DE19514707A1

DE19514707A1 - Flow guide unit for radial compressor

Info

Publication number: DE19514707A1
Application number: DE19514707A
Authority: DE
Inventors: Johannes Werner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 1996-10-24

Abstract

A valve (7) is fitted in the main gas channel (3) upstream of the outlet opening (6) of the gas subsidiary channel (4), and by engagement of an external control device can partially or completely close off or open out the free flow passage of the main gas channel. Valves (8) are fitted in the gas subsidiary channel downstream of the inlet opening of the main gas channel and by engagement of an external control device partially or completely opens out or closes off the free flow passages of the gas subsidiary channel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorleiteinrichtung für Radialverdichter nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a pre-guide device for radial compressors according to the preamble of claim 1 Art.

Vorleiteinrichtungen vor Radialverdichtern werden bekanntermaßen dann eingesetzt, wenn Anpassung der Anlagen an wechselnde Betriebsbedingungen erforderlich wird. Dabei gibt des Vorleiteinrichtungen mit festen oder beweglichen Leitgittern, wobei letztere vorzugsweise dann verwendet werden, wenn Fördermenge, Druckverhältnis, Dichte des Fördermediums oder Ansaugtemperatur während des Betriebes eines Radialverdichters starken Schwankungen unterworfen sind. Durch positive (Mitdrall) oder negative (Gegendrall) Winkelanstellung beweglicher Vorleitschaufeln vor der Eintrittskante eines Verdichterlaufrades kann dadurch ein Radialverdichter entsprechend den temporär vorliegenden Betriebsverhältnissen optimal nachgeregelt, sein auf einen Dauerbetrieb in mehreren Arbeitspunkten bezogener Gesamtwirkungsgrad verbessert und dadurch Einsparungen im Verbrauch erforderlicher Antriebsenergie erzielt werden. Gegenüber einem ungeregelten Verdichter kann eine geregelte Ausführung überdies in anderen Abmessungen ausgelegt werden, so daß auf serienmäßig lieferbare, aber in eher benachbarten Lieferkennfeldern arbeitende Aggregate zurückgegriffen werden kann, wenn diese aufgrund hoher Produktionsstückzahlen preisgünstig bezogen werden können. Discharge devices before radial compressors are known to be used when adapting the systems to changing operating conditions becomes. Here, the Vorleiteinrichtung with fixed or movable guide grids, the latter preferably be used when the flow rate, pressure ratio, Density of the medium or suction temperature during the operation of a radial compressor are subject to strong fluctuations. Through positive (Mitdrall) or negative (counter-spin) angle adjustment movable guide vanes in front of the leading edge of a compressor impeller can be a radial compressor according to the temporarily available Operating conditions optimally adjusted, be on continuous operation related to several working points Improved overall efficiency and therefore savings can be achieved in the consumption of required drive energy. Compared to an uncontrolled compressor, one regulated version also in other dimensions be designed so that on standard, but working in more neighboring delivery maps Aggregates can be used if this reasonably priced due to high production quantities can be.

So stehen also Einsparungen im Energieverbrauch, aber für den aufgerüsteten Radialverdichter Investitionskosten für die Vorleiteinrichtung sowie Einstellungs-, Wartungs- und Instandhaltungsmehrkosten den dagegen permanent ausfallenden Mehrbetriebskosten einer nicht vorleitschaufelgeregelten Anlage gegenüber, welche durch erhöhten Verbrauch aufgrund fehlender Regelung und Anpassung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse verursacht werden.So there are savings in energy consumption, however for the upgraded radial compressor investment costs for the guiding device as well as Maintenance and repair costs, however, the permanently failing multi-operating costs one vane-regulated system opposite, which due to increased consumption due to a lack of regulation and adaptation to different operating conditions caused.

Unter anderem um dieses Kostenverhältnis zwischen Anfangsinvestition und Betriebskostenvorteil zu verbessern, wird in einer Anmeldeschrift DE-P 43 07 098.1-13 ein Radialverdichter für den Aufladebetrieb eines Verbrennungsmotors beschrieben, bei dem - gegenüber der Verwendung verstellbarer Vorleitschaufeln - eine Vorleitvorrichtung mit einem ersten, axial ins Verdichterlaufrad führenden Hauptkanal und einem zweiten, dagegen radial ins Verdichterlaufrad führenden Nebenkanal vorgesehen ist. Diese spezielle Anordnung der Ansaugkanäle vor dem Verdichterlaufrad wirkt dadurch vordrallerzeugend, daß dem drallfrei und axial eintretenden Gashauptstrom vor dem Eintritt ins Laufrad ein drallbehaftet und radial eintretender Gasnebenstrom überlagert wird.Among other things, this cost ratio between the initial investment and improve operating cost advantage, is in a filing DE-P 43 07 098.1-13 a radial compressor for the charging operation of an internal combustion engine described in which - compared to the Use of adjustable guide vanes - a guide device with a first one, axially into the compressor impeller leading main channel and a second, against it provided radially into the compressor impeller secondary channel is. This special arrangement of the intake ducts in front of the compressor impeller has a pre-swirl effect, that the swirl-free and axially entering main gas flow before entering the impeller a spin and radially entering gas bypass is superimposed.

Dabei stellt dieses, aufgrund geringeren Aufwandes kostengünstigere Ausführung gegenüber Vorleiteinrichtungen einerseits mit festen, andererseits mit beweglichen Leitgittern in ihrer Wirkung eine Mischform dar, da aufgrund vorgewählter Kanalquerschnitte sich in Betriebszuständen niedriger Förderleistung keine, in Betriebszuständen höherer Förderleistung hingegen ansteigende Änderung der Anströmrichtung ins Verdichterlaufrad einstellt. Eine äußere Regelung oder eine Anpassung an temporär vorkommende, außergewöhnliche Betriebszustände ist mit dieser Bauart nicht möglich und auch nicht vorgesehen. Sie dient vielmehr hier dem Zweck, im Fahrzeugbetrieb bei einem aufgeladenen Verbrennungsmotor dem Verdichterlaufrad eine andere Drehzahl und damit ein verbessertes Nachlauf- und Ansprechverhalten zu verleihen.This makes it more cost-effective due to less effort Execution compared to feeders on the one hand with fixed, on the other hand with movable guide grids its effect is a mixed form, because due to selected channel cross-sections are in operating states low flow rate none, in operating conditions higher delivery rate, however, increasing change the flow direction in the compressor impeller. An external regulation or an adaptation to temporary occurring, unusual operating conditions is with this type is not possible and not intended. Rather, it serves the purpose here, in vehicle operation in the case of a charged internal combustion engine, the compressor impeller a different speed and thus an improved To give caster and response behavior.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsbereich dieser gegenüber vorleitschaufelgeregelten Systemen kostengünstigeren, aber weniger leistungsfähigen Vorleiteinrichtung aus DE-P 43 07 098.1-13 zu verbreitern sowie thermodynamische Nachteile, die sich aus der Beschreibung des in der Schrift genannten speziellen Ausführungsbeispiels ergeben, durch konstruktive Änderungsansätze zu beheben.The invention is based on the object, the scope this compared to the guide vane regulated Systems cheaper, but less powerful Widen the guiding device from DE-P 43 07 098.1-13 as well as thermodynamic disadvantages that result from the description of the special mentioned in the writing Embodiment result from constructive change approaches to fix.

Dabei soll insbesondere Wert gelegt werden auf eine möglichst kontinuierlich wirkende Anpassung an alle vorkommenden Betriebszustände, so daß zunächst die günstigen und betriebskostensenkenden Eigenschaften eines vorleitschaufelgeregelten Systems sicher erreicht oder sogar übertroffen werden - derartige Vorleitschaufeleinrichtungen haben nämlich den Nachteil, daß bei zunehmender Anstellung beweglicher Vorleitschaufeln die Eintrittsquerschnitte mit verringert und Stoß- und Abreißverluste der Strömung vor oder nach der Beschaufelung verursacht werden, so daß nur bestimmte Verstellwinkel und damit beschränkte Regelmöglichkeiten gegeben sind.In particular, emphasis should be placed on one where possible continuous adjustment to all occurring Operating states, so that first the favorable and operating cost-reducing properties of a guide vane-controlled Systems safely reached or even be exceeded - have such guide vane devices namely the disadvantage that with increasing employment movable inlet vanes the inlet cross-sections with reduced and shock and tear losses of the flow before or after blading, so that only certain adjustment angles and thus limited Control options are available.

Auch soll die Grundkonzeption der mit der erfindungsgemäß verbesserten Vorleiteinrichtung ausgerüsteten Strömungsmaschine von bereits auf dem Markt befindlichen und in größerer Serie hergestellten Baumustern möglichst wenig abweichen, wobei günstigstenfalls mit einer einzigen, ausgeführten Vorleiteinrichtung auch verschiedene, in benachbarten oder einander überdeckenden Lieferkennfeldern arbeitende Radialverdichter nachgerüstet, im Wirkungsgradverhalten - bezogen auf einen Dauerbetrieb in mehreren Arbeitspunkten - verbessert und dadurch Kosteneinsparungen realisiert werden können.The basic concept of the with the invention improved flow control equipment equipped flow machine of those already on the market and As little as possible in larger series deviate, at best with a single, implemented preliminary device also various, in neighboring or overlapping delivery maps working radial compressor retrofitted in Efficiency behavior - based on continuous operation in several working points - improved and thereby cost savings can be realized.

Schließlich sollen Herstellungsprozeß und Ausführungsart der verbesserten Vorleiteinrichtung vereinfacht und mit einer für wirtschaftlichere Produktion vorteilhaften Einschränkung der Teile- und Formenvielfalt verbunden werden.Finally, the manufacturing process and type of execution the improved feeder simplified and with one advantageous for more economical production Limitation of the variety of parts and shapes connected will.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche - besonders durch diejenigen von Anspruch 1 - genannten Merkmale vorteilhaft gelöst.According to the invention, these tasks are performed in the characteristic parts of the claims - especially by those of claim 1 - mentioned features advantageous solved.

Dadurch, daß gegenüber dem bekannten System aus der Anmeldeschrift DE-P 43 07 098.1-13, das mit Festquerschnitten der Kanäle in der Vorleiteinrichtung arbeitet, durch Vorsehen regelbarer Ventile die Querschnitte der Kanäle verändert und somit der durch die Zusammenführung von Axial- und Radialkomponente der Saugströmung geregelte Vordrall vor dem Verdichterlaufrad stufenlos verändert werden kann, ergibt sich - bei gleichzeitig preisgünstigerer und erschütterungsunempfindlicherer Gestaltung gegenüber einem Vorleitgitter - eine verbesserte Anpassung der Vorleitströmung, wie diese sonst nur von leitschaufelgeregelten Anlagen und auch hier nur beim Betrieb mit wenig geschlossenen Verstellschaufeln bekannt ist. Natürlich müssen die vorzusehenden Ventile verlustarm und besonders strömungsgünstig gestaltet sein, wofür sich Kugel-, kegel-, bomben- oder auch rohrförmige, axial gegen einen Ventilsitz verschiebbare Verschlußkörper eignen, wie diese aus zahlreichen früheren Veröffentlichungen bereits bekannt geworden sind. Eine Erweiterung der Saugkanäle stromauf der Ventile ist dabei ratsam, will man verlustfreie An- und Abströmung ermöglichen.The fact that compared to the known system from the application DE-P 43 07 098.1-13, with fixed cross sections the channels work in the feeder, by providing controllable valves, the cross sections of the Channels changed and thus by the merge controlled by axial and radial components of the suction flow Pre-twist in front of the compressor impeller changed continuously results in - at the same time cheaper and more vibration-resistant design compared to a preliminary grille - an improved one Adjustment of the preliminary flow, as otherwise only from guide vane-controlled systems and also only with Known operation with little closed adjustment blades is. Of course, the valves to be provided must be low-loss and be particularly aerodynamically designed, for what spherical, conical, bomb-shaped or tubular, axial closure bodies which are displaceable against a valve seat are suitable, like this from numerous previous publications have already become known. An extension the suction channels upstream of the valves is advisable you want to enable loss-free inflow and outflow.

Dadurch, daß gegenüber dem aus der obengenannten Anmeldeschrift bekannte System die Vorleitkanäle nicht im Verdichtergehäuse selbst, sondern räumlich und stofflich von diesem abgetrennt und in einiger Entfernung vor diesem angeordnet sind, wird erreicht, daß vom druckseitigen Radialkanal des Verdichters eine Wärmeübertragung auf das durch die Vorleiteinrichtung geführte Medium nicht stattfindet. Da die Vorleiteinrichtung mit ihrem zusätzlichen Radialkanal gegenüber einer leitschaufelgeregelten Ausführung eine sehr große Oberfläche besitzt, ist dies eine wichtige Voraussetzung für einen wirkungsgradverbessernden und thermodynamisch günstigeren Betrieb. Zudem wird durch Abkoppelung der Vorleiteinrichtungen mit ihren axialen und radialen Leitkanälen vom druckseitigen Verdichtergehäuse der Radialverdichter in seiner ursprünglichen Einheit und Gestalt unverändert weiterverwendbar, so daß sowohl bei Nachrüstung einer vorhandenen als auch bei Konzeption einer neuen Anlage auf serienmäßig lieferbare Verdichter zurückgegriffen werden kann. So müssen - gegenüber dem obengenannten, früheren Ausführungsbeispiel - zur Aufrüstung eines Radialverdichters keine grundsätzlich erweiterten und auf die Spaltmaße zwischen Laufrad und Radialkanälen nachtolerierten Doppelspiralgehäuse hergestellt und im Austausch zum druckseitigen Radialkanal verbaut werden, wodurch auch das Gewicht eines zum Beispiel fliegend auf seinem Druckstutzen aufmontierten Radialverdichters unverändert verbleibt und Schwingungsschäden durch elastische Abkopplung von Verdichter selbst und Vorleiteinrichtung vermieden werden können.The fact that compared to the above-mentioned application known system not the feeder channels in the compressor housing itself, but spatially and materially separated from it and some distance away are arranged in front of this, it is achieved that from the print side Radial channel of the compressor a heat transfer to the medium passed through the preliminary device not taking place. Since the Vorleiteinrichtung with their additional radial channel compared to a vane-regulated one Execution of a very large surface owns, this is an important prerequisite for one efficiency-improving and thermodynamically more favorable Business. In addition, by decoupling the preliminary equipment with their axial and radial guide channels from the pressure side compressor housing of the radial compressor in its original unity and form usable unchanged, so that both when retrofitting an existing one as well as the conception of one new system on standard compressors can be used. So - compared to that Above, earlier embodiment - for upgrading of a radial compressor are not fundamentally expanded and on the gap dimensions between the impeller and radial channels manufactured after-tolerated double spiral housing and in exchange for the radial duct on the pressure side be installed, which also means the weight of one, for example flying mounted on its pressure port Radial compressor remains unchanged and vibration damage through elastic decoupling of the compressor itself and feeder can be avoided.

Sehr preiswert und mechanisch weit zuverlässiger wird die erfindungsgemäße und mit Vordrallkanälen versehene Vorleiteinrichtung dann, wenn sie in einem aus thermoplastischem oder faserverstärktem kaltaushärtenden Kunststoff hergestellten separaten Gehäuse integriert oder andererseits im Gehäuse eines üblicherweise einem Radialverdichter vorgeschalteten Ansaugfilters angeordnet wird. Wegen der im Vergleich zu einer leitschaufelverstellbaren Vorleitvorrichtung sehr hohen Drallerzeugung kann ein solches Gehäuse oder ein solcherart erweiterter Ansaugfilter auch weiter vom Verdichter entfernt angeordnet werden, wenn als Verbindung zwischen Saugstutzen des Verdichters und Druckstutzen der Leiteinrichtung ein einfaches, nicht sehr gekrümmtes Rohr mit glatter Innenwand verwendet wird. Sind Ein- und Austrittsquerschnitt dieser Rohrleitung unterschiedlich, aber mit gleichmäßigen Übergängen gewählt, so kann die Drallwirkung am Austrittsquerschnitt in einem festen Verhältnis zusätzlich verändert werden. Zum Beispiel ergibt eine Verengung des Rohres zum Verdichter hin eine Erhöhung des Vordralles im Austrittsquerschnitt, während eine Erweiterung vordrallvermindernd wirkt. So kann die maximale Drallwirkung einer derartigen Vorleiteinrichtung drosselfrei zusätzlich verändert werden, je nachdem ob eine kundenorientierte Anpassung an listenmäßig lieferbare Aggregate dieses erfordert.Very inexpensive and mechanically far more reliable is the invention and provided with pre-swirl channels Vorleiteinrichtung when in an out thermoplastic or fiber-reinforced cold-curing Integrated plastic housing or integrated on the other hand in the housing of a usually a radial compressor arranged upstream suction filter becomes. Because of the adjustable compared to a guide vane Vorleitvorrichtung very high swirl generation can be such a housing or such expanded Intake filter also further away from the compressor to be arranged when as a connection between Suction port of the compressor and pressure port of the control device a simple, not very curved pipe with a smooth inner wall. Are inlet and outlet cross-section this pipeline different, however chosen with smooth transitions, so the Swirl effect at the outlet cross section in a fixed Ratio can also be changed. For example results in a narrowing of the pipe towards the compressor an increase in the pre-twist in the outlet cross-section, while an expansion reduces pre-twist. So can the maximum swirl effect of such a Vorleiteinrichtung can be changed without throttling, depending after whether a customer-oriented adjustment to the list available units this requires.

Durch Verwendung zweier entgegengesetzt gewundener, wahlweise zuschaltbarer getrennter Gasnebenkanäle, die in einem oder mehreren separaten Gehäusen den Gashauptkanal umgebend in einer oder mehreren Ebenen hintereinander angeordnet oder auf ähnliche Weise im Ansaugfiltergehäuse integriert sind, kann wahlweise sowohl Mitdrall als auch Gegendrall erzeugt werden, je nachdem ob eine optimale Anpassung einer solcherart geregelten Anlage an temporär einsetzende Schwankungen der Fördermenge, des Druckverhältnisses, der Dichte des Fördermediums oder dessen Ansaugtemperatur dies erfordert. Dabei entstehen keine Stoß- und Abreißverluste in der Saugströmung durch eine zusätzliche Leitbeschaufelung.By using two oppositely wound, optionally switchable separate gas secondary channels the main gas duct in one or more separate housings surrounding in one or more levels in a row arranged or in a similar manner in the intake filter housing integrated, can optionally both Mitdrall as well as counter-swirl are generated, depending on whether one optimal adaptation of such a controlled system temporary fluctuations in the flow rate, the Pressure ratio, the density of the medium or whose suction temperature requires it. This creates no impact and tear-off losses in the suction flow an additional guide blading.

Selbstverständlich ist - ebenso wie es bei verstellbaren Vorleitgittern der Fall ist - sowohl drallfreie Anströmung des Radialverdichters als auch drallbehaftete Anströmung jederzeit einstellbar, je nachdem ob allein die Regelvorrichtung des Axialkanals, beide zugleich, nämlich die des Axial- und der Radialkanäle, oder nur diejenige der Radialkanäle in der erfindungsgemäßen Vorleiteinrichtung geöffnet werden. Eine zusätzliche Drosselung der Saugströmung durch kontinuierliches Verschließen aller Vorleitkanäle oder - wenn entgegengesetzt gewunden ausgeführte Radialkanäle in der Vorrichtung vorgesehen sind - durch Gegeneinanderlauf unterschiedlich drallgerichteter Vorleitströme ist möglich.It goes without saying - just as it does with adjustable ones Vorleitgitter is the case - both swirl-free Flow on the radial compressor as well as swirling Inflow adjustable at any time, depending on whether the alone Axial channel control device, both at the same time, namely that of the axial and radial channels, or only that of the radial channels in the invention Vorleiteinrichtung be opened. An additional throttling the suction flow by continuous closing all feed channels or - if wound in the opposite direction executed radial channels provided in the device are different - by running against each other swirl-oriented pre-flow is possible.

Weitere Vorteile, die äußerliche Ausführung, die Anordnung und die Regelung der Vorrichtung betreffend, ergeben sich aus dem kennzeichnenden Teil der Nebenansprüche.Other advantages, the external design, the arrangement and regarding the regulation of the device arising from the characterizing part of the subsidiary claims.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt. Es zeigtTwo embodiments of the invention are in drawings shown. It shows

Fig. 1 eine Vorleiteinrichtung, bei der ein Gashaupt- und ein Gasnebenkanal in einem separaten Einzelgehäuse angeordnet sind; Figure 1 shows a Vorleiteinrichtung in which a gas main and a gas secondary channel are arranged in a separate single housing.

Fig. 2 eine Vorleiteinrichtung, bei der ein Gashaupt- und ein Gasnebenkanal in einem Filtergehäuse angeordnet sind und eine Regelung mit Ventilen, welche die freien Querschnitte der Gaskanäle steuern, vorgesehen ist. Fig. 2 is a Vorleiteinrichtung in which a gas main and a gas secondary channel are arranged in a filter housing and a control with valves that control the free cross-sections of the gas channels is provided.

Ein separates Gehäuse 1 weist nach Fig. 1 einen axialen Gashauptkanal 3 mit einer Eintrittsöffnung 5 und einen radialen Gasnebenkanal 4 mit einer Austrittsöffnung 6 in den Gashauptkanal 3 auf. Gemäß Anspruch 9 ergibt sich hierbei die Geometrie des Eintrittsbereichs des Gasnebenkanals 4 in den Gashauptkanal 3 der Strömungsrichtung folgend aus einer Verschneidung eines radialen, schneckenförmigen Horizontalquerschnittes 9 mit einem den Gashauptkanal 3 umgebenden winkligen Kegelmantel 10, wobei die Achse des Kegelmantels vorzugsweise parallel und ortsgleich mit derjenigen des Gashauptkanals 3 verläuft. Eine derart strömungsgünstig und weitgehend wirbelfrei ausgeführte Hereinführung des Gasnebenkanals 4 in den Gashauptkanal 3 ist vorteilhaft verbunden mit einer vereinfachten Herstellung eines gieß- oder spritzgußgerechten Fertigungsmodells mit allen Formschrägen, dessen Herstellung aus einem mit einem Horizontalquerschnitt 9 vorgeformten, langen Grundkörper durch einfache, spanende Drehbearbeitung der Kegelgestalt 10 auf einer Drehmaschine, in der das Modell in der Achse des Gashauptkanals 3 aufgenommen wird, erfolgen kann. Die den Gashauptkanal 3 und den Gasnebenkanal 4 steuernden Ventile sind nicht dargestellt, werden aber in Fig. 2 in einer vereinfachten Anordnung beschrieben.According to FIG. 1, a separate housing 1 has an axial gas main duct 3 with an inlet opening 5 and a radial gas secondary duct 4 with an outlet opening 6 into the gas main duct 3 . According to claim 9, the geometry of the entry region of the secondary gas duct 4 into the main gas duct 3 follows the direction of flow from an intersection of a radial, helical horizontal cross-section 9 with an angular conical jacket 10 surrounding the main gas duct 3 , the axis of the conical jacket preferably being parallel and the same as that of the gas main channel 3 . Such a streamlined and largely vortex-free introduction of the gas secondary duct 4 into the main gas duct 3 is advantageously associated with a simplified production of a cast or injection-molded production model with all draft angles, the production of which from a long basic body preformed with a horizontal cross section 9 by simple, machining turning Cone shape 10 on a lathe, in which the model is recorded in the axis of the gas main duct 3 . The valves controlling the main gas duct 3 and the secondary gas duct 4 are not shown, but are described in a simplified arrangement in FIG. 2.

Ein Filtergehäuse 2 weist nach Fig. 2 einen Filter 11, einen im späteren Verlauf axial wirkenden und den Gasstrom dann drallfrei führenden Gashauptkanal 3 mit einer Eintrittsöffnung 5 und einen schneckenförmig gewundenen, radial wirkenden und den Gasstrom drallbehaftet führenden Gasnebenkanal 4 mit einer Austrittsöffnung 6 in den Gashauptkanal 3 auf.A filter housing 2, according to FIG. 2 a filter 11, an axially acting in the later stages and the gas stream then twist-free leading gas main duct 3 with an inlet opening 5 and a helically twisted, radially acting and the gas flow swirl afflicted leading gas secondary channel 4 with an outlet opening 6 in the Main gas duct 3 .

Eine in einem Filterdeckel 12 mittels einer Zugstange 17 gelagerte und tief ins Filtergehäuse 2 hineinragende, axial verschiebbar oder zusätzlich oder auch wahlweise nur drehbar angeordnete rohrförmige Hülse 13 besitzt im oberen Bereich eine kegelförmige Erweiterung 14 und im unteren Bereich einen als Rohr- oder Drehschieber ausgeführten übrigen Teil 15 mit kreisförmigem Querschnitt.A tubular sleeve 13 mounted in a filter cover 12 by means of a pull rod 17 and projecting deep into the filter housing 2 , axially displaceable or additionally or optionally only rotatably arranged, has a conical extension 14 in the upper region and a remainder designed as a tubular or rotary slide valve in the lower region Part 15 with a circular cross section.

Ein den freien Querschnitt der Eintrittsöffnung 5 des im späteren Verlauf axial wirkenden Gashauptkanals 3 und dadurch den drallfrei geführten Gashauptstrom regelndes Ventil 7 wird gebildet aus der kegelförmigen Erweiterung 14 der axial verschiebbaren Hülse 13 als Ventilkörper und aus einer in der Mitte bereichsweise und gestaltlich analog ebenfalls kegelförmigen Einziehung 16 des Filterdeckels 12 als Ventilsitz.A valve 7 regulating the free cross-section of the inlet opening 5 of the gas main channel 3 , which acts axially in the later course and thereby the swirl-free gas main flow, is formed from the conical extension 14 of the axially displaceable sleeve 13 as a valve body and from a cone-shaped and regionally analogous region and in the middle Retraction 16 of the filter cover 12 as a valve seat.

Ein den freien Querschnitt der Austrittsöffnung 6 des radial wirkenden und schneckenförmig gewundenen Gasnebenkanals 4 und dadurch den drallbehaftet geführten Gasnebenstrom regelndes Ventil 8 wird gebildet aus dem als Rohr- oder Drehschieber ausgeführten übrigen Teil 15 der rohrförmigen Hülse 13 als Ventilkörper und dem Innendurchmesser des weiteren Verlaufs des Gashauptkanals 3 nach der Zusammenführung mit dem Gasnebenkanal 4 als Ventilsitz.A valve 8 regulating the free cross-section of the outlet opening 6 of the radially acting and helically wound gas secondary channel 4 and thereby the gas secondary flow guided by swirl is formed from the remaining part 15 of the tubular sleeve 13, designed as a tubular or rotary slide valve, as the valve body and the inner diameter of the further course of the Main gas duct 3 after merging with the secondary gas duct 4 as a valve seat.

Bei einer Schiebe- oder Drehbewegung der Hülse 13 nach oben, welche durch eine äußere, an der Zugstange 17 angreifende Regeleinrichtung eingeleitet werden kann, wird die Eintrittsöffnung 5 des im späteren Verlauf axial wirkenden Gashauptkanals 3 durch Annäherung der kegelförmigen Erweiterung 14 der rohrförmigen Hülse 13 an die ebenfalls kegelige Einziehung 16 des Filterdeckels 12 vermindert oder ganz verschlossen, während gleichzeitig die Austrittsöffnung 6 des radial wirkenden Gasnebenkanals 4 in den Gashauptkanal 3 vergrößert oder ganz geöffnet wird.In the event of a sliding or rotary movement of the sleeve 13 upwards, which can be initiated by an external control device acting on the pull rod 17 , the inlet opening 5 of the gas main channel 3 , which will later act axially, by approaching the conical extension 14 of the tubular sleeve 13 the likewise conical retraction 16 of the filter cover 12 is reduced or completely closed, while at the same time the outlet opening 6 of the radially acting secondary gas duct 4 in the main gas duct 3 is enlarged or fully opened.

Hierdurch wird der in seinem weiteren Verlauf zunächst drallfrei geführte Gashauptstrom in seiner Stärke vermindert, während gleichzeitig der radial und drallbehaftet geführte Gasnebenstrom in seiner Stärke bevorzugt in den Gashauptstrom neu eingeleitet wird. Es ergibt sich durch Überlagerung beider Strömungen im weiteren Verlauf der Vorleiteinrichtung eine Gasströmung mit hohem Ausgangsdrall.As a result, the first step in its further course swirl-free gas main flow reduced in strength, while at the same time the radial and twisty guided gas secondary flow is preferred in its strength is reintroduced into the main gas flow. It results by overlapping both currents in the further Course of the Vorleiteinrichtung a gas flow with high output twist.

Bei einer Schiebe- oder Drehbewegung der Hülse 13 nach unten wird die Eintrittsöffnung 5 des im späteren Verlauf axial wirkenden Gashauptkanals 3 durch Entfernung der kegelförmigen Erweiterung 14 der rohrförmigen Hülse 13 von der ebenfalls kegeligen Einziehung 16 des Filterdeckels 12 hingegen vergrößert oder ganz geöffnet, während gleichzeitig die Austrittsöffnung 6 des radial wirkenden Gasnebenkanals 4 in den Gashauptkanal 3 vermindert oder ganz geschlossen wird.In the event of a sliding or rotating movement of the sleeve 13 downward, the inlet opening 5 of the gas main duct 3 , which later acts axially, is enlarged or completely opened by simultaneously removing the conical extension 14 of the tubular sleeve 13 from the likewise conical recess 16 of the filter cover 12 the outlet opening 6 of the radially acting secondary gas duct 4 in the main gas duct 3 is reduced or completely closed.

Hierdurch wird der in seinem weiteren Verlauf zunächst drallfrei geführte Gashauptstrom in seiner Stärke vergrößert, während gleichzeitig der radial und drallbehaftet geführte Gasnebenstrom in seiner Stärke vermindert oder ganz reduziert in den Gashauptstrom neu eingeleitet wird. Es ergibt sich durch Überlagerung beider Strömungen im weiteren Verlauf der Vorleiteinrichtung eine Gasströmung mit niedrigem oder gänzlich fehlendem Ausgangsdrall.As a result, the first step in its further course swirl-free main gas flow increased in strength, while at the same time the radial and twisty led gas bypass is reduced in strength or reintroduced into the main gas stream at a reduced rate becomes. It results from the superposition of both flows in the further course of the Vorleiteinrichtung a Gas flow with low or no spin swirl.

Eine erfindungsgemäß derart gestaltete Vorleiteinrichtung erreicht im Regelverhalten Betriebswerte, wie sie sonst nur durch hochwertigere, im Aufwand und in der Herstellung teurere Vorleiteinrichtungen mit verstellbaren Leitschaufelgittern erzielt werden können. Insbesondere in Fällen, in denen aufgrund geringster Baugröße oder starker äußerer oder innerer Schwingungsbeanspruchung die Anwendung verstellbarer Leitschaufelgitter erschwert ist, kann durch Anwendung einer erfindungsgemäß gestalteten Vorleiteinrichtung erfolgreich Abhilfe geschaffen werden.A guiding device designed in this way according to the invention achieves operating values in control behavior as they otherwise do only by higher quality, in the effort and in the manufacture more expensive pre-guiding devices with adjustable guide vane grids can be achieved. Especially in Cases where due to the smallest size or strong external or internal vibration stress the Application of adjustable guide vane grille is difficult, can be designed using an inventive Vorleiteinrichtung successfully remedied.

Eine weiterreichende Verwendung kommt nicht nur bei gasfördernden Verdichtern, sondern auch bei flüssigkeitsfördernden Pumpen, bei gas- oder bei flüssigkeitsgetriebenen Turbinen in Betracht, wobei - nach entsprechender konstruktiver Anpassung und Weiterentwicklung - sowohl radiale, halbaxiale oder axiale Bauarten von Strömungsmaschinen je nach Einsatz- und Betriebsbereich durch Änderung der Anströmrichtung geregelt oder gedrosselt werden können.More extensive use does not only come from gas-producing Compressors, but also with liquid-promoting Pumps, with gas or with liquid drives Turbines into consideration, whereby - after appropriate constructive adjustment and further development - both radial, semi-axial or axial types of turbomachines depending on the application and operating area by change the flow direction can be regulated or throttled can.

So können zum Beispiel Verdichter oder Kompressoren für Luft, Erd- oder andere Brenngase, für Rauch- oder Deponiegase, Abgasturbolader, Gasturbinen oder Strahltriebwerke oder auch Verdichter für Raketentriebwerke mit einer erfindungsgemäß nach einem der beiden Ausführungsbeispiele gestalteten Vorleiteinrichtung saugseitig vor dem Verdichtereintritt oder - wenn Turbinen geregelt werden sollen - auch druckseitig vor dem Turbinenrad ausgestattet und im Betriebsverhalten verbessert werden.For example, compressors or compressors for Air, natural or other fuel gases, for flue or landfill gases, Exhaust gas turbochargers, gas turbines or jet engines or also compressors for rocket engines with an inventive according to one of the two embodiments designed feed device on the suction side before the compressor inlet or - if turbines are to be regulated - Also equipped on the pressure side in front of the turbine wheel and be improved in operational behavior.

BezugszeichenlisteReference list

1 separates Gehäuse
2 Filtergehäuse
3 Gashauptkanal
4 Gasnebenkanal
5 Eintrittsöffnung Gashauptkanal
6 Austrittsöffnung Gasnebenkanal
7 Ventil Gashauptstrom
8 Ventil Gasnebenstrom
9 schneckenförmiger Horizontalquerschnitt
10 Kegelmantel, Kegelgestalt
11 Filter
12 Filterdeckel
13 rohrförmige Hülse
14 kegelförmige Erweiterung
15 übriger Teil mit kreisförmigem Querschnitt
16 kegelige Einziehung Filterdeckel
17 Zugstange 1 separate housing
2 filter housings
3 main gas duct
4 gas secondary duct
5 Main gas duct inlet
6 Gas secondary duct outlet
7 valve main gas flow
8 gas bypass valve
9 helical horizontal cross section
10 cone shell, cone shape
11 filters
12 filter covers
13 tubular sleeve
14 conical extension
15 remaining part with circular cross section
16 conical retraction filter cover
17 tie rod

Claims

1. Vorleiteinrichtung for a radial compressor, which is arranged on the suction side and upstream of the inlet opening of the compressor impeller and optionally additionally downstream of the outlet cross-section of an air filter, which consists of a gas main channel leading the gas flow axially into the compressor impeller and one or more gas secondary channels leading the gas flow radially into the compressor impeller, which, in turn, are designed at least in regions as swirl channels and are designed concentrically to the gas main channel, characterized in that

a) a valve ( 7 ) is arranged in the main gas duct ( 3 ) upstream of the outlet openings ( 6 ) of the secondary gas ducts ( 4 ), which can partially or completely close and open the free passage cross section of the main gas duct ( 3 ) through the intervention of an external control device;
b) valves ( 8 ) are arranged in the secondary gas channels ( 4 ) downstream of the inlet opening ( 5 ) of the main gas channel ( 3 ), which can open or close partially or completely the free passage cross sections of the secondary gas channels ( 4 ) through the intervention of an external control device;
c) the valves ( 8 ) closing the gas secondary channels ( 4 ) are partially or completely opened, while at the same time the valve ( 7 ) opening the gas main channel ( 3 ) is partially or completely closed if the preliminary device does not change the gas flow axially but in a changed way Flow direction (co-or counter-swirl) into the compressor wheel;
d) the valve ( 5 ) closing the gas main channel ( 3 ) is partially or completely opened, while at the same time the valves ( 8 ) opening the gas secondary channels ( 6 ) are partially or completely closed if the preliminary device does not change the gas flow in a changed flow direction (Mit - or counter-swirl), but should lead axially into the compressor wheel.

2. Vorleiteinrichtung according to the preamble of claim 1, characterized in that all arranged upstream of the radial compressor channels ( 3 ) and ( 4 ) in a separate, physically and spatially separated by a distance from the compressor housing and executed separately at a distance from this individual housing ( 1 ) are housed and connected to the suction-side compressor inlet flange directly, via a fixed or via an elastic, vibration-damping pipe connection with a circular cross-section.

3. Vorleiteinrichtung according to the preamble of claim 1, characterized in that all upstream of the radial compressor arranged channels ( 3 ) and ( 4 ) in a filter housing ( 2 ) arranged in front of the suction-side compressor inlet are accommodated.

4. Vorleiteinrichtung according to claim 1, characterized in that all the upstream of the radial compressor channels ( 3 ) and ( 4 ) arranged in the radial compressor housing, if possible thermally separated from this and can be carried out against heat conduction starting from the pressure side radial channel of the compressor.

5. Vorleiteinrichtung according to claim 1, characterized in that the valves in the form of spherical, conical, bomb or tubular axially displaceable against valve seats Closure body, as adjustable panels, flaps or Baffles are formed.

6. Vorleiteinrichtung according to claim 1, characterized in that the opening and closing of the valves depending on to each other and by one or more mechanical, electrical, hydraulic or pneumatic control devices he follows.

7. Vorleiteinrichtung according to claim 1 to 6, characterized in that the housing ( 1 ) or ( 2 ) and valves made of metallic material or thermoplastic or cold-curing and optionally fiber-reinforced plastic are made.

8. Vorleiteinrichtung according to claim 1, to 6, characterized in that the adaptation of different sizes of radial compressors and Vorleiteinrichtung by appropriately chosen Inlet and outlet cross sections of the intermediate, tubular connecting line takes place.

9. Vorleiteinrichtung according to claim 2, 3 or 4, characterized in that according to FIG. 1, the geometry of the inlet region of the gas secondary channels ( 4 ) in the main gas channel ( 3 ) from the intersection of simple, helical horizontal cross-sections ( 9 ) with one of the main gas channel ( 3rd ) surrounding, acute or obtuse-angled conical jacket ( 10 ), the axis of the conical jacket preferably running parallel to that of the main gas duct ( 3 ).

10. Vorleiteinrichtung according to claim 1, characterized in that according to FIG. 2, the gas main channel ( 3 ) closing valve ( 7 ) from a conical extension ( 14 ) of an axially displaceable and optionally also rotatable tubular sleeve ( 13 ) and from a There is a valve seat in some areas and similar in shape, also conical ( 16 ) of the filter cover ( 12 ) and in one piece with the valves ( 6 ) opening the gas secondary channels ( 4 ), which consist of the remaining part ( 15 ) of the tubular sleeve ( 13 ) and the inlet openings which can cover gas secondary ducts axially or in a rotary slide valve design.

11. Vorleiteinrichtung according to claim 10, characterized in that according to FIG. 2, the outer circumference of the conical extension ( 14 ) of the tubular sleeve ( 13 ) is brought up close to the filter material of the air filter ( 11 ) to secure axial and radial inflow directions Separate from each other in a vortex-free manner near the filter.

12. Vorleiteinrichtung according to claim 1, characterized in that the optional operation of the radial compressor with counter and Mitdrall opposed the Vorleiteinrichtung from two tortuous, in one or more side or casings arranged one behind the other with or without filter insert accommodated gas secondary channels and one there is a common gas main channel, the gas secondary channels also shortened and executed in one level can.

13. Vorleiteinrichtung according to claim 12, characterized in that for optional operation of the radial compressor with counter and Mitdrall the oppositely wound gas side channels separate outlet openings in the common Have gas main channel.

14. Vorleiteinrichtung according to claim 12 and 13, characterized in that for optional operation of the radial compressor with counter-swirl the secondary gas duct producing the swirl is closed remains.

15. Vorleiteinrichtung according to claim 12 and 13, characterized in that for optional operation of the centrifugal compressor with swirl the gas bypass duct producing the counter-swirl is closed remains.

16. Vorleiteinrichtung according to claim 12 and 13, characterized in that for optional operation of the radial compressor without pre-twist the oppositely wound gas sub-channels stay locked together.

17. Vorleiteinrichtung according to claim 12 and 13, characterized in that for the optional operation of the radial compressor in one curtailed or throttled state with pre-twist the oppositely wound gas secondary channels together be opened so that the incoming, opposite directional swirl flows overlap and through vortex formation the free exit cross section reduce the feeder system effectively.

18. Vorleiteinrichtung according to claim 12 and 13, characterized in that for the optional operation of the radial compressor in one reduced or throttled state without pre-twist the oppositely wound gas secondary channels and the common gas main channel jointly partially or be closed entirely.

19. Vorleiteinrichtung according to claim 1 to 3, characterized in that the guiding device when mounted on the radial compressor bearing on the compressor inlet flange or non-bearing and at a location that is independent of the system and is supported vibration-free.

20. Vorleiteinrichtung according to claim 1 to 3, characterized in that the guiding device in the described embodiment, but operated with reverse flow directions can be released if temporarily released from the original intended function - misused and temporarily as a re-swirl control device in one other flow unit is to be applied.

21. Vorleiteinrichtung according to any one of claims 1 to 20, characterized in that the Vorleiteinrichtung for control radial, semi-axial or axially acting gas or liquid-promoting flow compressor or flow pumps is used.

22. Vorleiteinrichtung according to any one of claims 1 to 20, characterized in that the Vorleiteinrichtung for control radial, semi-axial or axially acting gas or liquid driven turbines is used.

23. Vorleiteinrichtung according to any one of claims 1 to 20, characterized in that the Vorleiteinrichtung for controlling an exhaust gas turbocharger is used, which for charging a Internal combustion engine is used.