DE102013018368B4

DE102013018368B4 - Adjustable swirl generating device for compressors

Info

Publication number: DE102013018368B4
Application number: DE102013018368.5A
Authority: DE
Inventors: Sven Müller; Jörg Beier
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2013-11-02
Filing date: 2013-11-02
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2033-11-03
Also published as: DE102013018368A1

Abstract

Verstellbare Drallerzeugungseinrichtung 1 für Verdichter zur Stabilisierung einer Anströmung durch einen Verdichtereintritt 2 auf ein Verdichterrad des Verdichters, mit mehreren am Innenumfang des Verdichtereintritts 2 positionierten Strömungsleitelementen 3, wobei das jeweilige Strömungsleitelement 3 mittels einer ersten Drehachse 4 in einem Gehäuse 5 drehbar und schwenkbar gelagert ist, wobei das jeweilige Strömungsleitelement 3 mittels der ersten Drehachse 4 in einer ersten Lagerstelle 6 drehbar und schwenkbar und in einer in Strömungsrichtung zur ersten Lagerstelle 6 beabstandeten zweiten Lagerstelle 7 drehbar und senkrecht zur Längsrichtung 8 des Verdichtereintritts 2 verschiebbar gelagert ist, und das jeweilige Strömungsleitelement 3 mittels einer Ansteuerung zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung überführbar ist, wobei die erste Drehachse 4 in der ersten Stellung hauptsächlich parallel und in der zweiten Stellung geschwenkt zur Längsrichtung 8 des Verdichtereintritts 2 ausgerichtet ist.Adjustable swirl generating device 1 for compressors for stabilizing a flow through a compressor inlet 2 on a compressor wheel of the compressor, with a plurality of positioned on the inner circumference of the compressor inlet 2 Strömungsleitelementen 3, wherein the respective flow guide 3 is rotatably and pivotally mounted by means of a first axis of rotation 4 in a housing 5, wherein the respective flow guide 3 is rotatably and pivotally mounted in a first bearing 6 by means of the first axis of rotation 4 and in a direction of flow to the first bearing 6 spaced second bearing 7 rotatably and perpendicular to the longitudinal direction 8 of the compressor inlet 2, and the respective flow guide 3 by means a control between a first position and a second position can be transferred, wherein the first axis of rotation 4 in the first position mainly parallel and in the second position pivoted to the longitudinal direction 8 of Compressor entry 2 is aligned.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verstellbare Drallerzeugungseinrichtung für Verdichter gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The present invention relates to an adjustable swirl generating device for compressors according to the features of patent claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Zur Beeinflussung des Kennfelds von Verdichtern werden Drallerzeuger eingesetzt, um die Pumpgrenze hin zu höheren Druckdifferenzen beziehungsweise geringeren Massenströmen zu verschieben und somit den Betrieb des Verdichters zu stabilisieren.In order to influence the characteristics of compressors, swirl generators are used in order to shift the surge limit to higher pressure differences or lower mass flows and thus to stabilize the operation of the compressor.

Aus der Patentschrift DE 31 24 409 C2 ist eine Leitradverstellung für Axial-Turbomaschinen mit mehreren verstellbaren Leiträdern bekannt, wobei das jeweilige Leitrad mit einem Verstellring verbunden ist. Der Verstellring wiederum ist einerseits über Schwenkhebel mit Leitschaufeln zu deren Verstellung und andererseits über eine Kuppelstange mit einem Betätigungsarm verbunden. Der Betätigungsarm ist zur Verstellung der Leitschaufeln über den Verstellring um sein eines, drehbar und axial verschiebbar gelagertes Ende schwenkbar.From the patent DE 31 24 409 C2 is a Leitradverstellung for axial turbomachinery with a plurality of adjustable guide wheels known, wherein the respective stator is connected to an adjusting ring. The adjusting ring in turn is connected on the one hand via pivoting lever with guide vanes for their adjustment and on the other hand via a coupling rod with an actuating arm. The actuating arm is for adjusting the guide vanes on the adjusting ring about its one, rotatably and axially displaceably mounted end pivotally.

Aus der Patentschrift US 8 328 500 B2 ist ein System zum Steuern einer variablen Leitschaufelverstellung und eines Kompressorentlüftungsventils einer Turbomaschine mit mehreren Druckstufen bekannt. Mittels einer Betätigungseinrichtung werden die Leitschaufelverstellung einer ersten Druckstufe und das Kompressorentlüftungsventil einer zweiten Druckstufe betätigt, wobei der Bauaufwand reduziert ist.From the patent US 8 328 500 B2 For example, a system for controlling a variable vane advance and a compressor bleed valve of a multi-stage turbomachine is known. By means of an actuating device, the guide vane adjustment of a first pressure stage and the compressor venting valve of a second pressure stage are actuated, the construction cost being reduced.

Aus der Patentschrift DE 36 13 857 C2 ist ein Axialdrallregler für einen Abgasturbolader von Verbrennungsmotoren bekannt. Der Axialdrallregler umfasst schwenkbare Leitschaufeln in einem sich verengenden Strömungskanal, wobei die Verengung des Strömungskanals nach den Leitschaufeln angeordnet ist und dadurch eine beschleunigte Düsenströmung und somit eine gleichmäßige Zuströmung zum Verdichterlaufrad gewährleistet wird. Die Leitschaufeln bestehen im Wesentlichen aus Kreisausschnitten, deren Hinterkante der Kanalkontur folgt, wobei die Drehachsen der Leitschaufeln jeweils in der Schaufeleintrittskante liegen. Bei völliger Schließung des Leitapparates ist der Querschnitt des Strömungskanals überdeckt.From the patent DE 36 13 857 C2 is known an axial spin controller for an exhaust gas turbocharger of internal combustion engines. The axial-twist regulator comprises pivotable vanes in a narrowing flow channel, wherein the restriction of the flow channel is arranged after the guide vanes and thereby an accelerated nozzle flow and thus a uniform inflow to the compressor impeller is ensured. The guide vanes essentially consist of circular cutouts, the trailing edge of which follows the channel contour, the axes of rotation of the guide vanes each lying in the blade leading edge. With complete closure of the diffuser, the cross section of the flow channel is covered.

Aus der Patentschrift DE 37 07 723 C2 ist eine Drallerzeugungseinrichtung mit einem schwenkbaren Flügel bekannt, welcher vor einem Rotor einer Strömungsmaschine angeordnet ist. Der Flügel mit einer asymmetrischen, einseitig stromaufwärts gepfeilten Form ist dabei um eine senkrecht zur Strömungsrichtung liegende Achse schwenkbar und erzeugt einen einstellbaren Drall.From the patent DE 37 07 723 C2 is a swirl generating device with a pivotable wing known, which is arranged in front of a rotor of a turbomachine. The wing with an asymmetrical, one-sided swept-up shape is pivotable about an axis perpendicular to the flow direction and generates an adjustable swirl.

Aus der Patentschrift DE 40 27 174 C2 ist eine Einrichtung zur Kennlinienstabilisierung eines Radialverdichters bekannt, welche einen Zirkulationsraum zum Druckausgleich zwischen Laufrad und Einlassbereich und im Einlassbereich zudem einen die Strömung im Eintrittsbereich beeinflussenden Einlaufring aufweist, mittels welchem die Druckdifferenz im Zirkulationsraum beeinflusst wird und somit eine Kennlinienstabilisierung ohne wesentliche Verluste verwirklicht werden soll. Über die Größe des Einlaufringinnendurchmessers kann der Zustand im Zirkulationsraum abgestimmt werden.From the patent DE 40 27 174 C2 a device for stabilizing the characteristic of a radial compressor is known, which has a circulation space for pressure equalization between impeller and inlet area and in the inlet area also influencing the flow in the inlet region inlet ring, by means of which the pressure difference in the circulation space is affected and thus a characteristic stabilization is to be realized without significant losses. The size of the inlet ring inner diameter can be used to adjust the condition in the circulation space.

Aus der Patentschrift DE 10 2005 019 896 B4 ist eine verstellbare Drallerzeugungseinrichtung insbesondere für Turbolader von Brennkraftmaschinen bekannt, mittels welcher die Anströmung des Verdichterlaufrades mit Drall beaufschlagt werden kann. Die Drallerzeugungseinrichtung ist dazu mit elastischen Leitschaufeln ausgestattet, welche jeweils einen festen und einen verformbaren Bereich aufweisen und deren Austrittswinkel gegenüber der Anströmrichtung kontinuierlich variierbar ist. Die festen Bereiche sind mit einem Trägerabschnitt und die verformbaren Bereiche mit einem ringförmig ausgebildeten Stellabschnitt verbunden, wobei die festen Bereiche der Leitschaufeln anströmseitig und die verformbaren Bereiche laufradseitig angeordnet sind. Die Verstellung der elastischen Leitschaufeln erfolgt auf Basis von Eingangsgrößen durch die relative Verdrehung des ringförmigen Stellabschnitts gegenüber dem Trägerabschnitt.From the patent DE 10 2005 019 896 B4 is an adjustable swirl generating device known in particular for turbochargers of internal combustion engines, by means of which the flow of the compressor impeller can be subjected to swirl. The swirl generating device is equipped with elastic guide vanes, which each have a fixed and a deformable region and the exit angle is continuously variable with respect to the direction of flow. The fixed areas are connected to a support section and the deformable areas are connected to a ring-shaped positioning section, wherein the fixed areas of the guide vanes are arranged on the inflow side and the deformable areas on the impeller side. The adjustment of the elastic guide vanes takes place on the basis of input variables by the relative rotation of the annular adjusting section relative to the carrier section.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 046 220 A1 ist eine verstellbare Drallerzeugungseinrichtung bekannt, mittels welcher Drall in einer Axialströmung zur Beaufschlagung des Verdichterrades eines Abgasturboladers für Brennkraftmaschinen erzeugbar ist. Die Drallerzeugungseinrichtung umfasst radial verstellbare, ein- und ausfahrbare Leitschaufeln, welche sich in einem aktivierten Zustand im Strömungskanal bezüglich der Längsmittelachse quer beziehungsweise radial erstrecken und in einem deaktivierten Zustand vollständig in die Kanalwand eingefahren sind. Zusätzlich sind die Leitschaufeln in einer Lagerkonsole drehbar gelagert.From the publication DE 10 2008 046 220 A1 an adjustable swirl generating device is known, by means of which swirl in an axial flow for acting on the compressor wheel of an exhaust gas turbocharger for internal combustion engines can be generated. The swirl generating device comprises radially adjustable, retractable and extendable vanes, which extend transversely or radially in an activated state in the flow channel with respect to the longitudinal center axis and are fully retracted in a deactivated state in the channel wall. In addition, the guide vanes are rotatably mounted in a bearing bracket.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 026 176 A1 geht eine Vorrichtung zur Kennfeldstabilisierung für einen Verdichter hervor. Dazu ist ein verstellbarer, an der Innenwand des Verdichtergehäuses angeordneter Konus vorgesehen, dessen Winkel verstellbar ist und somit eine in Strömungsrichtung variable Verjüngung einstellbar ist. Weiterhin ist beschrieben, dass der verstellbare Konus als wenigstens teilelastisches, durch ein Medium befüllbares Element oder als ein sich mittels zueinander verstellbarer Lamellen verjüngender Trichter ausgeführt ist.From the publication DE 10 2010 026 176 A1 goes out a device for map stabilization for a compressor. For this purpose, an adjustable, arranged on the inner wall of the compressor housing cone is provided, whose angle is adjustable and thus a variable in the flow direction taper is adjustable. Furthermore, it is described that the adjustable cone as at least partially elastic, by a medium fillable element or is designed as a tapered by means of mutually adjustable fins funnel.

Aus der Patentschrift DE 10 2011 121 996 B4 ist eine Vorrichtung zum Betrieb eines Verdichters bekannt, welcher am Verdichtereintritt ein variabel verengbares Element mit einem ersten Strömungsquerschnitt und einem in Strömungsrichtung beabstandeten zweiten, variablen Strömungsquerschnitt aufweist und der Strömung eine Drallbewegung aufgeprägt werden kann. Dazu sind zusätzliche Strömungsleitelemente am Innenumfang des Elements vorgesehen, welche einerseits im Bereich des ersten Strömungsquerschnitts mit dem Verdichtereintritt drehfest gekoppelt sind und sich mit zunehmender Verkleinerung des zweiten Strömungsquerschnitts gegenüber dem ersten Strömungsquerschnitt verdrehen oder verdrillen. In einer Ausführung sind die Strömungsleitelemente durch Lamellen gebildet und stehen mit Mitnehmern im Wirkkontakt, welche das Verdrehen oder Verdrillen bei einer zunächst nur geringen Verkleinerung des zweiten Strömungsquerschnittes bewirken.From the patent DE 10 2011 121 996 B4 a device for operating a compressor is known, which at the compressor inlet a variable constriction element having a first flow cross-section and a second, variable flow cross-section spaced in the flow direction and the flow of a swirling motion can be impressed. For this purpose, additional flow guide elements are provided on the inner circumference of the element, which are rotatably coupled on the one hand in the region of the first flow cross section with the compressor inlet and twist or twist with increasing reduction of the second flow cross section with respect to the first flow cross section. In one embodiment, the flow guide elements are formed by lamellae and are in the operative contact with drivers, which cause the twisting or twisting at a first only small reduction of the second flow cross-section.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verstellbare Drallerzeugungseinrichtung für Verdichter zur Stabilisierung der Anströmung mit verbesserter Verstellung der Strömungsleitelemente bereitzustellen.The object of the invention is to provide an adjustable swirl generating device for compressors for stabilizing the flow with improved adjustment of the flow guide.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Die Aufgabe wird durch die verstellbare Drallerzeugungseinrichtung zur Stabilisierung der Anströmung für Verdichter mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.The object is achieved by the adjustable swirl generating device for stabilizing the flow for compressors with the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel.Advantageous developments emerge from the subclaims and the embodiment.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Erfindung stellt eine erfindungsgemäß vorteilhafte, verstellbare Drallerzeugungseinrichtung zur Stabilisierung der Anströmung für Verdichter bereit, welche eine verbesserte Verstellung durch eine verbesserte Ansteuerung sowie eine verbesserte Lagerung der Strömungsleitelemente aufweist. Die verstellbare Drallerzeugungseinrichtung ist für Axialverdichter, Radialverdichter als auch für Diagonalverdichter einsetzbar. Mit der verstellbaren Drallerzeugungseinrichtung steht ein variabel verengbarer Verdichtereintritt für den Betrieb von Verdichtern zur Verfügung, welcher einen ersten variablen Strömungsquerschnitt und einen in Strömungsrichtung beabstandeten zweiten, variablen Strömungsquerschnitt aufweist und der Strömung eine Drallbewegung aufgeprägt werden kann. Die verstellbare Drallerzeugungseinrichtung weist mehrere Strömungsleitelemente auf, welche am Innenumfang eines Verdichtereintritts des Verdichters angeordnet sind.The invention provides an inventively advantageous, adjustable swirl generating device for stabilizing the flow for compressors, which has an improved adjustment by an improved control and improved storage of the flow guide. The adjustable swirl generating device can be used for axial compressors, centrifugal compressors as well as for diagonal compressors. With the adjustable swirl generating device, a variable constricting compressor inlet for the operation of compressors is available, which has a first variable flow cross section and a second, variable flow cross section spaced in the flow direction and the flow can be impressed a swirling motion. The adjustable swirl generating device has a plurality of flow guide elements, which are arranged on the inner circumference of a compressor inlet of the compressor.

Das jeweilige Strömungsleitelement ist dabei drehbar und schwenkbar gelagert. Weiterhin ist das jeweilige Strömungsleitelement hauptsächlich in Längsrichtung des Verdichtereintritts ausgerichtet. Die Längsrichtung des Verdichtereintritts wird durch die Drehachse eines in einem Verdichtergehäuse des Verdichters gelagerten Verdichterrades bestimmt, wobei die Richtung der Drehachse des Verdichterrades hauptsächlich die Längsrichtung des Verdichtereintritts beschreibt. Bei Verwendung mehrerer gleichartiger Strömungsleitelemente sind diese gleichmäßig über den Innenumfang des Verdichtereintritts verteilt angeordnet.The respective flow guide is rotatably and pivotally mounted. Furthermore, the respective flow guide is mainly aligned in the longitudinal direction of the compressor inlet. The longitudinal direction of the compressor inlet is determined by the axis of rotation of a compressor wheel mounted in a compressor housing of the compressor, the direction of the axis of rotation of the compressor wheel mainly describing the longitudinal direction of the compressor inlet. When using a plurality of similar flow guide elements they are arranged distributed uniformly over the inner circumference of the compressor inlet.

Das jeweilige Strömungsleitelement weist eine individuell zugeordnete, hauptsächlich in Längsrichtung des Verdichtereintritts verlaufende erste Drehachse auf und ist in einem Gehäuse drehbar gelagert. Das Gehäuse kann dabei einen Teil des Verdichtergehäuses bilden oder als separates Gehäuse am Verdichtergehäuse befestigt sein. Des Weiteren ist das jeweilige Strömungsleitelement gegenüber der Längsrichtung des Verdichtereintritts schwenkbar gelagert. Dementsprechend ist die zugeordnete erste Drehachse des jeweiligen Strömungsleitelementes gegenüber der Längsrichtung des Verdichtereintritts schwenkbar.The respective flow-guiding element has an individually assigned first axis of rotation extending mainly in the longitudinal direction of the compressor inlet and is rotatably mounted in a housing. The housing may form part of the compressor housing or be attached as a separate housing on the compressor housing. Furthermore, the respective flow guide is pivotally mounted relative to the longitudinal direction of the compressor inlet. Accordingly, the associated first axis of rotation of the respective flow guide element with respect to the longitudinal direction of the compressor inlet is pivotable.

Jedes Strömungsleitelement ist dazu in zwei, in Längsrichtung des Verdichtereintritts beabstandete Lagerstellen gelagert. Das jeweilige Strömungsleitelement ist über die zugeordnete erste Drehachse in einer ersten Lagerstelle drehbar und schwenkbar und in einer zweiten Lagerstelle drehbar und hauptsächlich senkrecht zur Längsrichtung des Verdichtereintritts verschiebbar gelagert. Die dem jeweiligen Strömungsleitelement zugeordnete erste Drehachse verläuft durch Lagerpunkte in der ersten Lagerstelle und in der zweiten Lagerstelle. Die erste Drehachse des jeweiligen Strömungsleitelementes ist dabei ortsfest zum jeweiligen Strömungsleitelement positioniert. Die erste Lagerstelle und die zweite Lagerstelle sind im Gehäuse in Längsrichtung des Verdichtereintritts beziehungsweise in Strömungsrichtung beabstandet integriert. Die erste Lagerstelle ist in einem im Vergleich zum Abstand zwischen zweiter Lagerstelle und Verdichterrad größerem Abstand positioniert. Demnach ist die zweite Lagerstelle im Gehäuse im Bereich des Verdichtereintritts näher am Verdichterrad positioniert, als die erste Lagerstelle.Each flow guide is mounted for this purpose in two, spaced apart in the longitudinal direction of the compressor inlet bearing points. The respective flow guide is rotatable and pivotable about the associated first axis of rotation in a first bearing and rotatably mounted in a second bearing and slidably mounted mainly perpendicular to the longitudinal direction of the compressor inlet. The respective axis of rotation associated with the first axis of rotation passes through bearing points in the first bearing point and in the second bearing point. The first axis of rotation of the respective flow-guiding element is positioned stationary relative to the respective flow-guiding element. The first bearing point and the second bearing point are integrated in the housing in the longitudinal direction of the compressor inlet or in the flow direction at a distance. The first bearing point is positioned in a larger distance compared to the distance between the second bearing point and the compressor wheel. Accordingly, the second bearing is positioned closer to the compressor in the housing in the region of the compressor inlet, as the first bearing.

Unter drehbar ist eine Bewegung des jeweiligen Strömungsleitelementes zu verstehen, bei welcher ein Verdrehwinkel relativ zur ersten Lagerstelle und zweiten Lagerstelle des jeweiligen Strömungsleitelementes erzeugt wird. Unter schwenkbar ist eine Bewegung des jeweiligen Strömungsleitelementes zu verstehen, bei welcher ein Verstellweg senkrecht zur Längsrichtung des Verdichtereintritts des jeweiligen Strömungsleitelementes nur im Bereich der zweiten Lagerstelle erzeugt wird. Dadurch wird der Abstand gegenüber der Längsrichtung des Verdichtereintritts und der dem jeweiligen Strömungsleitelement zugeordneten ersten Drehachse im Bereich der zweiten Lagerstelle verändert, und im Bereich der ersten Lagerstelle konstant gehalten. Dazu kann die erste Lagerstelle als Kugelgelenk und die zweite Lagerstelle als Geradführung ausgeführt sein.The term rotatable is to be understood as meaning a movement of the respective flow-guiding element, in which case an angle of rotation relative to the first Bearing and second bearing point of each flow guide is generated. Under pivoting is a movement of the respective flow guide to understand, in which an adjustment is generated perpendicular to the longitudinal direction of the compressor inlet of the respective flow guide only in the region of the second bearing point. As a result, the distance relative to the longitudinal direction of the compressor inlet and the first axis of rotation associated with the respective flow guide element is changed in the region of the second bearing point, and kept constant in the region of the first bearing point. For this purpose, the first bearing point can be designed as a ball joint and the second bearing point as a straight guide.

Die Verstellung des jeweiligen Strömungsleitelementes erfolgt mittels der erfindungsgemäßen Ansteuerung im Sinne eines Koppelgetriebes, insbesondere eines Schubkurbelgetriebes. Das Schubkurbelgetriebe ist ebenfalls im Gehäuse aufgenommen. Mit dem Schubkurbelgetriebe wird eine Drehbewegung der Ansteuerung in eine Verstellbewegung, insbesondere in eine Dreh- und Schwenkbewegung des jeweiligen Strömungsleitelementes umgeformt. Dem jeweiligen Strömungsleitelement ist ein individuelles Schubkurbelgetriebe zugeordnet, wobei das jeweilige Strömungsleitelement einen Bestandteil des zugeordneten Schubkurbelgetriebes bildet.The adjustment of the respective flow guiding element takes place by means of the control according to the invention in the sense of a coupling mechanism, in particular a sliding-crank mechanism. The slider crank mechanism is also housed in the housing. With the slider-crank mechanism, a rotational movement of the control is converted into an adjusting movement, in particular into a rotational and pivoting movement of the respective flow-guiding element. The respective flow guide is associated with an individual thrust crank mechanism, wherein the respective flow guide forms a part of the associated thrust crank mechanism.

Das Schubkurbelgetriebe ist aus einem umlaufenden Glied, insbesondere einer Kurbel, einem Koppelglied, insbesondere einer Schubstange und einem oszillierenden Glied, insbesondere einem Gleitelement aufgebaut. Das Gleitelement wird in der zweiten Lagerstelle in Form einer Geradführung geführt. Durch die Geradführung des Gleitelementes in der zweiten Lagerstelle wirkt das Koppelgetriebe im Sinne eines Schubkurbelgetriebes. Das jeweilige Strömungsleitelement bildet insbesondere die Schubstange des zugeordneten Schubkurbelgetriebes. In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise wird das Gleitelement durch die dem jeweiligen Strömungsleitelement zugeordnete erste Drehachse gebildet. Die erste Drehachse wird demnach in der zweiten Lagerstelle innerhalb der Geradführung der zweiten Lagerstelle senkrecht zur Längsrichtung des Verdichtereintritts verschiebbar geführt. Das jeweilige Strömungsleitelement ist mittels eines Drehgelenks mit der Kurbel des zugeordneten Schubkurbelgetriebes verbunden. Das Drehgelenk und eine zweite Drehachse der Kurbel sind zueinander exzentrisch angeordnet, so dass ein Koppelgetriebe, insbesondere ein Schubkurbelgetriebe gebildet wird. Die zweite Drehachse ist im Gehäuse gelagert. Die Kurbel des zugeordneten Schubkurbelgetriebes ist wiederum mit einem, für mehrere Strömungsleitelemente gemeinsamen zentralen Verstellring verbunden, um somit die gemeinsame Ansteuerung des jeweiligen Strömungsleitelementes durch den Verstellring zu bewirken.The slider crank mechanism is composed of a revolving member, in particular a crank, a coupling member, in particular a push rod and an oscillating member, in particular a sliding element. The sliding element is guided in the second bearing in the form of a straight guide. Due to the straight guide of the sliding element in the second bearing point, the coupling mechanism acts in the sense of a sliding-crank mechanism. The respective flow guide element forms in particular the push rod of the associated slider crank mechanism. In accordance with the invention advantageously, the sliding element is formed by the respective first flow axis associated with the respective flow guide. The first axis of rotation is thus guided in the second bearing point within the linear guide of the second bearing point displaceable perpendicular to the longitudinal direction of the compressor inlet. The respective flow guide is connected by means of a rotary joint with the crank of the associated crank gear. The rotary joint and a second axis of rotation of the crank are arranged eccentrically to each other, so that a coupling gear, in particular a slider crank mechanism is formed. The second axis of rotation is mounted in the housing. The crank of the associated crank gear is in turn connected to a, common to several flow guide central adjusting ring, thus causing the common control of the respective flow guide by the adjusting ring.

Der zentrale Verstellring ist gegenüber dem Verdichtereintritt koaxial und verdrehbar gelagert. Dazu ist der zentrale Verstellring vorzugweise im Gehäuse gelagert. Die Verbindung zwischen Verstellring und Kurbel des dem jeweiligen Strömungsleitelement zugeordneten Schubkurbelgetriebes kann im einfachsten Fall als eine kraftschlüssige, in erfindungsgemäß vorteilhafter Weise, jedoch als eine formschlüssige Bewegungsübertragung ausgeführt sein. Die zweite Drehachse der Kurbel ist demnach hauptsächlich parallel zu einer dritten Drehachse des Verstellrings ausgerichtet.The central adjusting ring is mounted coaxially and rotatable relative to the compressor inlet. For this purpose, the central adjusting ring is preferably mounted in the housing. In the simplest case, the connection between the adjusting ring and the crank of the sliding-crank mechanism associated with the respective flow-guiding element can be designed as a frictional connection, but in an advantageous manner according to the invention, but as a positive movement transmission. The second axis of rotation of the crank is therefore aligned mainly parallel to a third axis of rotation of the adjusting ring.

Mittels der zugeordneten Kurbel ist die Drehbewegung des zentralen Verstellrings in Form einer Dreh-Schubbewegung und demnach als eine Dreh-Schwenkbewegung auf das jeweilige Strömungsleitelement übertragbar, so dass das jeweilige Strömungsleitelement durch die Drehbewegung der zugeordneten Kurbel verdreht und geschwenkt wird. Die von der Kurbel des zugeordneten Schubkurbelgetriebes auf das jeweilige Strömungsleitelement übertragene Drehbewegung wird in der ersten Lagerstelle und in der zweiten Lagerstelle durch die jeweils drehbare Lagerung abgestützt. Die von der Kurbel des zugeordneten Schubkurbelgetriebes auf das jeweilige Strömungsleitelement übertragene Schwenkbewegung wird in der ersten Lagerstelle abgestützt und in der zweiten Lagerstelle durch die hauptsächlich senkrecht zur Längsrichtung des Verdichtereintritts verschiebbare Lagerung geführt. Die Schwenkbewegung der Strömungsleitelemente wird dabei insbesondere durch die schwenkbare Lagerung in der ersten Lagerstelle und die Geradführung senkrecht zur Längsrichtung des Verdichtereintritts in der zweiten Lagerstelle ermöglicht.By means of the associated crank, the rotational movement of the central adjusting ring in the form of a rotary push movement and thus as a rotational pivotal movement to the respective flow guide, so that the respective flow guide is rotated and pivoted by the rotational movement of the associated crank. The transmitted from the crank of the associated crank gear to the respective flow guide rotational movement is supported in the first bearing and in the second bearing by the respective rotatable bearing. The transmitted from the crank of the associated crank gear to the respective flow guide pivotal movement is supported in the first bearing and guided in the second bearing by the mainly perpendicular to the longitudinal direction of the compressor inlet slidable storage. The pivoting movement of the flow guide elements is made possible in particular by the pivotable mounting in the first bearing point and the straight guide perpendicular to the longitudinal direction of the compressor inlet in the second bearing point.

Die geometrische Ausbildung des dem jeweiligen Strömungsleitelement zugeordneten Schubkurbelgetriebes hat Einfluss auf die Dreh- und Schwenkbewegung während der Verstellung. Durch die Einstellung der Längenverhältnisse und der Winkelstellungen der Glieder des Schubkurbelgetriebes zueinander kann der Verlauf der Dreh- und Schwenkbewegung während der Verstellung des jeweiligen Strömungsleitelementes unterschiedlich zusammengesetzt werden. Es ist beispielsweise möglich, dass die Drehbewegung des jeweiligen Strömungsleitelementes bei Beginn der Verstellung überwiegt und während der Verstellung in die Schwenkbewegung übergeht. Alternativ ist es möglich, dass die Schwenkbewegung des jeweiligen Strömungsleitelementes bei Beginn der Verstellung überwiegt und während der Verstellung in die Drehbewegung übergeht.The geometric design of the respective flow guide associated with the crank mechanism has an influence on the rotation and pivoting movement during the adjustment. By adjusting the length ratios and the angular positions of the members of the sliding crank gear to each other, the course of the rotational and pivotal movement during the adjustment of the respective flow guide can be assembled differently. It is for example possible that the rotational movement of the respective flow guide predominates at the beginning of the adjustment and passes into the pivoting movement during the adjustment. Alternatively, it is possible that the pivotal movement of the respective flow guide prevails at the beginning of the adjustment and passes into the rotational movement during the adjustment.

Die Strömungsleitelemente weisen eine der Anströmung zugewendete Oberfläche auf. Die Oberfläche ist parallel zur ersten Drehachse ausgerichtet und als gewendelte beziehungsweise spiralförmige Oberfläche ausgeführt. Die Oberfläche weist hauptsächlich die Form eines Parallelogramms auf und ist um eine parallel zur Oberfläche verlaufende Achse gebogen, so dass die Oberfläche einen gleichbleibenden Krümmungsradius aufweist. Die Achse, um welche die Oberfläche gebogen ist, ist zudem parallel zur ersten Drehachse ausgerichtet. In vorteilhafter Weise sind zwei Seiten der Oberfläche des jeweiligen Strömungsleitelementes hauptsächlich senkrecht zur Längsrichtung des Verdichtereintritts ausgerichtet. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Form der Oberfläche um einen schrägen Ausschnitt einer Zylindermantelfläche eines geraden Zylinders, wobei die Zylinderachse des Zylinders parallel zur ersten Drehachse ausgerichtet ist.The flow guide elements have a surface facing the flow. The surface is aligned parallel to the first axis of rotation and designed as a helical or spiral surface. The surface faces mainly in the form of a parallelogram and is bent around an axis parallel to the surface axis, so that the surface has a constant radius of curvature. The axis about which the surface is bent, is also aligned parallel to the first axis of rotation. Advantageously, two sides of the surface of the respective flow guide are oriented mainly perpendicular to the longitudinal direction of the compressor inlet. In other words, the shape of the surface is an oblique section of a cylinder jacket surface of a straight cylinder, wherein the cylinder axis of the cylinder is aligned parallel to the first axis of rotation.

Die mehreren, über den Innenumfang des Verdichtereintritts verteilt angeordneten Strömungsleitelemente sind derart angeordnet, dass sich in einer ersten Stellung ein in Längsrichtung des Verdichtereintritts beziehungsweise in Strömungsrichtung gleichbleibender Strömungsquerschnitt ergibt. Die Oberflächen der Strömungsleitelemente sind in dieser ersten Stellung zueinander ausgerichtet, so dass diese eine hauptsächlich zylindermantelförmige Oberfläche bilden. Die Oberflächen sind in dieser ersten Stellung derart zueinander ausgerichtet, so dass sich eine möglichst geringe Beeinflussung der Anströmung ergibt.The plurality of flow guide elements arranged distributed over the inner circumference of the compressor inlet are arranged in such a way that, in a first position, a flow cross section remains constant in the longitudinal direction of the compressor inlet or in the flow direction. The surfaces of the flow guide are aligned in this first position to each other, so that they form a mainly cylinder jacket-shaped surface. The surfaces are aligned in this first position to each other, so that there is the least possible influence on the flow.

Mittels der erfindungsgemäß vorteilhaften Ansteuerung sind die Strömungsleitelemente zwischen der ersten Stellung und einer zweiten Stellung reversibel überführbar, wobei die erste Drehachse in der ersten Stellung hauptsächlich parallel und in der zweiten Stellung geschwenkt beziehungsweise schräg zur Längsrichtung des Verdichtereintritts ausgerichtet ist.By means of the advantageous control according to the invention, the flow guide elements between the first position and a second position are reversibly reversible, wherein the first axis of rotation in the first position mainly parallel and in the second position pivoted or aligned obliquely to the longitudinal direction of the compressor inlet.

Die Strömungsleitelemente werden dazu mittels der Ansteuerung ausgehend von der ersten Stellung in die zweite Stellung gedreht und geschwenkt, wobei sich ein in Längsrichtung des Verdichtereintritts beziehungsweise in Strömungsrichtung verringernder Strömungsquerschnitt ergibt. Die Oberflächen der Strömungsleitelemente werden derart zueinander ausgerichtet, dass eine aus den mehreren Oberflächen zusammengesetzte, hauptsächlich schraubenförmige Oberfläche gebildet wird. Mittels der schraubenartigen Oberfläche und des sich in Strömungsrichtung verringernden Strömungsquerschnitts wird der Strömung eine Drallbewegung aufgezwungen und die Anströmung auf das Verdichterrad stabilisiert. Mittels der zueinander schraubenförmig ausgerichteten Oberflächen der Strömungsleitelemente wird die Anströmung abgelenkt, so dass die ursprünglich in Längsrichtung des Verdichtereintritts gerichtete Anströmung in Umfangsrichtung des Verdichtereintritts abgelenkt wird und damit eine Drallbewegung der Anströmung erzeugt wird. Durch die Drallbewegung wird die Anströmung stabilisiert. Mittels des sich in Strömungsrichtung verringernden Strömungsquerschnitts wird die Stabilisierung der Anströmung weiter unterstützt.For this purpose, the flow guide elements are rotated and pivoted by means of the control starting from the first position to the second position, resulting in a flow cross section which decreases in the longitudinal direction of the compressor inlet or in the flow direction. The surfaces of the flow guide elements are aligned with each other so that a mainly helical surface composed of the plurality of surfaces is formed. By means of the helical surface and in the flow direction reducing flow cross section of the flow is forced a swirling motion and stabilizes the flow to the compressor wheel. By means of the mutually helically aligned surfaces of the flow guide the flow is deflected, so that the originally directed in the longitudinal direction of the compressor inlet flow is deflected in the circumferential direction of the compressor inlet and thus a swirling motion of the flow is generated. The swirl movement stabilizes the flow. By means of the flow direction reducing flow cross section, the stabilization of the flow is further supported.

Die Strömungsleitelemente sind vorteilhaft derart ausgeführt, dass in der ersten Stellung, der zweiten Stellung und in den Zwischenstellungen stets eine hauptsächlich geschlossene Oberfläche am Innenumfang des Verdichtereintritts gebildet wird, um somit Leckageströmungen zu unterbinden. Die Strömungsleitelemente verfügen dazu über Freischnitte, so dass benachbarte Strömungsleitelemente stets aneinander anliegen oder während der Verstellung einen gleichbleibenden Luft- oder Dichtspalt zueinander bilden und zudem die Bewegungsfreiheit der Strömungsleitelemente während der Verstellung zueinander ermöglicht wird. Die mehreren Strömungsleitelemente können zudem durch Spannmittel zueinander positioniert sein, um Lagerspiel zu verringern und Montagevorgänge zu verbessern. Dazu ist beispielweise ein einfaches elastisches Spannelement vorgesehen, welches mit dem jeweiligen Strömungsleitelement in Verbindung steht und über den Umfang des Verdichtereintritts alle Strömungsleitelemente zueinander verspannt.The flow guide elements are advantageously designed such that in the first position, the second position and in the intermediate positions always a mainly closed surface is formed on the inner circumference of the compressor inlet, thus preventing leakage flows. The flow directing elements have free cutouts so that adjacent flow guide elements always abut one another or form a uniform air gap or sealing gap relative to each other during the adjustment and, moreover, the freedom of movement of the flow guide elements during the adjustment to each other is made possible. In addition, the plurality of flow guide elements can be positioned relative to one another by means of clamping means in order to reduce bearing play and to improve assembly operations. For this purpose, for example, a simple elastic clamping element is provided, which communicates with the respective flow guide in connection and clamped over the circumference of the compressor inlet all flow guide elements to each other.

Ausführungsbeispielembodiment

Beispielhaft wird hier eine Ausführung der erfindungsgemäßen, verstellbaren Drallerzeugungseinrichtung eines Verdichters dargestellt. In den dazugehörigen Figuren ist dabei ein Ausschnitt einer Mehrfachanordnung in Form einer einfachen Anordnung der verstellbaren Drallerzeugungseinrichtung dargestellt, wobei:By way of example, an embodiment of the adjustable twist generating device of a compressor according to the invention is shown here. In the associated figures, a section of a multiple arrangement in the form of a simple arrangement of the adjustable swirl generating device is shown, wherein:

1: eine schematische Darstellung der verstellbaren Drallerzeugungseinrichtung für Verdichter in einer ersten Stellung, und 1 FIG. 2: a schematic representation of the adjustable swirl generating device for compressors in a first position, and FIG

2: eine schematische Darstellung der verstellbaren Drallerzeugungseinrichtung für Verdichter in einer zweiten Stellung zeigt. 2 Fig. 1 shows a schematic representation of the adjustable swirl generating device for compressors in a second position.

Die verstellbare Drallerzeugungseinrichtung (1), dargestellt in 1 und 2, weist ein am Innenumfang eines Verdichtereintritts (2) positioniertes Strömungsleitelement (3) auf, welches mittels einer ersten Drehachse (4) in einem Gehäuse (5) drehbar und schwenkbar gelagert ist. Das Strömungsleitelement (3) ist mittels der ersten Drehachse (4) in einer ersten Lagerstelle (6) drehbar und schwenkbar gelagert. Das Strömungsleitelement (3) ist mittels der ersten Drehachse (4) in einer zweiten Lagerstelle (7) drehbar und senkrecht zur Längsrichtung (8) des Verdichtereintritts (2) verschiebbar gelagert. Die erste Lagerstelle (6) und die zweite Lagerstelle (7) sind im Gehäuse (5) integriert. Das Strömungsleitelement (3) ist über ein Drehgelenk (9) mit einer Kurbel (10) verbunden. Die Kurbel (10) wiederrum ist mittels einer zweiten Drehachse (11) im Gehäuse (5) drehbar gelagert. Das Drehgelenk (9) und die zweite Drehachse (11) sind zueinander exzentrisch angeordnet, so dass ein Koppelgetriebe aus Kurbel (10), Strömungsleitelement (3) und in erster Lagerstelle (6) und zweiter Lagerstelle (7) gelagerte erste Drehachse (4) gebildet werden. Die Kurbel (10) steht weiter mit einem zentralen Verstellring (12) im Eingriff, welcher koaxial zum Verdichtereintritt (2) im Gehäuse (5) drehbar gelagert ist.The adjustable swirl generating device ( 1 ), shown in 1 and 2 , has an inner periphery of a compressor inlet ( 2 ) positioned flow guide ( 3 ), which by means of a first axis of rotation ( 4 ) in a housing ( 5 ) is rotatably and pivotally mounted. The flow guide ( 3 ) is by means of the first axis of rotation ( 4 ) in a first depository ( 6 ) rotatably and pivotally mounted. The flow guide ( 3 ) is by means of the first axis of rotation ( 4 ) in a second storage location ( 7 ) rotatable and perpendicular to the longitudinal direction ( 8th ) of the compressor entry ( 2 ) slidably mounted. The first depository ( 6 ) and the second depository ( 7 ) are in the housing ( 5 ) integrated. The flow guide ( 3 ) is via a rotary joint ( 9 ) with a crank ( 10 ) connected. The crank ( 10 ) is in turn by means of a second axis of rotation ( 11 ) in the housing ( 5 ) rotatably mounted. The swivel joint ( 9 ) and the second axis of rotation ( 11 ) are arranged eccentrically to each other, so that a coupling gear from crank ( 10 ), Flow guide ( 3 ) and in first depository ( 6 ) and second depository ( 7 ) mounted first axis of rotation ( 4 ) are formed. The crank ( 10 ) stands with a central adjusting ring ( 12 ) which is coaxial with the compressor inlet ( 2 ) in the housing ( 5 ) is rotatably mounted.

In einer ersten Stellung des Strömungsleitelementes (3), dargestellt in 1, sind die Längsrichtung (8) des Verdichtereintritts (2) und die erste Drehachse (4) hauptsächlich parallel zueinander ausgerichtet. In einer zweiten Stellung des Strömungsleitelementes (3), dargestellt in 2, sind die Längsrichtung (8) des Verdichtereintritts (2) und die erste Drehachse (4) zueinander geschwenkt ausgerichtet. Dies erfolgt durch die Verdrehung des zentralen Verstellrings (12), welcher eine Verdrehung der Kurbel (10) bewirkt und die Verdrehung der Kurbel (10) in Form einer Dreh- und Schwenkbewegung auf das Strömungsleitelement (3) übertragen wird, wobei das Strömungsleitelement (3) in der ersten Lagerstelle (6) gedreht und geschwenkt, und in der zweiten Lagerstelle (7) gedreht und senkrecht zur Längsrichtung des Verdichtereintritts (2) verschoben wird.In a first position of the flow guide ( 3 ), shown in 1 , are the longitudinal direction ( 8th ) of the compressor entry ( 2 ) and the first axis of rotation ( 4 ) are aligned mainly parallel to each other. In a second position of the flow guide ( 3 ), shown in 2 , are the longitudinal direction ( 8th ) of the compressor entry ( 2 ) and the first axis of rotation ( 4 ) aligned with each other. This is done by the rotation of the central adjusting ring ( 12 ), which is a rotation of the crank ( 10 ) and the rotation of the crank ( 10 ) in the form of a rotary and pivoting movement on the flow guide ( 3 ) is transferred, wherein the flow guide ( 3 ) in the first depository ( 6 ) and pivoted, and in the second storage location ( 7 ) and perpendicular to the longitudinal direction of the compressor inlet ( 2 ) is moved.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: verstellbare Drallerzeugungseinrichtungadjustable swirl generating device
22: Verdichtereintrittcompressor inlet
33: Strömungsleitelementflow guide
44: erste Drehachsefirst axis of rotation
55: Gehäusecasing
66: erste Lagerstellefirst depository
77: zweite Lagerstellesecond depository
88th: Längsrichtunglongitudinal direction
99: Drehgelenkswivel
1010: Kurbelcrank
1111: zweite Drehachsesecond axis of rotation
1212: Verstellringadjusting

Claims

Adjustable swirl generating device 1 for compressors to stabilize a flow through a compressor inlet 2 on a compressor wheel of the compressor, with several on the inner circumference of the compressor inlet 2 positioned flow guide elements 3 , wherein the respective flow guide 3 by means of a first axis of rotation 4 in a housing 5 is mounted rotatably and pivotally, wherein the respective flow guide 3 by means of the first axis of rotation 4 in a first depository 6 rotatable and pivotable and in a direction of flow to the first bearing point 6 spaced second storage location 7 rotatable and perpendicular to the longitudinal direction 8th the compressor entry 2 is slidably mounted, and the respective flow guide 3 is convertible by means of a control between a first position and a second position, wherein the first axis of rotation 4 in the first position mainly parallel and in the second position pivoted to the longitudinal direction 8th the compressor entry 2 is aligned.

Adjustable swirl generating device 1 according to claim 1, characterized in that the respective flow guide 3 over a swivel joint 9 with a crank 10 is connected, the crank 10 by means of a second axis of rotation 11 in the case 5 is rotatably mounted, wherein the rotary joint 9 and the second axis of rotation 11 are arranged eccentrically to each other, so that the control in the form of a linkage of crank 10 , Flow guide 3 and in the first depository 6 and second depository 7 mounted first axis of rotation 4 is formed.

Adjustable swirl generating device 1 according to claim 2, characterized in that the crank 10 with a central adjusting ring 12 is engaged, which is coaxial with the compressor inlet 2 in the case 5 is rotatably mounted.

Adjustable swirl generating device 1 according to claim 2 or 3, characterized in that the first bearing 6 in one compared to the distance between the second bearing 7 and compressor wheel is positioned a greater distance from the compressor wheel.

Adjustable swirl generating device 1 according to one of the preceding claims, characterized in that the respective flow guide 3 is designed with a surface facing the flow, wherein the surface is mainly in the form of a parallelogram and is curved about an axis parallel to the surface, so that the surface has a constant radius of curvature with respect to the axis.

Adjustable swirl generating device 1 according to claim 5, characterized in that a plurality of flow guide elements 3 on the inner circumference of the compressor inlet arranged such that in the first position a flow in the same direction constant flow cross-section and a mainly cylinder jacket-shaped surface on the inner circumference and in the second position results in a flow direction reducing flow cross-section and a mainly helical surface on the inner circumference.