DE2830294C3 - Zentrifugalverdichtergehäuse - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Zentrifugalverdichtergehäuse mit einem durch einen Diffusor und durch einen diesem nachgeschalteten Sammler gebildeten Strömungskanal und einem Absorptionsschalldämpfer, der im Bereich eines Teils des Strömungskanals angeordnet ist.

Bei einem Zentrifugalverdichtergehäuse dieser Art (DE-OS 26 28 511) ist der Absorptionsschalldämpfer im Einlaß sowie in der äußeren Umfangswand des als Spirale ausgebildeten Sammlers angeordnet. Bei einem vorbekannten Axialverdichter (DE-OS 25 48 999) ist ein Absorptionsschalldämpfer in einer das Verdichterrat umgebenden Ummantelung angeordnet. In beiden Fällen dient der Absorptionsschalldämpfer zur Dämpfung akustischer Druckänderungen.

Wie bekannt, ist die im Verdichter herrschende verzögerte Strömung für Strömungsablösungen und ähnliche Störungen der Strömung anfällig, was zum sogenannten Pumpen des Verdichters führen kann. Die untere Grenze des Betriebsbereiches eines Verdichters wird bekanntlich durch denjenigen Durchsatz bestimmt, bei dem gerade noch kein Pumpen auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zentrifugalverdichtergehäuse der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß die Neigung des Verdichters zum Pumpen verringert und damit der Betriebsbereich vergrößert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Zentrifugalverdichtergehäuse mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Absorptionsschalldämpfer im Bereich des Diffusors angeordnet ist.

Wie von der Anmelderin festgestellt wurde, kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung des Absorptionsschalldämpfers, der in an sich bekannter Weise aus porösem absorbierenden Material und einer Resonanzkammer besteht, die Neigung zum Pumpen verringert werden. Dies dürfte darauf beruhen, daß der vorzugsweise in den Seitenwänden des Diffusors angeordnete Absorptionsschalldämpfer nicht nur Schallwellen, sondern auch aerodynamische Druck-Schwankungen schluckt. Hierdurch wird offensichtlich die Stabilität der Strömung erhöht und damit die Gefahr von Strömungsablösungen verringert.

Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen vergrößerten Teilquerschnitt durch einen Absorbtionsschalldämpfer, der an einem Teil der Diffusorwand eines Zentrifugalverdichters angebracht ist;

Fig. 2 eine Draufsicht in Blickrichtung des Pfeiles II in F i g. 1, die zeigt, daß die Resonanzkammer von einem einzelnen spiralförmigen Teiler in einen schmalen länglichen Hohlraum unterteilt ist, und die die Anordnung des absorbierenden Materials zeigt;

F i g. 3 ein Diagramm, in dem der Auslaßciruck des Zentrifugalverdichters über dem Durchsatz aufgetragen ist, und zwar einmal mit und einmal ohne Absorptionsschalldämpfer und mit einer Winkelstellung der Einlaß-Leitschaufeln von 35° und 90°.

Wie F i g. 1 zeigt, steht ein Absorbtionsschalldämpfer 10, der aus absorbierendem Material 20 und einer Resonanzkammer 18 besteht, mit dem durch den Diffusor 14 eines Zentrifugalverdichters strömenden Kältemittel in Verbindung. Ein Spiralgehäuse 19 verbindet einen Sammler 12, den Diffusor 14 und eine Laufradkammer 46.

Das Absorptionsmaterial 20, ein poröses Blattmaterial hohen Strömungswiderstandes, ist so angeordnet, daß es einen Teil der Oberfläche der Diffusorwand bildet Das Absorptionsmaterial könnte in der gleichen Weise an der anderen Diffusorwand oder an beiden Wänden angebracht werden. Das Absorptionsmaterial ist mittels Schrauben 32 und eines Klebstoffs (nicht gezeigt) an einem Teil des Spiralgehäuses 19 befestigt. Auf der von dem Strömungsmittel abgewandten Seite des Absorptionsmaterials befindet sich die Resonanzkammer 18, die von Endteilern 23 und einer Rückplatte 26 begrenzt wird. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, hat der Absorbtioncschalldämpfer 10 eine Ringform, und jeder Endteiler 23 bildet einen vollständigen Ring, so daß die Resonanzkammer 18, die von den beiden Endteilern 23, der Rückplatte 26 und dem absorbierenden Material 20 begrenzt wird, eine Ringform besitzt, wenngleich auch andere Konfigurationen möglich sind. Wie aus F i g. 1 hervorgeht ist die ringförmige Resonanzkammer 18 durch Teiler 22 in eine Reihe kleiner Kammern unterteilt Die Teiler 22 können aus einer einzigen Spirale mit periodischen festen Strömungssperren 33, wie in Fig.2 gezeigt, bestehen, oder sie können von einer Reihe konzentrischer Ringe gebildet werden. Ein honigwabenartiger oder zellenförmiger Teiler könnte ebenfalls verwendet werden. Unabhängig von der Form des Teilers ist eine schmale Kammer bzw. eine Reihe von Kammern vorgesehen. Der Absorbtionsschalldämpfer ist, wie dargestellt, in dem spiralförmigen Hohlraum 21 angeordnet, der von verschiedenen Teilen des Spiralgehäuses 19 gebildet wird.

Wenn keine schmalen Kammern vorgesehen wären, würde das durch den Diffusor strömende Kältemittel in den Absorbtionsschalldämpfer nächst dem Sammler eintreten und in Richtung auf das Ende des Absorptionsschalldämpfers nächst dem Laufrad zurückströmen, da der Diffusor einen relativ niedrigen statischen Druck am Ende des Absorptionsschalldämpfers nächst dem Laufrad und einen relativ hohen statischen Druck am Ende des Absorbtionsschalldämpfers nächst dem Sammler besitzt. Diese Rückströmung des Kältemittels würde dann den Gesamtwirkungsgrad der Maschine beeinträchtigen. Dadurch, daß eine einzige spiralförmige Resonanzkammer mit periodischen Strömungssperren vorgesehen ist, ist die Rückströmung aufgrund des Druckgradienten bezüglich des hohen Strömungswiderstandes des Absorptionsmaterials so klein, daß der Gesamtwirkungsgrad nicht merklich beeinträchtigt wird. Die Rückströmung kann in der gleichen Weise von konzentrischen Teilern oder mehreren zellenförmigen Kammern unterdrückt werden, so daß der stufenweise ,druckabfall in jeder Kammer minimal ist.

Die Endteiler 23 und die Teiler 22 sind abgedichtet, um eine Strömung zwischen den getrennten Kammern

zu unterbinden. Die Teiler 22 und die Endteiler 23 sind an dem absorbierenden Material 20 und an der Rückplatte 26 mittels eines Epoxydharzes angebracht. Die Resonanzkammer 18 des Absorbtionsjchaildämpfers ist außerdem mit Dämpfungsmaterial wie Glasfaser gefüllt, um den Absorptionswirkungsgrpd der Einheit zu vergrößern und mögliche Resonanzdruckwellen innerhalb der Resonanzkammer 18 zu dämpfen.

Fig.3 ist ein experimentell entwickeltes Diagramm des dynamischen Drucks über dem Strömungsvolumen eines Zentrifugalverdichters, der einmal erfindungsgemäß ausgebildet war und einmal nicht. Das Diagramm zeigt sowohl die Betriebskurven des Verdichters mit Absorbtionsschalldämpfer und ohne Absorbtionsschalldämpfer. Die gestrichelte Linie (ohne Absorbtionsschalldämpfer zeigt daß ein Pumpen bei einem sehr viel größeren Durchsatz als bei der vorliegenden Erfindung auftritt Außerdem zeigt das Diagramm die entsprechenden Kennwerte bei einer Stellung der Eintrittsschaufeln von 35° und 90°. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß der Betriebsbereich zwischen dem Punkt, bei dem ein Pumpen auftritt und bei dem der dynamische Druck unter einen Betriebswert abgesenkt wird, beträchtlich nach oben verschoben wird, insbesondere bei den niedrigeren Durchsätzen. Außerdem wird der Druckanstieg des Verdichters vergrößert, und zwar insbesondere bei einer Stellung der Schaufeln unterhalb 90°.

Die Vorgänge, die dazu führen, daß der Wirkungsgrad der Maschine verbessert wird und der Durchsatz, bei dem ein Pumpen auftritt verringert wird, werden theoretisch noch nicht vollständig durchschaut. Es wurde festgestellt daß ein Absorbtionsschalldämpfer, der zur Dämpfung von akustischen Wellen (die Druckänderungen sind) ausgelegt ist und dadurch das von der Maschine erzeugte Geräusch verringert, außerdem aerodynamische Druckänderung absorbiert, die von einem Pumpen oder anderen aerodynamischen Instabilitäten herrühren, die den Gesamtwirkungsgrad der Maschine beeinträchtigen. Es wird angenommen, daß ein Absorbtionsschalldämpfer so wirkt, daß er Druckänderungen, die entweder von akustischen Wellen oder aerodynamischen Instabilitäten herrühren, dämpft. Die Wirkungsgradverbesserung rührt daher, daß die Auswirkung der aerodynamischen Instabilitäten eliminiert bzw. gemindert wird. Eine glatte Strömung ohne Druckänderungen hat nicht nur zur Folge, daß der Durchsatz, bei dem ein Pumpen eintritt kleiner wird und somit ein größerer Betriebsbereich geschaffen wird, sondern sie verbessert auch den Gesamtwirkungsgrad der Maschine, da das Laufrad diese aerodynamischen Druckschwankungen, die der Absorbtionsschalldämpfer unterdrückt nicht spürt

Zufällige und periodische aerodynamische Druckänderungen unbekannten Ursprungs sind ebenfalls innerhalb eines Zentrifugalverdichters gefunden worden. Es wurde experimentell festgestellt, daß der beschriebene Absorbtionsschalldämpfer diese Änderungen dämpft, zusätzlich zu der Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades der Maschine.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Zentrifugalverdichtergehäuse mit einem durch einen Diffusor und durch einen diesem nachgeschalteten Sammler gebildeten Strömungskanal und einem Absorptionsschalldämpfer, der im Bereich eines Teils des Strömungskanals angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorptionsschalldämpfer (10) im Bereich des Diffusors (14) angeordnet ist