DE69002157T2 - Schraubenrotormaschine mit schalldämpfungsvorrichtung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Schraubenrotormaschine mit einer an ihrer Gaseinlaß- und/oder Auslaßseite angeordneten Schalldämpfungsvorrichtung.
• Das Problem, bei Schraubenrotormaschinen den Schall zu dämpfen, ist schwer zu beherrschen, jedenfalls dann, wenn der dafür zur Verfügung stehende Raum beschränkt ist, wie dies normalerweise der Fall ist.
• Der Grund liegt hauptsächlich darin, dar sowohl die Einlaßleitung als auch die Auslaßleitung, und zwar insbesondere die letztere, den in der Maschine herrschenden niederfrequenten Schall großer Amplituden, der gedämpft werden muß, leiten.
• Ein diesem Zweck dienender Dämpfer ist aus der DE 35 45 212 bekannt, die einen perforierten, konischen Einlaßkanal für die Zuleitung der angesaugten Luft zu einem Ventilator beschreibt. Der Querschnitt des konischen Kanals verringert sich in Strömungsrichtung der Luft, und ein Ventilkörper mit einer entsprechenden konischen Oberfläche ist mittels einer in dem Kanal angeordneten und durch ein äußeres Handrad zu bedienenden Spindel zwischen einer vollständig geöffneten und einer fast geschlossenen Stellung bewegbar gelagert. Der Kanal ist von einem großen schallabsorbierenden Gehäuse umgeben. Der Durchflußquerschnitt kann mittels des Handrads auf einen bestimmten Betriebszustand eingestellt werden, ist aber nicht geeignet für verschiedene Betriebsbedingungen, die normalerweise beim Betrieb von Schraubenrotormaschinen auftreten.
• Eine besser geeignete Dämpfungsvorrichtung für Schraubenrotormaschinen ist die sog. Laval-Düse. Ein kennzeichnendes Merkmal dieser bekannten Düse besteht darin, daß ein Übergang zu einer kritischen Strömungsgeschwindigkeit - Schallgeschwindigkeit - in dem kleinsten Durchflußquerschnitt auftritt, wenn ein bestimmtes Druckverhältnis überschritten wird. Die Laval-Düse stellt deshalb einen nichtlinearen Widerstand dar, durch den grobe Druckschwankungen auf der Innenseite der Dämpfungsvorrichtung nicht hindurchdringen können. Diese Wirkung ist besonders wertvoll im Falle von niederfrequenten Druckschwankungen, die normalerweise großvolumige Dämpfungsvorrichtungen erfordern. Um die Laval-Düse wirkungsvoll zu nutzen, wird die Drosselung so angepaßt, daß die mittlere Strömungsgeschwindigkeit unmittelbar unterhalb der Schallgeschwindigkeit liegt.
• Die Anpassung des Drosseleffekts ist jedoch recht kritisch. Wenn die Stärke des statischen Gasstroms verändert wird, ist es notwendig, den kleinsten Querschnitt an den maximalen Gasstrom anzupassen, weil sonst die Verluste zu groß werden. Dies bedeutet auch, dar bei Teillast eine schlechte Dämpfungswirkung oder überhaupt keine Dämpfungswirkung erreicht wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraubenrotormaschine mit wenigstens einer Schalldämpfungsvorrichtung zu schaffen, die im wesentlichen über den gesamten Kapazitätsbereich der Maschine wirksam ist.
• Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des nachstehenden Patentanspruchs 1 gelöst. Der bewegliche Ventilkörper, auf den eine Feder ausgleichend wirkt, sorgt für Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Druckabfalls über die Laval-Düse und gestattet dadurch, daß die Gasgeschwindigkeit unabhängig von der Auslastung der Maschine unmittelbar unterhalb der Schallgeschwindigkeit liegen kann, wie dies charakteristisch ist für die Laval-Düse. Die Bewegung des Ventilkörpers muß auch gedämpft werden, so daß nur langsame Veränderungen des Gasstroms einen Einfluß haben, so wie dies der Fall ist, wenn sich die Auslastung der Maschine ändert.
• Die Erfindung wird anschließend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine schematische Seitenansicht und ein Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schraubenrotormaschine mit einer Schalldämpfungsvorrichtung ist.
• Die in der Zeichnung gezeigte Maschine ist ein Schraubenrotorverdichter 1, der einen Teil eines Kühlsystems bildet, und ein Antriebsmotor 2. Beide Maschinenteile sind oben auf einem Verdampfer 3 montiert. Eine Einlaßleitung 4 führt von dem Verdampfer zur Niederdruckseite des Verdichters 1, und eine Auslaßleitung 5 führt von dem Verdichter zu einem Kühlkreislauf (nicht gezeigt).
• Die Auslaßleitung 5 ist mit einem Rohrkrümmer verbunden, der sich von der Auslaßöffnung 6 des Verdichters erstreckt und in welchem eine Laval-Düse 8 angeordnet ist. Ein kugelförmiger Ventilkörper 9 ist in Strömungsrichtung hinter der Laval-Düse 8 relativ zu dieser axial beweglich gelagert, wobei diese Bewegung mit Hilfe einer Kolbenstange 10 bewirkt wird, die verschieblich in einer dichtenden Durchführung 11 gelagert ist, welche in der Wand des Rohrkrümmers 7 montiert ist.
• Mit der Kolbenstange ist ein Kolben 12 verbunden, der verschieblich in einem zylindrischen Gehäuse 13 aufgenommen ist. Das Gehäuse 13 trägt im Inneren eine Feder 14, die bestrebt ist, den Ventilkörper 9 in dichter Anlage an der Durchflußöffnung 8A der Düse 8 zu halten. Das Innere des Gehäuses 13 enthält eine Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, und steht mit einem Drosselventil 15 über zwei Rohre 16 in Verbindung, die in unmittelbarer Nähe der Endwände des Gehäuses 16 münden. Das Ventil 15 ist mit Mitteln 17 zur Einstellung des Verengungsoder Drosselquerschnitts versehen.
• Die Feder 14 hat eine im wesentlichen gleichbleibende Federkonstante, die so ausgewählt ist, daß der Ventilkörper 9 genügend weit für den mit Öl- und Kältemitteltröpfchen vermischten, den Verdichter verlassenden Gasstrom geöffnet wird, so daß dieser bis nahe an die Schallgeschwindigkeit beschleunigt wird, wenn er zwischen der Düse 7 und dem Ventilkörper 9 hindurchströmt.
• Wenn eine Veränderung in der Stärke des Gasstroms auftritt, wird sich auch die Lage des Ventilkörpers relativ zu der Düse 8 verändern, während die Feder 14 einen konstanten Druckabfall über die Düse 8 aufrecht erhält. Andererseits werden schnelle Pulsationen, die dem Gasstrom überlagert sind, den Ventilkörper 9 nicht beeinflussen, da das Drosselventil 15 nur langsamere Bewegungen des Kolbens 12 und damit der Kolbenstange 10 und des Ventilkörpers 9 zuläßt.
• Starke Druckschwankungen an der Innenseite der Düse führen zu schnellen Druckanstiegen an der Düse und dadurch zu einem augenblicklichen Übergang zur kritischen Strömung im Spalt zwischen der Düse und dem Ventilkörper, wodurch diese Schall darstellenden Druckänderungen oder Stoßwellen daran gehindert werden, die Düse zu passieren.
• Daraus resultiert eine wirksame Schalldämpfung bei den verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten des aus dem Verdichter ausströmenden Gases mit Hilfe einer Anordnung von sehr kleiner Ausdehnung. Dies wird vor allem bei niederfrequenten Stoßwellen deutlich, die normalerweise einen großvolumigen Dämpfer erfordern, der sich nur mit Schwierigkeiten an einer Hochdruckleitung, wie an der Auslaßseite eines Verdichters, anbringen läßt.
• Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist und daß Veränderungen innerhalb des Schutzumfangs der nachstehenden Ansprüche vorgenommen werden können.
• So kann z. B. der Ventilkörper 9 in Strömungsrichtung ausgedehnt werden und wahlweise aus einem so schweren Material hergestellt werden, daß die erforderliche Dämpfung der Ventilkörperbewegungen ohne die gezeigte Anordnung des Rohrs 16 und Ventils 15 an dem Gehäuse 13 erzielt wird. Alternativ kann das Drosselventil in einer Öffnung im Kolben 12 vorgesehen werden, wodurch das Rohr 16 und das Ventil 15 überflüssig werden.
• Außerdem kann die Lagerung der Kolbenstange vollständig innerhalb des Rohrkrümmers 7 oder in einer entsprechenden gernden Rohrverbindung angeordnet werden.
• Wie mit gestrichelten Linien 20 gezeigt, kann ein derartiger Dämpfer auch am Einlaß des Verdichters vorgesehen sein.
• Die Auslaßseite des Verdichters kann gelegentlich mit einem Ölabscheider integriert werden. In diesem Fall wird der Dämpfer in dem Ölabscheider montiert und bildet einen Teil einer sehr kompakten und wirksamen Schalldämpfereinheit.

Claims (3)

1. Schraubenrotormaschine mit einer an ihrer Gaseinlaßund/oder Auslaßseite (4, 5) angeordneten Schalldämpfungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in dichter Nähe der Einlaß- und/oder Auslaßöffnung (z. B. 6) eine Laval- Düse (8) angebracht ist, welche mit einem in Strömungsrichtung dahinter angeordneten Ventilkörper (9) zusammenwirkt, der unter dem Einfluß des durch die Schalldämpfungsvorrichtung strömenden Gases gegen die Kraft einer Feder in axialer Richtung derart bewegbar und von einem mit ihm verbundenen Kolben (12) beeinflußt ist, der in einem mit Flüssigkeit gefüllten, in einem Gehäuse (13) enthaltenen Zylinder bewegbar ist und in Bewegung einen Flüssigkeitsstrom durch eine Dämpfungsleitung (16), die eine Drossel (15) enthält, pumpt, daß bei einer Vergrößerung der Kapazität der Maschine vom Abschaltzustand auf volle Kapazität der kleinste Durchflußquerschnitt (8A) kontinuierlich so von Null bis zu einem Maximalwert vergrößert wird, daß eine Strömungsgeschwindigkeit aufrecht erhalten wird, die wenigstens in dem kleinsten Durchflußquerschnitt (8A) unmittelbar unter der Schallgeschwindigkeit liegt.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse außerhalb einer Einlaß- und/oder Auslaßleitung (5, 7) der Maschine neben einem Rohrkrümmer (7) der Leitung montiert ist mit einer Kolbenstange (10), welche den Kolben (12) und den Ventilkörper (9) verbindet und sich durch die Wand des Rohrkrümmers (7) erstreckt.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (16), welche die Drossel (15) enthält, in oder außen auf einer Wand des Gehäuses (13) angeordnet ist, und daß die Drossel (15) mit Mitteln versehen ist, durch welche sie einstellbar ist und zu denen Stellmittel (17) auf der Außenseite des Gehäuses gehören.