die Innenfläche der genannten Verkleidung reflektiert, vonFrom CH-PS 3 40 943 is also a turbo compressor known, the intake muffler in the outer part of the Einirömkanals annular damping elements has, which are of different lengths in the radial direction and whose outer part is frustoconical Shell forms, to which a flat ring connects radially inward. The compressor part is also with an additional sound-absorbing cladding due to sound reflection, which together with the The outer boundary of the compressor part delimits a substantially annular gap. Through the The aforementioned shape of the damping elements should be achieved that exiting from the collecting channel acoustic waves reflected from the damping elements to the inner surface of said cladding, from
e>0 diesen in die benachbarten Strömungskanäle zurückreflektiert, von einem der diese Strömungskanale begrenzenden Dämpfungselemente wieder auf das jeweils gegenüberliegende Dämpfungselement usw. reflektiert werden, dies jedesmal unter Absorption eines Teiles der Schallenergie. Durch wiederholte Wandreflexion soll also auf diese Weise die vom Verdichter ausgestrahlte Schallenergie mindestens zum Teil aufgezehrt werden. Diese Bauart dürfte wegen der praktisch doch ziem-e> 0 reflects this back into the adjacent flow channels, from one of the damping elements delimiting these flow channels back to the respective opposite one Damping element, etc. are reflected, this each time with absorption of part of the Sound energy. Through repeated wall reflection, the one emitted by the compressor should be in this way Sound energy is at least partially consumed. This type of construction should be due to the practically
26 OO 86026 OO 860
lieh verwickelten Reflexionsverhältnisse mit Oberlagerungseffekten
schwierig zu optimieren sein. Dazu
kommt ein erhöhter Ansaugwiderstand infolge der den
Verdichter umgebenden Verkleidung, dui ch die der Zuströmquerschnitt
gegenüber einer freien Zuströmung
stark eingeschränkt ist. Durch die ebene, scheibenförmige innere Partie der Dämpfungselemente, die sich rein
radial ohne Leitelemente für eine sanfte Umlenkung der
Strömung in den Sammeltrichter hinein erstrecken, treten in letrferem auch starke Verwirbelungen auf, die 10 scheibenförmigen Dämpfungselementen 4. Diese sindlent complicated reflection conditions with superposition effects be difficult to optimize. In addition
there is an increased suction resistance as a result of the
Cladding surrounding the compressor, dui ch the inflow cross-section compared to a free inflow
is severely restricted. Due to the flat, disc-shaped inner part of the damping elements, which are clean
radial without guide elements for a gentle deflection of the
If the flow extends into the collecting funnel, strong turbulences also occur later, which are 10 disk-shaped damping elements 4. These are
doch durch einen Schalldämpfer mit konusförmigen Dämpfungselementen.but with a silencer with cone-shaped damping elements.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, the same parts are provided with the same reference numerals.
Der in der Fi g. 1 gezeigte Schalldämpfer besteht aus einem mit dem Verdichter 1 eines Abgasturboladers fest verbundenen Gehäuse 2, den am Umfang des Gehäuses angeordneten Fihersegmenten 3 und dun im Innenraum des Schalldämpfers angeordneten, im wesentlichenThe in Fi g. 1 shown silencer consists of a housing 2 fixedly connected to the compressor 1 of an exhaust gas turbocharger, the housing 2 on the circumference of the housing arranged Fihersegmenten 3 and dun arranged in the interior of the muffler, essentially
eine Geräuschquelle darstellen, durch die der Gewinn an Schalldämpfung infolge der erwähnten Reflexionen geschmälert wird. Ein baulicher Nachteil ist darin zu erblicken, daß die Ringbreiten der Dämpferelemente oder von Gruppen derselben verschieden lang sind, was natürlich die Herstellung verteuertrepresent a source of noise through which the gain in sound attenuation as a result of the reflections mentioned is diminished. A structural disadvantage can be seen in the fact that the ring widths of the damper elements or groups of them are of different lengths, which of course makes the production more expensive
In der DE-OS 14 03 576 wird ein Ansaugschalldämpfer, insbesondere für Turbogehäuse, beschrieben, bei dem zwei oder mehr ringförmige Dämpfungselemente,In DE-OS 14 03 576 an intake silencer, in particular for turbo housings, described in which two or more annular damping elements,
untereinander und mit dem Gehäuse 2 mittels mehreren, über den Umfang der Dämpfungselemente 4 verteilten Zugankern 5 zusammengehalten und durch auf den Zugankern angeordneten Abstandshülsen 6 in gewünschten Abständen voneinander gehalten. Die Dämpfungselemente 4 sind in einem Ringrauin 7 des Schaildämpfer-Innenraumes angeordnet und begrenzen die in den Sammeltrichter 8 mündenden Strömungskanäle 9. Diese führen Teilströme der über die Filterseg-with each other and with the housing 2 by means of several, Tie rods 5 distributed over the circumference of the damping elements 4 are held together and by the tie rods arranged spacer sleeves 6 held at the desired distances from one another. the Damping elements 4 are arranged and delimit an annular roughness 7 of the interior of the shield damper the flow channels 9 opening into the collecting funnel 8. These lead partial flows of the over the filter segment
deren halber Axiahchnitt U-Form aufweist, ineinander- 20 mente 3 einströmenden Luft mit relativ niedriger Gegeschachtelt
sind derart, daß sie Kanäle mit einem Um- schwindigkeit radial nach innen in Richtung des Samlenkwinkel
von 180° begrenzen. Die von außen parallel
zur Gebläseachse einströmende Luft wird dabei zu-Half of the axial section of which is U-shaped, air flowing into one another with a relatively low level are nested in such a way that they delimit channels at a speed radially inward in the direction of the deflection angle of 180 °. The parallel from the outside
the air flowing in towards the fan axis is
meltrichters 8.hopper 8.
Die Dämpfungselemente 4 sind an ihrem Innenumfang als Leitelemente 10 ausgebildet. Diese sind ge- und dann nach anschließender dreimaliger Umlenkung 25 krümmt und so gestaltet, daß sie die Teilströme aus der achsparallel dem Gebläserad zugeführt. radialen Strömungsrichtung durch die Dämpfungselemente in die Richtung der im Sammeltrichter 8 sich einstellenden Hauptströmung umlenken. Die von den Leitelementen 10 gebildeten Austrittsquerschnitte der 30 Strömungskanäle 9 sind derart bemessen, daß ihre Summe zumindest annähernd gleich ist dem durchschnittlichen Strömungsquerschnitt im Sammeltrichter 8. Es wird dadurch erreicht, daß der Geschwindigkeitsvektor der aus den Kanälen 9 austretenden Luft annähernd schachtelten Einbau zu ermöglichen, was einen gegen- 35 dem Durchschnittswert des Geschwindigkeitsvektors über einteiligen Dämpfungselementen erhöhten Ferti- der Hauptströmung entspricht. Damit werden Wirbelgungs- und Montageaufwand bedeutet.The damping elements 4 are designed as guide elements 10 on their inner circumference. These are and then after a three-fold deflection 25 bends and designed so that it removes the partial flows from the axially fed to the fan wheel. radial direction of flow through the damping elements Divert in the direction of the main flow established in the collecting funnel 8. The ones from the Guide elements 10 formed outlet cross-sections of the 30 flow channels 9 are dimensioned such that their sum is at least approximately the same as the average flow cross-section in the collecting funnel 8. Es is achieved in that the speed vector of the air emerging from the channels 9 is approximately nested installation, which is a comparison with the average value of the speed vector One-piece damping elements that increase the flow rate corresponds to the main flow. This means that eddy and assembly effort means.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schalldämpfer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Strömungsverluste kleiner als bei den erwähnten, vorbekannten Schalldämpfern sind und die Schalldämpfung auch noch bei hohen Verdichterdrehzahlen befriedigt.The object of the invention is to create a silencer of the type mentioned in the introduction, in which the flow losses are smaller than the mentioned, previously known silencers and the sound attenuation even at high compressor speeds.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs
1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Schalldämpfer weist verschie-According to the invention, this object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1.
The silencer according to the invention has different
nächst zentralsymmetrisch radial nach außen umgelenktnext deflected centrally symmetrically radially outwards
Diese scharfen, mehrmaligen Umlenkungen verursachen verhältnismäßig große Ansaugverluste durch starke Wirbelbildung und bilden demzufolge eine zusätzliche Lärmquelle. Die Wirkung der schalldämpfenden Maßnahmen wird damit zu einem, wenn auch kleinen Teil wieder aufgehoben. Davon abgesehen, müssen die ringförmigen Dämpfungselemente quer zur Wellenachse oder sektoriell geteilt werden, um den ineinanderge-These sharp, repeated deflections cause relatively large suction losses due to strong ones Vortex formation and consequently form an additional source of noise. The effect of the sound-absorbing Measures are thus repealed to a small extent, albeit a small part. That being said, they have to ring-shaped damping elements are divided transversely to the shaft axis or sectorally in order to
Verluste der austretenden Teilströme weitgehend vermieden und der Druckabfall im Schalldämpfer wird herabgesetzt. Losses of the exiting partial flows are largely avoided and the pressure drop in the silencer is reduced.
Die Dämpfungselemente 4 nach der Fig. 1 sind bezüglich ihrer Form und Abmessungen gleichartig ausgebildet und begrenzen, mit Ausnahme der beiden Endkanäle, gleichartige Kanäle 9. Die Endkanäle 11 haben eine axiale Breite, die etwa die Hälfte der axialen Breite der Kanäle 9 beträgt und führen dementsprechend etwa die Hälfte der Luftmenge der Kanäle 9. An ihrem Au-The damping elements 4 according to FIG. 1 are with respect to their shape and dimensions are of the same design and limit, with the exception of the two end channels, Similar channels 9. The end channels 11 have an axial width which is approximately half the axial width of the channels 9 and lead accordingly about half of the air volume of the channels 9.
dene Vorteile auf: Die Dämpfungselemente und damit ßenumfang weisen die Dämpfungselemente 4 gerundete die schalldämpfenden Flächen sind im äußeren Ring- Nasen 12 auf. welche die Einströmbedingungen verbesraum des Schalldämpfers untergebracht, wo niedrige sern. Alle schalldämpfenden Flächen sind im Ringraum Geschwindigkeiten herrschen, so daß auch die Druck- 50 7 untergebracht, wo die Luftgeschwindigkeit und damitdene advantages: The damping elements and thus ßenipheral have the damping elements 4 rounded the sound-absorbing surfaces are in the outer ring lugs 12. which the inflow conditions apply the silencer housed where low sern. All sound-absorbing surfaces are in the annulus Velocities prevail, so that the pressure 50 7 accommodated where the air speed and thus
die Druckverluste niedrig sind. Es sind keine Innenflächen des Gehäuses 2 mit schalldämpfendem Material belegt, da die Schalldämpfung auch ohne diese Maßnahme zufriedenstellend ist.the pressure drops are low. They are not interior surfaces of the housing 2 covered with sound-absorbing material, since the soundproofing even without this measure is satisfactory.
Anstelle von scheibenförmigen können auch konische Dämpfungselemente, wie sie in der F i g. 2 dargestellt sind, oder gekrümmte Dämpfungselemente t.iit entsprechenden Strömungskanälen vorgesehen sein.Instead of disk-shaped damping elements, as shown in FIG. 2 shown are, or curved damping elements t.iit be provided with corresponding flow channels.
Die Länge der zur Abstandshaltung zwischen den Dämpfungselementen 4 vorgesehenen Abstandshülsen 6 bestimmt die Breite der Kanäle 9 und ist nach Maßgabe eines gewünschten Verhältnisses zwischen Druckabfall und Schalldämpfung bemessen. Dieses Verhältnis kann durch Verwendung von Abstandshülsen andererThe length of the spacer sleeves provided for keeping the spacing between the damping elements 4 6 determines the width of the channels 9 and is in accordance with a desired ratio between the pressure drop and sound absorption. This ratio can be achieved by using spacer sleeves from others
Fig.! einen Schnitt durch einen Schalldämpfer mit 65 Länge und damit durch Änderung der Kanalbreite auf scheibenförmigen Dämpfungselementen und durch den einfache Weise variiert werden.Fig.! a section through a silencer with a length of 65 and thus by changing the duct width disc-shaped damping elements and can be varied by the simple manner.
Verdichter eines Abgasturboladers; Es sei noch erwähnt, daß der beschriebene Schall-Compressor of an exhaust gas turbocharger; It should also be mentioned that the described sound
F i g. 2 einen Schnitt ähnlich jenem nach F i g. 1, je- dämpfer für alle Arten von Verdichtern verwendet wer-F i g. 2 shows a section similar to that according to FIG. 1, each damper can be used for all types of compressors
verluste niedrig sind; der Vektor der Geschwindigkeit der durch die Strömungskanäle langsam strömenden Teilströme wird dem Geschwindigkeitsvektor der Hauptströmung angepaßt, wodurch Wirbelve-Iuste vermieden werden: es ist möglich, gleichartige Dämpfungselemente und ein Baukastensystem zu verwenden und damit die Fabrikation rationell und wirtschaftlich zu gestalten; die Schalldämpfung ist so wirksam, daß keine zusätzlichen Flächen im Schalldämpfer-Innenraum mit schalldämpfendem Material belegt werden müssen, was die Fabrikation vereinfacht und die Wirtschaftlichkeit erhöht.losses are low; the vector of the velocity of the slowly flowing through the flow channels Partial flows are adapted to the velocity vector of the main flow, which avoids vortex losses be: it is possible to use similar damping elements and a modular system and thus making the production efficient and economical; the soundproofing is so effective that none additional surfaces in the silencer interior must be covered with sound-absorbing material, what the production simplified and the economy increased.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigtExemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing. It shows
ιι
ίί
5
[ den kann, beispielsweise für Abgasturbolader, Hoch
ofengebläse oder Gasturbinenanlagen.
j 26 OO 860
5
[which can, for example, for exhaust gas turbochargers, high
furnace blowers or gas turbine systems.
j
II.
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1515th
I ;I;
11
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ί I ι
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