EP3388678B1 - Pulsations-schalldämpfer für kompressoren - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a pulsation silencer for a gaseous media flow which is supplied by a compressor, in particular by a compressor.
- a silencer comprises a housing extending along a central axis with a media flow inlet and a media flow outlet as well as one or more absorber elements which are made of a sound-absorbing material and are used for sound absorption.
- a wide variety of compressor designs are known for compressing gaseous media, in particular for generating compressed air.
- the DE 601 17 821 T2 a multi-stage screw compressor with two or more compressor stages, each compressor stage comprising a pair of rotors for compressing a gas.
- two or more variable speed drive means are provided, each drive means driving a respective compressor stage.
- a control unit controls the speeds of the drive means, the torque and speed of each drive means being monitored so that the screw compressor provides gas at a required flow delivery rate and at a required pressure while minimizing the energy consumption of the screw compressor.
- a pulsation damper for a pump which comprises a device body and a membrane, the membrane dividing an interior of the device body into a liquid chamber which can temporarily store a liquid to be transported by a piston pump, and a gas chamber which is filled with a gas for suppression is filled with pulsations and expands and contracts to change a capacity of the liquid chamber. This dampens pulsations due to an initial pressure of the transported liquid.
- the DE 698 18 687 T2 describes a pulsation damper for damping low-frequency gas pulses with a container having an inlet, an outlet and sound-absorbing elements which are arranged in the container. At least one of the inlet and outlet is provided with a diffuser which comprises a tubular part which is provided with first openings.
- the tubular part comprises an element which is provided with a number of second openings and is delimited by reinforcing bodies which extend around the circumference, at least one of the second openings being covered by a plate which is provided with the first openings, which are smaller than the second openings are.
- Simple pulsation silencers are also known from practice, which are essentially formed in the manner of an elongated tube with absorber materials attached inside and which aim at damping both by absorption and reflection of the sound.
- these known mufflers have several disadvantages.
- a great length of the absorber part is decisive for achieving sufficient damping. Since the absorber materials used show constant attenuation over the length, the sound attenuation takes place gradually from the entry into the muffler to the exit, which means that a relatively large amount of sound is still radiated to the outside via the housing in the entry area of the muffler.
- the sound penetrates, especially at high frequencies through the elongated damper tube, so that certain frequencies of the pulsations can pass the absorber almost undamped.
- the DE 10 2016 100 140 A1 describes a noise damper for a compressed air system of a commercial vehicle.
- the silencer has a housing with an air inlet, an air outlet and an insulating structure in the manner of a labyrinth.
- An insulating material can be arranged in the housing, but the aim is to minimize this insulating material.
- the FR 2 713 702 A1 shows a silencer for a gas flow of a compressor with a housing which has a gas flow inlet and a gas flow outlet.
- An inner side wall of the housing has an acoustically absorbent coating, preferably made of fibrous material such as mineral wool, which is held by a grid.
- An outer side wall has an acoustically absorbent coating which is held by a grille. The gas flow is guided through the flow space delimited by the grids.
- a silencer which is designed as a detachably attachable component.
- the silencer has baffles in its interior for a multiple deflection of a gas flow.
- a gas flow inlet and a gas flow outlet are located in the area of an end face of the silencer.
- One object of the present invention is to provide an improved pulsation silencer which is suitable for use in compressors, in particular in screw compressors, an inexpensive and simple one Structure and shows high attenuation values in a wide frequency spectrum.
- the aim is to achieve the highest possible damping of the pulsations occurring in compressors over a short overall length, while at the same time only a small pressure loss may occur in the compressed medium.
- any remaining sound radiation from the housing of the pulsation silencer should be minimized.
- a pulsation silencer according to the appended claim 1.
- the subclaims name some preferred embodiments.
- the invention provides a compressor with such a pulsation silencer.
- the pulsation silencer according to the invention is suitable for the damping of pulsations and the sound resulting therefrom in a gaseous media flow that is produced by a compressor is delivered.
- the pulsation silencer initially has a housing extending along a central axis with a media flow inlet and a media flow outlet. Furthermore, several sleeve-shaped absorber elements are provided, which consist of sound-absorbing material and are arranged concentrically to one another in the housing.
- the pulsation silencer differs significantly from known silencers, because in the prior art either only a single absorber element is used or several absorber elements are arranged axially one behind the other.
- Each sleeve-shaped absorber element has an inlet area and an outlet area, which are positioned axially spaced apart from one another, and are preferably arranged on the opposite end faces of the absorber element.
- the inlet area of the aerodynamically forwardmost absorber element is connected to the media flow inlet of the housing
- the outlet area of the aerodynamically forwardmost absorber element is connected to the inlet area of the aerodynamically downstream absorber element and so on
- the outlet area of the aerodynamically rearmost absorber element is connected to the media outlet of the housing.
- the multiple absorber elements thus form multiple stages that are nested within one another.
- Each of these stages works like a separate absorber.
- the media flow changes direction several times in the silencer, preferably it meanders along the individual absorber elements.
- a major advantage of the pulsation silencer is that the overall length is considerably reduced due to the nested arrangement of the absorber elements and the resulting meander-like guidance of the media flow.
- the silencer according to the invention is more than half shorter than a conventional silencer with a straight line for the flow of media.
- the absorber elements consist of the same sound-absorbing material, so that they all act on the same frequency range.
- the individual absorber elements are matched to the damping of different frequency ranges, in particular by using different sound-absorbing materials.
- the absorber elements preferably consist of mineral material, metal or plastic fabric, metal or ceramic foams, with chamber-like structures being advantageous. Multi-layer absorber material layers can also be used.
- a preferred embodiment of the pulsation silencer uses rotationally symmetrical absorber elements which interlock telescopically and are arranged in an axially fixed manner in the housing.
- the absorber elements can also have a rectangular or polygonal cross section.
- at least three or more absorber elements are arranged in a ring to one another, with a difference remaining between the inner diameter of each outer absorber element and the outer diameter of an opposite inner absorber element in order to form the flow space there, for example with a width of 5 - 10 mm.
- the absorber elements extend over almost the same axial length, so that at least 80%, preferably at least 90% of the longitudinal extent of the absorber elements axially overlap.
- the inlet area and the outlet area are each arranged at the end faces of the absorber elements, the direction of flow of the media flow being reversed by 180 ° at the transition from one absorber element to the next absorber element. Since, due to the nested arrangement of the sleeve-shaped absorber elements, there is also an increase in cross-section for the media flow at the transition between the adjacent absorber elements (even with the same gap width in the flow space), the flow velocity is reduced, which results in additional damping. Depending on the design, it is easy to double the cross-sectional area through which the flow passes, and thus a significant reduction in speed from one stage to the next.
- the reversal of direction when the media flow passes from one absorber element to the next can also be used positively to improve the damping properties, because the deflections mean that there is no direct "line of sight" between the media flow inlet and the media flow outlet, which means that pulsations of higher frequencies are directly transmitted downstream components prevented.
- the housing preferably has an absorber element receiving area with a circular cross section; an end plate on which the media inlet is designed as a centrally located inlet opening which opens into a central inlet area of the foremost absorber element in terms of flow; and a flange, which lies opposite the end plate, forms the media outlet and into which an annular outlet region of the absorber element which is at the rear in terms of flow opens. Since the media entry into the silencer is in the inner area in this construction, the place with the greatest sound energy is there, i.e. H. far from the outer casing wall.
- the next stage in the flow direction is also located inside the damper.
- the sound energy has already been reduced in such a way that the sound energy still radiated by the housing is minimal.
- the ratio of the axial length to the maximum cross-sectional extension (e.g. diameter) of each absorber element is less than 5, preferably less than 2.5. In the case of the radially outermost absorber element, this ratio is particularly preferably less than 1, preferably less than 0.75. It is also advantageous if the ratio of the overall axial length of the pulsation silencer to the length of the media flow through the absorber elements The distance covered is less than 1, preferably less than 0.5.
- the compressor provided by the invention for compressing gaseous media comprises a compressor and a pulsation silencer which is arranged downstream of the compressor in terms of flow technology and is designed according to the embodiments described above or combinations of these embodiments.
- the compressor is preferably designed as a screw compressor or a double screw compressor.
- a significant advantage of using the pulsation silencer according to the invention is the drastic reduction in the required size, which has a positive effect on the design of the entire compressor.
- a further developed embodiment of the pulsation silencer is characterized in that one or more of the absorber elements have additional cavities which act as resonator chambers.
- the resonator chambers preferably extend at an angle to the flow spaces and serve for additional pulsation and sound dampening using reflection and resonance effects.
- Fig. 1 shows a simplified longitudinal sectional view of a pulsation silencer 100 according to the invention, while Fig. 2 whose cross-section shows.
- the muffler 100 has an essentially cylindrical housing 101 with an absorber element receiving area 102, an end plate 103 closing the housing at the end and a flange 104 axially opposite the end plate Compressor compressed gaseous media flow 107, in particular compressed air, is supplied.
- a plurality of sleeve-like absorber elements 108 are arranged in the absorber element receiving area 102, in the example shown a front absorber element 108a in terms of flow, a middle absorber element 108b in terms of flow and a rear absorber element 108c in terms of flow.
- the three absorber elements are telescopically inserted into one another and have essentially the same length in the axial direction. All absorber elements consist of sound-absorbing material, whereby the specific properties of the material can be selected to be differentiated between the individual absorber elements.
- the media flow inlet 106 opens into the centrally located inlet area of the front absorber element 108a, so that the media flow initially flows inside the front absorber element 108a and is dampened by its material.
- the interior of the front absorber element 108a can be hollow or filled with gas-permeable material, the flow resistance having to be kept low.
- an outlet area is provided so that the media flow can exit from the front absorber element 108a.
- the media flow flows in a first ring-shaped alternating region 110 into the inlet region of the central absorber element 108b, with a reversal of direction in the media flow 107.
- the middle absorber element 108b surrounds the aerodynamically front absorber element 108a in a ring shape, a centering pin 111 provided on the middle absorber element 108b serving to hold the front absorber element 108a.
- the media flow 107 now flows through a first cylindrical flow space 112, which extends in the axial direction between the front absorber element 108a and the middle absorber element 108b.
- the media flow leaves the first cylindrical flow space 112 via an outlet area and flows into the inlet area of the rear absorber element 108c in a second annular changing area 113.
- the media flow 107 now flows through a second cylindrical flow space 114, which extends in the axial direction between the middle absorber element 108b and the rear absorber element 108c.
- the flow direction in the second flow space 114 is axially opposite to the flow direction in the first flow space 112.
- the media flow 107 leaves the absorber element receiving area 102 via an outlet region of the aerodynamically rear absorber element 108c and then flows through a media flow outlet 116 in the flange 104 to the downstream units of the Compressor. It can be seen from the figures that the cross section available for the media flow increases significantly in the changing areas and is ultimately significantly larger at the media flow outlet 116 than at the media flow inlet 106.
- all three absorber elements 108 each have a plurality of resonator chambers 117a, 117b and 117c in their wall.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Pulsations-Schalldämpfer für einen gasförmigen Medienstrom, der von einem Verdichter, insbesondere von einem Kompressor geliefert wird. Ein solcher Schalldämpfer umfasst ein sich entlang einer Zentralachse erstreckendes Gehäuse mit einem Medienstromeinlass und einem Medienstromauslass sowie ein oder mehrere Absorberelemente, die aus einem schallabsorbierenden Material bestehen und der Schallabsorption dienen.
- Zur Kompression von gasförmigen Medien, insbesondere zur Erzeugung von Druckluft sind unterschiedlichste Bauformen von Kompressoren bekannt. Beispielsweise zeigt die
DE 601 17 821 T2 einen Mehrstufen-Schraubenverdichter mit zwei oder mehr Verdichterstufen, wobei jede Verdichterstufe ein Paar von Rotoren zum Verdichten eines Gases umfasst. Weiterhin sind zwei oder mehr Antriebsmittel mit veränderbarer Geschwindigkeit vorgesehen, wobei jedes Antriebsmittel eine jeweilige Verdichterstufe antreibt. Eine Steuereinheit steuert die Geschwindigkeiten der Antriebsmittel, wobei das Drehmoment und die Geschwindigkeit jedes Antriebsmittels überwacht wird, sodass der Schraubenverdichter Gas bei einer geforderten Strömungslieferrate und bei einem geforderten Druck bereitstellt und gleichzeitig der Energieverbrauch des Schraubenverdichters minimiert werden soll. - Generell ergibt sich bei Kompressoren, insbesondere bei nach dem Verdrängungsprinzip arbeitenden Maschinen, das Problem, dass aufgrund des diskontinuierlichen Ausschubvorgangs auf der Druck- bzw. Ausschubseite des Kompressors, in den nachgeschalteten Komponenten, wie zum Beispiel Rohrleitungen, Kühler, Druckbehälter etc., unerwünschte Pulsationen, d. h. Druckwechsel auftreten. Diese nachgeschalteten Komponenten werden aufgrund der Druckwechsel und/oder die hierdurch angeregten Schwingungen erheblich belastet, was beispielsweise zu Materialschädigungen durch Ermüdung führen kann. Die Druckwechsel rufen darüber hinaus erhebliche Geräuschemissionen hervor, basierend auf Körperschalleinleitung, Schallweiterleitung und Schallabstrahlung. Außerdem können aus den Pulsationen Rückwirkungen auf die Verdichterstufe resultieren, die den Kompressionsvorgang selbst beeinträchtigen können. Diese Probleme treten besonders drastisch bei trocken verdichtenden Schraubenkompressoren zu Tage, bei denen zum Teil erhebliche Pulsationen am Austritt der Verdichterstufen auftreten. Da die Ausschubvorgänge impulsartige Vorgänge sind, sind auch die Harmonischen der Pulsations-Grundfrequenz stark ausgeprägt, in einigen Fällen sogar stärker als die Grundfrequenz selbst.
- Aufgrund der zuvor genannten Vorgänge und verstärkt durch den Umstand, dass viele Kompressoren mit einer Drehzahlregelung zur Liefermengenanpassung ausgerüstet sind, ist das Frequenzspektrum der Pulsationen entsprechend groß. Dies stellt an in den Kompressoren zum Einsatz kommende Pulsations-Schalldämpfer hohe Anforderungen, da ein entsprechend großes Frequenzspektrum gedämpft werden muss.
- Aus der
DE 699 20 997 T2 ist ein Pulsationsdämpfer für eine Pumpe bekannt, der einen Gerätekörper und eine Membran umfasst, wobei die Membran einen Innenraum des Gerätekörpers in eine Flüssigkeitskammer, die vorübergehend eine durch eine Kolbenpumpe zu transportierende Flüssigkeit speichern kann, und eine Gaskammer unterteilt, welche mit einem Gas zur Unterdrückung von Pulsationen gefüllt wird und sich erweitert und kontrahiert, um eine Kapazität der Flüssigkeitskammer zu ändern. Hierdurch werden Pulsationen aufgrund eines Ausgangsdrucks der transportierten Flüssigkeit gedämpft. - Die
DE 698 18 687 T2 beschreibt einen Pulsationsdämpfer zum Dämpfen niederfrequenter Gaspulse mit einem Behälter, der einen Einlass, einen Auslass und Schalldämpfungselemente aufweist, die in dem Behälter angeordnet sind. Zumindest der Einlass oder Auslass sind mit einem Diffusor versehen, der ein rohrartiges Teil umfasst, das mit ersten Öffnungen versehen ist. Das rohrartige Teil umfasst ein Element, das mit einer Anzahl zweiter Öffnungen versehen ist und durch Verstärkungskörper abgegrenzt ist, die sich um den Umfang erstrecken, wobei zumindest eine der zweiten Öffnungen durch eine Platte abgedeckt ist, die mit den ersten Öffnungen versehen ist, welche kleiner als die zweiten Öffnungen sind. - Die zuvor genannten Pulsations-Schalldämpfer besitzen einen komplexen Aufbau und sind daher teuer und wartungsintensiv. Aus der Praxis sind auch einfache Pulsations-Schalldämpfer bekannt, die im Wesentlichen in der Art eines lang gestreckten Rohrs mit im Inneren angebrachten Absorbermaterialien gebildet sind und die Dämpfung sowohl durch Absorption als auch Reflexion des Schalls anstreben. Diese bekannten Schalldämpfer zeigen aber mehrere Nachteile. Zunächst ist zum Erreichen einer ausreichenden Dämpfung eine große Länge des Absorberteils entscheidend. Da die eingesetzten Absorbermaterialien über die Länge eine konstante Dämpfung zeigen, erfolgt die Schalldämpfung graduell vom Eintritt in den Dämpfer zum Austritt, was zur Folge hat, das im Eintrittsbereich des Schalldämpfers noch verhältnismäßig viel Schall über das Gehäuse nach Außen abgestrahlt wird. Außerdem kommt es besonders bei hohen Frequenzen zum Durchstrahlen des Schalls durch das lang gestreckte Dämpferrohr, sodass bestimmte Frequenzen der Pulsationen nahezu ungedämpft den Absorber passieren können.
- Die
DE 10 2016 100 140 A1 beschreibt einen Geräuschdämpfer für eine Druckluftsystem eines Nutzfahrzeugs. Der Geräuschdämpfer besitzt ein Gehäuse mit einem Lufteinlas, einem Luftauslass und mit einer Dämmstruktur in der Art eines Labyrinths. Im Gehäuse kann ein Dämmmittel angeordnet werden, jedoch wird die Minimierung dieses Dämmmittels angestrebt. - Die
zeigt einen Schalldämpfer für einen Gasstrom eines Kompressors mit einem Gehäuse, welches einen Gasstromeinlass und einen Gasstromauslass aufweist. Eine innere Seitenwand des Gehäuses besitzt eine akustisch absorbierende Beschichtung, vorzugsweise aus faserigem Material, wie Mineralwolle, welche durch ein Gitter gehaltert ist. Eine äußere Seitenwand besitzt eine akustisch absorbierende Beschichtung, welche durch ein Gitter gehaltert ist. Der Gasstrom wird durch den durch die Gitter begrenzten Strömungsraum geführt.FR 2 713 702 A1 - Aus der
DE 90 14 888 U1 ist ein Schalldämpfer bekannt, welcher als lösbar befestigbares Bauteil ausgebildet ist. Der Schalldämpfer weist in seinem Inneren Schikanen für eine Mehrfachumlenkung eines Gasstromes auf. Ein Gasstromeintritt und ein Gasstromaustritt befinden sich im Bereich einer Stirnseite des Schalldämpfers. - Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Pulsations-Schalldämpfer bereit zu stellen, der sich für den Einsatz in Kompressoren, insbesondere in Schraubenkompressoren eignet, einen preiswerten und einfachen Aufbau besitzt und hohe Dämpfungswerte in einem breiten Frequenzspektrum zeigt. Insbesondere wird angestrebt, auf kurzer Baulänge eine möglichst hohe Dämpfung der in Kompressoren auftretenden Pulsationen zu erzielen, wobei gleichzeitig nur ein geringer Druckverlust im komprimierten Medium auftreten darf. Außerdem soll eine verbleibende Schallabstrahlung vom Gehäuse des Pulsations-Schalldämpfers minimiert werden.
- Diese und weitere Aufgaben werden durch einen Pulsations-Schalldämpfer gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche nennen einige bevorzugte Ausführungsformen. Darüber hinaus stellt die Erfindung einen Kompressor mit einem solchen Pulsations-Schalldämpfer bereit.
- Der erfindungsgemäße Pulsations-Schalldämpfer eignet sich für die Dämpfung von Pulsationen und daraus resultierendem Schall in einem gasförmigen Medienstrom, der von einem Verdichter geliefert wird. Der Pulsations-Schalldämpfer besitzt zunächst ein sich entlang einer Zentralachse erstreckendes Gehäuse mit einem Medienstromeinlass und einem Medienstromauslass. Weiterhin sind mehrere hülsenförmige Absorberelemente vorgesehen, die aus schallabsorbierendem Material bestehen und konzentrisch zueinander im Gehäuse angeordnet sind. Insoweit weicht der Pulsations-Schalldämpfer von bekannten Schalldämpfern in markanter Weise ab, denn im Stand der Technik wird entweder nur ein einziges Absorberelement genutzt oder mehrere Absorberelemente sind axial hintereinander angeordnet. Jedes hülsenförmige Absorberelement besitzt einen Einlassbereich und einen Auslassbereich, die axial voneinander beabstandet positioniert sind, vorzugsweise an den gegenüberliegenden Stirnseiten des Absorberelements angeordnet sind. Der Einlassbereich des strömungstechnisch vordersten Absorberelements ist mit dem Medienstromeinlass des Gehäuses verbunden, der Auslassbereich des strömungstechnisch vordersten Absorberelements ist mit dem Einlassbereich des strömungstechnisch nachfolgenden Absorberelements verbunden und so fort, und der Auslassbereich des strömungstechnisch hintersten Absorberelements ist mit dem Medienauslass des Gehäuses verbunden. Zwischen jeweils radial benachbarten Wandabschnitten verschiedener Absorberelemente verbleibt jeweils ein Strömungsraum, durch welchen der Medienstrom geführt ist.
- Durch die erläuterte Bauweise bilden die mehreren Absorberelemente somit mehrere Stufen, die verschachtelt ineinander angeordnet sind. Jede dieser Stufen funktioniert quasi als separater Absorber. Der Medienstrom ändert im Schalldämpfer mehrfach seine Richtung, vorzugsweise mäandriert er entlang der einzelnen Absorberelemente.
- Ein wesentlicher Vorteil des Pulsations-Schalldämpfers besteht darin, dass durch die verschachtelte Anordnung der Absorberelemente und die sich daraus ergebende mäanderartige Führung des Medienstroms die Gesamtbaulänge erheblich reduziert wird. Bei vergleichbarer Dämpfung des Gesamtsystems ist der erfindungsgemäße Schalldämpfer um mehr als die Hälfte kürzer als ein herkömmlicher Schalldämpfer mit einer geradlinigen Führung des Medienstroms.
- Gemäß einer ersten Ausführungsform bestehen die Absorberelemente aus demselben schallabsorbierenden Material, sodass sie alle auf den gleichen Frequenzbereich wirken. Bei einer abgewandelten Ausführungsform sind die einzelnen Absorberelemente auf die Dämpfung unterschiedlicher Frequenzbereiche abgestimmt, insbesondere durch Verwendung unterschiedlicher schallabsorbierender Materialien. Vorzugsweise bestehen die Absorberelemente aus mineralischem Material, Metall- oder Kunststoffgewebe, Metall- oder Keramikschäumen, wobei kammerartige Strukturen vorteilhaft sind. Ebenso können mehrlagige Absorbermaterialschichten verwendet werden.
- Eine bevorzugte Ausführungsform des Pulsations-Schalldämpfers verwendet rotationssymmetrische Absorberelemente, die teleskopartig ineinander greifen und axial feststehend im Gehäuse angeordnet sind. In abgewandelten Ausführungen können die Absorberelemente aber auch einen rechteckigen oder polygonalen Querschnitt aufweisen. Erfindungsgemäß sind mindestens drei oder mehr Absorberelemente ringförmig zueinander angeordnet, wobei zwischen dem Innendurchmesser eines jeweils außenliegenden Absorberelements und dem Außendurchmesser eines demgegenüber innenliegenden Absorberelements jeweils eine Differenz verbleibt, um dort den Strömungsraum auszubilden, beispielsweise mit einer Breite von 5 - 10 mm. Die Absorberelemente erstrecken sich über nahezu dieselbe axiale Länge, sodass sich mindestens 80%, vorzugsweise mindestens 90% der Längserstreckung der Absorberelemente axial überlappen.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der Einlassbereich und der Auslassbereich jeweils an den Stirnseiten der Absorberelemente angeordnet, wobei die Strömungsrichtung des Medienstroms jeweils beim Übergang von einem Absorberelement zum nächsten Absorberelement eine Richtungsumkehr von 180° erfährt. Da aufgrund der ineinander geschachtelten Anordnung der hülsenförmigen Absorberelemente jeweils am Übergang zwischen den benachbarten Absorberelementen auch ein Querschnittszuwachs für den Medienstrom bereitsteht (auch bei gleichbleibender Spaltbreite im Strömungsraum), kommt es zu einer Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit, wodurch eine zusätzliche Dämpfung erreicht wird. Je nach Ausführung kann leicht das Doppelte an durchströmter Querschnittsfläche und damit auch eine deutliche Geschwindigkeitsreduzierung von einer Stufe zur nächsten erreicht werden. Ebenfalls kann die Richtungsumkehr beim Übertritt des Medienstroms von einem Absorberelement zum nächsten positiv für die Verbesserung der Dämpfungseigenschaften ausgenutzt werden, denn durch die Umlenkungen besteht keine direkte "Sichtverbindung" zwischen dem Medienstromeinlass und dem Medienstromauslass, was ein direktes "Durchstrahlen" von Pulsationen höherer Frequenzen auf nachgeschaltete Bauteile verhindert.
- Durch die Verwendung hülsenartiger Absorberelemente mit dazwischen verbleibenden ringförmigen Strömungsräumen können großzügigen Querschnitten zur Strömungsführung des Medienstroms erreicht werden, was geringste Druckverluste zur Folge hat.
- Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das strömungstechnisch vorderste Absorberelement radial innenliegend und das strömungstechnisch hinterste Absorberelement radial außen liegend angeordnet ist. Vorzugsweise besitzt das Gehäuse einen Absorberelementeaufnahmebereich mit einem kreisförmigen Querschnitt; eine Stirnplatte, an welcher der Medieneinlass als zentral liegende Einlassöffnung ausgebildet ist, die in einen zentralen Einlassbereich des strömungstechnisch vordersten Absorberelements mündet; und einen Flansch, welcher der Stirnplatte gegenüberliegt, den Medienauslass bildet und in den ein ringförmiger Auslassbereich des strömungstechnisch hintersten Absorberelements mündet. Da bei dieser Bauweise sich der Medieneintritt in den Schalldämpfer im inneren Bereich befindet, ist dort der Ort mit der größten Schallenergie, d. h. weit entfernt von der äußeren Gehäusewand. Bei einem mit drei Absorberelementen ausgerüsteten Schalldämpfer befindet sich auch die in Strömungsrichtung nächste Stufe noch im inneren des Dämpfers. In der letzten Stufe, welche durch das an das Gehäuse angrenzende Absorberelement gebildet wird, ist die Schallenergie dann schon derart abgebaut, dass die vom Gehäuse noch abgestrahlte Schallenergie minimal ist.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Pulsations-Schalldämpfers ist das Verhältnis von axialer Länge zu maximaler Querschnittserstreckung (z. B. Durchmesser) jedes Absorberelements kleiner als 5, vorzugsweise kleiner als 2,5. Besonders bevorzugt ist dieses Verhältnis beim radial äußersten Absorberelement kleiner als 1, vorzugsweise kleiner als 0,75. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn das Verhältnis von axialer äußerer Gesamtlänge des Pulsations-Schalldämpfers zur Länge des vom Medienstrom durch die Absorberelemente zurückgelegten Weges kleiner als 1, vorzugsweise kleiner als 0,5 ist.
- Der von der Erfindung bereitgestellte Kompressor zur Verdichtung von gasförmigen Medien umfasst einen Verdichter und einen strömungstechnisch hinter dem Verdichter angeordneten Pulsations-Schalldämpfer, der gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen oder Kombinationen dieser Ausführungsformen ausgebildet ist. Bevorzugt ist der Verdichter als Schraubenverdichter oder Doppel-Schraubenverdichter ausgebildet. Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung des erfindungsgemäßen Pulsations-Schalldämpfers besteht in der drastischen Reduzierung der nötigen Baugröße, was sich positiv auf die Bauform des gesamten Kompressors auswirkt.
- Eine weitergebildete Ausführungsform des Pulsations-Schalldämpfers zeichnet sich dadurch aus, dass eines oder mehrere der Absorberelemente zusätzliche Hohlräume aufweisen, die als Resonatorkammern wirken. Die Resonatorkammern erstrecken sich bevorzugt winklig zu den Strömungsräumen und dienen einer zusätzlichen Pulsations- und Schalldämpfung unter Ausnutzung von Reflexions- und Resonanzeffekten.
- Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Pulsations-Schalldämpfers mit drei hülsenartigen Absorberelementen;
- Fig. 2
- einen Querschnitt des Pulsations-Schalldämpfers gemäß
Fig. 1 . -
Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Pulsations-Schalldämpfers 100, währendFig. 2 dessen Querschnitt zeigt. Der Schalldämpfer 100 besitzt in diesem Beispiel ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 101 mit einem Absorberelementeaufnahmebereich 102, einer das Gehäuse stirnseitig verschließenden Stirnplatte 103 und einem der Stirnplatte axial gegenüberliegenden Flansch 104. Die Stirnplatte 103 weist einen zentral angeordneten Medienstromeinlass 106 auf, über welchen ein von einem Verdichter komprimierter gasförmiger Medienstrom 107, insbesondere Druckluft, zugeführt wird. - Im Absorberelementeaufnahmebereich 102 sind mehrere hülsenartige Absorberelemente 108 angeordnet, im dargestellten Beispiel ein strömungstechnisch vorderes Absorberelement 108a, ein strömungstechnisch mittleres Absorberelement 108b und ein strömungstechnisch hinteres Absorberelement 108c. Die drei Absorberelemente sind teleskopartig ineinander gesteckt und besitzen in Achsrichtung im Wesentlichen dieselbe Länge. Alle Absorberelemente bestehen aus schallabsorbierendem Material, wobei die spezifischen Eigenschaften des Materials zwischen den einzelnen Absorberelementen differenziert gewählt sein können.
- Der Medienstromeinlass 106 mündet im zentral liegenden Einlassbereich des vorderen Absorberelements 108a, sodass der Medienstrom zunächst im Inneren des vorderen Absorberelements 108a strömt und durch dessen Material eine Dämpfung erfährt. Der Innenraum des vorderen Absorberelements 108a kann hohl oder mit gasdurchlässigem Material gefüllt sein, wobei der Strömungswiderstand gering zu halten ist. An dem der Stirnplatte 103 abgewandten Ende des vorderen Absorberelements 108a ist ein Auslassbereich vorgesehen, damit der Medienstrom aus dem vorderen Absorberelement 108a austreten kann. Dort strömt der Medienstrom in einem ersten ringförmigen Wechselbereich 110 in den Einlassbereich des mittleren Absorberelements 108b ein, wobei es zu einer Richtungsumkehr im Medienstrom 107 kommt. Das mittlere Absorberelement 108b umgreift das strömungstechnisch vordere Absorberelement 108a ringförmig, wobei ein am mittleren Absorberelement 108b vorgesehener Zentrierdorn 111 der Halterung des vorderen Absorberelements 108a dient. Der Medienstrom 107 strömt nun durch einen ersten zylindrischen Strömungsraum 112, der sich zwischen dem vorderen Absorberelement 108a und dem mittleren Absorberelement 108b in axialer Richtung erstreckt.
- An dem zur Stirnplatte 103 gerichteten Ende des mittleren Absorberelements 108b verlässt der Medienstrom den ersten zylindrischen Strömungsraum 112 über einen Auslassbereich und strömt in einem zweiten ringförmigen Wechselbereich 113 in den Einlassbereich des hinteren Absorberelements 108c ein. Nun strömt der Medienstrom 107 durch einen zweiten zylindrischen Strömungsraum 114, der sich zwischen dem mittleren Absorberelement 108b und dem hinteren Absorberelement 108c in axialer Richtung erstreckt. Die Strömungsrichtung ist im zweiten Strömungsraum 114 axial entgegengesetzt zur Strömungsrichtung im ersten Strömungsraum 112.
- An dem von der Stirnplatte 103 abgewandten Ende des strömungstechnisch hinteren Absorberelements 108c verlässt der Medienstrom 107 über einen Auslassbereich des strömungstechnisch hinteren Absorberelements 108c den Absorberelementeaufnahmebereich 102 und strömt dann durch einen Medienstromauslass 116 im Flansch 104 zu den nachgeordneten Einheiten des Kompressors. Es ist aus den Figuren ersichtlich, dass der für den Medienstrom zur Verfügung stehende Querschnitt jeweils in den Wechselbereichen deutlich zunimmt und letztlich am Medienstromauslass 116 wesentlich größer als am Medienstromeinlass 106 ist.
- Aus den Figuren ist auch ersichtlich, dass alle drei Absorberelemente 108 in ihrer Wandung jeweils mehrere Resonatorkammern 117a, 117b bzw. 117c besitzen.
-
- 100
- Pulsations-Schalldämpfer
- 101
- Gehäuse
- 102
- Absorberelementeaufnahmebereich
- 103
- Stirnplatte
- 104
- Flansch
- 105
- -
- 106
- Medienstromeinlass
- 107
- Medienstrom
- 108
- Absorberelemente
- 109
- -
- 110
- erster Wechselbereich
- 111
- Zentrierdorn
- 112
- erster Strömungsraum
- 113
- zweiter Wechselbereich
- 114
- zweiter Strömungsraum
- 115
- -
- 116
- Medienstromauslass
- 117
- Resonatorkammer
Claims (9)
- Pulsations-Schalldämpfer (100) für einen gasförmigen Medienstrom (107), der von einem Verdichter geliefert wird, umfassend:- ein sich entlang einer Zentralachse erstreckendes Gehäuse (101) mit einem Medienstromeinlass (106) und einem Medienstromauslass (116);- mehrere hülsenförmige Absorberelemente (108), die aus schallabsorbierenden Material bestehen und konzentrisch zueinander im Gehäuse (101) angeordnet sind, wobei∘ mindestens drei Absorberelemente (108) ringförmig zueinander angeordnet sind, wobei sich mindestens 80% der Längserstreckung der Absorberelemente (108) axial überlappen,∘ jedes hülsenförmige Absorberelement (108) einen Einlassbereich und einen Auslassbereich besitzt, die axial voneinander beabstandet positioniert sind,∘ der Einlassbereich des strömungstechnisch vordersten Absorberelements (108a) mit dem Medienstromeinlass (106) des Gehäuses (101) verbunden ist, der Auslassbereich des strömungstechnisch vordersten Absorberelements (108a) mit dem Einlassbereich des strömungstechnisch nachfolgenden Absorberelements (108b) verbunden ist und so fort, und der Auslassbereich des strömungstechnisch hintersten Absorberelements (108c) mit dem Medienstromauslass (116) des Gehäuses (101) verbunden ist,∘ zwischen jeweils radial benachbarten Wandabschnitten verschiedener Absorberelemente (108) jeweils ein Strömungsraum (112, 114) für den Medienstrom (107) verbleibt.
- Pulsations-Schalldämpfer (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberelemente (108) rotationssymmetrisch ausgebildet sind und teleskopartig aber axial feststehend ineinander greifen.
- Pulsations-Schalldämpfer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass Einlassbereich und Auslassbereich jeweils an den Stirnseiten der Absorberelemente (108) angeordnet sind, und dass die Strömungsrichtung des Medienstroms (107) jeweils beim Übergang von einem Absorberelement zum nächsten Absorberelement eine Richtungsumkehr von 180° erfährt.
- Pulsations-Schalldämpfer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das strömungstechnisch vorderste Absorberelement (108a) radial innenliegend und das strömungstechnisch hinterste Absorberelement (108c) radial außenliegend im Gehäuse (101) angeordnet sind.
- Pulsations-Schalldämpfer (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (101) einen Absorberelementeaufnahmebereich (102) mit einem kreisförmigen Querschnitt besitzt, dass der Medienstromeinlass (106) als zentral in einer Stirnplatte (103) liegende Einlassöffnung ausgebildet ist, die in einen zentralen Einlassbereich des strömungstechnisch vordersten Absorberelements (108a) mündet, und dass der Medienstromauslass (116) als ein Flansch (104) am Gehäuse (101) ausgebildet ist, welcher der Stirnplatte (103) gegenüberliegt und in den ein ringförmiger Auslassbereich des strömungstechnisch hintersten Absorberelements (108c) mündet.
- Pulsations-Schalldämpfer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von axialer Länge zu maximaler Querschnittserstreckung jedes Absorberelements kleiner als 2,5 ist, wobei dieses Verhältnis beim radial äußersten Absorberelement (108c) bevorzugt kleiner als 0,75 ist.
- Pulsations-Schalldämpfer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von axialer äußerer Gesamtlänge des Pulsations-Schalldämpfers zur Länge des vom Medienstrom (107) durch die Absorberelemente (108) zurückgelegten Weges kleiner als 1 ist.
- Kompressor zur Verdichtung von gasförmigen Medien, umfassend einen Verdichter und einen strömungstechnisch hinter dem Verdichter angeordneten Pulsations-Schalldämpfer (100), der gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
- Kompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter als Schraubenverdichter oder Doppel-Schraubenverdichter ausgebildet ist.
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