EP2049776A1 - Vorrichtung zur schalldämpfung in einem rohrkanal - Google Patents

Vorrichtung zur schalldämpfung in einem rohrkanal

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EP2049776A1
EP2049776A1 EP07730000A EP07730000A EP2049776A1 EP 2049776 A1 EP2049776 A1 EP 2049776A1 EP 07730000 A EP07730000 A EP 07730000A EP 07730000 A EP07730000 A EP 07730000A EP 2049776 A1 EP2049776 A1 EP 2049776A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channel section
tube channel
sectional area
flow cross
medium
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07730000A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Marschall
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ContiTech Kuehner GmbH and Cie KG
Original Assignee
ContiTech Kuehner GmbH and Cie KG
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Filing date
Publication date
Application filed by ContiTech Kuehner GmbH and Cie KG filed Critical ContiTech Kuehner GmbH and Cie KG
Publication of EP2049776A1 publication Critical patent/EP2049776A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • F01N1/12—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling using spirally or helically shaped channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/02—Energy absorbers; Noise absorbers
    • F16L55/027—Throttle passages
    • F16L55/02772—Throttle passages using spirally or helically shaped channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2490/00—Structure, disposition or shape of gas-chambers
    • F01N2490/18—Dimensional characteristics of gas chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2490/00—Structure, disposition or shape of gas-chambers
    • F01N2490/20—Chambers being formed inside the exhaust pipe without enlargement of the cross section of the pipe, e.g. resonance chambers

Definitions

  • the invention relates to a device for sound attenuation of a flowing through a pipe channel, pulsating pressure density differences and at least partially having a rotating about the longitudinal axis of the pipe channel share medium, wherein the rotational speed of the medium from the center of rotation radially outward to the radial distance from the center of rotation is proportional.
  • Such devices are used for example in exhaust pipes of internal combustion engines or air conditioning lines of automotive air conditioning.
  • pulsating pressure generation arise in such systems oscillations in the medium, which cause pressure density differences and make themselves felt as unwanted noise emissions.
  • swirling elements such as vanes or coiled tubes while at least a portion of the medium is forced to cover a longer path in the pipe channel than the rest, not or rotating at a lower rotational speed part of the medium.
  • waves and valleys of the pressure density differences are shifted from each other during the interaction of the parts of the medium.
  • the resulting superposition vibration is smoothed compared to the original vibration, which reduces the noise emission.
  • Such devices are known, for example, from DE 103 281 44 A1 or DE 101 63 812 A1.
  • a disadvantage of these solutions, however, is that the effects of the devices are very difficult to predict and interpret in advance and therefore must be determined in practice for each system by experiments.
  • the invention has for its object to provide a device of the type described, which effectively attenuates the sound emissions at different vibration ratios even without complex individual adjustments.
  • the tube channel has at least two tube channel sections, wherein the first tube channel section is arranged upstream of the second tube channel section and the first tube channel section has a predetermined flow cross-sectional area which is larger than the flow cross-sectional area of the second tube channel section and the ratio of flow cross-sectional area of first tube channel portion and flow cross-sectional area of the second tube channel portion is selected so that the rotating medium in the transition from the first tube channel portion in the second tube channel portion in the direction of rotation can be accelerated proportional to the rotational speed and while the axial velocity of the rotating medium is reduced proportional to the rotational acceleration of the medium.
  • the rotating medium When the rotating medium exits the first tube channel section, it has a certain rotation momentum. Apart from low friction losses, which occur at the wall of the pipe channel, after the spin set of the mechanics, the angular momentum also remains at the transition of the medium into the smaller flow cross-sectional area. This has the consequence that the angular velocity of the rotating medium increases, the medium thus accelerated in the direction of rotation.
  • the medium is decelerated in the axial direction during this change in the rotational speed of the Coriolis acceleration, since the Coriolis acceleration acts perpendicular to the direction of movement of the medium.
  • the Coriolis acceleration generates a force which is also effective in the axial direction, the amount of energy required by this force along the path of the medium during the transition into the smaller flow cross-sectional area being removed from the axial kinetic energy of the medium, ie the medium in the axial direction is slowed down.
  • the Coriolis acceleration is also dependent on the rotational speed of the medium, so that the braking effect is greatest on the areas of the medium which are most strongly accelerated during the transition from the first flow cross-sectional area to the second flow cross-sectional area.
  • the axial velocity of the medium thus decreases continuously from the center of the tube channel to the most strongly rotating regions on the inner wall of the tube channel.
  • swirling bodies are arranged with an inflow end and an outflow end, by means of which the rotation of the medium can be influenced.
  • the rotation of the medium flowing through the first pipe channel section is insufficient during the transition into the second pipe channel section in order to achieve the desired effect, the rotation of the medium can be increased with said swirling bodies.
  • the outflow ends of the swirling body are spaced from the transition from the first pipe channel section to the second pipe channel section by a predetermined amount.
  • the rotational acceleration and associated axial delay of the medium can be influenced.
  • the acceleration smaller, larger at a small distance.
  • the swirl bodies are coiled vanes which are arranged twisted about the central axis of the pipe channel section and which are fixedly and permanently attached to a coaxial pipe to the vanes and form a swirl insert with the pipe inside the first pipe - Channel section is arranged coaxially with the pipe channel.
  • the swirling insert is a profile section produced in the extrusion process.
  • the swirling insert is a plastic injection-molded part.
  • the geometry of the swirling insert according to the invention allows a simple and secure installation in the pipe channel.
  • a swirling insert designed in this way can be produced cost-effectively in the aforementioned ways.
  • the swirl bodies are formed by radially inwardly directed axially coiled projections of the wall of the first pipe channel section, which have a predetermined length and pitch matched to the first pipe channel section and the transition region.
  • Such projections can be produced for example by plastic deformation of the pipe channel wall. As a result, no separate use is necessary.
  • the first flow cross-sectional area in the first tube channel section is greater than the flow cross-sectional area of a third, to the first tube channel section in the flow direction of the medium before the first
  • Pipe duct section arranged pipe duct section, wherein the transition from the Strö- mung cross-sectional area of the third tube channel portion in the flow cross-sectional area of the first tube channel portion of the said third tube channel portion associated end of the swirl body is spaced by a predetermined amount.
  • the Verwirbelungsharmos reduce the free flow cross-sectional area by the extent of their end faces, so that it can come to a dynamic pressure and thus to an undesirable reduction of the flow velocity when the medium impinges on the turbulence body.
  • the expansion volume formed by the arrangement according to the invention in front of the turbulence bodies allows the medium to distribute the dynamic pressure to the end faces of the turbulence bodies. As a result, the flow resistance in the first tube channel section is reduced again.
  • the first tube channel section is formed by a widening process from the tube channel.
  • the expansion for example by hydroforming or thorns, has the advantage that no additional material for the increased diameter is required.
  • the diameter of the second tube channel section is reduced by pulling it in relation to the diameter of the first tube channel section.
  • Retraction has the advantage that no thermal joining methods have to be used.
  • the turbulence insert is fixed by a press fit in the first tube channel section.
  • the solution according to the invention provides a cost-effective, easy-to-install and effective device for sound damping in pipe ducts, with which the sound emission of any pulsed flow can be reduced. Previous trial phases or complex calculations can be reduced or completely eliminated.
  • Fig. 2 is a symbolic diagram of the velocity distribution of the medium flowing through the device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a part of a pipe channel with a first pipe channel section 1, a second pipe channel section 2 and a third pipe channel section 3 in longitudinal section.
  • a medium flows through the three tube channel sections 1, 2, 3 first through the tube channel section 3, then through the tube channel section 1 and then through the tube channel section 2.
  • a turbulence insert 4 is arranged coaxially with the tube channel section 1.
  • the turbulence insert 4 has a tubular central element 5, on whose outer surfaces uniformly distributed on the circumference of the central element 5 three vanes 6 are arranged.
  • the vanes 6 are helically coiled and insoluble and firmly connected to the central element 5.
  • the turbulence insert has an axial end face 7.
  • the outer diameter of the swirling insert 4 is dimensioned so that it can be pressed into the inner diameter of the tubular channel section 1 with a press fit.
  • the interference fit ensures a tight fit of the swirling body 4 in the pipe channel 1 Part of the medium, not shown, flows through the swirling insert 4 through the tube 5 and the remaining part of the medium, not shown, flows around the outside of the tube 5 and is set in rotation by the guide vanes 6.
  • the pipe channel section 1 has a flow cross-sectional area 8, wherein in the figure, for better clarity, the corresponding diameters are shown as equivalent to the flow cross-sectional areas.
  • the pipe channel section 3 has a flow cross-sectional area 9, the flow cross-sectional area 9 being approximately as large as the flow cross-sectional area 7, reduced around the end face 7 of the swirling body 4.
  • the flow cross-sectional area effective for the medium is therefore approximately as large in the pipe channel section 1 as in the pipe channel section 3.
  • the pipe channel has a transitional region 10, in which the pipe channel section 1 merges with the flow cross-sectional surface 8 into the pipe channel section 2 with a flow cross-sectional surface 11.
  • the rotating part of the medium undergoes an increase in its rotational angular velocity in the transition region 10 due to the spin set of the mechanism, while at the same time reducing its axial velocity caused by the Coriolis effect.
  • the non-rotating part does not experience this acceleration.
  • the oscillation amplitudes 12 to 16 each represent a selected instantaneous axial position of the flowing medium, the oscillation amplitude 12 representing the state of the medium in the flow direction before entering the region of the turbulizer 4.
  • the oscillation amplitude 13 represents the state after the medium has entered the region of the tube channel section 1 with the diameter 7, the oscillation amplitude 14 after the medium impinges on the turbulence body 4, the oscillation amplitude 15 immediately after leaving the region of the turbulence. 4 and the vibration amplitude 16 after flowing through the transition region 10.
  • each oscillation amplitude 12 to 16 represents the axial velocity in the center of the flow, the upper one the axial velocity of the medium in the edge region of the tube channel section 1.
  • all regions of the medium flow with approximately the same axial velocity Speed.
  • all regions of the medium likewise flow at approximately the same axial velocity.
  • the oscillation amplitude 13 is slightly attenuated because of the larger diameter 7 at this point of the pipe channel section 1.
  • the oscillation amplitude 14 after the impact of the medium on the turbulence body 4, the medium begins to rotate increasingly from the inside to the outside.
  • the axial velocity continuously decreases from the center of the flow to the edge of the flow, which is made clear by the staggered position of the arrow 17 relative to one another.
  • the lowest arrow represents the velocity of the non-rotating medium in the center of the flow.
  • the axial velocity of the medium continues to decrease toward the outside, which becomes clear at the oscillation amplitude 15.
  • the Coriolis effect additionally comes into play, which further slows down the axial velocity of the medium after flowing through the transitional region 10 of the tubular duct section 1.
  • FIG. 3 shows the effects of the speed changes from FIG. 2 on the amplitudes of the oscillations on the basis of five amplitude envelopes 18 to 22, wherein the envelope 18 is assigned to the oscillation amplitude 12 from FIG. 2 and the envelopes 19 to 22 are continuously assigned to the oscillation amplitudes 13 to 17 are assigned from Fig. 2. Due to the decreasing axial velocity of the rotating medium over the flow path along the swirling body 4 and through the transitional region 10, a displacement of the respective amplitude maxima results, so that with the enveloping curve 22 at the end of said flow path a particularly well smoothed vibration is obtained. yielding curve. This leads to a significant lowering of the sound level in the pipe channel section. 1
  • transition area 11 flow cross-sectional area of the second tube channel section 2 12 - 16 oscillation amplitudes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Pipe Accessories (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schalldämpfung eines durch einen Rohrkanal strömenden, pulsierende Druckdichteunterschiede aufweisenden und mindestens abschnittsweise einen um die Längsachse des Rohrkanals rotierenden Anteil aufweisenden Mediums, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Mediums vom Zentrum der Rotation radial nach Außen zum radialen Abstand vom Rotationszentrum proportional ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkanal mindestens zwei Rohrkanalabschnitte (1, 2) 15 aufweist, wobei der erste Rohrkanalabschnitt (1) in Strömungsrichtung vor dem zweiten Rohrkanalabschnitt (2) angeordnet ist und der erste Rohrkanalabschnitt (1) eine vorbestimmte Strömungsquerschnittsfläche (8) aufweist, die größer als die Strömungsquerschnittsfläche (11) des zweiten Rohrkanalabschnitts (2) ist, und das Verhältnis aus Strömungsquerschnittsfläche (8) des ersten Rohrkanalabschnitts (1) und Strömungsquerschnittsfläche (11) des zweiten Rohrkanalabschnitts (2) so gewählt ist, dass das rotierende Medium beim Übergang vom ersten Rohrkanalabschnitt (1) in den zweiten Rohrkanalabschnitt (2) in Rotationsrichtung proportional zur Rotationsgeschwindigkeit beschleunigbar ist und dabei die axiale Geschwindigkeit des rotierenden Mediums proportional zur rotatorischen Beschleunigung des Mediums reduzierbar ist.

Description

Vorrichtung zur Schalldämpfung in einem Rohrkanal
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schalldämpfung eines durch einen Rohrkanal strömenden, pulsierende Druckdichteunterschiede aufweisenden und mindestens abschnittsweise einen um die Längsachse des Rohrkanals rotierenden Anteil aufweisenden Mediums, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Mediums vom Zentrum der Rotation radial nach Außen zum radialen Abstand vom Rotationszentrum proportional ist.
Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise in Abgasrohrleitungen von Verbrennungsmotoren oder Klimaleitungen von Kfz-Klimaanlagen eingesetzt. Durch pulsierende Druckerzeugung entstehen in derartigen Systemen Schwingungen im Medium, die Druckdichteunterschiede hervorrufen und sich als unerwünschte Schallemissionen bemerkbar machen. Durch Verwirbelungselemente, beispielsweise Leitschaufeln oder gewendelte Rohre wird dabei mindestens ein Teil des Mediums gezwungen, einen längeren Weg im Rohrkanal zurückzulegen als der übrige, nicht oder mit geringerer Rotationsgeschwindigkeit rotierende Teil des Mediums. Dadurch werden beim Zusammenwirken der Teile des Mediums Wellentäler und Wellenberge der Druckdichteunterschiede gegeneinander verschoben. Die dadurch entstehende Überlagerungsschwingung ist gegenüber der ursprünglichen Schwingung geglättet, die Schallemission reduziert.
Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise aus der DE 103 281 44 Al oder der DE 101 63 812 Al bekannt. Nachteilig bei diesen Lösungen ist jedoch, dass die Auswirkungen der Vorrichtungen nur sehr schwer im Vorfeld berechenbar und auslegbar sind und daher in der Praxis für jedes System durch Versuche ermittelt werden müssen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die bei unterschiedlichen Schwingungsverhältnissen auch ohne aufwendige individuelle Anpassungen die Schallemissionen wirksam dämpft.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Rohrkanal mindestens zwei Rohrkanalabschnitte aufweist, wobei der erste Rohrkanalabschnitt in Strömungsrichtung vor dem zweiten Rohrkanalabschnitt angeordnet ist und der erste Rohrkanalabschnitt eine vorbestimmte Strömungsquerschnittsfläche aufweist, die größer als die Strömungsquerschnittsfläche des zweiten Rohrkanalabschnitts ist und das Verhältnis aus Strömungsquerschnittsfläche des ersten Rohrkanalabschnitts und Strömungsquerschnittsfläche des zweiten Rohrkanalabschnitts so gewählt ist, dass das rotierende Medium beim Übergang vom ersten Rohrkanalabschnitt in den zweiten Rohrkanalabschnitt in Rotationsrichtung proportional zur Rotationsgeschwindigkeit beschleunigbar ist und dabei die axiale Geschwindigkeit des rotierenden Mediums proportional zur rotatorischen Beschleunigung des Mediums reduzierbar ist.
Tritt das rotierende Medium aus dem ersten Rohrkanalabschnitt aus, weist es einen bestimmten Drehungsimpuls auf. Abgesehen von geringen Reibungsverlusten, die an der Wandung des Rohrkanals auftreten, bleibt nach dem Drallsatz der Mechanik der Drehimpuls auch beim Übergang des Mediums in die kleinere Strömungsquerschnittsfläche erhal- ten. Das hat zur Folge, dass sich die Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Mediums erhöht, das Medium also in Drehrichtung beschleunigt wird.
Das Medium wird während dieser Änderung der Rotationsgeschwindigkeit von der Corio- lis-Beschleunigung in axialer Richtung abgebremst, da die Coriolis-Beschleunigung senk- recht zur Bewegungsrichtung des Mediums wirkt. Die Coriolis-Beschleunigung erzeugt also eine auch in axialer Richtung wirksame Kraft, wobei der Energiebetrag, der durch diese Kraft längs des Weges des Mediums beim Übergang in die kleinere Strömungsquerschnittsfläche benötigt wird, der axialen kinetischen Energie des Mediums entzogen, das Medium also in axialer Richtung verlangsamt wird. Die Coriolis-Beschleunigung ist außerdem von der Rotationsgeschwindigkeit des Mediums abhängig, so dass die Bremswirkung auf die Bereiche des Mediums am größten ist, die während des Übergangs von der ersten Strömungsquerschnittsfläche in die zweite Strömungsquerschnittsfläche am stärksten rotatorisch beschleunigt werden.
Die axiale Geschwindigkeit des Mediums nimmt also vom Zentrum des Rohrkanals bis in die am stärksten rotierenden Bereiche an der Innenwandung des Rohrkanals kontinuierlich ab.
Der eingangs geschilderte Effekt, dass durch die Verschiebung der Druckdichteunterschiede über den Strömungsquerschnitt Amplitudenmaxima und Amplitudenminima gegeneinander ausgeglichen und dadurch die Schallemissionen reduziert werden, ist also durch die erfindungsgemäße Vorrichtung noch zu verbessern, wobei eine besondere Berechnung nicht erforderlich ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind im ersten Rohrkanalabschnitt Verwirbelungs- körper mit einem Anströmende und einem Abströmende angeordnet, durch die die Rotation des Mediums beeinfiussbar ist.
Reicht beispielsweise die Rotation des durch den ersten Rohrkanalabschnitt strömenden Mediums beim Übergang in den zweiten Rohrkanalabschnitt zur Erzielung des gewünschten Effektes nicht aus, lässt sich mit den genannten Verwirbelungskörpern die Rotation des Mediums erhöhen.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Abströmenden der Verwirbelungskörper von dem Übergang vom ersten Rohrkanalabschnitt zum zweiten Rohrkanalabschnitt um ein vorbestimmtes Maß beabstandet.
Über einen derartigen Abstand sind die rotatorische Beschleunigung und damit verbundene axiale Verzögerung des Mediums beeinflussbar. Bei großem Abstand sind die Beschleu- nigungen kleiner, bei kleinem Abstand größer. Damit ist auch eine einfache Feinabstimmung der Vorrichtung möglich.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Verwirbelungskörper gewendel- te Leitschaufeln, die um die Mittelachse des Rohrkanalabschnittes verdreht angeordnet sind und die auf einer zu den Leitschaufeln koaxialen Röhre fest und unlösbar angebracht sind und mit der Röhre einen Verwirbelungseinsatz bilden, der innerhalb des ersten Rohr- kanalabschnittes koaxial zum Rohrkanal angeordnet ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Verwirbelungseinsatz ein im Strangpressverfahren hergestellter Profilabschnitt.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Verwirbelungseinsatz ein Kunststoffspritzgussteil.
Die erfindungsgemäße Geometrie des Verwirbelungseinsatzes ermöglicht eine einfache und sichere Montage im Rohrkanal. Außerdem ist ein derart gestalteter Verwirbelungseinsatz auf die genannten Arten kostengünstig herstellbar.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Verwirbelungskörper durch radial nach innen weisende in axialer Richtung gewendelte Vorsprünge der Wandung des ersten Rohrkanalabschnittes gebildet, die eine vorbestimmte, mit dem ersten Rohrkanalabschnitt und dem Übergangsbereich abgestimmte Länge und Steigung aufweisen.
Derartige Vorsprünge lassen sich beispielsweise durch plastische Verformung der Rohrkanalwandung erzeugen. Dadurch ist kein separater Einsatz notwendig.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Strömungsquerschnittsfläche im ersten Rohrkanalabschnitt größer als die Strömungsquerschnittsfläche eines dritten, an den ersten Rohrkanalabschnitt in Strömungsrichtung des Mediums vor dem ersten
Rohrkanalabschnitt angeordneten Rohrkanalabschnitts, wobei der Übergang von der Strö- mungsquerschnittsfläche des dritten Rohrkanalabschnitts in die Strömungsquerschnittsfläche des ersten Rohrkanalabschnitts von dem dem dritten Rohrkanalabschnitt zugeordneten Ende der Verwirbelungskörper um ein vorbestimmtes Maß beabstandet ist.
Die Verwirbelungskörper reduzieren die freie Strömungsquerschnittsfläche um das Maß ihrer Stirnflächen, so dass es beim Auftreffen des Mediums auf die Verwirbelungskörper zu einem Staudruck und damit zu einer unerwünschten Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit kommen kann. Das durch die erfindungsgemäße Anordnung vor den Ver- wirbelungskörpern gebildete Entspannungsvolumen erlaubt dem Medium, den Staudruck auf die Stirnflächen der Verwirbelungskörper zu verteilen. Dadurch wird der Strömungswiderstand im ersten Rohrkanalabschnitt wieder reduziert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der erste Rohrkanalabschnitt durch einen Aufweitvorgang aus dem Rohrkanal gebildet.
Das Aufweiten, beispielsweise durch Innenhochdruckumformung oder Aufdornen, hat den Vorteil, dass kein zusätzliches Material für den vergrößerten Durchmesser erforderlich ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Durchmesser des zweiten Rohrkanalabschnitts durch Einziehen gegenüber dem Durchmesser des ersten Rohrkanalabschnittes verringert.
Das Einziehen hat den Vorteil, dass keine thermischen Fügeverfahren verwendet werden müssen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Verwirbelungseinsatz durch eine Presspassung im ersten Rohrkanalabschnitt festgelegt.
Durch Einpressen des Verwirbelungseinsatzes ist eine thermische Verbindung oder ein Einkleben des Einsatzes nicht erforderlich. Das anschließende Einziehen des zweiten Rohrkanalabschnittes sichert den Verwirbelungseinsatz zusätzlich. Die erfindungsgemäße Lösung schafft eine kostengünstige, einfach zu montierende und effektive Vorrichtung zur Schalldämpfung in Rohrkanälen, mit der die Schallemission beliebiger gepulster Strömungen reduzierbar ist. Vorherige Versuchsphasen oder aufwendige Berechnungen können reduziert werden oder ganz entfallen.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Beispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Rohrkanalabschnitt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 ein symbolisches Diagramm der Geschwindigkeitsverteilung des durch die erfindungsgemäße Vorrichtung strömenden Mediums und
Fig. 3 die durch die Geschwindigkeitsverteilung erreichbare Reduktion von Schwingungsamplituden des strömenden Mediums anhand von Amplitudenhüllkurven
Die Figur 1 zeigt einen Teil eines Rohrkanals mit einem ersten Rohrkanalabschnitt 1, einem zweiten Rohrkanalabschnitt 2 und einem dritten Rohrkanalabschnitt 3 im Längsschnitt. Ein nicht gezeigtes Medium durchströmt die drei Rohrkanalabschnitte 1, 2, 3 zunächst durch den Rohrkanalabschnitt 3, dann durch den Rohrkanalabschnitt 1 und dann durch den Rohrkanalabschnitt 2.
Im Inneren des Rohrkanalabschnittes 1 ist ein Verwirbelungseinsatz 4 koaxial zum Rohrkanalabschnitt 1 angeordnet. Der Verwirbelungseinsatz 4 weist ein rohrförmiges Zentralelement 5 auf, auf dessen Außenflächen auf dem Umfang des Zentralelementes 5 gleich- mäßig verteilt drei Leitschaufeln 6 angeordnet sind. Die Leitschaufeln 6 sind schraubenförmig gewendelt und mit dem Zentralelement 5 unlösbar und fest verbunden. Der Verwirbelungseinsatz weist eine axiale Stirnfläche 7 auf.
Der Außendurchmesser des Verwirbelungseinsatzes 4 ist so bemessen, dass er mit einer Presspassung in den inneren Durchmesser des Rohrkanalabschnittes 1 einpressbar ist. Die Presspassung sorgt für einen festen Sitz des Verwirbelungskörpers 4 im Rohrkanal 1. Ein Teil des nicht gezeigten Mediums durchströmt den Verwirbelungseinsatz 4 durch das Rohr 5 und der übrige Teil des nicht gezeigten Mediums strömt außen um das Rohr 5 herum und wird von den Leitschaufeln 6 in Rotation versetzt. Der Rohrkanalabschnitt 1 weist eine Strömungsquerschnittsfläche 8 auf, wobei in der Figur der besseren Übersichtlichkeit we- gen als Äquivalent zu den Strömungsquerschnittsfiächen die korrespondierenden Durchmesser gezeigt sind. Der Rohrkanalabschnitt 3 weist eine Strömungsquerschnittsfläche 9 auf, wobei die Strömungsquerschnittsfläche 9 etwa so groß ist wie die Strömungsquerschnittsfläche 7, vermindert um die Stirnfläche 7 des Verwirbelungskörpers 4. Die für das Medium wirksame Strömungsquerschnittsfläche ist also im Rohrkanalabschnitt 1 etwa so groß wie im Rohrkanalabschnitt 3.
In einem vorbestimmten Abstand von dem dem Rohrkanalabschnitt 2 zugeordneten Ende des Verwirbelungselementes 4 weist der Rohrkanal einen Übergangsbereich 10 auf, in dem der Rohrkanalabschnitt 1 mit der Strömungsquerschnittsfläche 8 in den Rohrkanalabschnitt 2 mit einer Strömungsquerschnittsfläche 11 übergeht. Der rotierende Teil des nicht gezeigten Mediums erfährt im Übergangsbereich 10 aufgrund des Drallsatzes der Mechanik eine Erhöhung seiner Drehwinkelgeschwindigkeit bei gleichzeitiger, durch den Corioliseffekt bewirkter Reduktion seiner axialen Geschwindigkeit.
Der nicht rotierende Teil erfährt diese Beschleunigung dagegen nicht.
In der Fig. 2 sind die Auswirkungen der genannten Beschleunigungen symbolisch durch ausgewählte Schwingungsamplituden 12 bis 16 und Geschwindigkeitspfeile 17 dargestellt. Die Schwingungsamplituden 12 bis 16 repräsentieren jeweils eine ausgewählte momentane axiale Position des strömenden Mediums, wobei die Schwingungsamplitude 12 den Zustand des Mediums in Strömungsrichtung vor Eintreten in den Bereich des Verwirbelungs- körper 4 darstellt. Die Schwingungsamplitude 13 repräsentiert den Zustand nach dem Eintreten des Mediums in den Bereich des Rohrkanalabschnitts 1 mit dem Durchmesser 7, die Schwingungsamplitude 14 nach dem Auftreffen des Mediums auf den Verwirbelungskör- per 4, die Schwingungsamplitude 15 unmittelbar beim Verlassen des Bereichs des Verwir- belungskörpers 4 und die Schwingungsamplitude 16 nach dem Durchströmen des Übergangsbereichs 10.
Der in jeder Schwingungsamplitude 12 bis 16 am weitesten unten gezeichnete Pfeil reprä- sentiert die axiale Geschwindigkeit im Zentrum der Strömung, der jeweils obere die axiale Geschwindigkeit des Mediums im Randbereich des Rohrkanalabschnitts 1. Bei der Schwingungsamplitude 12 strömen alle Bereiche des Mediums mit annähernd gleicher axialer Geschwindigkeit. Bei der Schwingungsamplitude 13 strömen ebenfalls alle Bereiche des Mediums mit annähernd gleicher axialer Geschwindigkeit. Die Schwingungsamplitude 13 ist jedoch wegen des größeren Durchmessers 7 an dieser Stelle des Rohrkanalabschnittes 1 etwas gedämpft. Bei der Schwingungsamplitude 14 beginnt nach dem Auftreffen des Mediums auf den Verwirbelungskörper 4 das Medium von innen nach außen zunehmend zu rotieren. Dadurch nimmt die axiale Geschwindigkeit vom Zentrum der Strömung zu Rand der Strömung kontinuierlich ab, was durch die versetzte Lage der Pfeil 17 zueinander deutlich wird. Der unterste Pfeil repräsentiert dabei die Geschwindigkeit des nicht rotierenden Mediums im Zentrum der Strömung. Durch zunehmende Rotationsgeschwindigkeit des Mediums längs der Umströmung des Verwirbelungskörpers 4 nimmt die axiale Geschwindigkeit des Mediums nach außen hin weiter ab, was bei der Schwingungsamplitude 15 deutlich wird. Bei der Schwingungsamplitude 16 kommt zusätzlich der Corioliseffekt zum Tragen, der die axiale Geschwindigkeit des Mediums nach dem Durchströmen des Übergangsbereichs 10 des Rohrkanalabschnitts 1 noch weiter abbremst.
In Fig. 3 sind die Effekte der Geschwindigkeitsveränderungen aus Fig. 2 auf die Amplituden der Schwingungen anhand von fünf Amplitudenhüllkurven 18 bis 22 dargestellt, wobei die Hüllkurve 18 der Schwingungsamplitude 12 aus Fig. 2 zugeordnet ist und fortlaufend die Hüllkurven 19 bis 22 den Schwingungsamplituden 13 bis 17 aus Fig. 2 zugeordnet sind. Die durch die sinkende Axialgeschwindigkeit des rotierenden Mediums über dem Strömungsweg längs des Verwirbelungskörpers 4 und durch den Übergangsbereich 10 ergibt sich eine Verschiebung der jeweiligen Amplitudenmaxima, so dass sich mit der Hüll- kurve 22 am Ende des genannten Strömungsweges eine besonders gut geglättete Schwin- gungskurve ergibt. Dies führt zu einem deutlichen Absenken des Schallpegels im Rohrkanalabschnitt 1.
Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)
1 erster Rohrkanalabschnitt
2 zweiter Rohrkanalabschnitt
3 dritter Rohrkanalabschnitt
4 Verwirbelungseinsatz
5 Zentralelement 6 Leitschaufeln
7 Stirnfläche des Verwirbelungseinsatzes 4
8 Strömungsquerschnittsfläche des ersten Rohrkanalabschnittes 1
9 Strömungsquerschnittsfläche des dritten Rohrkanalabschnittes 3
10 Übergangsbereich 11 Strömungsquerschnittsfläche des zweiten Rohrkanalabschnittes 2 12 - 16 Schwingungsamplituden
17 Geschwindigkeitspfeile
18 - 22 Amplitudenhüllkurven

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Schalldämpfung eines durch einen Rohrkanal strömenden, pulsierende Druckdichteunterschiede aufweisenden und mindestens abschnittsweise einen um die Längsachse des Rohrkanals rotierenden Anteil aufweisenden Mediums, wobei die
Rotationsgeschwindigkeit des Mediums vom Zentrum der Rotation radial nach Außen zum radialen Abstand vom Rotationszentrum proportional ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkanal mindestens zwei Rohrkanalabschnitte (1, 2) aufweist, wobei der erste Rohrkanalabschnitt (1) in Strömungsrichtung vor dem zweiten Rohrkanalabschnitt (2) angeordnet ist und der erste Rohrkanalabschnitt (1) eine vorbestimmte Strömungsquerschnittsfiäche (8) aufweist, die größer als die Strömungsquerschnittsfläche (11) des zweiten Rohrkanalabschnitts (2) ist, und das Verhältnis aus Strömungsquerschnittsfläche (8) des ersten Rohrkanalabschnitts (1) und Strömungsquerschnittsfläche (11) des zweiten Rohrkanalabschnitts (2) so gewählt ist, dass das rotierende Medium beim Übergang vom ersten Rohrkanalabschnitt (1) in den zweiten Rohrkanalabschnitt (2) in Rotationsrichtung proportional zur Rotationsgeschwindigkeit beschleunigbar ist und dabei die axiale Geschwindigkeit des rotierenden Mediums proportional zur rotatorischen Beschleunigung des Mediums reduzierbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Rohrkanalabschnitt (1) Verwirbelungskörper (6) angeordnet sind, durch die die Rotation des Mediums beeinfiussbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmenden der Verwirbelungskörper (6) von dem Übergang (10) vom ersten Rohrkanalabschnitt (1) zum zweiten Rohrkanalabschnitt (2) um ein vorbestimmtes Maß beabstandet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungskörper (6) gewendelte Leitschaufeln sind, die um die Mittelachse des Rohrkanal- abschnittes (1) verdreht angeordnet sind und die auf einer zu den Leitschaufeln (6) koaxialen Röhre (5) fest und unlösbar angebracht sind und mit der Röhre (5) einen Ver- wirbelungseinsatz (4) bilden, der innerhalb des ersten Rohrkanalabschnittes (1) koaxial zum Rohrkanal angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verwirbelungseinsatz (4) ein im Strangpressverfahren hergestellter Profilabschnitt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verwirbelungseinsatz (4) ein Kunststoffspritzgussteil ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbe- lungskörper (6) durch radial nach innen weisende, in axialer Richtung gewendelte Vorsprünge der Wandung des ersten Rohrkanalabschnittes (1) gebildet sind, die eine vorbestimmte Länge und Steigung aufweisen.
8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strömungsquerschnittsfläche (8) im ersten Rohrkanalabschnitt
(1) größer ist als die Strömungsquerschnittsfläche (9) eines dritten Rohrkanalabschnitts (3), wobei der Übergang von der Strömungsquerschnittsfläche (9) des dritten Rohrkanalabschnitts (3) in die Strömungsquerschnittsfläche (8) des ersten Rohrkanal- abschnitt (1) von dem dem dritten Rohrkanalabschnitt (3) zugeordneten Ende der Ver- wirbelungskörper (6) um ein vorbestimmtes Maß beabstandet ist.
9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rohrkanalabschnitt (1) durch einen Aufweitvorgang aus dem Rohrkanal gebildet ist.
10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsquerschnittsfläche (11) des zweiten Rohrkanalabschnitts
(2) durch Einziehen des ersten Rohrkanalabschnitts (1) gegenüber der Strömungs- querschnittsfläche (8) des ersten Rohrkanalabschnittes (1) verringert ist.
11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verwirbelungseinsatz (4) durch eine Presspassung im ersten Rohrkanalabschnitt (1) festgelegt ist.
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