DE19644892A1

DE19644892A1 - Vorleiteinrichtung für Strömungsmaschinen und Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE19644892A1
Application number: DE19644892A
Authority: DE
Inventors: Johannes Werner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 1998-04-30

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorleiteinrichtung für Strö mungsmaschinen und für Verbrennungskraftmaschinen nach der in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2 näher definierten Art.

Eine gattungsgemäße Vorleiteinrichtung ist aus der An meldeschrift DE 1 95 14 707.3, (Anmeldernr. 72 45 653, Akz. 1 95 14 707.3, 21. 04. 95), bekannt. Dabei ist im unteren Teil eines Filtergehäuses nahe dessen Aus mündung ein spiralförmig und ortsfest ausgebildeter Drall kanal angeordnet, dessen in einen Hauptansaugkanal wei sender Austrittsquerschnitt durch ein axial verschiebbares , zylinderförmiges Rohr mit oben angebrachter, kegelförmiger Aufweitung geöffnet und geschlossen werden kann.

Durch Überlagerung der durch den Drallkanal eintretenden, rotierenden Drallströmung mit derjenigen Strömung, welche längs des verschiebbaren Rohres drallfrei in den Haupt ansaugkanal eingeleitet wird, zu einer gemeinsamen Strömung mit sowohl Axial- als auch mehr oder weniger rotierender Tangentialkomponente kann der an die Vorrichtung angeschlos sene Radialverdichter in Förderleistung und Wirkungsgrad geregelt werden.

Ein Problem dieser Anordnung ist, daß dann, wenn in der Vorrichtung der Drallkanal weitestgehend geöffnet ist, sich durch Annäherung des kegeligen Teils des verschieb baren Rohrs an den entsprechend aus gebildeten, ebenfalls kegeligen Filterdeckel in dem dazwischen liegenden Ein trittsbereich aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit ein gegenüber dem Umgebungsdruck im Filtergehäuse stärkerer Unterdruck bildet, welcher auch niedriger ist als der jenige Druck, der sich unmittelbar in der Ausmündung der Vorrichtung einstellt und weitestgehend dem Ansaugdruck der nachgeschalteten Strömungsmaschine entspricht.

Dadurch nun ist das verschiebbare Rohr nicht kräftefrei, sondern wird durch eine durch den Druckunterschied ver ursachte Reaktionskraft gegen den Filterdeckel hin bewegt, gegen welche die Regelvorrichtung, die das Rohr verschiebt, anarbeiten muß.

Der entstehende Unterdruck pflanzt sich längs der Strömung auch in den zylindrischen Teil des verschiebbaren Rohrs fort, so daß - bei gegen den Filterdeckel zu verschobenem Rohr - ein niedrigeres Druckniveau schließlich im gesamten Rohrquerschnitt bis zu dessen unterer Öffnung meßbar ist, wozu zusätzlich auch die Injektorwirkung des geöffneten Rohrquerschnitts gegenüber der umgebenden, aus dem Drall kanal eintretenden Drallströmung beiträgt, während danach im darauffolgenden weiteren Verlauf der Vorleiteinrichtung gegen den Ansaugquerschnitt der Strömungsmaschine zu wieder ein normales Druckverhältnis vorherrscht.

Aufgrund dieser Druckunterschiede bilden sich in der Vor leiteinrichtung - bei hoher Förderleistung - im unteren Teil des verschiebbaren Rohrs schädliche Wirbel, die ei nerseits das Rohr in seiner Führung in Schwingung ver setzen, andererseits zu einer verstärkten Geräuschentwick lung in der Strömung selbst und damit verbundener Wir kungsgradminderung der gesamten Anlage führen. Die Vor richtung mit ihrer gegenüber einer leitschaufelgeregelten Anlage stärkeren Drallwirkung und ihrem vorteilhaft ver einfachten Aufbau erreicht hierdurch nicht Wirkungsgrade, die in jedem Betriebsbereich denjenigen ihrer Vorgängerin entsprechen.

Es haben nun jedoch Versuche ergeben, daß man dem be schriebenen Auftreten unterschiedlich hoher Saugdrücke in der Vorrichtung dadurch entgegenwirken kann, daß man Bypasslängsschlitze im mittleren Bereich des verschieb baren Rohrs vorsieht, durch welche zusätzliches Förder medium von außen in den Unterdruckbereich des Rohrs ein treten kann, ohne den kegeligen oberen Teil passieren zu müssen. Während durch diese Maßnahme die Wirbelbil dung geglättet und das Vakuum gemindert wird, kann eine weitergehende Verbesserung auch darin bestehen, daß man die freie Rohrlänge des verschiebbaren Rohrs kürzer wählt, welcher Maßnahme allerdings die Länge des zu verschlie ßenden Austrittsquerschnitts des spiralförmigen Drall kanals Grenzen setzt, da diese wiederum die Mindestlänge des zylindrischen Teils dem verschiebbaren Rohrs vorschreibt, damit der Drallkanal überhaupt ganz verschlossen werden kann.

Beide Maßnahmen beschränken die Regelung selbst nicht un erheblich besonders in ihren Absolutwerten - also voll ständig drallbehafteter Strömung mit geöffnetem oder voll ständig drallfreier Strömung mit verschlossenem Drallkanal, so daß zwar annähernd gleichwertige Wirkungsgrade wie bei einer leitschaufelgeregelten Anlage eingestellt werden können, nunmehr jedoch wiederum die Drallwirkung nicht mehr die geforderte Höhe erreicht.

Ein weiterer Nachteil der in der Anmeldeschrift skizzier ten Vorleiteinrichtung besteht darin, daß gegenüber einer leitschaufelgeregelten Anlage keine Drosselmöglich keit der Saugströmung eingebaut ist, wie diese - bei voll geschlossenen Vorleitschaufeln einer derartigen Anlage - zu deren lastfreien Hochlaufen in den Arbeitspunkt hinein und erst anschließendem Förderbetrieb bei geöffneten Vor leitschaufeln von einigen Anlagenherstellern eingefordert wird. Die fehlende Funktion, die besonders bei Großanlagen eine energiesparende Rolle spielt, ist ein nicht uner heblicher Grund zu einer Nichteinsetzung der vorgeschla genen Vorleiteinrichtung, da deren Kostenvorteile in Her stellung, Montage, Betrieb und Wartung durch Kostennachteile beim Energieverbrauch aufgewogen werden könnten.

Der im Anschluß nun dargelegten Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung derartig umzugestalten und fortzuentwickeln, daß einerseits die be schriebenen Druckunterschiede im Strömungsfeld der Ein strömung und die daraus resultierenden Geräuschnachteile und Wirkungsgradverluste besonders in den Absolutwerten der Regelung nachhaltig verbessert oder zur Gänze behoben werden können, andererseits die soweit verbesserte Vor richtung auch eine einfache, regelbare Drosselfunktion aufweist und dadurch für den Einsatz in Großverdichter anlagen mit Drosselbetrieb beim Nachlauf geeignet erscheint.

Diese Aufgabe wird - ausgehend vom gattungsgemäßen Ver fahren - erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk male der Patentansprüche gelöst.

Dadurch, daß die Vorleiteinrichtung zur Einregelung der Drallströmung kein verschiebbares Rohr mit dem ihm inne wohnenden Schad- oder Unterdruckvolumen aufweist, sondern einen beweglichen Drall- oder Leitkanal besitzt, welcher unmittelbar benachbart zur Eintrittsöffnung des Hauptka nals angeordnet und in diesen hinein verschiebbar ist, sind Unterdruck- und Wirbelzonen weitgehend aus dem Strö mungsverlauf eliminiert. Eine Unterdruckzone ergibt sich nur noch dann zwischen Deckscheibe und Gehäuse, wenn beide Teile unmittelbar benachbart eingestellt sind, wobei die Unterdruckwirkung gering und eine nachfolgende Wirbelzone kaum noch nachweisbar ist. Wird als weitere Verbesserung die Deckscheibe perforiert oder wird auf diese ganz ver zichtet, so erhält man ein noch gleichmäßigeres Druckfeld im Eintrittsbereich.

Dadurch, daß der Drall- oder Leitkanal drehbar gegen eine Blende, abdeckbar mit einer verschiebbaren Außenhülse oder verschließbar mit einem Verschlußkörper ausgeführt ist, ergibt sich eine preiswerte,einstellbare Drosselfunktion für einen energiesparenden Hochlauf bei Unterdruck, wie dies von Herstellern von Großverdichteranlagen häufig ge fordert wird.

Weiterhin erhält man durch die geänderte Reihenfolge der Kanäle eine verbesserte Durchmischung der drallbehafteten mit der drallfreien Strömung dadurch, daß die Drallströmung zentral von innen her in die schirmartig von außen ein tretende drallfreie Einströmung eingeleitet wird, wobei durch aus der rotierenden Strömung herrührende Fliehkraftwirkungen etwaige im Wandbereich der anschließenden Rohrleitung auftre tende Ablösungen wirksam beseitigt werden.

Aufgrund dessen, daß in der Vorleiteinrichtung für ein ge wähltes Gehäuse verschiedene Drall- oder Leitkanäle zur An wendung kommen können, bzw. die im Leitkanal angeordneten Leitschaufeln durch Verstellen oder Verdrehen an die ge wünschte Regelcharakteristik der Anlage angepaßt werden können, ergeben sich gegenüber der gattungsgemäßen Vor richtung mit fest im Gehäuse eingelassenem Drallkanal zusätzliche Kostenvorteile bei Installation und Inbetrieb nahme.

Insgesamt ist - gegenüber allen konventionellen Vorleit apparaten - die Bauart der Vorrichtung robuster und auch erschwerten Betriebsbedingungen besser gewachsen, wie diese z. B. bei der Verdichtung aggressiver Medien oder der För derung von Streu- oder Schüttgütern vorkommen können.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Un teransprüchen entnommen werden; im übrigen ist in der nach folgenden Zeichnungsbeschreibung die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorleiteinrichtung im Arbeits zustand mit Vordrall;

Fig. 2 einen Längsschnitt dieser Vorrichtung im Drossel zustand;

Fig. 3 einen Horizontalschnitt II-II dieser Vorrichtung im Arbeitszustand;

Fig. 4 einen Horizontalschnitt II-II dieser Vorrichtung im Drosselzustand;

Fig. 5 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorleiteinrichtung im Arbeits zustand ohne Vordrall;

Fig. 6 einen Längsschnitt dieser Vorrichtung im Drossel zustand;

Fig. 7 einen Horizontalschnitt IV-IV dieser Vorrichtung im Arbeits- oder Drosselzustand.

In Fig. 1 besteht eine erste Ausführung der erfindungsge mäßen Vorleiteinrichtung aus einem Gehäuse 1, einem Ge häusedeckel 10, einem im Gehäuse 1 fest angeordneten Haupt ansaugkanal 4 mit einer Eintrittsöffnung 5, einem spiral- oder schneckenförmigen und im Gehäuse 1 beweglich angeor dneten Drall- oder Leitkanal 6 mit einer Austrittsöffnung 7 sowie einem im Gehäuse 1 beweglich oder fest angeord netem Verschlußkörper 14 , der einen oberen Abschnitt 15 mit kreisförmigem und einen unteren Endabschnitt 16 mit strömungs günstig kegelig zulaufendem Querschnitt aufweist.

Sowohl der Drall- oder Leitkanal 6 als auch der Verschluß körper 14 sind jeweils voneinander getrennt axial verschieb bar und können wahlweise zusätzlich auch drehbar angeordnet sein. Beide beweglichen Bauteile 6 und 14 werden von einem im Gehäusedeckel 10 integrierten Antriebsaggregat 22 in die jeweils vorgesehene Regelstellung hineinbewegt und während des Betriebes dort festgehalten.

Für den Durchsatz des zu regelnden strömenden Mediums weist das Gehäuse 1 eine nach außen gerichtete Eintrittsöffnung 2 (s. Fig. 3) und eine zum Verbraucher - also der zu regelnden Strömungsmaschine - hin gerichtete Austrittsöffnung 3 auf.

Zusätzlich kann im Gehäuse 1 noch mindestens ein Filter 9 angeordnet sein, wenn dies der Einsatz im Rahmen der Gesamt anlage erfordert, zusätzlich oder wahlweise auch ein Kühler 36.

In der in Fig. 1 gezeigten Stellung zur Erzeugung einer mit tleren Drallströmung ist nun der Drall- oder Leitkanal 6 durch das Antriebsaggregat 22 in eine Position gebracht, in der seine Austrittsöffnung 7 benachbart, aber in ei niger Entfernung zur Eintrittsöffnung 5 des Hauptansaug kanals 4 steht. Während nun durch den Drall- oder Leitka nal 6, der nach außen hin in den Innenraum des Gehäuses 1 geöffnet ist, eine Drallströmung 18 mit rotierender Tan gentialkomponente erzeugt und zentrisch durch die Austritts öffnung 7 in die Eintrittsöffnung 5 des Hauptansaugkanals 4 eingeleitet wird, tritt andererseits durch den halbwegs geöffneten darunterliegenden Querschnitt zwischen Gehäuse wand des Gehäuses 1 und Deckscheibe 8 des Drall- oder Leit kanals eine drallfreie, schirmartig von außen kommende weitere Strömung 17 durch die Eintrittsöffnung 5 in den Hauptansaugkanal 4 hinein.

Durch Überlagerung der rotierenden (18) mit der drallfreien Strömung 17 im weiteren Verlauf des Hauptansaugkanals 6 ergibt sich eine resultierende Drallströmung 19 mit gerade derjenigen gewünschten Drallintensität, wie sie durch die Momentanstellung des Drall- oder Leitkanals 6 vor der Ein trittsöffnung 5 des Hauptansaugkanals verursacht bzw. vom nachgeschalteten Verbraucher - also einem Radialverdichter oder einer anderen Strömungsmaschine - als Regelgröße ge fordert wird.

Wird der Drall- oder Leitkanal 6 im Gehäuse 1 weiter nach oben zu, also vom Hauptansaugkanal 4 weg verschoben, so nimmt die Drallintensität der resultierenden Drallströmung 19 im weiteren Verlauf des Hauptansaugkanals 4 deswegen ab, weil einerseits die Austrittsöffnung 7 des Drall- oder Leit kanals 6 durch die Kontur des unteren Endabschnitts 16 des Verschlußkörpers 14 verkleinert wird - wodurch die Drall strömung 18 im Drall- oder Leitkanal 6 gedrosselt wird - wäh rend andererseits der Querschnitt zwischen Gehäusewand des Gehäuses 1 und Deckscheibe 8 des Drall- oder Leitkanals 6 sich vergrößert , wodurch sich die drallfreie Strömung 17 in die Eintrittsöffnung 5 des Hauptansaugkanals 4 verstärkt.

Wird hingegen der Drall- oder Leitkanal 6 im Gehäuse 1 nach unten, also zum Hauptansaugkanal 4 hin verschoben, so nimmt die Drallintensität der resultierenden Drallströmung 19 im weiteren Verlauf des Hauptansaugkanals zu, da dann die Drallströmung 18 durch Vergrößerung der Austrittsöffnung 7 verstärkt und die drallfreie Strömung 17 durch Verringe rung des Querschnitts zwischen Gehäusewand des Gehäuses 1 und der Deckscheibe 8 vermindert wird.

In einer Extremlage für gänzlich drallfreien Betrieb wird der Drall- oder Leitkanal 6 in eine obere Ruhelage soweit verschoben, daß seine Austrittsöffnung 7 durch den Verschluß körper 14 vollständig verschlossen ist und ein maximaler Querschnitt für die drallfreie Strömung 17 gewährleistet wird, wozu die Kontur der Deckscheibe entsprechend strö mungsgerecht an den Endabschnitt 16 des Verschlußkörpers 14 anzupassen ist (s.a. Fig. 5).

In einer Extremlage für maximalen Drallbetrieb wird da gegen der Drall- oder Leitkanal 6 in eine untere Arbeits lage soweit verschoben, daß seine Austrittsöffnung 7 voll ständig geöffnet ist und in eine Position unmittelbar benach bart zur Eintrittsöffnung 5 des Hauptansaugkanals 4 versetzt angeordnet ist, wodurch gleichzeitig der freie Querschnitt der drallfreien Strömung 17 vollständig reduziert und diese dadurch gänzlich zum Erlöschen gebracht wird.

Während im ersteren Extremfall die rotierende Tangential komponente der resultierenden Drallströmung 19 zu Null zu rückgeht, die Strömung 19 also im wesentlichen der drall freien Strömung 17 entspricht, so wird in letzterer Extrem lage die rotierende Tangentialkomponente der resultierenden Drallströmung 19 der aus dem Drall- oder Leitkanal 6 aus tretenden drallbehafteten Strömung 18 betragsgleich verlau fen.

In der in Fig. 2 gezeigten Einstellung der Vorleiteinrich tung ist der Verschlußkörper 14 soweit abgesenkt, daß er mit seinem kreis- oder zylinderförmigen Abschnitt 15 einerseits den in der oberen Ruhelage befindlichen Drall- oder Leit kanal verschließt, andererseits auch die Öffnung 5 des Hauptansaugkanals 4 derartig abdeckt, daß die gesamte Strö mung durch die Vorrichtung zum Erliegen kommt. In diesem eingestellten Drosselzustand bildet sich vor einem ange schlossenen selbstsaugenden Verbraucher - z. B. einem Ver dichter oder einer anderweitigen Strömungsmaschine - der zum energiesparenden Hochlauf geforderte Unterdruck. Entgegen einer konventionellen Vorleiteinrichtung mit verstellbaren Leitschaufeln kann in der erfindungsgemäßen Ausführung die Drosselwirkung nicht nur-aus einer Drallströmung, sondern auch aus einem vollständig drallfreien Strömungs betrieb heraus zugeschaltet werden, wie dies die in Fig. 2 gezeigte Stellung der Regelorgane zeigt.

In Fig. 3 wird ein Horizontalschnitt durch die Vorrichtung gemäß Schnittlinie II-II Fig. 1 gezeigt. Es ist zu sehen, daß eine Strömung, die durch die Eintrittsöffnung 2 ins Gehäuse 1 und durch den Filter 9 in den inneren Bereich eintritt, durch die äußere Öffnung des Drall- oder Leit kanals 6 mit seinem spiral- oder schneckenförmigen Hori zontalquerschnitt 11 angesaugt und tangential als Drallströ mung 18 in den darunterliegenden Hauptansaugkanal 4 ein geleitet wird. Ist der Drall- oder Leitkanal 6 zusätzlich drehbar, so kann er gegen eine Drosselklappe oder eine Blende zugestellt werden, welche seine Eintrittsöffnung nach außen hin abdeckt. Dies stellt eine weitere Möglichkeit einer Drosselvorrichtung der Vorleitanlage dar und kann andererseits auch dazu dienen, den Drall- oder Leitkanal 6 in der Ruhelage nicht nur nach innen, sondern auch nach außen hin zu verschließen und dadurch vor unerwünschten Ablagerungen zu schützen, wenn ein Filter nicht vorgesehen ist.

Fig. 4 zeigt die Vorleiteinnrichtung in einer derartigen Drosselstellung.

In Fig. 5 ist die Vorrichtung in einer Einstellung darge stellt, bei der die resultierende Strömung 19 vollständig drallfrei in die nachgeschaltete Strömungsmaschine gelei tet wird und damit der drallfreien Strömungskomponente 17 voll entspricht. Jedoch ist in dieser zweiten, andersar tigen Ausführung der Vorleiteinrichtung der Drall- oder Leitkanal 6 mit seiner Deckscheibe 8 nicht spiral- oder schneckenförmig, sondern ringförmig gestaltet und zur Drall erzeugung mit feststehenden oder einstellbaren Leitschau feln 12 ausgestattet. Während Regel- und Drosselfunktion dieser Ausführung im wesentlichen dem vorher Gesagten ent sprechen, so ist es bei verstellbar gestalteten Leitschau feln 12 zusätzlich möglich, eine Anpassung des Drallregel bereichs an durch den Anlagenbetrieb vorgegebene Bedingungen vorzunehmen, um dadurch optimale Wirkungsgrade zu erhal ten. Mit dieser zusätzlichen Funktion ergibt sich ein wei terer Kostenvorteil gegenüber der gattungsgemäßen Vor richtung, in der der Drallkanal fest im Gehäuse ange ordnet ist und nicht in seiner Drallwirkung verändert werden kann. Auch gegenüber der o. g. ersten Ausführung ergeben sich noch Vorteile, da bei dieser der Drall- oder Leitkanal zwar als ganzes ausgetauscht werden kann, zur Einmessung einer derartigen Anlage jedoch mehrere Drall kanäle bereitgehalten werden müßten, um eine ähnlich op timale Regelcharakteristik herzustellen.

In Fig. 6 wird noch gezeigt, daß die zweite Ausführung der Vorleiteinrichtung auch gedrosselt werden kann durch Vor sehen eines den Drall- oder Leitkanal 6 umgebenden Ver schlußringes 21, der - in der im Bild gezeigten Drossel stellung - dessen äußeren Eintrittsquerschnitt vollstän dig abdeckt. Gleichfalls wie in der ersten Ausführung dient der Verschlußring 21 der Vermeidung von Ablagerungen im Drallkanal 6 dann, wenn beide Teile in eine obere Extrem lage bei gänzlich drallfreiem Betrieb verbracht werden. Auch in dieser Ausführung werden der Drall- oder Leitka nal 6, der Verschlußring 21 sowie der Verschlußkörper 14 von einem im Gehäusedeckel 10 integrierten Antriebsaggregat eingestellt und festgehalten, wobei es auch erwogen werden könnte, durch diese Antriebseinheit den Drall- oder Leitkanal 6 in permanente Drehung zu versetzen, um einer seits den Liefergrad der nachgeschalteten Strömungsmaschine zu steigern, andererseits durch Änderung der Drehzahl des Drall- oder Leitkanals 6 dessen Tangentialkomponente der Drallströmung zusätzlich zu regeln. Eine solche zusätz liche Funktion kommt sowohl für spiral- oder schnecken förmige als auch für leitschaufelbewehrte Drall- oder Leit kanäle 6 in Betracht.

In Fig. 7 schließlich wird ein Horizontalschnitt durch diese zweite Ausführung der Vorleiteinrichtung gemäß Schnittverlauf IV-IV Fig. 6 dargestellt. Gezeigt wird der Arbeitszustand mit tangential zugestellten Leitschaufeln 12 im Drall- oder Leitkanal 6 oder der Drosselzustand mit umgebendem Verschlußring 21 - hier gestrichelt einge zeichnet. Als erste und wichtigere Drosselung bleibt auch dieser zweiten Ausführung diejenige mit verschiebbarem inneren Verschlußkörper 14 vorbehalten, wie diese in der Beschreibung der ersten Ausführung dargelegt, in den Fig. 5 bis 7 jedoch nicht zeichnerisch hervorgehoben wurde.

Die Anwendbarkeit einer derartig ausgestalteten und ver besserten Vorleiteinrichtung geht über diejenige der in DE 1 95 14 707.3, (Anmeldernr. 7245653, Akz. 1 95 14 707.3, 21. 04. 95) vorgestellten gattungsgemäßen Vorrichtung hinaus. Insbesondere können auch Strömungs maschinen, die - wie eingangs schon erwähnt - der Förderung von Streu- oder Schüttgütern dienen und von diesen durch strömt werden, bei konstant gehaltener Drehzahl durch Vor schalten einer erfindungsgemäßen und entsprechend weiter entwickelten und angepaßten Vorrichtung bei guten Wir kungsgraden erfolgreich geregelt werden, da die Vorrichtung gegenüber aggressiven Medien und gegenüber einer durch Partikelbeaufschlagung zu fördernder Güter verursachten Beanspruchung weitgehend resistent ist. Darüber hinaus können Bauteile, die durch eine derartige Belastung stär kerem Verschleiß ausgesetzt sind, einfacher und kosten günstiger ausgetauscht werden, als dies bei den bekannten konventionellen Vorleiteinrichtungen mit verstellbaren Leitgittern der Fall ist.

Während in DE 1 95 14 707.3, (Anmeldernr. 7245653, Akz. 1 95 14 707.3, 21. 04. 95) bereits einige spezi elle Verwendungsmöglichkeiten erwähnt wurden - z. B. Re gelungen in Deponiegasanlagen, Strahltriebwerken oder in flüssigkeitsdurchströmten Maschinen wie Wasserkraftwerken, Pumpen oder Hydraulikanlagen mit treibenden oder fluid getriebenen Aggregaten, so soll im Folgenden noch die An wendung in einer anderen, sehr verbreiteten Maschine be trachtet werden, nämlich der kolbenbetriebenen Verbrennungs kraftmaschine.

Hierzu zeigen:

Fig. 8 eine Ansicht auf eine erfindungsgemäß mit Vor leiteinrichtungen ausgestattete Verbrennungs kraftmaschine;

Fig. 9 einen Querschnitt durch diese Anlage in drei verschiedenen Ausführungen.

In Fig. 8 ist eine Seitenansicht einer solchen, mit Vor leitanlagen ausgestatteten Motorenanlage dargestellt, bestehend aus der Verbrennungskraftmaschine 28, einem Turboverdichter 29 und einer Abgasturbine 31. Während zu nächst der Turboverdichter gemäß der Beschreibung durch eine erfindungsgemäßen Vorleiteinrichtung 23 geregelt wird, die Abgasturbine 31 - hier als Axialturbine aus gestaltet - ebenfalls eine erfindungsgemäße Vorleiteinrich tung 27 aufweist, welche beiden Vorrichtungen der Ab regelung der Strömungsmaschinen bei Vollast und hohen Liefergraden dienen, um sie an das Verbrauchskennfeld der Verbrennungskraftmaschine anzupassen, ist zusätzlich zwi schen Radialverdichter 29 und einem Saugrohr 30, welches zu den Ansaugöffnungen der Verbrennungskraftmaschine 28 führt, eine mit mehreren Regelvorrichtungen ausgestattete Vorleit einrichtung 24 zwischengeschaltet.

Diese besteht aus einem gemeinsamen Gehäuse 1 und darin in tegriert mehreren Hauptansaugkanälen 4, mehreren beweglichen Drall- oder Leitkanälen 6 sowie mehreren Verschlußkörpern 14, welche in der beschriebenen Weise die in die Verbrennungs kraftmaschine 28 eintretenden Gase entweder drosseln oder ihnen einen Vordrall aufprägen, welcher - die Einlaßventile passierend - sich bis in den Brennraum fortsetzt und dort die Qualität der Verbrennung beeinflußt.

Dadurch ist es nun möglich, während des Motorbetriebes das Drallverhalten einerseits im Saugrohr 30 und anderer seits im Brennraum gemeinschaftlich durch Verschieben der Drall- oder Leitkanäle 6 zu regeln, und zwar unabhängig und für jeden Zylinder einzeln, wie dies für einen optimalen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 28 bei verschiedenen Drehzahlen und Lastzuständen von großem Vorteil ist.

So ist bekannt, bei Dieselmotoren zur Erzeugung einer Drall verbrennung als Ansaugkanal einen Drallkanal vorzusehen oder Ventile mit feststehenden Leitschaufeln anzuordnen. Einen Leitapparat mit verstellbaren Leitschaufeln vor der Ansaug öffnung des Motors vorzuschalten, scheitert an der stoß weisen Belastung der Leitschaufeln und der damit verbundenen Gefahr des Abreißens der Schaufeln, welche bei Durchsatz durch den Motor diesen zerstören wilden. Die erfindungsgemäße Vorleiteinrichtung 24 jedoch in der in Fig. 8 gezeigten Bauart kann nun aber eine solche Regelaufgabe aufgrund ihrer Robustheit und der Verwendung großer, schwingungsunempfind licher Bauteile ohne weiteres übernehmen, ohne daß die Ge fahr besteht, daß durch Verschleiß Bauteile abreißen und durch den Motor gesaugt werden könnten. Die Einstellung einer geregelten Drallverbrennung kann die Geräuschent wicklung , den Kraftstoffverbrauch und die Abgasqualität sowie Ablagerungen im Brennraum und dadurch das thermische Verhalten einer Verbrennungskraftmaschine erheblich ver bessern.

Um weitere Vorteile des Ansaugens mit geregeltem Vor drall bei einer Verbrennungskraftmaschine aufzuzeigen, wird in Fig. 9 ein Querschnitt VI-VI durch die in Fig. 8 gezeigt Anlage dargestellt. Während im Bildteil a die Anwendung einer erfindungsgemäßen Vorleiteinrichtung 24 im Ansaugbereich einer Verbrennungskraftmaschine 28 mit Direkteinspritzung - z. B. einer Dieselmaschine, erkenn bar an der brennraumseitig angeordneten Einspritzdüse 33 - gezeichnet ist, welches sich besonders bei hohen Einspritz drücken und damit verbunden härterer Verbrennung als vor teilhaft erweist, wird im Bildteil b eine Vorleiteinrich tung 25 vor einer Vergaseranlage 34 oder eine Kombination beider Bauteile gezeigt, wie diese bei einem Ottomotor ver wendet werden kann.

Wird ein vergaserbetriebener Ottomotor im Leerlauf oder bei Teillast mit niedrigen Drehzahlen betrieben, so konden siert teilweise verdampfter Kraftstoff an den Wänden des Saugrohrs 30 und fließt dort als Kraftstoffilm weiter, welches sich negativ auf Luftverhältnis und Verbrennungs qualität des Motors auswirkt. Bei höherer Zylinderzahl überdies stellt sich bei Verwendung eines gemeinsamen Saugrohres auch eine ungleichmäßige Versorgung der ein zelnen Zylinder mit Kraftstoff-Luft-Gemisch ein.

Wird nun gemäß Bildteil b eine drallerzeugende Vorleiteinrich tung 25 mit integrierten beweglichen Verschlußkörpern 14 an stelle einer Vergaserdrosselklappe verwendet, so wird auf grund der Drallwirkung der sich an der Saugrohrwand nieder schlagende Kraftstoff verwirbelt und so die Filmwirkung ver mieden, welches zu besseren Kraftstoffverbräuchen und damit reinerem Abgasverhalten beiträgt.

Eine ähnliche Wirkung wird auch bei Verwendung einer Vorleit einrichtung 26 in Verbindung mit der heute allgemein üb lichen elektronisch geregelten Saugrohreinspritzung in Otto motoren erreicht, wie dies Bildteil c in Fig. 9 darstellt, wobei Drosselung und Drallwirkung ins Luftfiltergehäuse verlegt sind. Durch den Vordrall wird auch bei sehr nie drigen Drehzahlen die Zerstäubung des aus der Einspritz düse 35 eintretenden Kraftstoffes verbessert und somit ein homogeneres Gemisch erreicht, als dies bei drallfreier Strö mung zu beobachten ist. Einen gleichfalls positiven Effekt hat die Drallwirkung auf das Verbrennungsverhalten im Brenn raum, dessen Anfälligkeit gegenüber Klopfneigung abnimmt. In Folge können somit geänderte Brennraumgeometrie und wei tere, die Herstellungs- und Betriebskosten günstig beein flussende Maßnahmen realisiert werden.

Anstelle einer Einspritzdüse oder eines Kraftstoffrohrs im Saugrohr 30 ist es vorteilhaft auch denkbar, diese Bauteile in den beweglichen oder festen Verschlußkörper 14 hinein zu verlegen, wobei eine günstige Position hier für das Ende des strömungsgerecht kegelig geformten Ab schnitts 16 darstellt.

Weiterhin ist es auch möglich, in der Vorleiteinrich tung 27 für die Abgasturbine 31 den dort eingesetzten Verschlußkörper 14 als Abgasstau - Motorbremse zu gebrau chen, wobei durch Drosselung des Abgases in der Vorleit einrichtung 27 und rückwirkend im Abgasrohr 32 der Ver brennungskraftmaschine 28 sich ein Überdruck aufbaut, gegen den die Kolben der Verbrennungskraftmaschine 28 aus schieben müssen, so daß sich hierdurch eine Motorbrems wirkung ergibt.

So ergeben sich zahlreiche vorteilhafte Anwendungsmöglich keiten für die erfindungsgemäße Vorleiteinrichtung, wobei deren Grundkonzeption stets gleichbleibend erscheint.

Insbesondere die Kombination des durch die Vorrichtung re gelbaren Ansaugdralles mit einer Regelung für variable Verdichtungsverhältnisse an Verbrennungsmotoren weist zu künftigen Entwicklungsarbeiten im Motorenbau einen in teressanten Weg.

Zum Schluß sei noch angemerkt, daß - wenn in der vorange gangenen Beschreibung stets von in einem gemeinsamen Gehäuse 1 angeordneten Kanälen und in den Zeichnungen dargestellt auch einem separat ausgeführten Gehäuse die Rede war - die Erfindung sich nicht nur auf diese eine Version, sondern auch auf weitere Ausgestaltungen erstreckt, bei denen die Kanäle getrennt in verschiedenen Gehäusen oder in denjenigen der zu regelnden Verbraucher selbst integriert sind, wobei jedoch die Grundidee - nämlich daß der Drall- oder Leitkanal 6 beweglich ist und mit seiner Austrittsöffnung 7 in die Ein trittsöffnung 5 des von einer drallfreien Strömung ange strömten Hauptansaugkanals hin verschoben oder verdreht wird - stets erhalten bleiben muß. Dabei spielt es auch keine bedeutende Rolle, daß - wie im Oberbegriff von den Ansprüchen 1 und 2 genannt, der Hauptansaugkanal 4 gerade oder nur leicht gebogen ausgeführt sein soll. Wichtig ist vielmehr, daß - wenn der Drall- oder Leit kanal 6 mit seiner Öffnung 7 in großer Entfernung zum Eintrittsquerschnitt 5 des Hauptansaugkanals steht, der Hauptansaugkanal 4 von außen ohne Drallkomponente angeströmt wird und diese drallfreie Strömung ohne wei tere Drallbildung durch den Hauptansaugkanal 4 in den nachfolgenden Verbraucher weitergeleitet wird.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Eintrittsöffnung Gehäuse

3

Austrittsöffnung Gehäuse

4

Hauptansaugkanal

5

Eintrittsöffnung Hauptansaugkanal

6

Drall- oder Leitkanal

7

Austrittsöffnung Drall- oder Leitkanal

8

Deckscheibe Drall- oder Leitkanal

9

Filter

10

Deckel

11

spiral- oder schneckenförmiger Horizontal querschnitt

12

Leitschaufeln

14

Verschlußkörper

15

Abschnitt mit kreisförmigem Querschnitt

16

strömungsgünstig kegelig geformter End abschnitt

17

drallfreie Strömung

18

drallbehaftete Strömung

19

regelbarer Überlagerungszustand drall freier mit drallbehafteter Strömung

20

Drosselklappe, Blende

21

Verschlußring

22

Antriebsaggregat

23

Vorleiteinrichtung für Turboverdichter

24

Vorleiteinrichtung mit mehreren Kanälen

25

Vorleiteinrichtung mit Vergaser

26

Vorleiteinrichtung für Saugrohreinspritzung

27

Vorleiteinrichtung für Abgasturbine

28

Verbrennungskraftmaschine

29

Turboverdichter

30

Saugrohr

31

Abgasturbine

32

Abgasrohr

33

Einspritzdüse im Zylinderkopf

34

Vergaser

35

Einspritzdüse im Saugrohr

36

Kühler.

Anmerkung: Die folgende Anmeldeschrift über eine Vor leiteinrichtung stützt sich auf die vom Ver fasser und Anmelder vorher eingereichte Schrift Akz. 195 14 707.3, Nr. d. Anm. 7245653 Ant. 21. 04. 95 als bekanntem Stand der Technik.

Claims

1. Vorleiteinrichtung zur Erzeugung einer Drallströmung, mit einem geraden, keinen eigenen Drall erzeugenden Hauptansaugkanal und mindestens einem drallerzeu genden Drall- oder Leitkanal in einem Gehäuse, wo bei - innerhalb der Vorleiteinrichtung - durch den Drall- oder Leitkanal eintretende drallbehaftete Strömung mit drallfrei in den Hauptansaugkanal eintretender Strömung überlagert wird, so daß sich eine resultierende Strömung aus beiden Teilströmen ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Drall- oder Leitkanal 6 spiral- oder schnecken förmige Gestalt aufweist und im Gehäuse 1 dreh- oder verschiebbar angeordnet ist.

2. Vorleiteinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drall- oder Leitkanal 6 feste oder verstellbare Leitschaufeln 12 aufweist und im Gehäuse 1 dreh- oder verschiebbar angeordnet ist.

3. Vorleiteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 oder beiden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Drall- oder Leitkanal 6 mit seiner Austrittsöff nung 7 in die Eintrittsöffnung 5 des Hauptansaugkanals 4 dreh- oder verschiebbar ist.

4. Vorleiteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drall- oder Leitkanal 6 und der Hauptansaugkanal 4 zugleich und gemeinsam mit Hilfe eines einzigen inneren Verschlußkörpers 14 gedrosselt werden können.

5. Vorleiteinrichtung nach Anspruch 3 oder 4 oder beiden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Drall- oder Leitkanal 6 gegen eine Drosselklappe oder Blende 20 verdreht oder mit einem Verschluß ring 21 auf der Außenseite oder auf der Innenseite abgedeckt werden kann.

6. Vorleiteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 oder beiden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse 1 ein Filter eingebaut ist.

7. Vorleiteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 oder beiden Ansprüchen, oder aber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse 1 ein Kühler 36 eingebaut ist.

8. Vorleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach allen dieser Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 1 in Strömungsrichtung vor einer Strö mungsmaschine und auf deren Saugseite angeordnet ist.

9. Vorleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach allen dieser Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 1 in Strömungsrichtung vor einer Ver brennungskraftmaschine 28 und auf deren Saugseite angeordnet ist.

10. Vorleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach allen dieser Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 1 in Strömungsrichtung nach einer Ver brennungskraftmaschine 28 und auf deren Auslaßseite angeordnet ist.

11. Vorleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach allen dieser Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 1 in Strömungsrichtung vor einer Strö mungsmaschine und auf deren Druckseite angeordnet ist.

12. Vorleiteinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 1 in Strömungsrichtung vor einer Axial strömungsmaschine und auf deren Druckseite angeord net ist.

13. Vorleiteinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 1 in Strömungsrichtung zwischen einem Turboverdichter 29 auf dessen Druckseite und einem Saugrohr 30 einer Verbrennungskraftmaschine 28 auf deren Saugseite angeordnet ist.

14. Vorleiteinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 1 eine Anzahl verstellbarer Drall- oder Leitkanäle 6 aufweist, die der Zylinderanzahl der Verbrennungskraftmaschine 28 genau entspricht.

15. Vorleiteinrichtung nach Anspruch 13 oder 14 oder nach beiden Ansprüchen zugleich, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 1 eine Anzahl Verschlußkörper 14 auf weist, die der Zylinderanzahl der Verbrennungskraft maschine 28 genau entspricht.

16. Vorleiteinrichtung nach einem oder mehreren Ansprüchen 13 bis 15 oder nach allen dieser Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 1 vor einem Vergaser 34 in Strömungsrichtung angeordnet ist.

17. Vorleiteinrichtung nach einem oder mehreren Ansprüchen 13 bis 15 oder nach allen dieser Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergaser 34 in das Gehäuse 1 integriert ist.

18. Vorleiteinrichtung nach einem oder mehreren Ansprüchen 13 bis 15 oder nach allen dieser Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 1 vor einem Saugrohr 30 mit hineinragender Einspritzdüse 35 in Strömungsrichtung angeordnet ist.

19. Vorleiteinrichtung nach einem oder mehreren Ansprüchen 13 bis 15 oder nach allen dieser Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 1 einteilig mit einem Saugrohr 30, in welches stromab eine Einspritzdüse 35 hineinragt, und aus einem Stück ausgeführt ist.

20. Vorleiteinrichtung nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 19 oder nach allen dieser Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Drall- oder Leitkanal 6, Verschlußkörper 14 sowie Verschlußring 21 von einem einzigen, gemeinsamen An triebsaggregat 22 pro Regel- oder Drosselstelle ge steuert werden.

21. Vorleiteinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat 22 im Deckel 10 integriert ist.

22. Vorleiteinrichtung nach Anspruch 20 oder 21 oder nach beiden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat 22 mechanisch, elektrisch, hy draulisch oder pneumatisch oder mit Magnetkraft be tätigt wird.

23. Vorleiteinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse 1 eine Abgasstau-Motorbremse inte griert ist.

24. Vorleiteinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Verschlußkörper 14 eine Einspritzdüse oder ein Kraftstoffrohr integriert ist.