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Sauggeräuschdämpfer von Kolbenmaschinen
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Dämpfung des Geräusches des Saugsystems von Ein- und auch Mehrzylinder-Kolbenmaschinen, gelöst mit Rücksicht auf die Erreichung maximalen Auffüllen des wirksamen Raumes mit Arbeitsstoff.
Die herkömmlich erzeugten Geräuschdämpfer des Saugsystems sind vor allem vom Gesichtspunkt der akustischen Theorie der Fortpflanzung von Schwingungen geringer Amplituden konstruiert, wo die Ab- dämpfung des Geräusches auf bekannte Weise, wie durch Reflexion, Interferenz, Drosselung, Absorption,
Wirbelung usw., erzielt wird. Die Theorie der akustischen Wellenbewegung gibt jedoch keine ausreichen- den Unterlagen zur Bewertung der Wirkungen einzelner Elemente der Dämpfvorrichtung auf den Strö- mungscharakter der angesaugten Luft und gestattet daher nicht die Fragen der optimalen Auffüllung des wirksamen Raumes (des Zylinders, des Kurbelgehäuses) zu verfolgen.
Die Folge davon ist, dass die her- kömmlichen Konstruktionen von Dämpfvorrichtungen die dynamischen Wirkungen einzelner Teile des
Dämpfsystems entweder überhaupt nicht oder sehr wenig ausnützen.
Die Erfindung löst demgegenüber die Frage der Geräuschabdämpfung vor allem vom ökonomischen
Gesichtspunkt, vom Gesichtspunkt der Erreichung maximaler Ausnützung der dynamischen Wirkungen für die Auffüllung des wirksamen Raumes, die einer von den die Leistung der Maschine beeinflussenden Haupt- parametern ist. Zur Bewertung des Saugsystems in dieser Hinsicht ist es zweckmässig, den Förderungs- (vo- lumetrischen) Wirkungsgrad angesaugte Gewichtsmenge der Gase in einem Arbeitshub
Hubraum mal yo anzuwenden, wo yo das spezifische Gewicht des Gases vor Eintritt in das Saugsystem ist. Aus der Analyse
EMI1.1
EMI1.2
gegeben ist, wo ao.... die Schallgeschwindigkeit n.... Motorumdrehungen pro Minute
L.... Länge der Saugrohrleitung a....
Kurbelwinkel, bei dem sich das Steuerorgan öffnet
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asz... Kurbelwinkel.PlI... Druck
K.... adiabatischer Exponent 0.... Index für atmosphärische Bedingungen ist.
Die Wirkung des Saugsystems hängt vom Verlauf der Geschwindigkeit ujj und des Druckes Pn ab. Bei komplizierterer Rohrleitung wird die Gleichung 1.) im Grundsatz gleich. Die Erkenntnisse aus umfangrei-
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chem Studium der bisher bekannten Methoden der Errechnung der instationären Strömung in der Rohrleitung und die Analysen vorgenommener Messungen zeigen, dass die dynamischen Wirkungen dieser Strö- mung das Ergebnis der Fortpflanzung und der Reflexion der Wellen sind. Es ist daher notwendig, das Saugsystem so zu wählen, dass durch die Druckwellen in der Steuerungsöffnung ein vorteilhafter Verlauf der
Geschwindigkeit un erzielt werde. Zu diesem Zwecke ist es erforderlich, geeignete Bedingungen für die Fortpflanzung und insbesondere für die Reflexion der Druckwellen auszubilden.
Im Grundsatz gilt es, dass, je mehr Energie, die in den sich vom Steuerungsorgan in das Saugsystem fortpflanzenden Druckwellen enthalten ist, in Strömungsgeschwindigkeit umgewandelt wird, desto geringere Energie in den weiter in der Richtung zur Mündung der Saugrohrleitung fortschreitenden Druckwellen enthalten sein wird und desto leichter auch die Geräuschabdämpfung sein wird. Auf Grund der angeführten Theorie kann man so leicht die durch Messungen festgestellte Tatsache erklären, dass nämlich ein vom Gesichtspunkt der Füllung des wirksamen Raumes (hoher Wert lid) in geeigneter Weise gelöstes Saugsystem verhältnismässig leicht hinsichtlich des Geräusches abgedämpft werden kann, während ein guter Geräuschdämpfer nicht immer gut auf die Leistung und den Verbrauch des Motors einwirkt.
Es ist daher richtig, gegenüber dem herkömmlichen Gesichtspunkt die Frage einer günstigen Einwirkung des Dämpfsystems auf die Leistung der Maschine in den Vordergrund zu stellen und dadurch gleichzeitig die Lösung der eigentlichen Aufgabe - der Ge- räuschdämpfung-zu erleichtern.
Eines von den im oberwähnten Sinne wirkenden Mitteln ist die vorgeschlagene Verbindung der kegelförmigen Rohrleitung mit dem Dämpfvolumen V vor welchem je nach Bedarf ein weiteres Dämpforgan angeordnet werden kann. In den beiliegenden Figuren werden die Druckverläufe in drei verschiedenartig gestalteten Saugsystemen mit Rohrleitung laut Erfindung und mit Rohrleitung konstanten Querschnittes verglichen und ein Beispiel der Anordnung der Dämpfvorrichtung dargestellt.
In Fig. 1 ist derDruckverlauf in der kegelförmigen Rohrleitung (Kurve l) im Querschnitt fund in einer Rohrleitung konstanten Querschnittes (Kurve 3) an derselben Stelle bei gleichen Umdrehungen gezeichnet.
Die Fig. 2 stellt die Druckverläufe in der kegelförmigen Rohrleitung (Kurve l) im Querschnitt F bzw. im Dämpfvolumen VT (Kurve 2) dar. Alle angeführten Druckverläufe wurden auf dem Prüfstand ermittelt.
In Fig. 3 ist das Schema eines Saugdämpfers mit Anwendung einer kegelförmigen Rohrleitung gezeichnet. Hier bedeutet : f.... den kleinen Querschnitt der kegelförmigen Rohrleitung, der an den Saugstutzen anschliesst, F.... den grossen Querschnitt der kegelförmigen Rohrleitung, der an das Dämpfvolumen anschliesst,
FT.... den Querschnitt des Dämpfvolumens senkrecht zur Achse der kegelförmigen Rohrleitung,
Ld.... die Länge der kegelförmigen Rohrleitung,
VT.... das Dämpfvolumen.
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stetiger Reflexion (an jeder elementaren Querschnittsänderung).
Die Folge davon ist, dass die Unterdruckpartie der Druckkurve nicht eine so grosse Amplitude erreicht wie bei einer Rohrleitung konstanten Querschnittes und demzufolge auch die reflektierte Überdruckpartie einen minder steilen Verlauf aufweist.
Bei Veränderung der Umdrehungen bewegt sich der in Fig. 1 durch die Gerade ct dargestellte Zeitpunkt des Schliessens des Steuerorganes relativ gegenüber dem Wellenberg A der Überdruckpartie der Welle. Aus derselben Figur ist ersichtlich, dass die entsprechenden Druckänderungen bei der kegelförmigen Rohrleitung kleiner sind und daher der Verlauf der Geschwindigkeit ulj in der integralen Funktion gunstiger wird.
Desgleichen sind die Druckänderungen im grösseren Querschnitt der kegelförmigen Rohrleitung F bzw. des Volumens Vi (Fig. 2. Kurve 2) wesentlich geringer als die im kleineren Querschnitt f (Kurve 1) gemessenen Amplituden. Die Abdämpfungsbedingungen des Volumens VT sind daher gegenüber der Anordnung, wo dieses Volumen direkt zur Maschine entweder durch eine zylinderförmige Rohrleitung oder durch eine kegelförmige Rohrleitung mit teilweise geschlossenem Querschnitt F angeschlossen ist, viel günstiger.
Hinsichtlich der Richtung der Strömung in dem Querschnitt F ebenso wie hinsichtlich des Durchflusses durch die kegelförmige Rohrleitung mit gekrümmter Achse kommt deren Wirkung auf die Reflexion der Druckwellen lediglich in einer Abänderung des Durchflusskoeffizienten zum Ausdruck. Die Richtung
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der Strömung durch das Dämpfvolumen VT bzw. seine Achse kann daher gegenüber der kegelförmigen
Rohrleitung eine beliebige Lage einnehmen.
Die Querschnitte f, F, FT können eine beliebige, den Anforderungen der Konstruktion angepasste Form haben. Der Verlauf der Konizität der Rohrleitung kann eine beliebige Funktion ihrer Länge in den weiter angeführten Grenzen sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Sauggeräuschdämpfer von Kolbenmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfvolumen (4) an die Maschine mittels einer kegelförmigen Rohrleitung (5) angeschlossen ist, die an beiden Enden offen ist und mit ihrem kleineren Querschnitt (f) an den Saugstutzen der Maschine und mit ihrem grösseren Quer- schnitt (F) an das Dämpfvolumen (VT) anschliesst, wobei der Wert F : Ld in den Grenzen von 1/30 bis 30 liegt (Fig. 3).