DE3937703C2 - Gas dynamic pressure wave machine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mehrflutige gasdyna­ mische Druckwellenmaschine nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.The present invention relates to a multi-flow gas dynamic Mix pressure wave machine according to the preamble of the patent claim 1.

Die DE 36 06 554 zeigt eine gasdynamische Druckwellenmaschine mit einem Rotor, der in drei konzentrische Fluten unterteilt ist. Die radial gerichteten Zellenwände der Fluten sind in Umfangsrichtung gegeneinander um 1/3 Zellenteilung versetzt.DE 36 06 554 shows a gas dynamic pressure wave machine with a rotor that is divided into three concentric flows is. The radially directed cell walls of the floods are in Circumferential direction offset from each other by 1/3 cell division.

Einflutige Druckwellenmaschinen verursachen Lärmbelästigun­ gen, die man mit Rücksicht auf die sich ständig verschärfen­ den Forderungen der Umweltschützer, aber auch im berechtig­ ten Interesse der Öffentlichkeit zu verringern trachtet.Single-flow pressure wave machines cause noise pollution conditions that are constantly being exacerbated with regard to them the demands of environmentalists, but also justified seeks to reduce public interest.

Zu diesem Zweck sind schon verschiedene Lösungen vorgeschla­ gen worden. Einer dieser Vorschläge (CH-PS 398 184) sieht vor, die Höhe der Zellen des Rotors, in denen der Druckaus­ tausch zwischen den gasförmigen Arbeitsmitteln stattfindet, in radialer Richtung durch kreisringzylindrische Zwischen­ rohre in mehrere kreisförmige Fluten zu unterteilen, um die Grundfrequenz der Schallschwingungen über die obere Hör­ schwelle des menschlichen Ohres zu legen. Bei einer ersten Ausführungsform eines solchen Rotors sind die Teilungen be­ nachbarter Zellen regellos verschieden, aber in allen Fluten gleich, so dass alle Zellenwände der einander in radialer Richtung benachbarten Zellen in gemeinsamen Radialebenen liegen, wogegen bei einer zweiten Ausführungsform die Zel­ lenwände einander radial benachbarter Fluten in Umfangsrich­ tung regellos gegeneinander versetzt sind. Bei einer weite­ ren Ausführungsform ist nur eine Flut vorgesehen, wobei die Zellenwände aus bogenförmig gekrümmten Blechen mit hakenför­ mig abgebogenen Enden bestehen, welch letztere im Nabenrohr bzw. im Aussenmantel des Rotors eingegossen sein können. Der beabsichtigte Effekt wird bei allen diesen Ausführungen da­ durch allerdings nicht erzielt, da sich dabei bloss mehrere Schwingungen der gleichen Frequenz überlagern und die Grund­ frequenz erhalten bleibt.Various solutions have already been proposed for this purpose been created. One of these suggestions (CH-PS 398 184) sees before, the height of the cells of the rotor where the pressure is exchange takes place between the gaseous work equipment, in the radial direction by circular cylindrical intermediate divide the pipes into several circular floods in order to Basic frequency of sound vibrations over the upper hearing threshold of the human ear. At a first Embodiment of such a rotor are the divisions neighboring cells randomly different, but in all floods the same so that all the cell walls of each other in radial Towards neighboring cells in common radial planes lie, whereas in a second embodiment the cell Lenwalls of radially adjacent floods in the circumferential direction tion are randomly offset from each other. With a wide one Ren embodiment is only a flood, the  Cell walls made of curved sheets with hook-shaped Moderately bent ends exist, the latter in the hub tube or can be cast in the outer jacket of the rotor. Of the The intended effect is there with all of these designs not achieved by, because there are only several Vibrations of the same frequency overlap and the reason frequency is retained.

Die beschriebene Bauart weist ferner festigkeitsmässige Nachteile auf. Infolge des kreisringförmigen Querschnitts der Zwischenrohre, der gleichmässig dicken und zueinander versetzten Zellenwände sowie der unterschiedlich grossen Zellenteilungen kommt es zu Wärme- und Fliehkraftspannungen, die Verformungen und Überbeanspruchungen der Rotorstruktur verursachen. Bei der letztgenannten Variante treten wegen der grossen Elastizität der Zellenwände, insbesondere bei Drehzahländerungen, auch mit Bestimmtheit Torsionsschwingun­ gen derselben auf, die den Druckwellenprozess stören können.The design described also has strength Disadvantages. Due to the circular cross-section the intermediate pipes, which are uniformly thick and to each other staggered cell walls and the different sized Cell divisions there are thermal and centrifugal stresses, the deformations and overstressing of the rotor structure cause. In the latter variant occur because of the great elasticity of the cell walls, especially with Speed changes, also with certainty torsional vibrations against the same, which can interfere with the pressure wave process.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden, und zwar hinsichtlich der Lärmminderung, haupt­ sächlich, indem durch Interferenz die Amplitude der Grund­ frequenz reduziert wird.The object of the invention is to overcome these disadvantages avoid, in terms of noise reduction, at all basically by interference the amplitude of the reason frequency is reduced.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is due to the characteristics of claim 1 solved.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser stellt dar:The following is an embodiment of the invention Described in more detail with reference to the drawing. In this represents:

Fig. 1 eine erfindungsgemässe vierflutige Druckwellenma­ schine im Längsschnitt, Fig. 1 an inventive vierflutige Druckwellenma machine in longitudinal section;

Fig. 2 die Abgas- und Luftkanäle in einem Gehäuseseiten­ teil, Fig. 2, the exhaust and air ducts in a housing side part,

Fig. 3 den Rotor der Maschine nach Fig. 1 in einem teil­ weisen Seitenriss, Figure 3 shows the rotor of the machine of Fig. 1 in a partially point. Side elevation,

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Gehäusemantel, der einen Rotor 2 umgibt. Dieser Rotor ist mit einer Welle 3 starr verbun­ den, die in zwei Lagern 4 und 5 drehbar gestützt und über ein Keilriemenrad 6 antreibbar ist.In Fig. 1, 1 designates a housing jacket surrounding a rotor 2. This rotor is rigidly connected to a shaft 3 which is rotatably supported in two bearings 4 and 5 and can be driven via a V-belt wheel 6 .

Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf die Flanschseite des Gasge­ häuses 8 entsprechend dem in Fig. 1 angedeuteten Schnittver­ lauf II-II. In dieser Fig. 2 bezeichnet 19 die zwei Ein­ trittskanäle für das Hochdruckgas, 20 die Gastaschen, die den Betriebsbereich der Druckwellenmaschine in bekannter Weise vergrössern, sowie 21 die Austrittskanäle für das ent­ spannte Auspuffgas. Entsprechende Kanäle für die angesaugte bzw. verdichtete Luft sowie Taschen sind auch an der Flanschseite des Luftgehäuses 22 (siehe Fig. 1) vorgesehen. Fig. 2 shows the top view of the flange side of the Gasge housing 8 corresponding to the Schnittver run II-II indicated in Fig. 1. In this Fig. 2, 19 denotes the two entry channels for the high pressure gas, 20 the gas pockets, which enlarge the operating range of the pressure wave machine in a known manner, and 21 the outlet channels for the exhaust gas released. Corresponding channels for the sucked-in or compressed air and pockets are also provided on the flange side of the air housing 22 (see FIG. 1).

Die aus einem nicht gezeigten Verbrennungsmotor kommenden Gase treten am Eintrittsstutzen 7 in das Gasgehäuse 8 ein. Der Rotor 2 weist ein Nabenrohr 10, ein Deckband 11 sowie drei Zwischenrohre 12 auf, die vier Fluten 9, 9', 9", 9''' begrenzen.The gases coming from an internal combustion engine, not shown, enter the gas housing 8 at the inlet connection 7 . The rotor 2 has a hub tube 10 , a cover band 11 and three intermediate tubes 12 which delimit four floods 9 , 9 ', 9 ", 9"''.

Aus der in Fig. 3 dargestellten Seitenansicht des Rotors ist zu erkennen, dass sowohl das Nabenrohr 10 und das Deckband 11 als auch die Zwischenrohre 12 kreisringzylindrisch ausge­ führt sind. Die vier Fluten sind in Umfangsrichtung durch radiale Zellenwände 15 in Zellen 16 unterteilt. Hierbei sind Zellenanzahlen zwischen dreissig (30) und achtzig (80) ange­ bracht. Massgebend ist, dass die in radialer Richtung be­ nachbarten Fluten - unabhängig von ihrer Anzahl - jeweils die gleiche Zellenanzahl aufweisen. From the side view of the rotor shown in Fig. 3 it can be seen that both the hub tube 10 and the shroud 11 and the intermediate tubes 12 are circular cylindrical leads. The four floods are divided into cells 16 in the circumferential direction by radial cell walls 15 . Cell numbers between thirty ( 30 ) and eighty ( 80 ) are introduced. It is important that the floods adjacent in the radial direction - regardless of their number - each have the same number of cells.

Massgebend ist ferner, dass die Zellen jeder Flut in an sich bekannter Weise (CH-PS 470 588) zur Erzielung eines gleich­ mässigeren und damit physiologisch besser erträglichen Geräuschspektrums verschieden breit (in Fig. 3 nicht winkel­ treu dargestellt) ausgeführt sind. Es wechseln sich dabei nach einem bestimmten berechenbaren Schema eine Anzahl schmälerer mit einer Anzahl breiterer Zellen ab. Massgebend ist schliesslich, dass dieses Verteilschema in jeder Flut verschieden ist.It is also important that the cells of each flood are designed in a manner known per se (CH-PS 470 588) in order to achieve a more uniform and therefore more physiologically tolerable noise spectrum of different widths (not shown in FIG. 3 in the correct angle). A number of narrower cells and a number of wider cells alternate according to a certain calculable scheme. Ultimately, it is important that this distribution scheme is different in every flood.

Durch die Unterteilung der Zellen in vier Fluten erhöht sich die Anzahl der lärmerzeugenden Druckimpulse auf das Vierfa­ che gegenüber einem einflutigen Rotor. Durch das - infolge der unterschiedlichen Zellenbreiten sowie der verschiedenen Verteilschemen zwangsläufige - Versetzen der Zellwände innerhalb benachbarter Fluten, ergibt sich eine zeitliche Verschiebung der Druckimpulse zueinander. Durch die so ent­ stehende Interferenz wird die Amplitude der Grundfrequenz reduziert. Es entsteht somit Interferenz mit amplitudenab­ bauender Wirkung in der Grundfrequenz. Die Wirksamkeit die­ ser Massnahme hängt stark vom Geräuschspektrum ab, das durch diesen Rotor erzeugt wird. Bei ausgeführten Maschinen trägt die Intensität der Grundfrequenz subjektiv und auch objektiv messbar am stärksten zur Lärmbelästigung bei. Der Anteil der Oberschwingungen an der Geräuscherzeugung ist verhältnsimäs­ sig gering; schon die zweite Harmonische ist um 20 dB leiser als der von der Grundfrequenz verursachte Lärm. Tatsächlich aber gelingt es nicht, eine totale Auslöschung der Grundfre­ quenz zu erreichen. Das wäre theoretisch nur bei unendlich kleinen Zellenhöhen möglich, denn es können nur in der un­ mittelbaren Umgebung des Zwischenrohres die Druckschwankun­ gen sich gegenseitig beeinflussen. Weit voneinander in radi­ aler Richtung entfernt liegende Gasteilchen werden von der Interferenzwirkung nicht erfasst, weil sie aufgrund ihrer Entfernung keinen Impuls aufeinander ausüben können. The division of the cells into four floods increases the number of noise-generating pressure pulses on the fourfold compared to a single-flow rotor. By that - as a result the different cell widths as well as the different Distribution schemes inevitable - moving the cell walls within adjacent floods, there is a temporal Shift of the pressure pulses to each other. Through the so ent standing interference becomes the amplitude of the fundamental frequency reduced. Interference with amplitudes down thus arises building effect in the fundamental frequency. The effectiveness of This measure depends heavily on the noise spectrum caused by this rotor is generated. Carries on executed machines the intensity of the fundamental frequency subjectively and also objectively measurably most contributing to noise pollution. The share of Harmonics in the generation of noise is relative sig low; the second harmonic is already 20 dB quieter than the noise caused by the fundamental frequency. Indeed but it does not succeed in completely eradicating the Grundfre to reach quenz. Theoretically, that would only be with infinity small cell heights possible, because only in the un indirect fluctuation of the intermediate pipe the pressure fluctuation mutually influence each other. Far apart in radi Gas particles lying away in the direction from the Interference effect is not recorded because of its Distance can not impulse each other.  

Da neben der Grundfrequenz auch deren harmonische Frequenzen vorhanden sind und durch das Versetzen der Zellenwände nur die Amplituden der Grundfrequenz und deren ungeraden Vielfa­ chen reduziert werden, dominieren im verbleibenden Geräusch­ spektrum nur mehr die geradzahligen Vielfachen der Grundfre­ quenz.Since, in addition to the fundamental frequency, its harmonic frequencies are present and only by moving the cell walls the amplitudes of the fundamental frequency and their odd diversity be reduced, dominate in the remaining noise spectrum only the even multiples of the basic fre quenz.

Die von allen Zellen einschliesslich der Zellenwände einge­ nommene Kreisfläche ist höhengleich auf die vier Fluten auf­ geteilt. Diese höhengleiche Aufteilung ist thermodynamisch günstiger als eine flächengleiche Aufteilung.The one included by all cells including the cell walls The circular area taken is level with the four floods divided. This equal division is thermodynamic cheaper than an equal division.

Aus Fig. 2 ist erkennbar, dass die quer zur Umfangsrichtung des Rotors verlaufenden Kanten der Kanäle 19 und 21 sowie der Taschen 20 geradlinig und radial verlaufen. Falls die Zellenwände 15 des Rotors 2, wie dies bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung des Rotors der Fall ist, ebenfalls radial und gerade ausgeführt sind, so hat dies zur Folge, dass sich die Zellenkanäle aller Fluten des Rotors gegenüber den feststehenden Kanälen im Luft- und Gasgehäuse abrupt öffnen und der freie Kanalquerschnitt danach stark anstei­ gend anwächst. Das durch diesen plötzlichen Querschnittsan­ stieg verursachte stossartige Einströmen von Gas bzw. Luft kann zu subjektiv unangenehmeren Geräuschen führen, da auf­ grund des Druckprofils höherfrequente Anteile erzeugt wer­ den, deren Beseitigung oder zumindest Milderung angestrebt wird.It can be seen from FIG. 2 that the edges of the channels 19 and 21 and the pockets 20 which run transversely to the circumferential direction of the rotor run in a straight line and radially. If the cell walls 15 of the rotor 2 are also radial and straight, as is the case in the embodiment of the rotor shown in FIG. 3, this has the consequence that the cell channels of all floods of the rotor are opposite the fixed channels in the Open the air and gas housing abruptly and the free duct cross-section then increases sharply. The sudden flow of gas or air caused by this sudden increase in cross-section can lead to subjectively more unpleasant noises, because due to the pressure profile, higher-frequency components are generated, the elimination or at least mitigation of which is sought.

Wie Versuche gezeigt haben, lässt sich der aus dieser Quelle herrührende Geräuschanteil dadurch verringern, dass die quer zur Umfangsrichtung verlaufenden Begrenzungskanten der Ein- und Austrittskanäle für Luft und Gas nicht radial, sondern in nicht dargestellter Weise in Richtung einer Sekante bzw. in Form einer sich im wesentlichen in radialer Richtung er­ streckenden Wellenlinie ausgeführt werden.As experiments have shown, this can be done from this source Reduce the resulting noise by making the cross to the circumferential direction bounding edges of the and outlet channels for air and gas not radial, but in a manner not shown in the direction of a secant or in the form of a he essentially in the radial direction stretching wavy line.

Claims (2)

1. Mehrflutige gasdynamische Druckwellenmaschine, mit einem Rotor, einem den Rotor umschliessenden Gehäuse sowie einem Luftgehäuse und einem Gasgehäuse mit Kanä­ len für die Zu- und Abfuhr der gasförmigen Arbeitsmit­ tel, wobei der Zellenring des Rotors durch mehrere zwi­ schen einem Nabenrohr und einem Deckband angeordnete Zwischenrohre in konzentrische Fluten unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluten die gleiche An­ zahl Zellen aufweisen, wobei in jeder Flut die Zellen eine unterschiedliche Teilung aufweisen und wobei das Verteilungsschema in jeder Flut verschieden ist.1. Multi-flow gas dynamic pressure wave machine, with a rotor, a housing enclosing the rotor and an air housing and a gas housing with channels for the supply and discharge of the gaseous working medium, the cell ring of the rotor being arranged by several between a hub tube and a cover band Intermediate tubes are divided into concentric floods, characterized in that the floods have the same number of cells, the cells having a different division in each flood and the distribution scheme being different in each flood. 2. Mehrflutige gasdynamische Druckwellenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluten in radialer Richtung höhengleich sind.2. Multi-flow gas dynamic pressure wave machine after Claim 1, characterized in that the floods in radial direction are the same height.