DE1428029B2 - AERODYNAMIC PRESSURE SHAFT MACHINE - Google Patents
AERODYNAMIC PRESSURE SHAFT MACHINEInfo
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Description
1 21 2
Die Erfindung betrifft eine aerodynamische Druck- Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführung nachThe invention relates to an aerodynamic pressure- Fig. 3 shows schematically an embodiment according to
wellenmaschine, bei der sich der aus mindestens Schnitt III-III in F i g. 4;wave machine, in which the from at least section III-III in F i g. 4;
Welle, Nabe, Zellen und Deckband bestehende Lau- Fig. 4 zeigt die gleiche Ausführung nach SchnittShaft, hub, cells and shroud existing Lau- Fig. 4 shows the same design after section
fer in einem feststehenden, aus Mittelteil und Seiten- IV-IV in Fig. 3;fer in a fixed, from the middle part and sides IV-IV in Fig. 3;
teilen zusammengesetzten Gehäuse bewegt. 5 Fig. 6 und 7 zeigen Konstruktionseinzelheiten imshare composite housing moves. 5 Figs. 6 and 7 show construction details in
Druckwellenmaschinen nützen Effekte instationä- Axialschnitt.Pressure wave machines use effects unsteady- axial section.
rer Strömung aus, um durch das Entspannen eines In allen Figuren sind gleiche Teile mit gleichenrer flow out to by relaxing a In all figures, like parts are like
Gases von höherem Druck ein Gas von niedrigerem Hinweiszeichen versehen.Gas of higher pressure is indicated by a gas of lower pressure.
Druck zu verdichten. Der Arbeitsprozeß erfolgt in Die grundsätzliche Lösung des gestellten Problems
stirnseitig offenen Zellen, die auf einem Läufer an- io ist darin zu sehen, daß der Läufer quer zur Längsgeordnet
sind und sich an Ein- und Auslaßkanälen achse geteilt ist, nicht aber die Zellen, deren Anordin
den Seitenteilen des Gehäuses vorbeibewegen. Für nung oder Formgebung derart ist, daß sie sich beim
das einwandfreie Funktionieren der Maschine und Zusammenbau ineinanderfügen und axiale Wärmezur
Erreichung eines guten Wirkungsgrades ist es er- dehnungen zulassen. Die beiden Läuferenden sind mit
forderlich, die Leckageverluste an den Stirnseiten des 15 der Welle fest verbunden, die so konstruiert ist, daß
Läufers auf ein Minimum zu beschränken, d. h. ein sie nur eine unbedeutende oder praktisch gar keine
sehr kleines Axialspiel zwischen dem Läufer und den Längenänderung erfährt. Die Zellen des Läufers, in
Seitenteilen des Gehäuses einzuhalten. Da die Zellen denen der Arbeitsprozeß stattfindet, haben die Mögdes
Läufers abwechselnd von heißem und kaltem lichkeit, sich bei Temperaturänderungen relativ
Gas beaufschlagt werden, der Mittelteil des Gehäuses 20 gegeneinander zu verschieben, ohne daß sich die Geaber
nur von Leckgas bestrichen wird und sich die samtlänge des Läufers ändert. Die Längenänderun-Temperaturen
in Abhängigkeit vom Betriebspunkt gen des Gehäuse-Mittelteiles werden von einer Ausrasch und sehr stark ändern können, kommt es zu gleichsvorrichtung aufgenommen,
ungleichmäßigen Wärmedehnungen zwischen Läufer Fig. 1 zeigt eine Ausführung nach diesem Prin-
und Gehäuse-Mittelteil. Diese unterschiedlichen Lan- 25 zip. Der Läufer besteht aus den Zellen 1, 1', dem
gen führen entweder zu großen, dem Betrieb ab- zweiteiligen Deckband 3, 3', der zweiteiligen Nabe 4,
träglichen Axialspielen oder zum Anstreifen des Lau- 4', der Welle 5 und im vorliegenden Beispiel noch
fers an den Seitenteilen des Gehäuses. aus den Nabenscheiben 6. Die Zellen sind zwischenCompressing pressure. The work process takes place in the fundamental solution of the problem posed frontally open cells, which can be seen on a runner in the fact that the runner is arranged transversely to the longitudinal axis and is divided at the inlet and outlet channels, but not the cells, their Move anordin past the side panels of the case. The design or shape is such that they fit into one another when the machine and assembly work properly, and axial heat is allowed to expand in order to achieve a good degree of efficiency. The two rotor ends are required to keep the leakage losses firmly connected to the end faces of the shaft, which is designed so that the rotor is kept to a minimum, i.e. there is only an insignificant or practically no very small axial play between the rotor and the rotor Experience change in length. The cells of the runner to adhere to in side panels of the case. Since the cells in which the work process takes place, the possibility of hot and cold runners alternately, gas is applied to each other in the event of temperature changes, and the middle part of the housing 20 can be moved against each other without the generator being smeared by leakage gas and the overall length extending of the runner changes. The change in length temperatures depending on the operating point of the middle part of the housing will be able to change rapidly and very strongly if the same device is added,
uneven thermal expansion between the rotor Fig. 1 shows an embodiment according to this print and housing middle part. This different country 25 zip. The rotor consists of the cells 1, 1 ', the gene either lead to large, two-part shroud 3, 3', the two-part hub 4, inert axial play or the rubbing of the barrel 4 ', the shaft 5 and in the This example still fers on the side parts of the housing. from the hub disks 6. The cells are between
Um ein betriebssicheres Arbeiten der Maschine bei den Deckband- und Nabenteilen 3 und 4 bzw. 3'To ensure that the machine works reliably with the shroud and hub parts 3 and 4 or 3 '
gutem Wirkungsgrad zu ermöglichen, ist eine Ein- 30 und 4' so eingebaut, daß in beiden dadurch entstehen-To enable good efficiency, a single 30 and 4 'is installed in such a way that in both
richtung zur Konstanthaltung des Axialspieles nötig. den Läuferteilen nur jede zweite Zelle vorhandendirection necessary to keep the axial play constant. the rotor parts are only available every second cell
Bekannt ist eine Ausführung mit zwei Läufern, die ist, so daß nach dem Zusammenbau jede Zelle inA version with two runners is known, which is so that after assembly, each cell in
fluchtend angeordnet sind und entsprechend ihren eine Lücke der Gegenseite hineinragt und dadurchare arranged in alignment and protrudes according to their a gap on the opposite side and thereby
Wärmedehnungen ihre Länge verändern, wobei je- gleichzeitig geführt ist.Thermal expansions change their length, whereby each is guided at the same time.
doch das Axialspiel der beiden Läufer gegeneinander 35 Die Enden der beiden Läuferteile sind nahe den sowie gegen die Seitenteile des Gehäuses unabhängig Stirnseiten 2 bzw. 2' mit der Welle fest verbunden, von der Betriebstemperatur der Gase annähernd kon- Die Zellen, die nicht ganz bis zur Stirnseite am andestant bleibt. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die ren Ende reichen, haben somit einen Festpunkt und Wärmedehnungen der Läufer dazu benützt werden, vermögen sich bei Temperaturänderungen wechseljeweils das andere Zellenrad oder Gehäusewände zu 4° seitig von den festen Enden her zu dehnen. Die beiverschieben. Abgesehen vom Nachteil der konstruk- den Deckband- und Nabenteiler weisen an den Stoßtiven Kompliziertheit dieser Ausführung erfordert sie stellen je eine Überlappung 8 mit genügendem zusätzliche Lager, die zum Teil in heißen Temperatur- axialen Spiel auf. Durch diese Ausbildung der eingebieten angeordnet werden müssen. Auch scheint zelnen Elemente des Läufers kann er axiale Wärmees nicht gesichert, ob bei instabilen Betriebszustän- 45 dehnungen ausgleichen, ohne seine Gesamtlänge zu den, also vor allem beim Anfahren und Abstellen der verändern. Das Überströmen eines Gases von einer Maschine und den dabei auftretenden unterschied- Zelle zur anderen bleibt auf ein Minimum beschränkt, liehen Wärmedehnungen nicht doch die Gefahr eines da der schädliche Spalt zwischen den Zellenwänden Anstreifens bestehen bleibt. sich fast über die ganze Läuferlänge erstreckt. Leck-but the axial play of the two rotors against each other 35 The ends of the two rotor parts are close to the as well as end faces 2 or 2 'independently connected to the shaft against the side parts of the housing, from the operating temperature of the gases approximately con- The cells, which are not quite up to the face at the andestant remain. This can be achieved in that the ren end reach, thus have a fixed point and Thermal expansions of the runners are used for this purpose, can alternate with temperature changes to stretch the other cellular wheel or housing walls to 4 ° from the fixed ends. Move them around. Apart from the disadvantage of the structural shroud and hub dividers, there are points on the butt legs The complexity of this design requires that they each provide an overlap 8 with a sufficient amount additional bearings, some of which are in hot temperature-axial play. Through this training the immerse must be arranged. Some elements of the rotor also seem to be capable of axial heat It is not certain whether, in the case of unstable operating conditions, 45 compensate for expansion without increasing its overall length the, so especially when starting up and turning off the change. The overflow of a gas from a Machine and the resulting differences - cell to other remains limited to a minimum, However, thermal expansion does not pose the risk of a damaging gap between the cell walls Rubbing remains. extends over almost the entire length of the runner. Leak-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, 50 Verluste an den Stoßstellen der Deckband- und eine Druckwellenmaschine zu schaffen, bei der auf Nabenteile werden durch die Überlappung stark herkonstruktiv einfache Weise ein axiales Anstreifen des abgesetzt.The invention is therefore based on the object 50 losses at the joints of the shroud and To create a pressure wave machine in which the overlap on the hub parts are highly constructive simple way an axial rubbing of the discontinued.
Läufers einerseits und große Leckverluste anderer- Die Welle S ist an und für sich bereits kälter alsRunner on the one hand and large leakage losses on the other. The shaft S is in and of itself already colder than
seits vermieden werden. die Zellen, da sie mit dem heißen Gasstrom nichtbe avoided on the one hand. the cells, as they are not exposed to the hot gas stream
Diese Aufgabe erfüllt die erfindungsgemäße Druck- 55 in direkter Berührung steht. Sollte es sich aber alsThis task is fulfilled by the pressure 55 according to the invention which is in direct contact. But it should turn out to be
wellenmaschine durch Mittel zur Einhaltung einer notwendig erweisen, so kann sie als Bimetallkonstruk-shaft machine prove necessary by means of compliance with a, it can be used as a bimetallic construction
praktisch konstanten Länge des Läufers und des tion ausgeführt sein, aus einem Werkstoff mit sehrpractically constant length of the runner and the tion be made of a material with very
Gehäuse-Mittelteiles bei jedem Betriebszustand und kleinem Wärmedehnungskoeffizienten bestehen oderHousing middle part exist in any operating condition and low coefficient of thermal expansion or
unabhängig von der Temperatur der Gase, wo- von einem Kühlmittel durchströmt sein, um tempera-regardless of the temperature of the gases, with a coolant flowing through it to
durch auch das Axialspiel zwischen dem Läufer 60 turbedingte Längenänderungen weitgehend aus-due to the axial play between the rotor 60, changes in length caused by the turntable are largely eliminated.
und den Seitenteilen des Gehäuses praktisch konstant zuschalten,and the side parts of the housing are switched on practically constantly,
bleibt. Die Konstanz der Länge des Gehäuse-Mitteltei-remain. The constancy of the length of the housing center part
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbei- les 9, der an die Gehäuseseitenteile 14 angeflanschtIn the drawing, several exemplary embodiments 9 are flanged to the housing side parts 14
spiele einer erfindungsgemäßen Druckwellenma- ist, wird mit Hilfe von Bolzen 10 erzielt, die im kal-games of a pressure wave machine according to the invention is achieved with the help of bolts 10, which in the cal-
schine dargestellt. 65 ten Teil der Maschine liegen. Zum Ausgleich vonmachine shown. 65 th part of the machine. To compensate for
Fig. 1, 2 und 5 zeigen verschiedene Ausführungen axialen Wärmedehnungen des Mittelteiles 9 ist einFig. 1, 2 and 5 show different versions of axial thermal expansions of the central part 9 is a
des Läufers und Teile des Gehäuses in Schrägstel- wellenförmiges Kompensationsstück 11 vorgesehen,of the rotor and parts of the housing are provided in angular wave-shaped compensation piece 11,
lung, teilweise geschnitten; doch sind dafür auch andere Ausführungen möglich.lung, partially cut; however, other designs are also possible for this.
Durch diese Einrichtungen können sowohl der Läufer als auch der Mittelteil des Gehäuses bei jedem Betriebszustand und bei jeder vorkommenden Temperatur der am Prozeß beteiligten Gase in der Länge praktisch konstant gehalten werden, wodurch sich folglich ein annähernd konstantes Axialspiel zwischen dem Läufer und den Seitenteilen des Gehäuses ergibt.By means of these devices, both the rotor and the central part of the housing can contribute every operating state and at every occurring temperature of the gases involved in the process in the Length can be kept practically constant, which consequently results in an approximately constant axial play between the runner and the side parts of the housing results.
Deckband und Nabe sind vorteilhafterweise in der Mitte geteilt, um auf diese Weise zwei gleiche, symmetrische Läuferhälften zu erhalten. Die Verbindung 7 der Zellen mit dem Deckband und der Nabe kann eine mechanische sein, sie kann aber auch durch Schweißen oder Löten erzielt werden. Für die Zellen ist eine Ausbildung als geschlossene Kastenprofile möglich, wie es in den Fig. 1, 3, 4 und 5 gezeigt ist, sie können aber auch gemäß F i g. 2 aus einem mäanderartig gebogenen Band hergestellt sein, doch sind bei dieser Ausführung ebenso wie bei den F i g. 3 und 4 die beiden Läuferteile nicht mehr gleich.Shroud and hub are advantageously divided in the middle in order to create two identical, symmetrical ones To get runner halves. The connection 7 of the cells with the shroud and the hub can be mechanical, but it can also be achieved by welding or soldering. For the cells a design as closed box sections is possible, as shown in FIGS. 1, 3, 4 and 5 is, but they can also according to FIG. 2 be made of a meandering curved band, but are in this embodiment as well as in the F i g. 3 and 4 no longer have the two rotor parts same.
Eine andere Möglichkeit zum Aufbau des Läufers ) ist in den F i g. 3 und 4 dargestellt. Hierbei wird jede Zelle von zwei ineinandergesteckten Kastenprofilen 1 und 1' gebildet. Jeder Läuferteil enthält die volle Anzahl Zellen, die nahe der Stirnseite 2 bzw. 2' durch eine Schweißung 15 miteinander verbunden sind. Der Querschnitt der Zellen des einen Läuferteils ist etwas kleiner als jener der Zellen des anderen Läuferteiles, so daß sie sich beim Zusammenbau ineinanderschieben. Dadurch ergibt sich zwischen den Zellen die doppelte Dichtungslänge gegenüber den in den F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungen. Die Dehnrichtung der Zellen und ihre Endlage ist in F i g. 3 angedeutet. Bei dieser Lösung kann das Deckband durch eine aufgelötete Drahtbandage ersetzt werden, die sowohl einfach und billig herzustellen ist, als auch radial eine genügende Abdichtung gegen den Gehäuse-Mittelteil 9 ergibt, da die durch das Wickeln des Drahtes entstehenden Rillen wie Labyrinthe wirken.Another possibility for the construction of the rotor ) is shown in FIGS. 3 and 4 shown. Here, each cell is formed by two box sections 1 and 1 'nested one inside the other. Each rotor part contains the full number of cells which are connected to one another by a weld 15 near the end face 2 or 2 '. The cross section of the cells of one rotor part is slightly smaller than that of the cells of the other rotor part, so that they slide into one another during assembly. This results in twice the sealing length between the cells compared to that in FIGS. 1 and 2 shown embodiments. The stretching direction of the cells and their end position is shown in FIG. 3 indicated. In this solution, the cover band can be replaced by a soldered-on wire bandage, which is both easy and cheap to manufacture, and also provides a sufficient radial seal against the housing middle part 9, since the grooves created by the winding of the wire act like labyrinths.
Die zweiteilige Ausführung des Zellenrades weist neben der Möglichkeit des Ausgleiches der Wärme-■j dehnungen noch weitere Vorteile auf. Das richtige Arbeiten von Druckwellenmaschinen hängt maßgeblich von der Abstimmung der die Verdichtungs- und Verdünnungsvorgänge steuernden Kanten der Ein- und Auslaßöffnungen ab, deren Lage der Länge und der Bewegungsgeschwindigkeit der Zellen sowie der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Druckwellen in den Gasen angepaßt sein muß. Dabei ist jedoch das Verhältnis von der Bewegungsgeschwindigkeit zur Länge der Zellen gleichfalls von Bedeutung, da auch der Wärmeaustausch zwischen den Gasen und der Gase mit der Wand, zusammen mit der Reibung, eine Rolle spielt. Zu jeder Drehzahl des Läufers gehört eine optimale Läuferlänge, um die Verluste auf ein Minimum zu beschränken.The two-part design of the cellular wheel shows, in addition to the possibility of compensating for the heat expansions have other advantages. The correct operation of pressure wave machines depends significantly of the coordination of the edges of the in- and outlet openings, their position, the length and the speed of movement of the cells and the The speed of propagation of the pressure waves in the gases must be adapted. However, this is the case The ratio of the speed of movement to the length of the cells is also important, as well the heat exchange between the gases and the gases with the wall, along with the friction, plays a role. For every speed of the rotor an optimal rotor length belongs to the losses to keep a minimum.
Wenn Druckwellenmaschinen in bestimmten Normgrößen und für unterschiedliche Verwendungszwecke erzeugt werden sollen, besteht daher die Notwendigkeit, die Läuferlänge an die jeweils gegebenen Erfordernisse möglichst genau anzupassen. Die Konstruktionen gemäß den F i g. 1 bis 4 gestatten auf einfache Weise eine Feinanpassung der Läuferlänge an verschiedene Betriebsverhältnisse.When pressure wave machines in certain standard sizes and for different purposes are to be generated, there is therefore a need to adjust the length of the runner to the given Adapt requirements as precisely as possible. The constructions according to FIGS. 1 to 4 permit easy way to fine-tune the length of the carriage to different operating conditions.
Ein Beispiel dafür zeigt F i g. 5. Der Aufbau dieser Maschine ist ähnlich wie jener nach Fig. 1, nur ist zwischen die Deckbandteile 3 und 3'ein Zwischenring 12 und zwischen die Nabenteile 4 und 4' ein Zwischenring 13 eingesetzt. Durch Veränderung der axialen Länge dieser Zwischenringe läßt sich mit geringem Arbeitsaufwand die Läuferlänge an den jeweiligen Verwendungsfall anpassen. Die Zellen überdecken sich hierbei mehr oder weniger stark und der Gehäuse-Mittelteil als einfaches Bauelement bedarf keiner besonderen Anpaßeinrichtung.An example of this is shown in FIG. 5. The structure of this machine is similar to that of FIG. 1, only is an intermediate ring 12 between the shroud parts 3 and 3 'and between the hub parts 4 and 4' Intermediate ring 13 used. By changing the axial length of these intermediate rings can be with little Work effort adjust the length of the runner to the respective application. Cover the cells This is more or less strong and the housing middle part is required as a simple component no special adapter.
ίο Bei der Abstimmung auf die gewünschte Läuferlänge ist noch auf die Nabenscheiben 6 Rücksicht zu nehmen. Wie in F i g. 6 dargestellt, kann der Wellenbund 16, an dem sich die Nabenscheibe abstützt, entsprechend den Bedürfnissen angedreht werden. Die beiden Hälften der Figur zeigen die Lage der Nabenscheibe auf der Welle bei unterschiedlicher Läuferlänge. ίο When coordinating the desired length of the runner the hub washers 6 must still be taken into account. As in Fig. 6 shown, the shaft collar 16, on which the hub disk is supported, can be turned on as required. the Both halves of the figure show the position of the hub disc on the shaft with different rotor lengths.
Eine andere konstruktive Möglichkeit geht aus F i g. 7 hervor. In diesem Falle bleibt die Lage des Wellenbundes unverändert und nur der auf der Welle aufsitzende Teil 17 der Nabenscheibe 6, die entsprechend der größten Läuferlänge auf Lager gehalten wird, erfährt zur Anpassung eine Kürzung. Teil 17 kann auch als selbständiger Ring ausgeführt sein.Another constructive possibility is based on FIG. 7 emerges. In this case, the position of the Shaft collar unchanged and only the part 17 of the hub disk 6 which is seated on the shaft and which accordingly the longest runner length is kept in stock, will be shortened for adjustment. part 17 can also be designed as a separate ring.
Auch bei diesem Beispiel zeigen die beiden Hälften der Figur die Lage der Nabenscheibe bei unterschiedlicher Läuferlänge. Es versteht sich von selbst, daß in beiden Fällen, gemäß F i g. 6 und 7, bei den kürzeren Läufern das überflüssige Wellenstück abgedreht wird.In this example, too, the two halves of the figure show the position of the hub disk in different cases Runner length. It goes without saying that in both cases, according to FIG. 6 and 7, at the The superfluous part of the shaft is turned off for shorter rotors.
Die Brauchbarkeit der Druckwellenmaschinen ist von einem möglichst kleinen, unveränderlichen Spiel zwischen Läufer und Gehäuse-Seitenteilen abhängig. Die bei der Sicherung des Axialspiels sich ergebenden Schwierigkeiten waren bisher ein schweres Hindernis für die Verwirklichung des ganzen Projektes. Das nun vorgeschlagene Prinzip mit Läufer und Gehäuse von konstanter Länge und günstigen Dichtungseigenschaften, die sich bei Erwärmung und Abkühlung nicht verändern, ergibt eine hohe Betriebssicherheit, verbunden mit gutem Wirkungsgrad. Die gleichfalls mögliche Feinanpassung der Läuferlänge an die verschiedenen Betriebserfordernisse ist für eine Massenfabrikation von Druckwellenmaschinen von wesentlicher Bedeutung, da eine Läufertype, die in großen Stückzahlen rationell gefertigt werden kann, einen weiten Anwendungsbereich zu decken vermag.The usefulness of the pressure wave machines is of the smallest possible, unchangeable game between rotor and housing side parts. The resulting when securing the axial play Difficulties have so far been a serious obstacle to the realization of the whole project. The now proposed principle with rotor and housing of constant length and favorable sealing properties, which do not change when heated and cooled, results in a high level of operational reliability, combined with good efficiency. The fine adjustment of the traveler length, which is also possible to the various operational requirements is necessary for mass production of pressure wave machines from essential, since a type of rotor that can be efficiently manufactured in large numbers, able to cover a wide area of application.
Claims (11)
Applications Claiming Priority (1)
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DEA0043824 | 1963-08-14 |
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Country Status (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102007021367A1 (en) * | 2007-05-04 | 2008-11-13 | Benteler Automobiltechnik Gmbh | Gas dynamic pressure wave machine |
Families Citing this family (1)
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DE102009041125B4 (en) | 2009-09-15 | 2011-07-21 | Benteler Automobiltechnik GmbH, 33102 | Gas dynamic pressure wave machine |
-
1963
- 1963-08-14 DE DE19631428029 patent/DE1428029B2/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007021367A1 (en) * | 2007-05-04 | 2008-11-13 | Benteler Automobiltechnik Gmbh | Gas dynamic pressure wave machine |
DE102007021367B4 (en) * | 2007-05-04 | 2008-12-24 | Benteler Automobiltechnik Gmbh | Gas dynamic pressure wave machine |
Also Published As
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DE1428029A1 (en) | 1968-11-28 |
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