DE1650044C3 - Pulsationsdämpfer für Rohrleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Pulsationsdämpfer für Rohrleitungen mit einer vom zu dämpfenden Medium im wesentlichen in Längsrichtung durchströmten hohlzylindrischen Kammer, die nahe dem Eintrittsquerschnitt mit einem Leitapparat ausgestattet ist und sich am anderen Ende übergangslos zu einem Austrittsrohr verengt.

Pulsationsdämpfer dieser Gattung sind bekannt durch die DL-PS 55 497 und die US-PS 32 86 731.

Beim Pulsationsdämpfer nach der DL-PS 55 497 dient der nahe dem Eintrittsquerschnitt angeordnete Leitapparat nur der Reduktion des Strömungswiderstandes bzw. Zugverlustes am Kammereingang und bezweckt, den Eintrittsquerschnitt der Kammer an den Kammerquerschnitt selbst anzupassen. Der Strömungsverlauf des Mediums erstreckt sich dabei über die gesamte fi< Länge der Kammer ausschließlich in axialer Richtung.

Beim Pulsationsdämpfer nach der US-PS 32 86 731 füllt der l.eitkörper praktisch den gesamten Kammerquerschnitt aus und begrenzt gegen die Kammerwandung hin lediglich drei in Strömungsrichtung hintereinandergeschaltete, schraubenlinienförmig angeordnete enge Gangabschnitte, durch die eine in Umfangsrichtung liegende Strömungskomponente bewirkt wird.

Nachteilig bei diesem Pulsationsdämpfer ist jedoch, daß in der Kammer keine freie Strömung, sondern lediglich eine Zwangsströmung in den schraubenlinienförmig verlaufenden, engen Gangabschnitten stattfinden kann. Aufgrund der vorgegebenen, schraubenlinienförmigen Gänge sind bei diesem bekannten Pulsationsdämpfer die Umfangskomponente und die Axialkomponente der Strömungsgeschwindigkeit einander fest zugeordnet und der Quotient beider Komponenten ist konstant sowie allein durch die Steigung und den Durchmesser der schraubenlinienförmig angeordneten Gänge bestimm L

Sinn und Zweck dieser bekannten Ausgestaltung ist es, mit einer geringeren Baulänge auszukommen als bei Pulsationsdärnpfcrn mit senkrecht zur Strönrdngsrichtung liegenden Sieblochplatten, wie sie beispielsweise durch die DL-PS 55 497 vorbekannt sind. Zur Erzielung der geringeren Baulänge wird jedoch in Kauf genommen, daß dem den Pulsationsdämpfer passierenden Medium ein erheblicher Strömungswiderstand entgegengesetzt wift}.

Zweck der Erfindung ist es, die Nachteile dieser bekannten Pulsationsdämpfer zu beseitigen. Daher liegt ihr die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Pulsationsdämpfer zu schaffen, der bei baulich einfacher Ausgestaltung und kleiner Baulänge das Entstehen eines strömungsabhängigen Widerstandsbeiwertes im Medium ermöglicht und dadurch einen hohen Dämpfungseffekt der der Strömung überlagerten Pulsation herbeiführt.

Die Lösung dieses Problems wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch erreicht, daß der Leitapparat mit einer Anzahl umströcnter weitflächen derart ausgebildet ist, daß nach Austritt aus dem Leitapparat die im übrigen freie Strömung eine in Umfangsrichtung der Kammer verlaufende Strömungskomponente aufweist.

Hierbei wirkt der die in Umfangsrichtung liegende Strömungskomponente erzeugende Leitapparat beim Betrieb mit konstantem Druck auf quasi-stationäre Verhältnisse hin; beim Auftreten von Druckschwankungen bleibt aber die in Umfangsrichtung liegende Strömungskomponente von Gasvolumina, die bereits den Leitapparat passiert haben, konstant bzw. sie fällt längs des Weges durch die Kammer langsam ab. Die Axialkomponente von soeben den Leitapparat passierenden Gasvolumina teilt sich aber sofort bzw. mit Schallgeschwindigkeit den bereits in der Kammer befindlichen Gasmengen mit. Damit sind Umfangskomponente und Axialkomponente der Strömungen Funktionen des den Pulsationsdämpfer speisenden Druckes, so daß sich beim Auftreten von Druckschwankungen keine vorgegebenen schraubenlinienförmig verlaufenden Strömungen einstellen.

An jeder beliebigen Stelle hängt die Umfangskomponente von dem Druck bzw. der Geschwindigkeit ab, mit der die betreffende Gasmenge den Leitapparat passierte. Die Axialgeschwindigkeit hängt jedoch von dem Druck bzw. der Strömungsgeschwindigkeit ab, mit denen der am Kammereingang liegende Leitapparat soeben beaufschlagt wird.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Pulsationsdämpfers beruht also darauf, daß in der freien

Strömung des Mediums die in Umfangsrichtung liegende Komponente von einem in der Vergangenheit, beim F'assieren des Leitapparates, vorherrschenden Druck abhängt, während die Axialkomponente vom gegenwärtig den Leitapparat beaufschlagenden Druck bestimmt ist.

In Weiterbildung des Pulsationsdämpfers hat es sich bewährt, daß dem Leitapparat in der Kammer ein die Kammerachse konzentrisch umgebender, etwa zylindrischer Leitkörper nachgeschaltet ist Dieser hält auch innerhalb der Kammer die Strömung in randnahen Bereichen und unterbindet ein radiales Ausweichen pulsierender Strömung nach innen.

Insbesondere für periodisch pulsierende Strömungen empfiehlt es sich, daß das die Strömung aufnehmende |₅ Volumen der Kammer vom Leitapparat bis zur Eintrittsrnündung des Austrittsrohres dem in einer Strömungsperiode verschobenen Gasvolumen entspricht

Es ha? sich andererseits auch als vorteilhaft erwiesen, wenn dem Austrittsquerschnitt des Leitappi.. ates der Eintrittsquerschnitt eines weiteren Leitapparates einer Speicherkammer gegenübersteht Hierbei kann der Eintrittsquerschnitt des weiteren Leitapparates mit Leitflächen im Neigungssinne des eingangsseitigen ersten Leitapparates ausgebildet sein.

Ferner hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß das Austrittsrohr von der Speicherkammer umgeben ist.

Schließlich kann es sich auch als zweckmäßig erweisen, den zwischen dem ersten Leitapparat und der Eintrittsmündung des Austrittsrohres gebildeten Abstand kleiner zu halten, als den Durchmesser des Austrittsrohres.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen lassen sich strömungsgesteuerte Pulsationsdämpfer schaffen, die ohne die Verwendung beweglicher Teile wie ein Ventil wirken, welches mit der Frequenz der Pulsation öffnet und schließt Hierdurch ergibt sich eine gute Anpassungsfähigst an veränderliche Betriebsbedingungen, wie sie z. B. beim Anfahren eines Kompressors auftreten.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt hierbei

F i g. 1 dnen Pulsationsdämpfer für periodische ^₅ Pulsationen mit dem innerhalb einer Periode verschobenen Gasvolumen angepaßtem Volumen des Wirkraumes der Kammer,

F i g. 2 einen Pulsationsdämpfer mit einer Speicherkammer, deren mit einem Leitapparat ausgestatteter J₀ Eintrittsfläche dem Leitapparat der Dämpfungskammer gegenüberliegt und

F i g. 3 eine Ansicht der Leitapparate nach F i g. 2.

Der in Fig. 1 gezeigte Pulsationsdämpfer hat ein Gehäuse 1, dem der zu dämpfende Gas- bzw. Luftstrom durch den Eintrittsstutzen 2 in Pfeilrichtung zugeführt wird. Der Gasdruck passiert sodann den Leitapparat 3, dessen schräg gestellte Schaufel ihm eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung aufzwingen, welche der jeweiligen Axiaigeschwindigkeits- &, komponente proportional ist. Nach dem Verlassen des Leitapparates 3 strömt das Medium etwa in der Richtung von Schraubenlinien durch die Dämpfungskammer 4 zur Mündung 5 des Austrittsrohres 6, durch welches die Strömung den Pulsationsdämpfer verläßt. 6, Dem Leitapparat 3 ist ;'n zylindrischer Leitkörper 7 nachgeordnet, welcher die Strömung innerhalb der Dämpfungskammer 4 in deren wandnahe Bereiche zwingt und dadurch jedes radiale Ausweichen unterbindet.

Beim Eintritt des Mediums in die Mündung 5 des Austrittsrohres 6 bleibt die Drallkomponente erhalten und bewirkt nach den Gesetzen einer Wirbelsenke eine entsprechend der Durchmesserverringerung erhöhte Winkelgeschwindigkeit Mit zunehmender Winkelgeschwindigkeit konzentriert sich dabei die Strömung im Austrittsrohir 6 in die mantelnahen Bereiche, während der eigentliche Kern desselben nahezu strömungstrei bleibt.

Der Widerstandsbeiwert des Pulsationsdämpfers hängt dabei im wesentlichen von dem Druckabfall ab, der sich beim Eintritt der Strömung in die Mündung des Austrittsrohres 6 ergibt Er wird bestimmt vom Drall und von der Strömungsgeschwindigkeit der Luft bzw. des Gases, so daß er bei einer gleichförmigen Strömung konstant bleibt, während er sich bei einer pulsierenden Strömung fortwährend ändert Erhö^p: sich nämlich die Luft- bzw. Gasgeschwindigkeit, dann weist die Strömung nach Passieren des Leitapparates 3 auch eine entsprechend erhöhte Axial- und eine um den gleichen Faktor erhöhte Umfangsgeschwindigkeit auf. Mn der erhöhten Axialgeschwindigkeit wird auch das bereits in der Dämpfun,gskammer 4 befindliche, langsamer in diese eingeströmte Gas ausgeschoben, so daß dessen Axialgeschwindigkeit erhöht wird. Die Umfangsgeschwindigkeit des schneller einströmenden Gases wird auf das bereits in der Dämpfungskammer 4 befindliche Gas nicht übertragen. Infolgedessen wird an der Mündung 5 des Austrittsrohres 6 nur die Axialkomponente der Geschwindigkeit erhöht, während sich deren Umfangskomponente nicht ändert Da der Widerstandsbeiwert wesentlich vom Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit u zur Axialgeschwindigkeit ν abhängt und dieses Verhältnis abgesunken ist stellt sich ein verhältnismäßig kleiner Widerstandsbeiwer? ein. Sobald die Front der mit größerer Geschwindigkeit zugeführten Luft die Mündung 5 des Austrittsrohres 6 erreicht erh-'ht sich das Verhältnis u zu v, weil dieser Luft im Leitapparat 3 die entsprechend höhere Umfangsgeschwindigkeit erteilt wurde. Der Widerstandsbeiwert steigt damit sprungartig auf einen wesentlich höheren Wert. Beim Pulsationsdämpfer nach F i g. 1 ist das der Strömung zwischen dem Leitapparat 3 und der Mündung 5 des Austrittsrohres 6 gebotene Volumen der Dämpfungskammer 4 auf das Gasvolumen abgestimmt welches während einer Pulsationsperiode transportiert wird. Wenn daher der Widerstandsbeiwert des Pulsationsdämpfers sprungartig ansteigt, weil die Front der schneller zugeführten Luft die Mündung S des AustrittrroJires 6 erreicht, dann folgt im entsprechenden Abstand die nächste Front und hat bei der angegebenen Dimensionierung gerade den Leitapparat 3 erreicht Hierdurch ergibt sich eine Erhöhung des Widerstandsbeiwertes jeweils dann, wenn eine Front bzw. ein Maximum der periodisch pulsierenden Strömung den Pulsationsdämpfer erreicht Hierdurch wird die Pulsation bei geringem Aufwand und kleinem Raumbedarf des Pulsationsdämpfers wirksam geschwächt.

In Fig.2 ist ein Pulsationsdämpfer gezeigt, bei dem dem Gehäuse 8 die pulsierende Strömung über den Eintrittsstutzen 9 zugeführt wird und daraufhin den Leitapparai 10 pasbicrt. Die diesem Leitapparat 10 folgende Dämpfungskammer weist eine geringe Länge auf, und zwar ist sie kleiner als der Durchmesser der Mündung 13 des Austrittsrohres 14. Das Austrittsrohr 14 ist von einer eroßvolumieen SDeirherkammer 15

umschlossen, welche in einer ringförmigen, mit einem weiteren Leitapparat 16 ausgestatteten Zone zur Dämpfungskammer 11 hin geöffnet ist. Die Austrittsöffnung der Speicherkammer 15 liegt dabei dem Leitapparat 10 gegenüber und die Leitflächen bzw. > -schaufeln der Leitapparate 10 und 16 sind gemäß F i g. 3 so ausgerichtet, daß sie bei gleichsinniger Durchströmung auch gleiche Drallrichtungen erzeugen. Geht man davon aus, daß eine zunächst gleichförmige Strömung plötzlich ansteigt, dann erreicht der dieser Strömung erteilte erhöhte Drall wegen der kurzen Entfernung zwischen dem Leitapparat 10 und der Mündung 13 des Austrittsrohres 14 kurzfristig die Mündung 13 dieses Austrittsrohres 14. Die im Mündungsbereich 13 herrschende Umfangsgeschwindigkeit, der Widerstandsbeiwert sowie der Druckabfall steigen an und infolge des steigenden Druckes tritt dann ein Teil der Strömung durch den Leitapparat 16 in die Speicherkaiiiiiier 15 ciii. Diese Wirkung wird dadurch unterstützt, daß der Leitapparat 16 die mit einer Geschwindigkeitskomponente in Richtung des Um· fangs ausgestattete Strömung wenigstens teilweise in die Speicherkammer 15 abzulenken sucht. Die stärkere Strömung baut also einen höheren Widerstandsbeiwert auf und wird gleichzeitig durch Übertreten eines Strömungsteil in die Speicherkammer 15 abgeschwächt, so daß eine Verminderung des Strömungs- bzw. Druckanstiegs eintritt. Nimmt nun der Druck des dem Eintrittstützen 9 zugeführten Gases und damit auch die Geschwindigkeit seiner Strömung entsprechend ab, dann verläßt die Strömung sowohl mit verringerter Axial- als auch mit verringerter Umfangskomponente den Leitapparat 10. Der in der Dämpfungskammer 11 abfallende Druck bewirkt eine Ausgleichsströmung aus der noch unter dem höheren Druck stehenden Speicherkammer 15, welche den Leitapparat 16 in entgegengerichtetem Sinne durchfließt. Diese Ausgleichsströmung trifft in der Mischkammer mit der Frischgasstromung zusammen, und zwar mii einer der Frischgasströmung enigegcngcrichteten Axial- iiiui I Imfiirigsgeschwindigkeit. Durch die Umlenkungen der Strömungen aus der axialen in die radiale Richtung wirken sich die Differenzen der Axialgeschwindigkeit nicht so stark aus wie die Differenzen der Uinfangsge schwindigkeiten. Die Umfangskomponente der Strömung des Frischgases wird geschwächt und die Mündung 13 des Austrittsrohres 14 erreicht eine in der Umfangskomponente der Geschwindigkeit erheblich herabgesetzte Gasströmung. Winkelgeschwindigkeit und Widerstandsbeiwerl fallen beim Eintritt in die Mündung 13 und der langsameren Strömung wird ein wesentlich verringerter Widerstand geboten.

Bei beiden in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen ergeben sich durch die Änderungen der Winkelgeschwindigkeiten spontan starke Änderungen des Widerstandsbeiwertes, welche die strömungsgesteuerte Dämpfung der Pulsationen bewirken.

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nach F i g. 1 eine breitere Wirkung erreicht werden kann, wenn zwei oder mehr solcher Pulsationsdämpfer kombiniert werden, welche Kapazitäten aufweisen, die einem Mehrfachen eines Perioden-Volumens entsprechen. Hierdurch können nämlich jeweils Reihen von unterschiedlichen Periodenbereichen bedämpft werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist eine Abstimmung auf ein Perioden-Volumen der Strömung nicht vc.gesehen. Statt dessen bewirkt hier die mittel« der Speicherkammer 15 erzeugte Hilfsströmung die Steuerung.

Die beschriebenen Ausführung?beispiele von Pulsa· tionsdämpfern zeichnen sich durch gute Dämpfungseigenschaften bei relativ einfachem Aufbau und geringer Herstellungskosten aus. Vorteilhaft ist hierbei beson ders, daß der mittlere Druckabfall gering ist und damii durch Einschaltung der Pulsationsdämpfer in Rohrlei tungen praktisch keine Leistungsminderungen eintre ten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Pulsationsdämpfer für Rohrleitungen mit einer vom zu dämpfenden Medium im wesentlichen in Längsrichtung durchströmten hohlzylindrischen Kammer, die nahe dem Eintrittsquerschnitt mit einem Leitapparat ausgestattet ist und sich am anderen Ende übergangslos zu einem Austrittsrohr verengt, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitapparat (10) mit einer Anzahl umströmter Leitflächen derart ausgebildet ist, daß nach Austritt aus dem Leitapparat die im übrigen freie Strömung eine in Umfangsrichtung der Kammer (4) verlaufende Strömungskomponente aufweist. _l;

Z Pulsationsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Leitapparat in der Kammer ein die Kammerachse konzentrisch umgebender, etwa zylindrischer Leitkörper (z. B. 7) nachgeschaitet ist. _J0

3. Pulsationsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere für periodisch pulsierende Strömungen, dadurch gekennzeichnet, daß das die Strömung aufnehmende Volumen der Kammer (4) vom Leitapparat (3) bis zur Eintrittsmündung (5) des Austrittsrohres (6) dem in einer Strömungsperiode verschobenen Gasvolumen entspricht

4. Pulsationsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Austrittsquerschnitt des '.f.itapparates (10) der Eintrittsquer- schnitt eines weiteren Leitapparates (16) einer Speicherkammer (15) gegenübersteht.

5. Pulsationsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eint.ittsquerschnitt des weiteren Leitapparates (16) mit Leitflächen (17) im Neigungssinne des eingangsseitigen ersten Leitapparates (10) ausgebildet ist.

6. Pulsationsdämpfer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsrohr (14) von der Speicherkammer (15) umgeben ist. ₄„

7. Pulsationsdämpfer nach einem der Ansprüche \ bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem ersten Leitapparat (10) und der Eintrittsmündung (13) des Austrittsrohres (14) gebildete Abstand kleiner gehalten ist als der Durchmesser des _4$ Austrittsrohres.