EP1416123A2 - Vortex inlet vanes - Google Patents
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- EP1416123A2 EP1416123A2 EP03022991A EP03022991A EP1416123A2 EP 1416123 A2 EP1416123 A2 EP 1416123A2 EP 03022991 A EP03022991 A EP 03022991A EP 03022991 A EP03022991 A EP 03022991A EP 1416123 A2 EP1416123 A2 EP 1416123A2
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Definitions
- the invention relates to a Swirl generating device for the swirling flow onto a Impeller of a compressor or a (centrifugal) pump with a housing and a suction line.
- a compressor arranged on the inlet side influences Swirl generator at the compressor inlet the flow direction of the air in such a way that there is a reduction in the critical map area Entry shock losses on the paddle wheel come. It will therefore be an advantageous one Displacement of the surge limit in the direction of smaller mass flows reached.
- DE 42 12 880 A1 which is a adjustable guide vane disclosed, the guide vanes a pivotable Include vane part.
- DE 42 12 880 A1 is the compressor upstream of a guide vane ring, which has a housing and divided Guide vanes includes.
- This relatively elaborately designed guide grill must with a view to a coordinated design also of the neighboring ones Components included in the design of the overall system be, which is why it is not possible to easily in one to integrate existing compressor system.
- the Guide vane housing is also insufficient from Compressor housing decoupled, so that the acoustic behavior is problematic.
- manufacturing, assembly and maintenance the arrangement due to the large number of individual parts with a very large Associated effort.
- DE 2 060 271 A1 is to be mentioned, which is a method for automatic setting of the inlet swirl on compressors of Exhaust gas turbochargers and a nozzle describes.
- the axial flow through the diffuser is arranged in the intake manifold of the compressor and up to an axial stop in an area with extended Inner diameter is pushed in, diffuser and compressor housing be in positive contact with each other.
- the disadvantage is On the one hand, a specially adapted, dimensionally accurate, constructive design of the compressor housing necessary, on the other hand, flow-related vibrations of the Continue the guide into the compressor housing unhindered.
- the object of the invention is an acoustically optimized, with a good To provide efficiency working swirl generator, which is very simple and is particularly cheap to manufacture and to is assembled and which in a simple manner without significant Changes to adjacent components in an existing system can be integrated.
- a swirl generating device with the Features of claim 1, being according to the underlying idea an in the nozzle-shaped inlet of the housing and / or in the Suction line insertable swirl generator upstream of the impeller is provided, the housing on the suction side for connection to the suction line is designed like a nozzle and the swirl generator in the connection area is arranged between the suction line and the housing and the swirl generator a mounting flange for both radial fixing within the Suction line or the housing, as well as for the axial fixing between Includes suction line and housing.
- the swirl generator expediently comprises a fastening flange both for radial fixing within the charge air suction line or the Compressor housing, the radially outer edge of the flange rests on the inside of the charge air suction line or the compressor housing, as well as for the axial fixing between the charge air suction line and Compressor housing, the charge air suction line one with the Corresponding inlet connection end of the compressor housing has axially directed paragraph.
- the swirl generator has an annular, radial outer area, which may also be the same as mentioned Fastening flange forms, with internal guide vanes and the guide vanes are rigidly arranged, according to one particular preferred embodiment, the guide vanes adjustable and / or are deformable so that an adjustment according to the Mass throughput can take place.
- An embodiment of the guide vanes of the Swirl generator viewed from an elastically deformable plastic.
- the swirl generator is according to a preferred embodiment of axially flows through a flow medium, the extend Guide vanes of the swirl generator starting from a fixed leading edge, which is connected to the annular, radially outer region, in Flow direction and have a curvature in the radial direction on, so that a flow swirl can be generated.
- the guide vanes of the swirl generator expediently overlap in areas with little or no flow, areas totaling 20-30%, in particular of approx. 25% of the flow area. "Flown area” the swirl generator is present in the sense of an axial projection understand.
- the Swirl generator four guide vanes, which in little or no flow State each one over an angle of 35-45 °, in particular of approx. 40 °, the circular segment-like area of the flow Cover area.
- Embodiment of the invention opposes the guide vanes of the swirl generator their radial curvature deformed so that a lower flow swirl is produced.
- a preferred embodiment of the swirl generator with four According to guide vanes cover the upper and the maximum Operating range of the compressor or the pump each one over an angle of 1 - 11 °, in particular of about 6 °, Area of the flow area in the shape of a segment of a circle.
- a radial compressor 1 is not shown here Exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine with an intake side Swirl generating device 2 shown.
- the compressor includes an in a housing 3 arranged impeller 5 with impeller blades, which is driven by means of an exhaust gas turbine via a shaft. Doing so according to arrow direction A charge air via a charge air suction line 6 sucked in and via a diffuser channel 17 and a spiral channel 4 into a Boost air pressure line promoted; if necessary, the charge air recirculated exhaust gas mixed.
- the swirl generator 7 has a cylindrical, tubular section-shaped base body 11 with internal guide vanes 18 on and is inserted into the charge air line 6, so that the outside of the base body 11 bears against the inside of the charge air line 6.
- this includes a flange 12, the charge air line side Surface rests on a shoulder 13 of the charge air line 6, whereas the surface of the flange 12 on the compressor side with the end face of a seal 8 communicates.
- the diameter of the flange 12 corresponds approximately the inner diameter of the widened end 15 of the charge air line 6, so that there is also a definition in the radial direction.
- the compressor housing 3 is in the form of a pipe socket on the charge air inlet side formed, the end portion 10 of the socket 16 on the outside has reduced diameter on which the rubber elastic Seal 8 is pushed on.
- the seal 8 is in the direction of Flange 12 of the swirl generator 7 over the end 14 of the socket 16 over, so that the swirl generator 7 is decoupled from the compressor housing 3.
- the seal 8 has circumferential fins 9, which are allow easy pushing on the charge air line 6, but a prevent unintentional loosening of the connection; is also on the Flange 12 is held with a certain preload in the axial direction.
- the swirl generator 7 comprises four to nine blades 18, the outlet angle corresponding to the Charge air mass flow can be selected between 15 ° and 75 °.
- the blades 18 of the swirl generator 7 depending on Mass throughput adjustable or deformable expediently one Adjustment or deformation is caused by the gas force itself.
- the swirl generator 7 consists of a plastic such as, for example glass fiber reinforced polyamide, where appropriate - especially if backflow of hot charge air from the compressor is not effective can be prevented - a metal version is preferred. Due to the high temperatures that occur during charge air compression the compressor housing 3 is made of cast aluminum; the Charge air intake pipe is made of glass fiber reinforced polyamide.
- the swirl generator 7 with blades 18 is without Center bar is shown, however, according to another embodiment a design with a central central web is also expedient considered.
- FIG. 2 shows a four-bladed swirl generator in different views.
- the swirl generator 200 is one-piece in an injection molding process from a relative soft, thermoplastic with a hardness of approx. 45 Shore D made so that the wings 202 have the required flexibility.
- the areas that require greater stability - like the ring-shaped, radially outer region 204, the leading edges 206 of the wing 202 and the Central area 208 - are constructive, in particular by means of saponification ribs or material reinforcements designed accordingly.
- the wings 202 are on their radially inner side in the central region 208 their half length is connected axially straight to each other, so that each a free, particularly deformable wing end 216 remains. On the outside, can the wing curvature from the wing end 216 to the area of Continue leading edge 202, since wing 202 is not axially straight here are set.
- the leading edges 206 and those in FIG Flow direction a extending wing 202 recognizable.
- the swirl generator in the area between the suction line and the pump or Compressor housing (see FIG. 1) by means of the annular, radially outer one Area 204 set so that this area 204 in the axial direction outstanding areas, such as leading edges 206 and wings 202, for A reduced intake in the intake manifold or in the intake manifold Have diameter.
- the central region 208 is conical on the inflow side, which Wing edges 218 are smaller in the direction of flow a Diameter withdrawn, the ends are rounded.
- the annular, radially outer region 204 of the swirl generator 200 lip 220 on the outside.
- the lip has a slightly larger one Diameter than the clear diameter of the insertion area, see above that the swirl generator 200 only with the leading edges 206 forward can be inserted.
- the curvature of the guide vanes 202 causes a swirl to be applied to the flowing in direction a.
- the swirl generation depends on the curvature of the guide vanes 202
- the Guide vane curvature dependent on mass flow.
- the connection is with the diagram 300 in Figure 3 for different temperatures shown.
- the mass flow is plotted on the ordinate the abscissa shows the deflection of the guide vanes 202 in mm. All three curves 302 for -20 ° C, 304 for 23 ° C and 306 for 65 ° C show that with increasing Measuring current increasing deformation of the guide vanes 202 des Swirl generator 200, associated with each one is correspondingly lower swirl generation.
- FIG. 4 shows the surface area of a four-wing Swirl generator at a temperature of the flow medium of 23 ° C for different mass flows.
- the wings of the swirl generator according to a) in each case Circular sector-shaped areas 402 of approximately 37 °.
- Circular sector-shaped areas 402 of approximately 37 °.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 eine Drallerzeugungseinrichtung zur drallbeaufschlagten Anströmung eines Laufrades eines Verdichters oder einer (Kreisel-)Pumpe mit einem Gehäuse und einer Saugleitung.According to the preamble of claim 1, the invention relates to a Swirl generating device for the swirling flow onto a Impeller of a compressor or a (centrifugal) pump with a housing and a suction line.
In Hinblick auf eine Leistungssteigerung und/oder zur Verbesserung des Wirkungsgrades sowie auch der Abgasqualität ist es bekannt, Brennkraftmaschinen mit verdichteter Luft zu beaufschlagen; in diesem Zusammenhang haben sich beispielsweise abgasgetriebene Turbolader bewährt.With a view to increasing performance and / or improving the Efficiency as well as the exhaust gas quality it is known To apply compressed air to internal combustion engines; in this For example, there is a connection between exhaust gas-driven turbochargers proven.
Der Betrieb derartiger Verdichter erfolgt aufgrund der besseren Dynamikeigenschaften häufig nahe der Pumpgrenze im Verdichterkennfeld, was allerdings akustische Nachteile in Form sehr störender Zischgeräusche bedingt, gegebenenfalls führt die Instabilität bei länger andauerndem Betrieb in diesem Bereich sogar zu Schäden am Verdichterlaufrad. Ferner ist der Betrieb im Bereich der Pumpgrenze in besonderem Maße verlustbehaftet, so dass sich ein sehr schlechter Wirkungsgrad ergibt. Auch im Zusammenhang mit (Kreisel-)Pumpen im Allgemeinen stellen sich die beschriebenen Probleme.The operation of such compressors is due to the better ones Dynamic properties often close to the surge limit in the compressor map, which, however, has acoustic disadvantages in the form of very annoying hissing noises conditional, the instability may lead to prolonged operation even damage to the compressor impeller in this area. Furthermore, the Operation in the area of the surge line is particularly lossy, see above that there is very poor efficiency. Also related with (centrifugal) pumps in general, the described ones arise Problems.
Eine Möglichkeit zur Abhilfe besteht bei Abgasturboladern im geregelten Betrieb, wobei zwischen turbinen- und verdichterseitiger Regelung unterschieden wird. Im Rahmen einer verdichterseitigen Regelung können dem Verdichterlaufrad vorgeordnete Luftleitgitter zur Anwendung kommen.One possibility to remedy exhaust gas turbochargers is in the regulated Operation, whereby between turbine and compressor control is distinguished. As part of a compressor-side regulation air guide grilles upstream of the compressor impeller are used.
Beispielsweise beeinflusst ein verdichtereingangsseitig angeordneter Drallerzeuger am Verdichtereintritt die Strömungsrichtung der Luft derart, dass es im kritischen Kennfeldbereich zu einer Reduktion der Eintrittsstoßverluste am Schaufelrad kommt. Es wird somit eine vorteilhafte Verschiebung der Pumpgrenze in Richtung kleinerer Massenströme erreicht.For example, a compressor arranged on the inlet side influences Swirl generator at the compressor inlet the flow direction of the air in such a way that there is a reduction in the critical map area Entry shock losses on the paddle wheel come. It will therefore be an advantageous one Displacement of the surge limit in the direction of smaller mass flows reached.
Zu nennen ist in diesem Zusammenhang die DE 42 12 880 A1, welche ein verstellbares Leitgitter offenbart, dessen Leitschaufeln einen schwenkbaren Leitschaufelteil umfassen. Gemäß der DE 42 12 880 A1 ist dem Verdichter ein Leitschaufelkranz vorgeordnet, welcher ein Gehäuse sowie geteilte Leitschaufeln umfasst. Dieses relativ aufwändig konstruierte Leitgitter muss in Hinblick auf eine abgestimmte Ausgestaltung auch der angrenzenden Komponenten bei der Konzeption des Gesamtsystems mit einbezogen werden, weshalb es nicht möglich ist, das Leitgitter auf einfache Weise in ein bestehendes Verdichtersystem zu integrieren. Das Leitschaufelkranzgehäuse ist außerdem nur ungenügend vom Verdichtergehäuse entkoppelt, so dass das akustische Verhalten problematisch ist. Darüber hinaus sind Herstellung, Montage und Wartung der Anordnung aufgrund der Vielzahl von Einzelteilen mit einem sehr großen Aufwand verbunden.In this context, mention should be made of DE 42 12 880 A1, which is a adjustable guide vane disclosed, the guide vanes a pivotable Include vane part. According to DE 42 12 880 A1 is the compressor upstream of a guide vane ring, which has a housing and divided Guide vanes includes. This relatively elaborately designed guide grill must with a view to a coordinated design also of the neighboring ones Components included in the design of the overall system be, which is why it is not possible to easily in one to integrate existing compressor system. The Guide vane housing is also insufficient from Compressor housing decoupled, so that the acoustic behavior is problematic. In addition, manufacturing, assembly and maintenance the arrangement due to the large number of individual parts with a very large Associated effort.
Ferner ist die DE 2 060 271 A1 zu nennen, welche ein Verfahren zur
selbsttätigen Einstellung des Eintrittsdralles bei Verdichtern von
Abgasturboladern sowie einen Leitapparat dazu beschreibt. Der axial
durchströmte Leitapparat ist im Saugrohr des Verdichters angeordnet und
bis zu einem axialen Anschlag in einen Bereich mit erweitertem
Innendurchmesser eingeschoben ist, Leitapparat und Verdichtergehäuse
stehe miteinander in formschlüssigem Kontakt. Nachteiligerweise ist
einerseits zur Aufnahme des Leitapparates eine besonders angepasste,
maßgenaue, konstruktive Ausgestaltung des Verdichtergehäuses notwendig,
andererseits können sich strömungsbedingte Schwingungen des
Leitapparates ungehindert in das Verdichtergehäuse fortsetzen.Furthermore,
Aufgabe der Erfindung ist es, eine akustisch optimierte, mit einem guten Wirkungsgrad arbeitende Drallerzeugungseinrichtung bereitzustellen, welche sehr einfach aufgebaut ist und so besonders günstig herzustellen und zu montieren ist und welche auf einfache Weise ohne maßgebliche Änderungen angrenzender Komponenten in ein bestehendes System integrierbar ist.The object of the invention is an acoustically optimized, with a good To provide efficiency working swirl generator, which is very simple and is particularly cheap to manufacture and to is assembled and which in a simple manner without significant Changes to adjacent components in an existing system can be integrated.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Drallerzeugungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei gemäß der zu Grunde liegenden Idee ein in den stutzenartig ausgebildeten Einlass des Gehäuses und/oder in die Saugleitung einschiebbarer, dem Laufrad vorgeordneter Drallerzeuger vorgesehen ist, das Gehäuse saugseitig zur Verbindung mit der Saugleitung stutzenartig ausgebildet ist und der Drallerzeuger im Verbindungsbereich zwischen Saugleitung und Gehäuse angeordnet ist und der Drallerzeuger einen Befestigungsflansch sowohl zur radialen Festlegung innerhalb der Saugleitung oder des Gehäuses, als auch zur axialen Festlegung zwischen Saugleitung und Gehäuse umfasst.The problem is solved with a swirl generating device with the Features of claim 1, being according to the underlying idea an in the nozzle-shaped inlet of the housing and / or in the Suction line insertable swirl generator upstream of the impeller is provided, the housing on the suction side for connection to the suction line is designed like a nozzle and the swirl generator in the connection area is arranged between the suction line and the housing and the swirl generator a mounting flange for both radial fixing within the Suction line or the housing, as well as for the axial fixing between Includes suction line and housing.
Besonders zu bevorzugende Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Refinements and developments of the Invention are the subject of the dependent claims.
Einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel zufolge sind zur akustischen Entkoppelung der Saugleitung und/oder des Oral/erzeugers vom Gehäuse Mittel - wie eine elastische Dichtung zwischen Saugleitung und/oder Drallerzeuger einerseits und Gehäuse andererseits - vorgesehen.According to a particularly preferred embodiment, the acoustic decoupling of the suction line and / or oral / generator from Housing middle - like an elastic seal between suction line and / or swirl generator on the one hand and housing on the other - provided.
Zweckmäßigerweise umfasst der Drallerzeuger einen Befestigungsflansch sowohl zur radialen Festlegung innerhalb der Ladeluftsaugleitung oder des Verdichtergehäuses, wobei der radial äußere Rand des Flansches innenseitig an der Ladeluftsaugleitung oder dem Verdichtergehäuse anliegt, als auch zur axialen Festlegung zwischen Ladeluftsaugleitung und Verdichtergehäuse, wobei die Ladeluftsaugleitung einen mit dem Einlassstutzenende des Verdichtergehäuses korrespondierenden axialgerichteten Absatz aufweist.The swirl generator expediently comprises a fastening flange both for radial fixing within the charge air suction line or the Compressor housing, the radially outer edge of the flange rests on the inside of the charge air suction line or the compressor housing, as well as for the axial fixing between the charge air suction line and Compressor housing, the charge air suction line one with the Corresponding inlet connection end of the compressor housing has axially directed paragraph.
Sehr zweckmäßig ist es, wenn der Drallerzeuger einen ringförmigen, radial äußeren Bereich, welcher gegebenenfalls zugleich den genannten Befestigungsflansch bildet, mit innenliegenden Leitschaufeln aufweist und die Leitschaufeln starr angeordnet sind, wobei gemäß eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels die Leitschaufeln verstell- und/oder verformbar sind, so dass eine Anpassung entsprechend dem Massedurchsatz erfolgen kann.It is very useful if the swirl generator has an annular, radial outer area, which may also be the same as mentioned Fastening flange forms, with internal guide vanes and the guide vanes are rigidly arranged, according to one particular preferred embodiment, the guide vanes adjustable and / or are deformable so that an adjustment according to the Mass throughput can take place.
Als sehr vorteilhaft wird eine Ausgestaltung der Leitschaufeln des Drallerzeugers aus einem elastisch verformbaren Kunststoff angesehen.An embodiment of the guide vanes of the Swirl generator viewed from an elastically deformable plastic.
Der Drallerzeuger ist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel von einem Strömungsmedium axial durchströmt, dabei erstrecken sich die Leitschaufeln des Drallerzeugers ausgehend von einer festen Anströmkante, welche mit dem ringförmigen, radial äußeren Bereich verbunden ist, in Strömungsrichtung und weisen dabei eine Krümmung in radialer Richtung auf, so dass ein Strömungsdrall erzeugbar ist. The swirl generator is according to a preferred embodiment of axially flows through a flow medium, the extend Guide vanes of the swirl generator starting from a fixed leading edge, which is connected to the annular, radially outer region, in Flow direction and have a curvature in the radial direction on, so that a flow swirl can be generated.
Zweckmäßigerweise überdecken die Leitschaufeln des Drallerzeugers in nicht oder gering durchströmtem Zustand Bereiche von insgesamt 20 - 30%, insbesondere von ca. 25%, der angeströmten Fläche. "Angeströmte Fläche" des Drallerzeugers ist vorliegend im Sinne einer axialen Projektion zu verstehen.The guide vanes of the swirl generator expediently overlap in areas with little or no flow, areas totaling 20-30%, in particular of approx. 25% of the flow area. "Flown area" the swirl generator is present in the sense of an axial projection understand.
Einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zufolge umfasst dabei der Drallerzeuger vier Leitschaufeln, welche in nicht oder gering durchströmtem Zustand jeweils einen sich über einen Winkel von 35 - 45°, insbesondere von ca. 40°, erstreckenden, kreissegmentartigen Bereich der angeströmten Fläche überdecken.According to a preferred embodiment, the Swirl generator four guide vanes, which in little or no flow State each one over an angle of 35-45 °, in particular of approx. 40 °, the circular segment-like area of the flow Cover area.
Als besonders Vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Leitschaufeln des Drallerzeugers abhängig vom Massenstrom des Strömungsmediums verformbar sind.It is considered to be particularly advantageous if the guide vanes of the Swirl generator depending on the mass flow of the flow medium are deformable.
Mit zunehmendem Massenstrom werden gemäß einer bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung die Leitschaufeln des Drallerzeugers entgegen ihrer radialen Krümmung verformt, so dass ein geringerer Strömungsdrall erzeugt wird. Entsprechend verringern sich die von den Leitschaufeln des Drallerzeugers krümmungsbedingt überdecken, kreissegmentartigen Bereiche der angeströmten Fläche mit zunehmendem Massenstrom.With increasing mass flow are preferred according to one Embodiment of the invention opposes the guide vanes of the swirl generator their radial curvature deformed so that a lower flow swirl is produced. The guide vanes of the Cover the swirl generator due to curvature, like a segment of a circle Areas of the flow area with increasing mass flow.
Zweckmäßigerweise stellt sich im oberen und maximalen Betriebsbereich des Verdichters oder der Pumpe eine maximale Verformung der Leitschaufeln des Drallerzeugers ein. Beispielsweise überdecken im oberen und maximalen Betriebsbereich des Verdichters oder der Pumpe die Leitschaufeln des Drallerzeugers krümmungsbedingt kreissegmentartige Bereiche von insgesamt 4 - 14%, insbesondere von ca. 9%, der angeströmten Fläche. Conveniently, it is in the upper and maximum operating range of the compressor or the pump a maximum deformation of the Guide vanes of the swirl generator. For example, cover the top and maximum operating range of the compressor or pump Guide vanes of the swirl generator due to the curvature of a segment of a circle Ranges of a total of 4 - 14%, in particular of approx. 9%, of the flowed area.
Einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Drallerzeugers mit vier Leitschaufeln zufolge überdecken diese im oberen und maximalen Betriebsbereich des Verdichters oder der Pumpe jeweils einen sich über einen Winkel von 1 - 11°, insbesondere von ca. 6°, erstreckenden, kreissegmentartigen Bereich der angeströmten Fläche.A preferred embodiment of the swirl generator with four According to guide vanes, these cover the upper and the maximum Operating range of the compressor or the pump each one over an angle of 1 - 11 °, in particular of about 6 °, Area of the flow area in the shape of a segment of a circle.
Nachfolgend wird ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaft
- Figur 1
- einen Meridianschnitt durch einen Verdichter mit einer Drallerzeugungseinrichtung,
Figur 2- einen Drallerzeuger in unterschiedlichen Ansichten,
Figur 3- ein Diagramm zur Verformung der Drallerzeugerflügel abhängig vom Massenstrom sowie
- Figur 4
- die Verformung der Drallerzeugerflügel bei unterschiedlichen Massenströmen.
- Figure 1
- a meridian section through a compressor with a swirl generating device,
- Figure 2
- a swirl generator in different views,
- Figure 3
- a diagram for the deformation of the swirl generator wing depending on the mass flow and
- Figure 4
- the deformation of the swirl generator blades with different mass flows.
In Figur 1 ist ein Radialverdichter 1 eines hier nicht näher dargestellten
Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine mit einer saugseitigen
Drallerzeugungseinrichtung 2 dargestellt. Der Verdichter umfasst ein in
einem Gehäuse 3 angeordnetes Laufrad 5 mit Laufradschaufeln, welches
mittels einer Abgasturbine über eine Welle angetrieben ist. Dabei wird
entsprechend der Pfeilrichtung A Ladeluft über eine Ladeluftsaugleitung 6
angesaugt und über einen Diffusorkanal 17 sowie einen Spiralkanal 4 in eine
Ladeluftdruckleitung gefördert; gegebenenfalls wird der Ladeluft
rückgeführtes Abgas zugemischt. In Figure 1, a radial compressor 1 is not shown here
Exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine with an intake side
Um eine drallbeaufschlagte, gerichtete Anströmung der Laufradschaufeln zu
erreichen, ist im Anströmbereich ein Drallerzeuger 7 als Einschubteil
vorgesehen. Der Drallerzeuger 7 weist einen zylindrischen,
rohrabschnittsförmigen Grundkörper 11 mit innenliegenden Leitschaufeln 18
auf und ist in die Ladeluftleitung 6 eingeschoben, so dass die Außenseite
des Grundkörpers 11 an der Rohrinnenseite der Ladeluftleitung 6 anliegt.
Zur Festlegung des Drallerzeugers 7 insbesondere in axialer Richtung
umfasst dieser einen Flansch 12 vorgesehen, dessen ladeluftleitungsseitige
Fläche an einem Absatz 13 der Ladeluftleitung 6 anliegt, wohingegen die
verdichterseitige Fläche des Flansches 12 mit der Stirnseite einer Dichtung 8
in Verbindung steht. Der Durchmesser des Flansches 12 entspricht in etwa
dem Innendurchmesser des aufgeweiteten Endes 15 der Ladeluftleitung 6,
so dass auch eine Festlegung in radialer Richtung gegeben ist.To ensure that the impeller blades are subjected to a directional inflow
reach, is in the inflow area a
Das Verdichtergehäuse 3 ist ladelufteinlassseitig rohrstutzenartig
ausgebildet, wobei der Endbereich 10 des Stutzens 16 außenseitig einen
verringerten Durchmesser aufweist, auf welchen die gummielastische
Dichtung 8 aufgeschoben ist. Die Dichtung 8 steht dabei in Richtung des
Flansches 12 des Drallerzeugers 7 über das Ende 14 des Stutzens 16 über,
so dass der Drallerzeuger 7 vom Verdichtergehäuses 3 entkoppelt ist.
Außenseitig weist die Dichtung 8 umlaufende Lamellen 9 auf, welche ein
leichtes aufschieben der Ladeluftleitung 6 ermöglichen, jedoch ein
unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung verhindern; zudem wird auf der
Flansch 12 mit einer gewissen Vorspannung in axialer Richtung gehalten.The
Gemäß der vorliegenden Ausführung umfasst der Drallerzeuger 7 vier bis
neun Schaufeln 18, deren Austrittswinkel entsprechend dem
Ladeluftmassenstrom zwischen 15° und 75° wählbar ist. Bevorzugt wird eine
ungerade Anzahl Schaufeln 18, wodurch die Gefahr einer Resonanzbildung
an den Verdichterradschaufeln reduziert ist. Da eine wie in der Figur gezeigt
starre Auslegung der Drallerzeugungseinrichtung immer einen Kompromiss
zwischen akustischem und Volllast-Verhalten des Verdichter darstellt, sind
bevorzugterweise die Schaufeln 18 des Drallerzeugers 7 abhängig vom
Massendurchsatz verstell- oder verformbar, wobei zweckmäßigerweise eine
Verstellung oder Verformung durch die Gaskraft selbst bewirkt wird.According to the present embodiment, the
Der Drallerzeuger 7 besteht aus einem Kunststoff wie beispielsweise
glasfaserverstärktem Polyamid, wobei gegebenenfalls - insbesondere wenn
ein Zurückströmen heißer Ladeluft aus dem Verdichter nicht wirksam
verhindert werden kann - eine Ausführung aus Metall bevorzugt ist.
Aufgrund der bei der Ladeluftverdichtung auftretenden hohen Temperaturen
ist das Verdichtergehäuse 3 aus Aluminiumguss gefertigt; das
Ladeluftsaugrohr besteht aus glasfaserverstärktem Polyamid.The
In der vorliegenden Figur 1 ist der Drallerzeuger 7 mit Schaufeln 18 ohne
Mittelsteg dargestellt, gemäß einer anderen Ausführungsform wird jedoch
auch eine Ausgestaltung mit zentralen Mittelsteg als zweckmäßig
angesehen.In the present FIG. 1, the
Figur 2 zeigt einen vierflügligen Drallerzeuger in unterschiedlichen Ansichten.
Der Drallerzeuger 200 ist einteilig in Spritzgussverfahren aus einem relativ
weichen, thermoplastischen Kunststoff mit einer Härte von ca. 45 Shore D
hergestellt, so dass die Flügel 202 die erforderliche Flexibilität aufweisen.
Die Bereiche, welche eine höhere Stabilität erfordern - wie der ringförmige,
radial äußere Bereich 204, die Anströmkanten 206 der Flügel 202 und der
Zentralbereich 208 - sind konstruktiv insbesondere mittels Verseifungsrippen
oder Materialverstärkungen entsprechend ausgestaltet.Figure 2 shows a four-bladed swirl generator in different views.
The
Deutlich erkennbar ist in der Ansicht 210 von unten in Verbindung mit der
3D-Ansicht 212, wie die Flügel 202 sich ausgehend von den Anströmkanten
206 in der mit a gekennzeichneten Strömungsrichtung erstrecken und dabei
eine Krümmung in radialer Richtung zur Drallerzeugung aufweisen.
Vorliegend wird die Strömung a in einen Rechtsdrall versetzt, wobei die
Richtung der Flügelkrümmung selbstverständlich von der Drehrichtung des
im Strömungsverlauf nachfolgenden Pumpen- oder Verdichterlaufrades (vgl.
Figur 1, Ziff. 5) abhängt.Is clearly recognizable in
Die Flügel 202 sind an ihrer radial inneren Seite im Zentralbereich 208 über
ca. ihre halbe Länge axial gerade miteinander verbunden, so dass jeweils
ein freies, besonders verformbares Flügelende 216 verbleibt. Außenseitig
kann sich die Flügelkrümmung vom Flügelende 216 bis in den Bereich der
Anströmkante 202 fortsetzen, da hier die Flügel 202 nicht axial gerade
festgelegt sind.The
In der seitlichen Ansicht 214 sind die Anströmkanten 206 und die sich in
Strömungsrichtung a erstreckenden Flügel 202 erkennbar. In Montagelage
ist der Drallerzeuger im Bereich zwischen Saugleitung und Pumpen- bzw.
Verdichtergehäuse (vgl. Figur 1) mittels dem ringförmigen, radial äußeren
Bereich 204 festgelegt, so dass die diesen Bereich 204 in axialer Richtung
überragenden Bereiche, wie Anströmkanten 206 und Flügel 202, zur
Aufnahme im Saugrohr oder im Ansaugstutzen einen verringerten
Durchmesser aufweisen. In Hinblick auf einen günstigen Strömungsverlauf
ist der Zentralbereich 208 anströmseitig kegelig ausgebildet, die
Flügelkanten 218 sind in Strömungsrichtung a auf einen geringeren
Durchmesser zurückgezogen, die Abschlüsse sind gerundet.In the
Als Montagehilfe und um eine radial vorgespannte Dichtung in der
Saugleitung bzw. im Pumpen- oder Verdichtergehäuse zu gewährleisten,
weist der ringförmige, radial äußere Bereich 204 des Drallerzeugers 200
außenseitig eine Lippe 220 auf. Die Lippe weist einen geringfügig größeren
Durchmesser auf, als der lichte Durchmesser des Einschubbereiches, so
dass der Drallerzeuger 200 nur mit den Anströmkanten 206 nach vorne
einschiebbar ist.As an assembly aid and around a radially preloaded seal in the
To ensure suction line or in the pump or compressor housing,
the annular, radially
Die Krümmung der Leitschaufeln 202 bedingt eine Drallbeaufschlagung der
in Richtung a strömenden Strömung. Einerseits hängt die Drallerzeugung
von der Krümmung der Leitschaufeln 202 ab, andererseits ist die
Leitschaufelkrümmung vom Massenstrom abhängig. Der Zusammenhang ist
mit dem Diagramm 300 in Figur 3 für unterschiedliche Temperaturen
dargestellt. Auf der Ordinate ist normiert der Massenstrom aufgetragen, auf
der Abszisse die Auslenkung der Leitschaufeln 202 in mm. Alle drei Kurven
302 für -20°C, 304 für 23°C und 306 für 65°C zeigen die mit steigendem
Messenstrom größer werdende Verformung der Leitschaufeln 202 des
Drallerzeugers 200, damit verbunden ist jeweils eine entsprechend geringer
werdende Drallerzeugung. Je höher die Temperatur des Strömungsmediums
ist, desto weicher sind die Leitschaufeln 202 des Drallerzeugers 200, was
sich im steileren Anstieg der Verformungskurven 304 und 306 ausdrückt.
Aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung des Drallerzeugers 200 zeigt
insbesondere die Kurve 304 im Bereich 0,6 bis 0,8 des normierten
Luftmassenstromes eine deutliches Plateau. In diesem Bereich wird trotz
des relativ hohen Luftmassenstromes eine gewisse Drallerzeugung erreicht,
welche erst bei noch weiterem Anstieg des Luftmassenstromes stark abfällt.The curvature of the
Maßgeblich bestimmt wird die Drallerzeugung neben der Ausgestaltung der
Flügel von der angeströmten, mit zunehmendem Massenstrom
abnehmenden Flügelfläche entsprechend der Projektion in
Strömungsrichtung. Figur 4 zeigt die angeströmte Fläche eines vierflügligen
Drallerzeugers bei einer Temperatur des Strömungsmediums von 23°C für
unterschiedliche Massenströme. Bei 20% des Nennleistungsmassenstroms
überdecken die Flügel des Drallerzeugers gemäß a) jeweils
kreissektorförmige Bereiche 402 von ca. 37°. Mit zunehmendem
Massenstrom überdecken die Flügel aufgrund der elastischen Verformung
einen geringer werdenden Teil der angeströmten Fläche, so dass die Flügel
des Drallerzeugers, wie mit b) gezeigt, bei 40% des
Nennleistungsmassenstroms jeweils kreissektorförmige Bereiche 404 von
ca. 30° überdecken. Mit c) ist die Verformung bei 60% des
Nennleistungsmassenstroms dargestellt, wobei die Flügel des Drallerzeugers
jeweils kreissektorförmige Bereiche 406 von ca. 20° überdecken, gemäß d)
werden bei 80% des Nennleistungsmassenstroms jeweils kreissektorförmige
Bereiche 408 von ca. 17° überdeckt. Entsprechend e) ergibt sich beim
Nennleistungsmassenstrom eine maximale Verformung der Flügel des
Drallerzeugers, wobei die Flügel jeweils kreissektorförmige Bereiche 410 von
ca. 7° überdecken und somit eine minimale Drallerzeugung erreicht ist.The swirl generation is decisively determined in addition to the design of the
Wing of the flow, with increasing mass flow
decreasing wing area according to the projection in
Flow direction. Figure 4 shows the surface area of a four-wing
Swirl generator at a temperature of the flow medium of 23 ° C for
different mass flows. At 20% of the nominal power mass flow
cover the wings of the swirl generator according to a) in each case
Circular sector-shaped
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