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Die Erfindung betrifft einen Diffusor für eine radiale Strömungsmaschine, insbesondere für einen Radialverdichter.
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Solche Radialverdichter bestehen aus einem eine Verdichterstufe bildenden, um eine Drehachse rotierenden Lauf- bzw. Flügelrad mit einem – bezüglich der Drehachse des Laufrades – axialem Eintritt und einem radialen Austritt. Zu verdichtendes Gas strömt axial in das Laufrad der Verdichterstufe und wird dann nach außen (radial, Radialrichtung) abgelenkt, wobei es aus dem Laufrad mit hoher Geschwindigkeit austritt.
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Kinetische Energie des mit hoher Geschwindigkeit austretenden und zu verdichtenden Gases wird dann in einem Diffusor in potenzielle Energie in Form von Druck umgewandelt.
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Ein solcher Diffusor wird meist durch zwei nichtrotierende, einen ringförmigen Hohlraum bzw. einen Ringraum ausbildende Ringe gebildet, welcher Ringraum sich an den Laufradaustritt radial anschließt bzw. welche Ringe bzw. ringförmige Wände/Seitenfläche sich an den Laufradaustritt radial anschließen und senkrecht zur Drehachse oder zu dieser in einem sehr stumpfen Winkel stehen (radiale Ringraumwände/radiale Seitenflächen).
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Das aus dem Laufrad austretende Gas wird in diesem Ringraum zwischen diesen beiden ringförmigen Wänden radial nach außen geführt und gelangt zu einem Sammler.
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Häufig haben Diffusoren Flügel, d. h. eine Beschaufelung, zur Lenkung und besseren Steuerung der Verlangsamung der Strömung.
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Ferner ist bekannt, dass solche Radialverdichter relativ hohe Schallemissionen bzw. Geräuschpegel verursachen, die eine (Lärm-)Beeinträchtigung einer Umgebung des Radialverdichters darstellen. Diese Schallemissionen können darüber hinaus auch Vibrationen und strukturrelevante Fehlfunktionen auslösen.
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Beispielsweise werden dominante Schallquellen in einem Radialverdichter typischerweise am Ort des Flügelrades und des Diffusoreingangs oder etwaiger Diffusorschaufeln bedingt durch die hohe Geschwindigkeit der durch diese Regionen hindurchströmenden Fluide sowie durch eine Interaktion von Rotor- und Statorkomponenten erzeugt.
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Insbesondere ist es hier bekannt, dass Radialverdichter an einem Austritt aus dem Radialverdichter (Druckseite), beispielsweise an dortigen Druckstutzen, komplexe, instationäre, dreidimensionale, rotierende und/oder pulsierende Druckfelder bzw. Schallfelder erzeugen, deren Schallwellen sich ungestört in an die Druckstutzen anschließende Rohrleitungen ausbreiten.
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Hierbei kann es – neben den erwähnten Lärmbelastungen, Vibrationen und strukturrelevanten Fehlfunktionen – auch zu Rohrleitungsschwingungen kommen, welche zu Schäden an den Rohrleitungen bis hin zu einem Ausfall des Radialverdichters bzw. des übergeordneten, den Radialverdichter aufweisenden Systems führen können.
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Die Dämpfung solcher komplexer, instationärer, dreidimensionaler, rotierender und/oder pulsierender Druckfelder bzw. Schallfelder ist technisch schwierig.
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Ausgehend davon sind effiziente Schalldämpfungsmaßnahmen für solche schallemissionserzeugende Radialverdichter nötig.
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Verschiedene schallemissionsbegrenzende, „externe” Maßnahmen, wie Gehäuse oder Umhüllungen sind bekannt. Diese Geräuschreduktionstechniken können relativ teuer sein, insbesondere wenn sie als „späteres” Zusatzprodukt angeboten werden.
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Weiterhin sind „interne” Schalldämpfer zur Begrenzung von Schallemissionen bei Radialverdichtern bekannt.
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Schalldämpfer im Allgemeinen sind Vorrichtungen zur Verminderung von Schallemissionen. Es werden verschiedene Bauarten von Schalldämpfern unterschieden, die aufgrund verschiedener Wirkungsmechanismen eine erzeugte Schallleistung verringern. Man unterscheidet beispielsweise Absorptions- und Reflektions-/Resonatorschalldämpfer.
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Ein Absorptionsschalldämpfer, wie er beispielsweise aus der
EP 1 602 810 A1 für einen Radialverdichter bekannt ist, enthält poröses (Absorptions-)Material, im Regelfall Steinwolle, Glaswolle oder Glasfaser, das Schallenergie teilweise absorbiert, d. h., in Wärme umwandelt. Durch Absorption werden im Schalldämpfer hauptsächlich obere Frequenzen des Schallmediums gedämpft.
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Absorptionsschalldämpfer weisen den Nachteil auf, dass sie in der Regel für hohe Drücke ungeeignet sind, da – verbunden mit den hohen. Drücken – hohe Energieeinträge auf das Absorptionsmaterial einwirken bzw. hohe Wärmeeinträge von dem Absorptionsmaterial aufzunehmen sind, was zu Schäden am porösen Material, wie zu einer Auflösung des Absorptionsmaterials, führen kann.
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Resonatorschalldämpfer bzw. Reflektionsschalldämpfer, welche das Prinzip einer Schallreflektion nutzen, enthalten dazu in der Regel mehrere Hohlräume bzw. Kammern, an denen das Schallmedium vorbeiläuft, wobei es zu Reflektionen kommt. Beim mehrfachen Vorbeilaufen an Innenräumen der Kammern durch das Schallmedium kommt es zu einer Reduzierung von Schalldruckspitzen verschiedener Frequenzen. Diese Reflektionen werden – konstruktiv – durch Prallwände, Querschnittserweiterungen und -verengungen erzeugt. Durch Reflektion können im Schalldämpfer beliebige Frequenzen des Schallmediums gedämpft werden.
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Ein solcher Resonatorschalldämpfer, basierend auf einem Helmholtz-Resonatorprinzip, für einen Radialverdichter ist aus der
EP 1 356 168 B1 bekannt. Bei diesem Radialverdichter weist der dortige Diffusor eine akustische Auskleidung in Form eines Feldes mit zahlreichen Bohrungen, welche als Helmholtz-Resonatoren wirken, auf.
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Neben einem solchen Radialverdichter ist als weitere Form einer radialen Strömungsmaschine eine Radialturbine bekannt.
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Eine solche Radialturbine, wie beispielsweise aus der
DE 44 38 611 C1 bekannt, beruht auf einer Umkehrung des physikalischen Prinzips eines Radialverdichters und wird dementsprechend – bei entsprechenden Komponenten wie bei einem Radialverdichter – in umgekehrter Strömungsrichtung wie bei diesem durchströmt.
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Auch bei Radialturbinen treten die beschriebenen Emissionsprobleme in entsprechender Weise auf.
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Beispielsweise werden dominante Schallquellen in einer Radialturbine typischerweise am Ort des Flügelrades bzw. eines Turbinenrades (beides im Folgenden auch kurz als Laufrad benannt) und eines dem Turbinenrad vorgeschalteten Turbinenleitkranzes oder etwaiger Leitkranzschaufeln erzeugt.
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Auch hier können an einer Saugseite, d. h. an einem Eintritt in die Radialturbine, beispielsweise an einem dortigen Saugstutzen, komplexe, instationäre, dreidimensionale, rotierende und/oder pulsierende Druckfelder bzw. Schallfelder erzeugt werden, deren Schallwellen sich ungestört in an die Saugstutzen vorgeschalteten Rohrleitungen ausbreiten.
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Ausgehend davon sind auch hier effiziente Schalldämpfungsmaßnahmen für solche schallemissionserzeugende Radialturbinen nötig.
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Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer anzugeben, welcher die Nachteile aus dem Stand der Technik verbessert, einfach zu realisieren und auch einfach – in eine schallemittierende Anlage bzw. Vorrichtung, wie eine radiale Strömungsmaschine, – einzubauen ist sowie welcher insbesondere für eine Dämpfung von Schallemissionen bei einem Radialverdichter oder einer Radialturbine geeignet ist.
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Die Aufgabe wird durch einen Diffusor für eine radiale Strömungsmaschine, insbesondere einen Radialverdichter, mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst.
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Dieser Diffusor weist einen im Wesentlichen ringförmigen Hohlraum, einen Ringraum, auf, welcher zumindest durch eine erste radiale Seitenfläche begrenzt wird. Erfindungsgemäß ist in dieser Seitenfläche mindestens eine im Wesentlichen ringförmig umlaufende Nut ausgebildet.
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Diese mindestens eine im Wesentlichen ringförmig umlaufende, zum Ringraum über einen Nutausgang offene (Nutausgangsöffnung) Nut wirkt dabei als akustischer Resonator, insbesondere Lambda/4 – Resonator, – kurz im Folgenden auch nur Resonator –, sodass an der Nut vorbeilaufende Schallwellen, die eine gleiche Frequenz aufweisen wie eine (akustische) Eigen- bzw. Resonanzfrequenz dieser Nut, in einem Bereich eines Nutausgangs reflektiert und damit eine Schallausbreitung über die Nut bzw. den Resonator hinweg reduziert werden.
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Dadurch kann die Schallausbreitung im Ringraum reduziert und eine effektive Schalldämpfung im Diffusor – und der radialen Strömungsmaschine bzw. des Radialverdichters – erreicht werden.
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Durch eine gewählte Geometrie bzw. Dimensionierung der im Wesentlichen ringförmig umlaufenden Nut, insbesondere durch eine Tiefe der Nut, durch eine Breite/Höhe der Nut bzw. des Nutausgangs, durch eine radiale Position der Nut in der radialen Seitenfläche, werden Eigenform (Eigenmode) bzw. Knotendurchmesser und Eigen- bzw. Resonanzfrequenz der Nut bestimmt.
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Der Ausgestaltung bzw. der (dreidimensionale) Geometrie der Umfangsnut – an sich – sind soweit keine Grenzen gesetzt, als sich durch die umlaufende Nut eine Kavität bzw. ein Hohlraum ausbildet, welcher als akustischer Resonator wirkt.
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So können beispielweise Umfangsnuten mit beliebige Nutformen, wie Umfangsnuten mit rechteckigem, V-förmigen oder trapezförmigem Querschnitt, Umfangsnuten mit nach außen geschrägter Wand und/oder Umfangsnuten als Schwalbenschwanz und/oder Umfangsnuten mit – Bereichs weisen oder vollständig – glatten und/oder gekrümmten Wänden und/oder Umfangsnuten mit Hinterschnitten und/oder mit Kammern realisiert sein. Auch wellenförmige Umfangsnuten oder Umfangsnuten mit gestuftem Nutengrund sind möglich.
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Weist eine an der Nut vorbeilaufende Schallwelle somit die gleiche Eigenform bzw. einen gleichen Knotendurchmesser wie eine gleiche akustische Eigenform im Resonators bzw. der Nut auf und/oder weist die an der Nut vorbeilaufende Schallwelle die gleiche Eigenfrequenz wie die der Nut auf, so ist die Reflektion besonders effektiv.
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D. h., durch geeignete (dreidimensionale) Dimensionierung der Nut kann die akustische Eigenfrequenz sowie die Eigenform der Nut auf eine zu reflektierende Schallwelle, d. h. auf deren Frequenz und Eigenform, abgestimmt werden – und damit gezielt Frequenzen – über die Dimensionierung der Nut – gedämpft werden.
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Anders ausgedrückt, aufgrund der Dreidimensionalität der im Wesentlichen ringförmig umlaufende Nut (auch nur Umfangsnut) kann deren Eigenformen über einfache geometrische Parameter so eingestellt werden, dass an der Nut vorbeilaufende akustische Druckmuster mit einer bestimmten Form besonders effektiv reflektiert werden.
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Die Form dieser vorbeilaufenden akustischen Druckmuster kann beispielsweise über analytische Zusammenhänge, wie nach einer Formel nach Tyler & Sofrin, abgeschätzt werden.
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Die Geometrie einer Umfangsnut ist einfach zu fertigen und bietet aufgrund der geringeren Anzahl freier Parameter, wie Höhe, Breite, Tiefe, oder Form die Möglichkeit einer Einbindung in einen Optimierungsprozess.
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Weiterhin erzielt die Erfindung eine robuste wartungsfreie (Schalldämpfungs-)Lösung, die auch unter hohen Drücken und Temperaturen keinem Verschleiß ausgesetzt ist. Sie bietet dadurch einen deutlichen Vorteil gegenüber auf Absorptionsmaterial beruhenden Ansätzen.
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Da der erfindungsgemäße „Schalldämpfer” nahe der Schallquelle (Laufrad und ggf. beschaufelter Diffusor/ggf. beschaufelter Leitkranz) eingesetzt wird, kann bei richtiger Dimensionierung auch die Anregung des Laufrades durch akustische Druckmuster verringert werden.
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Bei Einsatz der Umfangsnut im Ringraum sind keine weiteren Schallschutzmaßnahmen, insbesondere im Rohrleitungssystem, erforderlich. Sowohl eine Lärmabstrahlung, als auch die Anregung von Rohrleitungsschwingungen kann deutlich reduziert werden. Es ergibt sich ein deutlicher Kostenvorteil gegenüber externen Schalldämpferlösungen.
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Zu erwartende Druckverluste sind gering, was sowohl numerische Berechnung als auch Experimente zeigen.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die zumindest eine erste radiale Seitenfläche mehrere im Wesentlichen ringförmig umlaufende, insbesondere konzentrische zueinander liegende, Nuten auf. Durch mehrere solche Umfangsnuten lässt sich die Effizienz des Schalldämpfers erhöhen.
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Diese Umfangsnuten können besonders bevorzugt derart ausgebildet sein, dass diese jeweils unterschiedliche Dimensionierungen, insbesondere unterschiedliche Tiefe und/oder Breite, aufweisen. Beispielsweise kann hier vorgesehen sein, dass mit einer wachsenden radialen Entfernung im ringförmigen Hohlraum bzw. Ringraum nach außen die Tiefe und die Breite der Umfangsnuten jeweils kleiner werden.
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Hierdurch, d. h. durch mehrere Umfangsnuten, lassen sich gezielt mehrere Frequenzen bis hin zu einer breitbandigen Schalldämpfung von Schallemissionen in der radialen Strömungsmaschine dämpfen. Beispielsweise kann ein zu dämpfendes Frequenzband von 700 Hertz–2000 Hertz, 700 Hertz–4000 Hertz oder 700 Hertz–6000 Hertz realisiert werden.
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Die Effizienz des „Resonatorschalldämpfers” kann weiter gesteigert werden, wenn der ringförmige Hohlraum durch eine der ersten radialen Seitenfläche axial gegenüberliegende, zweite radiale Seitenfläche begrenzt wird, welche zweite radiale Seitenfläche ebenfalls eine im Wesentlichen ringförmig umlaufende Nut oder – bei weiter Steigerung der Effizienz – mehrere im Wesentlichen ringförmig umlaufende, insbesondere konzentrisch zueinander liegende, Nuten aufweist.
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Davon ausgehend kann nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung vorgesehen sein, dass die eine im Wesentlichen ringförmig umlaufende Nut der ersten radialen Seitenfläche der einen im Wesentlichen ringförmig umlaufenden Nut der zweiten radialen Seitenfläche unmittelbar, d. h. auf gleicher radialer Höhe, axial gegenüberliegt.
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Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass die eine im Wesentlichen ringförmig umlaufende Nut der ersten radialen Seitenfläche der einen im Wesentlichen ringförmig umlaufenden Nut der zweiten radialen Seitenfläche radial versetzt, d. h. mit unterschiedlicher radialer Höhe, gegenüberliegt. Dies mag insbesondere dann von Vorteil sein, wenn auf Grund von in dem ringförmigen Hohlraum bzw. Ringraum angeordneten Elementen, beispielsweise eine Beschaufelung, ein Platz für eine „unmittelbar axial gegenüberliegende Anordnung” der Umfangsnuten nicht zur Verfügung steht.
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Eine solche unmittelbar axial gegenüberliegende Anordnung wie auch eine radial versetzte Anordnung von Umfangsnuten lässt sich auch bei jeweils mehreren im Wesentlichen ringförmig umlaufenden, konzentrisch zueinander liegenden Nuten in den beiden radialen Seitenfläche vorsehen. Auch hier mögen die Platzgegebenheiten im Ringraum (beschaufelter Ringraum) ausschlaggebend sein, um anstelle einer „unmittelbar axial gegenüberliegende Anordnung” radial versetzte Umfangnuten vorzusehen.
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In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Eigenfrequenz der mindestens einen im Wesentlichen ringförmig umlaufenden Nut auf eine zu reflektierende Frequenz abgestimmt. Besonders bevorzugt kann die zu reflektierende Frequenz eine Flügelradumlauffrequenz („blade passing frequency”) eines Radialverdichters oder eine zweite Harmonische oder dritte Harmonische oder vierte Harmonische zu der Flügelradumlauffrequenz des Radialverdichters sein. Bevorzugt ist auch die Eigenform der mindestens einen im Wesentlichen ringförmig umlaufenden Nut auf die Eigenform einer zu reflektierenden Schallwelle abzustimmen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der im Wesentlichen ringförmige Hohlraum eine Beschaufelung auf.
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Hierdurch kann sich ergeben, dass die mindestens eine im Wesentlichen ringförmig umlaufende Nut oder mehrere solcher Umfangsnuten in einem Bereich der Beschaufelung im Ringraum angeordnet ist bzw. sind.
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Auch kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine im Wesentlichen ringförmig umlaufende Nut oder mehrere solcher Umfangsnuten außerhalb des Bereichs der Beschauflung in Ringraum angeordnet ist bzw. sind.
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Auch kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine im Wesentlichen ringförmig umlaufende Nut Unterbrechungen aufweist. Dieses kann beispielsweise dann vorgesehen sein, wenn der Ringraum eine Beschaufelung aufweist, welche eine vollständig umlaufende Nut verhindert.
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Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der ”(Resonator-)Schalldämpfer” – als dortiger Diffusor – in einem Radialverdichter eingesetzt bzw. realisiert ist. Auch kann der „Schalldämpfer” in einer Radialturbine bei einem einem Turbinenlaufrad der Radialturbine vorgeschalteten Turbinenleitkranz einsetzt bzw. dort realisiert sein.
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Auch kann vorgesehen sein, dass – im Falle mehrerer im Wesentlichen ringförmigen umlaufenden Nuten – diese derart ausgebildet sind, dass eine Dämpfung für einen großen Drehzahlbereich von z. B. 50% bis 105% einer Nenndrehzahl der radialen Strömungsmaschine bzw. des Radialverdichters ausgelegt sind.
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In Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche im Weiteren näher erläutert werden.
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Es zeigen
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1 Skizze einer Schnittdarstellung einer radialen Strömungsmaschine, eines Radialverdichters, mit einem Resonatorschalldämpfer gemäß einer Ausführungsform;
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2 Skizze einer Schnittdarstellung einer radialen Strömungsmaschine, eines Radialverdichters, mit einem Resonatorschalldämpfer gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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3 Skizze einer Schnittdarstellung einer radialen Strömungsmaschine, eines Radialverdichters, mit einem Resonatorschalldämpfer gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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4 exemplarisch einen akustischen Eigenmode in einer Ringnut bei einem Radialverdichter gemäß einer Ausführungsform.
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Ausführungsbeispiele: Resonatorschalldämpfer für Radialverdichter
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In den 1 bis 3 sind verschiedene Ausgestaltungen von Radialverdichtern 100 mit jeweils einem im Diffusor realisierten bzw. integrierten Resonatorschalldämpfer 1 dargestellt.
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Solche Radialverdichter 100 wie dargestellt weisen ein Laufrad 10 auf, das um eine Achse 11 mit hoher Drehzahl rotiert. Das Laufrad 10 besitzt eine Nabe 12 und davon radial abstehende Schaufeln 13.
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Die Nabe 12 hat einen ersten Bereich 12a, der im Wesentlichen zylindrisch ist, einen Übergangsbereich 12b, in dem sich der Nabenradius erweitert, und einen Endbereich 12c, der im Wesentlichen senkrecht zu der Achse 11 verläuft.
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Das – mit Strömungsrichtung 3 – axial einströmende Gas 2 wird durch das Laufrad 10 in Rotation versetzt und verlässt das Laufrad 10 in radialer Strömungsrichtung 3 zur Achse 11 und in einem stumpfen Winkel zu der Achse 11.
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Die Schaufeln 13 sind an einer gemeinsamen Rückenplatte 14 der Nabe 12 befestigt. Das Laufrad 10 befindet sich in einem Gehäuse 15, dessen Wand 16 der Außenkontur des Laufrades angepasst ist. Das von dem Laufrad 10 gebildete Gebläse weist einen axialen Einlass 17 und eine sich um den Umfang des Laufrades 10 erstreckenden radialen Auslass 18 auf.
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An den Auslass 18 schließt sich der Diffusor 20 an, der mit dem Gehäuse 15 fest verbunden ist und nicht rotiert. Der Diffusor 20 weist eine im Wesentlichen radiale Tragwand 21 auf, an die Flügel 22 (Diffusorbeschaufelung) angebracht sind, welche die den Auslass 18 passierende Strömung leiten.
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Der radialen Tragwand des Diffusors 20 axial mit Abstand gegenüberliegend befindet sich eine weitere im Wesentlichen radiale Wand 23, wodurch der Diffusor 20 einen ringförmigen, mit der Beschaufelung 22 besetzten Raum, den Ringraum 30, ausbildet.
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Die Flügel 22 verlaufen im Wesentlichen radial zur Achse 11. Zwischen den Flügeln 22 sind Diffusorkanäle gebildet, deren Querschnittsfläche von innen nach außen zunimmt.
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Die Aufgabe des Diffusors 20 besteht darin, das von dem Laufrad 10 beschleunigte Gas, das eine hohe kinetische Energie hat, zu verlangsamen und die kinetische Energie in Druck umzusetzen.
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An einem Auslass 26 des Diffusors 20 schließt sich – weiter stromabwärts – ein (nicht näher dargestelltes) Rohrleitungssystem 29 an (Druckseite 27), welches über einen Druckstutzen 28 mit dem Diffusor 20 verbunden ist.
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Solche Radialverdichter 100 wie dargestellt verursachen hohe Schallemissionen, die eine (Lärm-)Beeinträchtigung einer Umgebung des Radialverdichters 100 darstellen, Vibrationen, strukturrelevante Fehlfunktionen sowie auch Rohrleitungsschwingungen in/an Rohrleitungssystemen auslösen können, welche Rohrleitungsschwingungen zu Schäden an den Rohrleitungen bis hin zu einem Ausfall des Radialverdichters 100 führen.
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Dominante Schallquellen solcher Emissionen werden am Ort des Flügel-/Laufrades 10 und des Diffusoreingangs 25 oder etwaiger Diffusorschaufeln 22 bedingt durch die hohe Geschwindigkeit der durch diese Regionen hindurchströmenden Fluide erzeugt.
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Insbesondere an der Druckseite 27 bzw. an dem dortigen Druckstutzen 28 des Radialverdichters 100 werden komplexe, instationäre, dreidimensionale, rotierende und/oder pulsierende Druckfelder bzw. Schallfelder erzeugt, deren Schallwellen sich ungestört in die an den Druckstutzen 28 anschließende Rohrleitungen 29 ausbreiten und dort beschriebene Schäden bedingen können.
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Zur Vermeidung solcher Schäden bzw. als effektiven Schallschutz sehen die Radialverdichter 100 – wie in 1 bis 3 gezeigt – jeweils einen im Diffusor bzw. im dortigen Ringraum 30 realisierten bzw. integrierten Resonatorschalldämpfer 1 vor.
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Zur Verminderung der Ausbreitung der Schallwellen im Ringraum 30 des Diffusors 20 werden wie 1 bis 3 zeigen eine oder mehrere, ringförmig um die Achse 11 verlaufende Umfangs-/Ringnuten 50 in der radialen Tragwand 21 und/oder in der radialen Wand 23 angebracht, die als akustische Resonatoren, insbesondere als Lambda/4 – Resonatoren, wirken.
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Dabei können diese – ringförmigen und konzentrisch zur Achse 11 verlaufenden – Umfangsnuten 50 sowohl einseitig im Ringraum 30, beispielsweise an der radialen Tragwand 21 oder an der radialen Wand 23, als auch beidseitig, d. h. sowohl an der radialen Tragwand 21 als auch an der radialen Wand 23, angebracht sein.
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Auch können diese Umfangsnuten 50 sowohl nur im Bereich der Beschaufelung 22 des Diffusors oder nur im Bereich außerhalb der Beschaufelung 22 des Diffusors 20 als auch im und außerhalb des Bereichs der Beschaufelung 22 des Diffusors 20 angeordnet sein.
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Durch den Ringraum 30 bzw. an den Umfangs-/Ringnuten 50 vorbeilaufende Schallwellen, die die gleiche Frequenz aufweisen, wie eine der Resonanzfrequenzen einer solchen Umfangs-/Ringnut 50 werden im Bereich des Resonatoraustritts 51, d. h. der Notöffnung bzw. des Nuteingangs 51, reflektiert und damit gedämpft.
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1 zeigt eine Ausgestaltung dieses Resonatorschalldämpfers 1, welcher zwei jeweils konzentrisch zur Achse 11 ringförmig umlaufende Umfangsnuten 50 aufweist.
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Die eine der beiden Umfangsnuten 50 ist an der radialen Tragwand 21 angeordnet. Etwa in gleichem radialem Abstand zur Achse 11 ist die zweite der beiden Umfangsnuten in der radialen Wand 23 angeordnet. Beide Umfangsnuten 50, welche in Form, Breite und Tiefe identisch sind und einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, liegen sich demnach unmittelbar, d. h. auf gleicher radialer Höhe, axial gegenüber.
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Ihr radialer Abstand von der Achse 11 bzw. ihre radiale Position im Ringraum 30 ist derart bemessen, dass beide Umfangsnuten 50 (radial) außerhalb des beschaufelten Bereichs 22 des Diffusors 20 bzw. Ringraums 30 liegen.
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2 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Resonatorschalldämpfers 1 im Diffusor 20, welcher eine Vielzahl jeweils konzentrisch zur Achse 11 ringförmig umlaufende Umfangsnuten 50 aufweist.
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Ein erster Teil dieser Umfangsnuten 50, hier vier Umfangsnuten 50, ist an der radialen Tragwand 21 im Bereich der Beschaufelung 22 des Diffusors 20 angeordnet. Diesen Umfangsnuten 50 unmittelbar axial, d. h. jeweils auf gleicher radialer Höhe bzw. in jeweils gleichem radialen Abstand zur Achse 11, gegenüberliegend ist ein zweiter Teil der Umfangsnuten 50, ebenfalls vier Umfangsnuten 50, an der radialen Wand 23 – damit ebenfalls im beschaufelten Bereich 22 des Diffusors 20 bzw. Ringraums 30 – angeordnet.
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Einander unmittelbar gegenüberliegende Umfangsnuten 50 sind dabei jeweils in Form, Breite und Tiefe identisch. Dabei nehmen die Breite sowie die Tiefe der Umfangsnuten 50 mit wachsendem Abstand von der Achse 11 ab. Anders ausgedrückt, mit wachsendem radialen Abstand zur Achse 11 werden die Umfangsnuten 50 schmäler bzw. enger und weniger tief. Alle Umfangsnuten 50 weisen einen U-förmigen Querschnitt auf.
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3 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Resonatorschalldämpfers 1 im Diffusor 20 mit ebenfalls einer Vielzahl jeweils konzentrisch zur Achse 11 ringförmig umlaufende Umfangsnuten 50.
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Gemäß dieser Ausgestaltung nach 3 sind alle Umfangsnuten 50, hier vier Umfangsnuten 50, konzentrisch zueinander und konzentrisch zur Achse 11 an der radialen Wand 23 im Bereich der Beschaufelung 22 des Diffusors 20 angeordnet. Mit wachsendem radialem Abstand von der Achse 11 nehmen die Breite sowie die Tiefe der Umfangsnuten 50 ab. Anders ausgedrückt, mit wachsendem radialen Abstand zur Achse 11 werden die Umfangsnuten 50 schmäler bzw. enger und weniger tief. Alle Umfangsnuten 50 weisen auch hier einen U-förmigen Querschnitt auf.
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4 zeigt exemplarisch einen akustischen Eigenmode 60 in einer solchen als Resonator wirkenden Ringnut 50.
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4 zeigt 24 Druckmaxima 61. Weiter ist dieser Eigen- bzw. Akustikmode 60 durch 12 sogenannte Knotendurchmesser 62 und eine bestimmte Eigenfrequenz charakterisiert. An der Umfangsnut 50 vorbeilaufende Schallwellen, die durch diese Eigenfrequenz charakterisiert sind, werden reflektiert und die Schallausbreitung über bzw. an Umfangsnut 50 vorbei reduziert.
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Weist die vorbeilaufende Schallwelle den gleichen Knotendurchmesser 62 wie die akustische Eigenform 60 in der Umfangsnut 50 (Resonator) auf, ist der Reflektionsprozess besonders effektiv.
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Solche Resonatorschalldämpfer 1 wie beschrieben wirken äußerst effizient, insbesondere da sie nahe der Schallquelle, Laufrad 10 und (ggfl. beschaufelter 22) Diffusor 20 eingesetzt werden, so dass auf weitere, aufwendige Schallschutzmaßnahmen, insbesondere für das gesamte Rohrleitungssystem 29 des Radialverdichters 100, verzichtet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1356168 B1 [0002, 0020]
- EP 1602810 A1 [0002, 0017]
- DE 4438611 C1 [0022]
