DE3817839A1 - Device for imparting a swirl effect to the inflow regions of fluid flow machines - Google Patents
Device for imparting a swirl effect to the inflow regions of fluid flow machinesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drallerzeugung im Einström bereich von Strömungsmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruches 1.The invention relates to a device for generating swirl in the inflow Range of fluid flow machines, according to the preamble of the patent saying 1.
Der Wirkungsgrad und die Leistung von Strömungsmaschinen lassen sich wie bekannt durch eine mehr oder minder starke Drallerzeugung im Ein strömbereich im positiven oder negativen Sinne beeinflussen. Im bevor zugten Anwendungsfall, bei Verdichtern von Abgasturboladern an Brenn kraftmaschinen, lassen sich die Pumpgrenze des Verdichters zu niedri geren Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine hin verschieben und das Ansprechverhalten bzw. die Ladeleistung im unteren Drehzahlbereich ver bessern.The efficiency and performance of turbomachinery can be as is known through a more or less strong swirl generation in the one influence the flow range in a positive or negative sense. In the before drafted application, for compressors of exhaust gas turbochargers to Brenn engines, the pumping limit of the compressor can be too low shift the lower speed ranges of the internal combustion engine and that Responsiveness or the charging power in the lower speed range ver improve.
Eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zur Drallerzeugung im Ein strömbereich von Verdichtern ist in der DE-OS 20 60 271 beschrieben. Die Leitschaufeln sind dabei gekrümmte, federnde Schaufeln aus Blech oder Kunststoff, die sternförmig im Eintrittsgehäuse mit je einer ra dialen feststehenden Eintrittskante angeordnet sind. Die Leitschaufeln sollen selbststeuernd wirken, in dem sie durch den mit der Durchfluß menge steigenden Strömungsdruck aus der Ursprungsstellung des stärksten Vordralles in eine Stellung geringerer Krümmung annähernd bis in die Geradstellung ohne Vordrall gedrückt werden. Diese Vorrichtung ermög licht aber keine Einstellung der Leitschaufeln ohne Drall (oder sogar Gegendrall) und berücksichtigt nur den Strömungsmitteldurchsatz, während andere wichtige Parameter wie z. B. Ladedruck, Lastzustand der Brennkraftmaschine ect. unberücksichtigt bleiben.A device of the generic type for swirl generation in one Flow range of compressors is described in DE-OS 20 60 271. The guide blades are curved, resilient blades made of sheet metal or plastic, which is star-shaped in the inlet housing, each with a ra dialen fixed leading edge are arranged. The guide vanes should act self-regulating, in that they flow through amount of increasing flow pressure from the original position of the strongest Vorralles in a position of less curvature almost up to Straight position can be pressed without pre-twist. This device enables light but no adjustment of the guide vanes without swirl (or even Counter-swirl) and only takes into account the fluid throughput, while other important parameters such as B. boost pressure, load condition of the Internal combustion engine ect. to be disregarded.
Verwendet man willkürlich verstellbare Leitschaufeln fester Kontur (z. B. EP A 1 96 967), die nach Art eines Gitters verschwenkbar sind, so können zwar steuer- oder regelungstechnisch alle Möglichkeiten ausge schöpft werden, jedoch sind diese drallerzeugende Vorrichtungen strö mungsdynamisch nicht optimal und baulich relativ aufwendig.One uses arbitrarily adjustable guide vanes with a fixed contour (e.g. EP A 1 96 967), which can be pivoted in the manner of a grid, so can control or regulate all possibilities are scooped, however, these swirl generating devices are streamlined not optimal in terms of performance and structurally relatively complex.
Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einer Vorrichtung der gat tungsgemäßen Art mit elastisch verformbaren Leitschaufeln diese derart weiterzubilden, daß sie strömungsdynamisch und steuer- bzw. regelungs technisch besonders günstig und darüberhinaus baulich einfach ist.The object of the invention is based on a device of the gat appropriate type with elastically deformable guide vanes this way to further develop that they are fluid dynamic and control technically particularly cheap and is also structurally simple.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan spruches 1 gelöst. Besonders vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbil dungen der Erfindung sind den Patentansprüchen 2-8 entnehmbar.This object is achieved with the characterizing features of the patent Proverb 1 solved. Particularly advantageous and expedient further education The invention can be found in claims 2-8.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen bleiben die Vorteile von elas tisch verformbaren Leitschaufeln erhalten. Es ist eine parallel zu den Leitschaufeln verlaufende Luftströmung sichergestellt, die erst an den Leitschaufeln kontinuierlich bzw. stetig in Richtung des Vordralles umgelenkt wird. Trotzdem sind die Leitschaufeln bei jeweils stabiler Lage zwangsgeführt steuerbar, so daß alle erforderlichen Parameter zur Steuerung heranziehbar sind. Durch die längenveränderliche Verbindung mit der Verstelleinrichtung wird der Krümmung der Leitschaufeln Rech nung getragen.The advantages of elas remain through the measures according to the invention receive table-shaped guide vanes. It is parallel to that Guide vanes running air flow ensured that only at the Guide vanes continuously or steadily in the direction of the pre-twist is redirected. Nevertheless, the guide vanes are each more stable Position positively controlled, so that all necessary parameters for Control can be used. Thanks to the variable length connection with the adjusting device, the curvature of the guide vanes is calculated worn.
Besonders zweckmäßig können die Leitschaufeln gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 2 durch an deren Enden angeordnete Mitnehmerstifte über die Verstelleinrichtung verstellbar sein. Die Krümmungscharak teristik bzw. die Bogenform der Leitschaufeln im verstellten Zustand kann gemäß Anspruch 3 durch eine veränderliche Dicke der Leitschaufeln bestimmt sein.The guide vanes can be particularly expedient in accordance with the features of Claim 2 by driver pins arranged at the ends be adjustable via the adjusting device. The curvature charac teristics or the arch shape of the guide vanes in the adjusted state can according to claim 3 by a variable thickness of the guide vanes be determined.
Bei einer Strömungsmaschine mit axialer Einströmung (Zentrifugal-Ver dichter) wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 4-8 vorgeschlagen, die baulich besonders einfach und strömungsdynamisch günstig ist und die eine problemlose Verstellbarkeit der Leitschaufeln ermöglicht.In a turbomachine with axial inflow (centrifugal ver according to the invention, a device according to the features of FIG Claims 4-8 proposed that are structurally particularly simple and is favorable in terms of flow dynamics and is easy to adjust the guide vanes.
Dabei ist gemäß Patentanspruch 4 das Gehäuse im Einströmbereich als Ku gelkalotte und der zentrale Strömungskörper als Kugel ausgebildet und sind die Leitschaufeln mit entsprechender Krümmung in den dazwischen gebildeten Ringraum eingesetzt. Es versteht sich, daß die Kugel bzw. Kugelkalotte und die entsprechende Krümmungsabschnitte der Leit schaufeln einen gemeinsamen Mittelpunkt bilden. Durch diese Konfigura tion ist sichergestellt, daß die Leitschaufeln unter Berücksichtigung eines geringen Spieles bei deren Verstellung nicht mit den benachbarten Wänden des Strömungskörpers bzw. Gehäuses kollidieren, was z. B. beim Gegenstand der eingangs zitierten DE-OS 20 60 271 unzweifelhaft der Fall ist.According to claim 4, the housing is in the inflow area as Ku gel cap and the central flow body designed as a ball and are the guide vanes with a corresponding curvature in between formed annulus used. It is understood that the ball or Spherical cap and the corresponding curvature sections of the guide shovels form a common center. With this configuration tion ensures that the guide vanes are taken into account a little play in their adjustment not with the neighboring ones Walls of the flow body or housing collide, which, for. B. at Subject of the initially cited DE-OS 20 60 271 undoubtedly the Case is.
Der durch die Kugelform besonders strömungsgünstige Einströmbereich ist durch den einheitlichen Einströmquerschnitt gemäß Anspruch 5 noch opti miert, in dem bei laminaren Strömungsverhältnissen auch die Strömungs geschwindigkeit vereinheitlicht ist.The inflow area, which is particularly streamlined due to the spherical shape by the uniform inflow cross section according to claim 5 still opti lubricated, in which the flow in laminar flow conditions speed is unified.
Ferner kann gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 6 bis 8 die Ver stelleinrichtung für die Leitschaufeln in den Strömungskörper inte griert sein, woraus sich eine baulich einfache und kompakte Konstruk tion ergibt. Durch Verdrehen der einen Hälfte des Strömungskörpers bzw. der einen Halbkugel können sämtliche mit der Halbkugel verbundenen Leitschaufeln verstellt werden. Die die Halbkugel antreibende Antriebs welle kann mit einem entsprechenden Steuer- oder Regelgestänge oder mit einem elektrischen Stellmotor verbunden sein.Furthermore, according to the features of claims 6 to 8, the Ver adjusting device for the guide vanes in the flow body inte be, which results in a structurally simple and compact construction tion results. By turning one half of the flow body or one hemisphere can all connected to the hemisphere Guide vanes can be adjusted. The drive that drives the hemisphere shaft can with a corresponding control or regulating linkage or with be connected to an electric servomotor.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt inAn embodiment of the invention is below with others Details explained in more detail. The schematic drawing shows in
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Drallerzeugung im Einströmbereich eines Verdichters eines Abgasturbolader, Fig. 1 shows a longitudinal section through an inventive apparatus for swirl generation in the inlet of a compressor of an exhaust gas turbocharger,
Fig. 2 eine Ansicht Z auf eine Leitschaufel der Vorrichtung in einer Stellung ohne Drallerzeugung und Fig. 2 is a view Z on a guide vane of the device in a position without swirl and
Fig. 3 die gleiche Ansicht Z auf die Leitschaufel in einer einen Vordrall erzeugenden Stellung. Fig. 3 shows the same view Z on the guide vane in a pre-twist generating position.
In Fig. 1 ist der Verdichterteil (10) eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine dargestellt, mit einem Spiralgehäuse (12) und einem Laufrad (14). Das Laufrad (14) sitzt fest auf einer drehbar gelagerten Welle (16), die von einer Abgasturbine (nicht dargestellt) angetrieben ist.In Fig. 1, the compressor part ( 10 ) of an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine is shown, with a spiral housing ( 12 ) and an impeller ( 14 ). The impeller ( 14 ) sits firmly on a rotatably mounted shaft ( 16 ) which is driven by an exhaust gas turbine (not shown).
An das Spiralgehäuse (12) angeschlossen ist ein Lufteintritt-Gehäuse (18) in dem ein kugelförmiger Strömungskörper (20) gehalten ist. Das Gehäuse (18) weist in Strömungsrichtung (Pfeil 22) einen tulpenförmi gen, sich entgegen der Strömungsrichtung erweiternden Abschnitt (24), eine daran anschließenden, kugelkalottenförmigen Abschnitt (26) und einen Flanschabschnitt (28) auf.Connected to the spiral housing ( 12 ) is an air inlet housing ( 18 ) in which a spherical flow body ( 20 ) is held. The housing ( 18 ) has in the flow direction (arrow 22 ) a tulip-shaped gene, widening against the flow direction section ( 24 ), an adjoining spherical segment-shaped section ( 26 ) and a flange section ( 28 ).
Zentral im Bereich des Abschnittes (26) mit einem gemeinsamen Mittel punkt (30) sitzt der kugelförmige Strömungskörper (20), der sich aus einer ersten Halbkugel (32) und einer zweiten Halbkugel (34) mit einem strömungsgünstig an die Nabe (36) des Laufrades (14) anschließendem Fortsatz (38) zusammensetzt.Central in the area of the section ( 26 ) with a common center point ( 30 ) sits the spherical flow body ( 20 ), which consists of a first hemisphere ( 32 ) and a second hemisphere ( 34 ) with a streamlined to the hub ( 36 ) Impeller ( 14 ) subsequent extension ( 38 ).
ln den zwischen dem Lufteintrittsgehäuse (18) und dem Strömungskörper (20) gebildetem Ringraum (40) sind gleichmäßig über den Umfang verteil te, elastisch verformbare Leitschaufeln (42) eingesetzt, deren ge krümmter Verlauf an den Radius des Abschnittes (26) bzw. des Strömungs körpers (20) angepaßt ist, jeweils unter Belassung eines geringfügigen Spieles zum Ausgleich von Toleranzen. Die Leitschaufeln (42) sind an ihrem einen Ende mit Verbreiterungen (44, 46) versehen, die in korres pondierende Ausnehmungen in der Halbkugel (32) bzw. des Gehäuseab schnittes (26) befestigt sind (z. B. verklebt oder verschweißt). Da durch sind sowohl die Leitschaufeln (42) selbst als auch die Halbkugel (32) starr mit dem Lufteintritt-Gehäuse (18) verbunden.In the between the air inlet housing ( 18 ) and the flow body ( 20 ) formed annulus ( 40 ) are uniformly distributed over the circumference te, elastically deformable guide vanes ( 42 ), the ge curved course of the radius of the section ( 26 ) and the Flow body ( 20 ) is adapted, each leaving a slight game to compensate for tolerances. The guide vanes ( 42 ) are provided at one end with widenings ( 44 , 46 ) which are fixed in corresponding recesses in the hemisphere ( 32 ) or the section of the housing ( 26 ) (e.g. glued or welded). Since both the guide vanes ( 42 ) themselves and the hemisphere ( 32 ) are rigidly connected to the air inlet housing ( 18 ).
Die zweite Halbkugel (34) ist über ein Kugellager (48) drehbar mit der Halbkugel (32) verbunden, wobei eine an die Halbkugel (34) angeformte Antriebswelle (50) die Halbkugel (32) durchdringt. Mittels der An triebswelle (50) kann somit die Halbkugel (34) relativ zur gehäusefes ten Halbkugel (32) verdreht werden.The second hemisphere ( 34 ) is rotatably connected to the hemisphere ( 32 ) via a ball bearing ( 48 ), a drive shaft ( 50 ) molded onto the hemisphere ( 34 ) penetrating the hemisphere ( 32 ). By means of the drive shaft ( 50 ), the hemisphere ( 34 ) can thus be rotated relative to the housing-fixed hemisphere ( 32 ).
Radial von der verdrehbaren Halbkugel (34) ragen je Leitschaufel (42) zwei Mitnehmerstifte (52, 54) (vergl. auch Fig. 2) ab, die die Leit schaufeln (42) an ihrem freien Ende (56) beidseitig begrenzen.Radially from the rotatable hemisphere (34) extend each guide vane (42) has two driver pins (52, 54) (see FIG. Also FIG. 2), which scoops the routing limit on both sides at its free end (56) (42).
In der Fig. 2 ist eine der Leitschaufeln (42) in der Draufsicht ge zeigt. Wie ersichtlich ist, weist die Leitschaufel (42) eine einheit liche Dicke auf. Sie ist in einer keinen Drall der axial einströmenden Luft erzeugenden Stellung, also in ihrer gesamten Längserstreckung (einschließlich des Befestigungsbereiches 44, 46) achsparallel ausge richtet. In dieser Stellung liegt nahezu keine Strömungsbehinderung vor. Die Strömungsgeschwindigkeit im Ringkanal (40) ist aufgrund dessen nahezu einheitlichen Strömungsquerschnittes weitgehendst gleichbleibend (Berechnung nach Spline-Funktionen) und deshalb weitgehendst verlust frei.In Fig. 2 one of the guide vanes ( 42 ) is shown in the top view ge. As can be seen, the guide vane ( 42 ) has a uniform thickness. It is in a swirl of the axially inflowing air-generating position, ie in its entire longitudinal extent (including the fastening area 44 , 46 ) aligned axially. In this position there is almost no flow obstruction. The flow velocity in the ring channel ( 40 ) is largely constant due to its almost uniform flow cross-section (calculation according to spline functions) and is therefore largely loss-free.
Zur Drallerzeugung (vergl. Fig. 3) wird die Halbkugel (34) relativ zur Halbkugel (32) verdreht, im Ausführungsbeispiel zur Erzeugung eines Vordralles in Drehrichtung des Laufrades (14), wobei die elastischen Leitschaufeln (42) durch die Mitnehmerstifte (54) entsprechend verformt werden. Die Luftumlenkung ist durch die axiale Einströmung (bei 44, 46) an den Leitschaufeln (42) und deren dann stetig verlaufende Krümmung aerodynamisch besonders günstig. Durch die Kugelform des Gehäuseab schnittes (26) und des Strömungskörpers (20) zumindest im Bereich der Leitschaufeln (42) kann eine unbehinderte Krümmung der Leitschaufeln (42) trotz geringem Spiel zu den angrenzenden Umfangswänden vollzogen werden. Dabei kann zwischen den Mitnehmern (54) und den Leitschaufeln (42) im Kontaktbereich ein Längenausgleich stattfinden.To generate swirl (see FIG. 3), the hemisphere ( 34 ) is rotated relative to the hemisphere ( 32 ), in the exemplary embodiment to produce a pre-twist in the direction of rotation of the impeller ( 14 ), the elastic guide vanes ( 42 ) being driven by the driving pins ( 54 ) be deformed accordingly. The air deflection is particularly aerodynamically favorable due to the axial inflow (at 44, 46 ) at the guide vanes ( 42 ) and their then continuously curvature. Due to the spherical shape of the Gehäuseab section (26) and the flow body (20) comprises at least one unobstructed curvature of the vanes (42) carried out despite a small clearance to the adjacent circumferential walls in the region of the guide vanes (42). A length compensation can take place between the drivers ( 54 ) and the guide vanes ( 42 ) in the contact area.
Das Lufteintrittgehäuse (18), der Strömungskörper (20) und die Leit schaufeln (42) können aus Kunststoff hergestellt sein. Zur unbehinder ten Verformung der Leitschaufeln (42) zur Erzeugung eines Dralles sind der Strömungskörper (20) und das Lufteintritts-Gehäuse (18) zumindest im Bereich der Leitschaufeln (42) kugelförmig mit einem gemeinsamen Mittelpunkt, zumindest aber in grober Annäherung kugelähnlich auszubil den. Zur Beeinflussung des Krümmungsverlaufes bei einer Verformung der Leitschaufeln (42) können diese mit unterschiedlicher Dicke ausgeführt sein. Beispielsweise können die Leitschaufeln (42) ausgehend von ihrem Befestigungsbereich (bei 44, 46) dicker als an deren freien Ende ausge bildet sein. Dies würde einen Krümmungsverlauf mit stetig abnehmenden Krümmungsradius ergeben. Dadurch ist es möglich, die Einströmverhält nisse und Drallerzeugung auf die jeweiligen spezifischen Anforderungen der verwendeten Strömungsmaschine abzustimmen.The air inlet housing ( 18 ), the flow body ( 20 ) and the guide vanes ( 42 ) can be made of plastic. To unhindered deformation of the guide vanes ( 42 ) to produce a swirl, the flow body ( 20 ) and the air inlet housing ( 18 ) are spherical at least in the region of the guide vanes ( 42 ) with a common center point, but at least roughly similar to the ball. In order to influence the course of curvature when the guide vanes ( 42 ) are deformed, they can be designed with different thicknesses. For example, the guide vanes ( 42 ) starting from their fastening area (at 44, 46 ) can be thicker than at their free end. This would result in a curve with a continuously decreasing radius of curvature. This makes it possible to adapt the inflow conditions and swirl generation to the specific requirements of the turbomachine used.
Claims (8)
Priority Applications (1)
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DE3817839A DE3817839A1 (en) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | Device for imparting a swirl effect to the inflow regions of fluid flow machines |
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Publications (1)
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DE3817839A1 true DE3817839A1 (en) | 1989-12-07 |
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Family Applications (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8120 | Willingness to grant licenses paragraph 23 | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |