DE2500496A1 - Kompressorvorrichtung - Google Patents
KompressorvorrichtungInfo
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Description
G 49 728 -su
Firma WALLACE-MURRAY CORPORATION, 299 Park Avenue, New York, N.Y. (USA)
Kompressorvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kompressorvorrichtung für einen Turbolader zum Vorverwirbeln von in den Kompressor eintretender
Luft. Turbolader bzw. -gebläse werden in großem Umfang bei Verbrennungskraftmaschinen und insbesondere bei großen Dieselmaschinen
für Lastwagen benutzt. Im Unterschied zu Vorverdichterantrieben (superchargers), die ihre Leistung direkt von der Kurbelwelle
der Maschine ableiten, werden Turbolader von den Maschinenabgasen getrieben. Die Abgase werden an eine Turbine gegeben, die
ihrerseits mit einem Kompressor verbunden ist. Von diesem wird Umgebungsluft komprimiert und in den Eingang der Maschine geführt.
Vorverwirbelungs- oder Drallvorrichtungen sind bei Luftkompressoren
bekannt. Solche Vorrichtungen enthalten oft eine Vielzahl von sich schräg über die Mündung des Kompressoreingangs erstreckenden
Schaufeln, die dadurch der ankommenden Luft eine Wirbelkomponente erteilen, wodurch die Kompressorleistung bei einer gegebenen Kompressordrehzahl
reduziert wird. Solche Vorrichtungen sind in den
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US-Patenten 2 637 486 und 2 69o 293 gezeigt, um zwei Beispiele zu nennen.-Eine Luftvorverwirbelung entgegen der Schaufelraddrehung
führt zu einer Vergrößerung der Kompressorleistung, während ein
Luftwirbel in derselben Richtung die Kompressorleistung vermindert. Die Wirkung einer Vorverwirbelung ist genauer in ASME Paper
No. 63-AHGT-55 von Anderson und Shouman, März 1963, beschrieben. Dort ist ausgeführt, daß eine Veränderung des Vorverwirbelungsmaßes
bei konstanter Kompressordrehzahl äquivalent zu einer Veränderung der Kompressordrehzahl ohne Vorverwirbelung ist. Auch
wird in dieser Schrift darauf hingewiesen, daß die Pump- oder Abrißlinie (surge, stall line) infolge der Vorverwirbelung in Richtung
zu einer kleineren Strömung verschoben wird, was zu einer Erweiterung des Betriebsbereiches führt.
Oft ist eine Veränderung des Anteils an vorverwirbelter, in den
Kompressor eintretender Luft erwünscht, und zu diesem Zweck wurden die Schaufeln mit Gestängen zum gleichzeitigen Verändern des
Schaufelwinkels ausgebildet. Obwohl solche Konstruktionen dem angestrebten Zweck förderlich sind, handelt sich um eine relativ
teure Ausbildung, da zahlreiche Bewegungsteile erforderlich sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, unter Vermeidung der geschilderten
Nachteile eine Kompressorvorrichtung der genannten Art in geeigneter sowie einfacher Weise zu verbessern. Zu diesem
Zweck wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein Eingangsströmungskanal senkrecht zur Ebene der Schaufelraddrehung mit einem
Drehkompressor gekoppelt ist, daß im EingangsStrömungskanal ein Ventil zum Steuern der durchströmenden Luftmenge angeordnet ist,
daß sich ferner eine Vielzahl von am Umfang ausgebildeten Öffnungen
in dem Strömungskanal zum Herstellen einer Strömungsverbindung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Strömungskanals befindet,
wobei die Öffnungen der vom Äußeren zum Inneren des Strömungskanals
durchströmenden Luft eine Tangentialgeschwindigkeit erteilen, und daß die Öffnungen am Umfang im Strömungskanal axial zwischen
dem Ventil und einer Kompressorabdeckung bzw. einem Kompressorgehäuse
ausgebildet sind.
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Nach der Erfindung wird somit im Unterschied zum Stand der Technik
eine Vielzahl von stationären Drallschaufeln benutzt, die am Umfang des Kompressoreinlasses angeordnet sind. Der in den Kompressor
führende Kanal ist mit einem Drosselklappenventil versehen. Durch Einstellen der Winkellage des Drosselklappenventils wird die
über die Drallschaufeln in den Kompressor eintretende Luftmenge
verändert, was zu einer Veränderung des Vorverwirbelungsmaßes führt. Im Unterschied zu einem Aufbau, bei dem"zahlreiche Schaufeln
gleichzeitig eingestellt werden müssen, um das Drall- bzw. Wirbelmaß der in den Kompressor eintretenden Luft zu verändern,
wird erfindungsgemäß nur ein einziges Ventil angewendet. Dieser Aufbau führt ferner zu dem Vorteil, daß die Pump- oder Abrißlinie
verschoben und der Betriebsbereich erweitert werden. Die über die Drallschaufeln strömende Luft wird hinsichtlich ihrer Menge dur.ch '
das Drosselklappenventil eingestellt, und sie erhält von den Drall oder Wirbelschaufeln eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente.
Die Erfindung wird nachstehend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 - einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorverwirbelungsanordnung,
Figur 2 - einen Querschnitt eines schräge Schaufeln tragenden Ringelements,
Figur 3 - eine Draufsicht des Rings aus Figur 2,
Figur 4 - eine Kurve zur Betriebsdarstellung der Vorrichtung mit einem o,4lo Austritts- bzw. Düsenspalt, wobei ein Drosselklappenventil
um 49° geöffnet ist, und
Figur 5 - eine Kurve ähnlich derjenigen aus Figur 4, jedoch bei vollständig geöffnetem Drosselklappenventil.
In den Darstellungen bezeichnet die Hinweiszahl Io eine Kompressorabdeckung
bzw. -verkleidung eines herkömmlichen Turboladers. Das gestrichelte und mit der Hinweiszahl 11 bezeichnete Element
ist ein übliches Flügel- oder Schaufelrad. Die Kompressorabdeckung
Io enthält eine ringförmige Kammer 12, die komprimierte Luft aufnimmt
und von einem hohlen Torus begrenzt wird. Dieser weist einen
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einstückigen Einlaßteil oder eine Mündung 18 auf, die an ihrem Umfang
mit einem Ringflansch 2o versehen ist. Die Hinweiszahl 22 bezeichnet einen Ring, der eine Vielzahl schräg verlaufender Flügel
oder Schaufeln 24 aufweist. An der linken Seite des Rings 22 ist ein Kanal 28, beispielsweise durch eine Schweißung, befestigt.
Die Schaufeln sind an der rechten Seite des Rings angeschweißt oder -gegossen, wobei die rechten Kanten der Schaufeln 24, beispielsweise
durch Schweißung, am Flansch 2o festgelegt sind. Das Innere 3o des Kanals 28 ist mit einem üblichen Drosselklappenventil
versehen, dessen Flügel 34 an einem drehbaren Zapfen 36 befestigt ist, wobei der letztere mittels einer Hebelanordnung 38, 4o
auf jede gewünschte Winkelposition einstellbar ist. Das Einlaßende des Kanals 28 ist an ein Luftfilter 42 angekoppelt, das sich
radial über den Eingang eines zweiten Kanals 44 erstreckt, dessen Inneres eine über die Drallschaufeln 24 mit der Kompressormündung
18 in Verbindung stehende Verdichtervorkammer begrenzt. Der Axialabstand zwischen den radial äußeren Teilen der Schaufeln 24 und
den ringförmigen Elementen 2o sowie 22 begrenzt am Umfang angeordnete Lufteingangskanäle 25 (siehe Figur 3), durch die Luft strömen
kann. Die Kanäle laufen als Düsen bis zu einem Austrittsbereich zusammen.
Die Betriebsweise der Vorrichtung ist wie folgt. Wenn der Flügel des Drosselklappenventils 34 winkelmäßig so positioniert ist, daß
die gewünschte Luftströmung im Inneren 3o des Kanals 28 gebildet wird, bewirkt der Saugdruck in der Mündung 18 aufgrund der Pumpwirkung
der Schaufelraddrehung ein Strömen der Umgebungsluft durch das Filter 42, ein Eintreten in den Kanal 28 und ein Pumpen durch
den Kompressor. Eine gesteuerte oder geregelte Luftmenge tritt über die Kanäle 25 in den Kompressor ein. Wenn die Arbeitsbedingungen
dergestalt sind, daß zum Ändern der Pumpbedingung eine Vorverwirbelung erwünscht ist, sollte die Klappe 34 des Drosselklappenventils
etwas geschlossen werden, um die Luftströmung durch den Kanal 28 zu hemmen. Es wird nun einige Luft durch das Filter 42,
durch die Vorverdichterkammer 46 und in die Kanäle 25 eingesaugt. Aus Figur 3 ist es ohne weiteres ersichtlich, daß der Luft dadurch
eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente erteilt wird, und zwar
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in derselben Drehrichtung des Schaufelrades 11. Eine andere Luftmenge
strömt wie zuvor durch den Kanal 3o in die Kompressormündung 18.
Wenn ein größerer Anteil an vorverwirbelter Luft erwünscht ist,
wird das Drosselklappenventil 34 noch weiter gedreht, um einen Lufteintritt durch den Kanal 28 zu unterbinden, wobei entsprechend
vergrößerte Luftmengen durch die Kanäle 25 sowie Düsenausgänge 26 strömen und vor dem Eintreten in die Mündung 18 einen Drall oder
eine Vorverwirbelung erhalten. Die Kanäle 25 sind durch winklig
oder schräg angeordnete Blattschaufeln 24 begrenzt. Statt solcher Schaufeln können auch andere Anordnungen zum Erzielen schräger Düsen
angewendet werden, beispielsweise Bohrungs- oder Gußöffnungen in einem verdickten Ring.
In Figur 4 ist der Betrieb der Vorrichtung bei einer Öffnung der Ventilscheibe von 49° in bezug auf die Strömungsachse 3o des Kanals
28 dargestellt. Die verschiedenen Arbeits- bzw. Wirksamkeitskurven für die angegebenen Kompressordrehzahlen sind hinsichtlich
ihrer linken Bereiche an der Pump- oder Abrißlinie (surge or stall line) verbunden. Es wird erneut darauf hingewiesen, daß die Arbeitsbedingungen
links von der Pumplinie unstabil sind, so daß der gesamte Kompressorbetrieb rechts von dieser Linie stattfinden
muß. Figur 5 zeigt eine ähnliche graphische Darstellung mit dem Unterschied, daß das Drosselklappenventil vollständig geöffnet
ist, so daß der in die Kompressormündung 18 eintretenden Luft eine
entsprechend minimale Vorverwirbelung erteilt wird. Aus einem Vergleich
der Figuren 4 und 5 ist die bekannte Tatsache ersichtlich, daß die Pumplinie durch eine positive Vorverwirbelung nach links
und der Betriebsbereich der Vorrichtung dadurch ausgedehnt werden.
- Patentansprüche -
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Claims (6)
- Patentansprüchel.JKompressorvorrichtung für einen Turbolader zum Vorverwirbeln von in den Kompressor eintretender Luft, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingangsströmungskanal (3of 18) senkrecht zur Ebene der Schaufelraddrehung mit einem Drehkompressor gekoppelt ist, daß im Eingangsströmungskanal ein Ventil (38) zum Steuern der durchströmenden Luftmenge angeordnet ist, daß sich ferner eine Vielzahl von am Umfang ausgebildeten Öffnungen (25, 26) in dem Strömungskanal zum Herstellen einer Strömungsverbindung zwischen dem Inneren und dem Äußeren (46) des Strömungskanals befindet, wobei die Öffnungen der vom Äußeren zum Inneren des Strömungskanals durchströmenden Luft eine Tangentialgeschwindigkeit erteilen, und daß die Öffnungen am Umfang im Strömungskanal axial zwischen dem Ventil und einer Kompressorabdeckung bzw. einem Kompressorgehäuse (lo) ausgebildet sind.
- 2. Kompressorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (25, 26) teilweise von winkligen bzw. schrägen Räumen zwischen Schaufeln (24) begrenzt werden, die sich radial nach innen und zumindest teilweise tangential zum Strömungskanal erstrecken und einen gegenüber dem Austrittsbereich größeren Eintrittsbereich begrenzen.
- 3. Kompressorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorverdichterkammer (46) in Strömungsverbindung mit dem Eingang (25) zu den Strömungskanälen steht.
- 4. Kompressorvorrichtung nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverdichterkammer (46) von einem Gehäuse (44) begrenzt ist, das den Lufteingangsströmungskanal (3o) unter Radialabstand umgibt.
- 5. Kompressorvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftfilter (42) in·Luftströmungsverbindüng mit dem Eingangs Strömungskanal (3o) und/oder der Vorverdichterkammer (46) steht. 7 _509839/0621-T-
- 6. Kompressorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (38) ein Drosselklappenventil ist.509839/0621Leerseite
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