DE840031C

DE840031C - Akustisch abgestimmte Ausgangsrohrleitung hinter einer Abgasturbine zur restlosen Ausnutzung der Energie der Abgase von Brennkraft-maschinen oder von pulsierenden Strahlapparaten

Info

Publication number: DE840031C
Application number: DEE1633A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr-Ing Martin
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1950-07-01
Filing date: 1950-07-01
Publication date: 1952-05-26

Description

Akustisch abgestimmte Ausgangsrohrleitung hinter einer Abgasturbine zur restlosen Ausnutzung der Energie der Abgase von Brennkraftmaschinen oder von pulsierenden Strahlapparaten

Die Erfindung bezieht sich auf die Anordnung

der Abgasrohrleitung bzw. der Schalldämhferanlage

hinter einer Abgasturbine.

Die üblichen Abgasturbinenanlagen nehmen auf

die durch die httlsieren<le Restströmung hinter der

Turbine sich erge@lrettdett Druckschwankungen keine

Rücksicht. Eine vollkommene Ausnutzung der zur

Verfügung stehenden :\ligascnergie ist dushal-b

nicht wi>ghch, t\-eil das sich an die Turbine an-

scltliei.leiide Auslaufrohr selbst einen akustischen

\Viderstancl darstellt. I>urch diesen akustischen

\\'iderstand der Rohrleitung, der selbst freduenz-

alih:itigig. also> drchzahlalthün@rig ist, werden durch

dic liiiiter der Turbine noch vorhandenen Rest-

striiitiitii(1,:iitil)ttise in der Regel von der Motor-

ausgelöst, die zurück

bis zum Auslaßventil des Verbrennungsmotors, also durch die Abgasturbine hindurch wirken und damit die Füllung verschlechtern.

Es wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, das sich hinter der Abgasturbine anschließende .\Itlasrohr in bezug auf seinen akustischen Widerstand für die störende Restfrequenz so auszubilden, daß dieser in einem bestimmten Frequenzbereich des hinter der Turbine austretenden Treihmittelstromes selbst Null wird. Da dieser akttsti-sche Widerstand durch die Funktion worin n = Dichte, c = Schallgeschwindigkeit, F = Querschnitt, (n = Krei,sfrequen-z, h = Länge bedeuten, dargestellt wird und wie in Fig. i nach einer Tangensfunktion verläuft, so ergeben sich in bezug auf den akustischen Widerstand Unendlichkeits- und Nullstellen.
Um nun diese Nullstellen (.s. Punkt A der Fig. i) zu erhalten, müß somit die Rohrlänge der besagten lbgasauslaufleitung hinter der Turbine auf die Wellenlänge der pulsierenden Restströmung derart abgestimmt werden, daß dieses Rohr der halben oder einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge von der Restströmungsfrequenz beträgt.
Wird die Schallgeschwindigkeit mit c, die Frequenz mit f und die Wellenlänge mit 2. bezeichnet, so gilt für die Berechnung die Beziehung c = f X 7.; die Auslaufrohrleitung h muß also 2/2 oder 11/2 A lang werden.
Unter der pulsierenden Restströmungsfrequenz ist hierbei jener pulsierende Abgasströmungsanteil hinter der Turbine zu verstehen, der nach Durchlaufen der Turbine und nach Abgäbe mechanischer Leistung noch iibrigbleibt. Die energiereichste Restfrequenz entspricht in der Regel der 'Motorgrundfrequenz, muß es aber nicht sein, d. h. es können stärkere harmonische Oberwellen hinzukommen. Dies ist jedoch vollkommen ohne Bedeutung, da bei der Abstimmung auf 2/2 der akustische Widerstand für alle harmonischen Strömungsanteile gleichzeitig Null wird, soweit die Oberwellen ganzzahlige Vielfache der Motorgrundfrequenz sind, was ja der Fall ist.
Besteht keine Möglichkeit, die vorgeschriebene Abgasrohrlänge unterzubringen, so wird weiterhin erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Rohrleitung mit einer rückschallfreien Blende am Ende abzuschließen.
Da erfahrungsgemäß die Albgasturbine keine restlose Schalldämpfung bringt, ist es zweckmäßig, noch einen Schalldämpfer hinter die Turbine zu legen. In diesem Fall wird dieser Schalldämpfer zur Aufrechterhaltung der erfindungsgemäßen Abstimmung etwa in die Mitte der Auslaufrohrleitung gelegt, wobei .sein Volumen r' und die Zu- und Ablaufleitungslängen zum Volumen so bemessen %%,erden, daß die Grundschwingung der sich hinter der Turbine anschließenden Schalldämpferanlage die gleiche ist Nvie vorher bei der glatten Rohrleitung, d. h. daß der dynamische Eingangswiderstand für die störende Restfrequenz ebenfalls Null wird.
Hierbei wird wie folgt vorgegangen: Die symmetrische Schalldämpferanlage wird etwa in der Volummitte des Schalldämpfers gedanklich getrennt und dabei die Zulaufleitung zum Volumen mit dem halben Dämpfervolumen h12 auf t/4 der Wellenlänge der Restströmungsfrequenz abgestimmt, so daß beide Teile zusammengesetzt wieder A/2 ergeben. Die Berechnung einer Hälfte dieser 1><impferanlage erfolgt nach der transzendenten Gleichung worin die linke Seite der Gleichung den nach der Tangensfunktion verlaufenden Massenwiderstand, die rechte Seite der Gleichung den akustischen Federungswiderstand des halben Dämpfervolumens darstellt. Die Lösung erfolgt graphisch und ist aus Fig. 2 zu ersehen.
Es läßt sich leicht nachweisen, daß für die Grundfrequenz beispielsweise ein Rohr von h = 8 m Länge und 30 cmQ,Querschnitt die gleiche Wirkung hat wie zwei Rohrstucke von je 12 = 2 m Länge von je 30 cm' Querschnitt mit einem Schalldämpfervolumen von 2o Liter Inhalt.
Mit Hilfe dieser Schalldämpferanlage ist es somit möglich, den dynamischen Widerstand der hinter .der Turbine sich anschließenden Leitung für die störenden Restfrequenzen praktisch auf Null herabzudrücken, so daß die Turbine trotz Leitung und Schalldämpfer keinerlei Widerstand zu überwinden .hat, d. h. als öl) sie gegen freie Atmosphäre arbeiten würde.
Der Schalldämpfer wird in diesem speziellen Fall erfindungsgemäß mit einem perforierten Innenröhr, also mit glattem Durchgang gebaut, so daß keinerlei Abreißen der Strömung eintritt.
In den Fig.3 bis 5 sind die verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungen dargestellt, wobei in allen Figuren der Pulsationserzeuger (beispielsweise Motor) mit i und die Turbine mit 2 bezeichnet sind.
So zeigt Fig.3 die Ausführungsform mit der erfindungsgemäßen Rohrleitung 3 vom dynamischen Widerstand Null ,und Fig. .4 die Ausführung mit reflexionsfreier Blende 4. Fig. 5 zeigt schließlich die Ausführung mit Schalldämpfer 5 und die ,symmetrische i/4-Aufteilung der Schalldämpferanlage, bestehend aus den symmetrisch gleichen Rohrabschnitten 6 und 7 mit der gedanklichen Dämpferkammerhälftung 8 und mit der Dämpferinnenperforation 9.
In besonderen Fällen kann der Dämpfer natürlich auch unsymmetrisch in der Ausgangsrohrleitung liegen. Auch in diesem Fall kann für die energiereichste Restfrequenz der akustische Widerstand der gesamten Anlage zu Null gemacht werden. Sind 1, und 14 die ungleichen Rohrlängen vom Querschnitt F vor und hinter dem Volumen V, so lautet die Gleichung:.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Abgasanlage hinter Abgasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage auf störende pulsierende Restströmungsfrequenzeti so abgestimmt ist, daß ihr akustischer Widerstand in einem bestimmten Drehzahlbereich null wird.
2. Abgasanlage hinter Abgasturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer glatten Rohrleitung hinter der Turbine die Länge der Ausgangsrohrleitung etwa gleich der 1/_-, i- oder 0/2fachen (usw.) Wellenlänge der störenden ReststrÖmungsf requenz wird.
3. Abgasanlage hinter Abgasturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsrohrleitung hinter der Turbine mit einer reflexionsfreien Blende abgeschlossen ist.
4. Abgasanlage hinter Abgasturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasanlage einen Schalldämpfer enthält, der zusammen mit den Rohrleitungssystemen hinter der Turbine für die störendste Restströmungsfrequenz den dynamischen Widerstand Null besitzt.
5. Abgasanlage hinter Abgasturbinen nach Anspruch i und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämpfer ein perforiertes Innenrohr mit kleinstem Strömungswiderstand besitzt.