DE60120611T2

DE60120611T2 - Schalldämpfereinrichtung, insbesondere für turbogeladene Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE60120611T2
Application number: DE60120611T
Authority: DE
Inventors: Henri Lepoutre
Original assignee: WEVISTA
Current assignee: WEVISTA
Priority date: 2000-11-23
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: JP2002195006A; EP1209348A1; JP4137433B2; US20020070075A1; FR2816991A1; FR2816991B1; KR20020040617A; DE60120611D1; EP1209348B1; US6681888B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine einen Schalldämpfer bildende Vorrichtung, die zwischen einer Zuführleitung von Verbrennungsluft, die beispielsweise aus einer Motor- bzw. Triebwerksturbine kommt, und einer Ausgangsleitung, durch die die Verbrennungsluft oder das Verbrennungsfluid beispielsweise in Richtung auf einen Wärmetauscher austritt, anzubringen ist.
Schalldämpfer dieser Art sind im Stand der Technik bekannt. Im Stand der Technik umfassen diese Schalldämpfvorrichtungen einen hohlen Hauptkörper mit Kreiszylinderform, einen zylindrischen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss, die jeweils einen geringeren Durchmesser als der Durchmesser des Hauptkörpers aufweisen und auf beiden Seiten des Hauptkörpers angebracht sind, wobei ein eine Trennwand bildendes Teil mit der Innenfläche des hohlen Hauptkörpers mindestens zwei Ringkammern im Innenraum des Hauptkörpers bildet, die im Querschnitt zwischen dem Durchmesser des Körpers und dem Durchmesser der Anschlüsse festgelegt sind, wobei die Ringkammern in direkter Verbindung mit dem virtuellen Zylinder stehen, der von dem Durchmesser der Anschlüsse festgelegt ist, und in den das Fluid von einem Anschluss zum andern durchläuft, und zwar über einen kreisförmigen Schlitz, der sich entlang dem gesamten Umfang dieses virtuellen Zylinders erstreckt.
Die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik weisen mehrere Nachteile auf. Einerseits haben die kreisförmigen Spalte, die sich über den gesamten Umfang des virtuellen Zylinders erstrecken, dort aus Gründen der einfachen Herstellung zu große Dimensionen. Daraus ergeben sich beim Durchströmen der Luft in dem virtuellen Zylinder zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss starke Ladungsverluste des Fluids, das in die Resonanzkammern einströmt. Außerdem ist bei der Anbringung dieser Art von Schalldämpfer die Positionierung des die Trennwand bildenden Teils sehr wichtig. Die Größe der ringförmigen Kammern muss nämlich genauer in Abhängigkeit von der Frequenz der Schallwellen, die gedämpft werden sollen, bemessen sein. Infolgedessen muss das die Trennwand bildende Teil sehr genau positioniert werden. Dies braucht viel Zeit, was im Hinblick auf eine Massenfertigung Probleme stellt. Schließlich ist die Herstellung des hohlen Hauptkörpers selbst kompliziert durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung versucht, diese Nachteile zu beseitigen, indem eine neue, einen Schalldämpfer bildende Vorrichtung vorgeschlagen wird, die zwischen einer Lufteintrittsleitung und einer Luft- oder Fluid-Austrittsleitung angebracht ist, die leicht herzustellen ist, und die insbesondere nicht zahlreiche Bearbeitungswerkzeuge benötigt und gleichzeitig die Ladungsverluste im Innern des Schalldämpfers begrenzen kann.
Gemäß der Erfindung ist die einen Schalldämpfer bildende Vorrichtung, die zur Anbringung zwischen einer ersten Leitung von Luft oder Fluid und einer zweiten Leitung zum Austritt von Luft oder Fluid bestimmt ist, dazu vorgesehen, zwischen einer Motor- bzw. einer Triebwerksturbine und einem Wärmetauscher angebracht zu werden, wobei der Schalldämpfer besteht aus: einem hohlen zylindrischen Hauptkörper, einem zylindrischen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss, die einen oder mehrere gerade Abschnitte unterhalb denjenigen des Hauptkörpers aufweisen, und aus mindestens einem Teil, das eine Trennwand bildet, in der Innenfläche des hohlen Hauptkörpers mindestens zwei ringförmige Kammern in dem Bereich des Hauptkörpers festlegt, der sich um den von der virtuellen Verlängerung der beiden Anschlüsse zueinander festgelegten virtuellen Zylinder herum befindet, gebildet ist, wobei die ringförmigen Kammern jeweils in direkter Verbindung mit dem virtuellen Zylinder entlang einem Schlitz stehen, der sich über den gesamten Umfang des virtuellen Zylinders erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Kammern teilweise von dem virtuellen Zylinder durch das eine Trennwand bildende Teil und/oder eine der beiden Leitungen oder die beiden Leitungen, zwischen denen der Schalldämpfer angebracht ist, getrennt sind.
Indem auf diese Weise die Außenwände der beiden Lufteintritts- und Austrittsleitung und eine Hilfswand, die aus dem Teil hervorgeht, dass die die beiden Kammern trennende Trennwand in Form eines Körpers bildet, verwendet werden, wird sichergestellt, dass die Dimension in der Fließrichtung des Verbindungsspaltes zwischen diesen Kammern und der Hauptströmungsrichtung des Fluids klein dimensioniert bleibt und so die Ladungsverluste verringert werden, und zwar auf einfache Weise und ohne zusätzliche Werkzeuge und zusätzliche Teile zu benötigen.
Gemäß einer Perfektionierung der Erfindung ist/sind das/die Teil(e), die eine Trennwand bilden, ein zylindrische(s) Teil(e), deren Generatrix-Kurve in der Ebene parallel zu der Strömungsrichtung des Fluids ein erstes, eine Trennwand zwischen den ringförmigen Kammern und dem virtuellen Zylinder festlegendes Geradensegment, ein zweites, eine Trennwand zwischen den beiden ringförmigen Kammern festlegendes Geradensegment, sowie ein drittes Geradensegment umfasst, und in der Innenfläche des Hohlkörpers ein ringförmiger Einzug ausgebildet ist, wobei die zwischen den beiden Segmenten gebildete Ecke an einer der Seitenwände des Einzugs anliegt, so dass beim Schweißen dieses dritten Segments in diesem Einzug auf einfache Weise eine präzise Positionierung des eine Trennwand bildenden Teils erreicht wird und damit eine präzise Dimension der Resonanzkammern mit der Möglichkeit, eine Massenherstellung zu realisieren, ohne jedes Mal die Positionierung der Trennwand präzise messen zu müssen.
Gemäß einer Perfektionierung der Erfindung ist die Dimension der Breite des Einzugs im wesentlichen gleich der Dimension des dritten Geradensegments des eine Trennwand bildenden Teils. Auf diese Weise wird die Präzision der Positionierung noch weiter verbessert.
Gemäß einer Perfektionierung der Erfindung ist der hohle Hauptkörper aus zwei identischen Glocken gebildet, die auf Höhe ihres äußeren Randes miteinander verbunden werden können.
Gemäß einer Perfektionierung der Erfindung sind die Glocken aus einem Zylinder gebildet, dessen Generatrix-Kurve in der Ebene der Zylinderachse, d.h. der Fluidströmungsachse, auf einem ersten Geradensegment gebildet ist, das im wesentlichen parallel zu der Strömungsachse ist und einem Durchmesser entspricht, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Eintritts- oder Austrittsleitungen ist, einem zweiten Geradensegment, das im wesentlichen parallel zu dem ersten Geradensegment ist, aber sich in weiterem Abstand von der Zylinderachse befindet, sowie einem dritten Geradensegment, das sich in noch weiterem Abstand von der Zylinderachse befindet, um so im Zusammenwirken mit dem dritten Segment der anderen Glocke einen Einzug festzulegen.
Gemäß einer Perfektionierung der Erfindung ist mindestens eine dritte ringförmige Hilfskammer ausgebildet, die mit dem Innern des virtuellen Zylinders über eine Öffnung in Verbindung steht, die sich über weniger als 360°, insbesondere weniger als 120° und vorzugsweise weniger als 120° erstreckt.
Gemäß einer Perfektionierung der Erfindung ist dritte Kammer durch Hinzufügen einer zweiten inneren Trennwand der gleichen Form wie die erste Trennwand gebildet.
Gemäß den lediglich als Beispiel dienenden Zeichnungen wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, und
2 eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
In 1 ist ein Schalldämpfer beschrieben, der zwischen einer Lufteintrittsleitung 1, die andererseits mit der Turbine eines Motors bzw. Triebwerks (nicht dargestellt) verbunden ist, und einer Ausgangsleitung 2 angebracht ist, die direkt oder indirekt über andere Leitungen zu einem Wärmetauscher führt. Die Luft strömt zwischen der Leitung 1 und der Leitung 2. Die Vorrichtung kann auch mit einer Luftströmung in der anderen Richtung verwendet werden, wobei die Leitung 2 hierbei die Eintrittsleitung und die Leitung 1 die Austrittsleitung wird. Mittels dieses Schalldämpfers sollen Geräusche, die von der Turbine des Turbomotors erzeugt werden, unterdrückt oder gedämpft werden. Hierzu wird die bekannte Technik des Helmholtz-Resonators angewandt. Der Schalldämpfer ist aus einem hohlen Hauptkörper von kreisförmiger Zylinderform gebildet. Dieser zylinderförmige Hauptkörper ist aus einem ersten kreisförmigen Zylinder 4 gebildet, welcher den Eingangsanschluss bildet, einem zweiten kreisförmigen Zylinder 4', der den Ausgangsanschluss bildet, einem dritten kreisförmigen Zylinder 5, einem vierten kreisförmigen Zylinder 5' und einem fünften kreisförmigen Zylinder 6, wobei die kreisförmigen Zylinder 5, 5' und 6 den Innenbereich des Schalldämpfers festlegen. Der Durchmesser des kreisförmigen Zylinders 6 ist etwas größer als der Durchmesser der kreisförmigen Zylinder 5 und 5', beispielsweise um 0,2–5 Millimeter. Ein zylindrisches Teil 8 legt im Innern des Hauptkörpers des Hauptkörpers 2 Helmholtz-Kammern 9 und 10 fest. Dieses eine Trennwand bildende Teil 8 ist ein zylindrisches Teil, dessen Generatrix-Kurve in der Ebene der Figur, die eine Ebene parallel zu der Strömungsrichtung der Fluide ist, aus einem ersten Geradensegment 11 gebildet ist, das im wesentlichen parallel zur Strömungsachse ist, einem zweiten, dazwischengefügten Geradensegment 12, das die Trennwand festlegt, und einem dritten Geradensegment 13 in größerem Abstand zur Achse als das erste Geradensegment 11. Die Kammer 9 ist in der Ebene der Figur von der Trennwand des Hauptkörpers, von der Trennwand 12 und von dem Geradensegment 11 begrenzt. Diese Kammer 9 in Form eines Torus, die in einem bestimmten Abstand zu der Strömungsachse gleich dem Durchmesser der Anschlüsse und der Leitungen festgelegt ist, kommuniziert über einen ringförmigen Spalt 14 mit dem von den zwei Leitungen 1 und 2 festgelegten virtuellen Zylinder.
Die Länge des Geradensegments 13 ist im wesentlichen gleich der Breite in dieser Ebene des Zylinders 6. Dieser Zylinder 6 ist an den Zylinder 13 durch Schweiß- oder Lötverbindung angeschweißt.
Die zwischen den beiden Segmenten 12 und 13 gebildete Ecke liegt im wesentlichen an einer der lateralen Wände des Einzugs 6 an, was eine genaue Positionierung des Teils 8 in Bezug auf den Hohlkörper gestattet. Die Tatsache, dass die beiden Breiten der Zylinder 6 und 13 im wesentlichen gleich sind, gewährleistet noch besser, dass die Positionierung des Teils 8 in Bezug auf den Hohlkörper, wenn es auf Höhe des Zylinders 6 angeschweißt ist, immer gleich bleibt. Die Anschlüsse 4 und 4' haben geringfügig größere Durchmesser als die Durchmesser der Leitungen 1 und 2 und werden an diese angeschweißt, nachdem sie in die Leitungen eingeführt worden sind.
Der Schalldämpfer (der Hohlkörper und das eine Trennwand bildende Teil) besteht aus INOX-Stahl mit einer Dicke von 0,6 oder 0,8 Millimeter.
Der Hohlkörper ist aus zwei Hälften gebildet, die die Form von zwei Glocken aufweisen. Jede Glocke umfasst einen ersten kleinen kreisförmigen Zylinder und einen zweiten kreisförmigen Zylinder größeren Durchmessers sowie einen dritten kreisförmigen Zylinder, der geringfügig größer als der zweite. Der dritte kreisförmige Zylinder größeren Durchmessers kann in Bezug auf den zweiten Zylinder durch Tiefziehen gebildet werden. Die beiden Hälften werden auf Höhe ihres äußeren Randes an der Schweißnaht zusammengefügt, wobei die dritten Zylinder der beiden Glocken (hälften), nachdem sie auf Höhe ihres äußeren Randes 22 aneinandergeschweißt wurden, den Positionierungszylinder 6 bilden.
Die Positionierung der beiden Halbglocken in Bezug auf die Leitungen 1 und 2 wird mittels Reliefs 20, 21 dargestellt (lediglich in 1 gezeigt, sie können aber auch in 2 vorgesehen sein), die am Umfang jeder Leitung 1 und 2 verteilt sind, beispielsweise drei Reliefs mit 120° in Bezug aufeinander, an denen die Außenränder der Anschlüsse 4 und 4' anliegen, und die so die präzise Positionierung der beiden Anschlüsse in Bezug auf die beiden Leitungen festlegen, in die sie eingesetzt werden, bevor sie angeschweißt werden. Dies ermöglicht die Erzielung einer präzisen Dimensionierung des Schalldämpferkörpers in Bezug auf die Leitungen 1 und 2 und damit eine genaue Größe der Breite der Verbindungsspalte zwischen den Ringkammern und dem virtuellen Zylinder.
Die 2 stellt eine weitere Ausführungsform als Variante einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dar. Identische Teile zu denjenigen der 1 sind durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten einerseits durch das Vorhandensein eines zweiten Teils 8', das eine Trennwand auf identische Weise wie das eine Trennwand bildende Teil 8 bildet, und andererseits durch das Vorhandensein einer dritten ringförmigen Kammer 30. Diese dritte ringförmige Kammer 30 steht in Verbindung mit dem Innenraum der Ausgangsleitung 2, lediglich durch ein rechteckiges Fenster 31, das sich über 120° des Umfangs der Ausgangsleitung 2 erstreckt. Diese Konzeption verleiht der Kammer 30 eine Relativ-Resonanzfrequenz im Vergleich zu den Frequenzen der Kammern 9' und 10', was es gestattet, das Frequenzband, auf dem der Schalldämpfer arbeitet, zu erweitern.
Diese Kammer 30 funktioniert nämlich nicht nach dem Prinzip eines Helmholtz-Resonators, sondern nach dem Prinzip eines offenen Rohrs mit zwei Enden, die sich an einem gleichen Verbindungspunkt treffen.
Das Teil 8' befindet sich über sein Segment 11' in geringem Abstand zur Leitung 2. Sie können aber zusammengeschweißt werden oder nicht, wie das in der Figur dargestellt ist. Ein geringfügiges Spiel zwischen den beiden schadet nämlich der Akustik nicht. Die Segmente 13 und 13' der beiden eine Trennwand bildenden Teile 8 und 8' haben die gleichen Dimensionen, d.h., die Hälfte der Breite des ringförmigen Einzugs 6.
Ein Ende jedes der Segmente 13 und 13' (nämlich die Enden, welche mit den Segmenten 12 und 12' eine Ecke bilden), liegt an einem jeweiligen Anschlag an, der durch die lateralen Ende des Einzugs 6 gebildet ist. Auf diese Weise können die beiden Teile 8 und 8' durch diese Positionierung Ecke gegen Anschlag mit Präzision positioniert werden. Die Tatsache, dass die Summe der Mengen der beiden Segmente 13 und 13' im wesentlichen gleich der Breite des Einzugs ist, verbessert die Positionierungspräzision noch weiter.
Die in 1 und 2 dargestellten Schalldämpfer sind nicht symmetrisch. Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform könnten sie es sein. Außerdem können sie im Fall von nicht-symmetrischen Ausführungsformen mit einer Luftströmung in der einen oder der anderen Richtung verwendet werden.

Claims

Einen Schalldämpfer bildende Vorrichtung mit einer ersten Leitung (1) zum Eintritt von Luft oder Fluid und einer zweiten Leitung (2) zum Austritt von Luft oder Fluid, wobei diese Vorrichtung insbesondere dazu vorgesehen ist, zwischen einer Motor- bzw. Triebwerksturbine und einem Wärmetauscher angebracht zu werden, wobei der Schalldämpfer besteht aus: einem hohlen zylindrischen Hauptkörper (3), einem zylindrischen Eingangsanschluß (4) und Ausgangsanschluß (4'), die einen oder mehrere gerade Abschnitte unterhalb denjenigen des Hauptkörpers (3) aufweisen, und aus mindestens einem Teil (8), das eine Trennwand bildet, die mit der Innenfläche des hohlen Hauptkörpers mindestens zwei ringförmige Kammern (9, 10) in dem Bereich des Hauptkörpers festlegt, der sich um den von der virtuellen Verlängerung der beiden Anschlüsse (4, 4') zueinander festgelegten virtuellen Zylinder herum befindet, wobei die ringförmigen Kammern jeweils in direkter Verbindung mit dem virtuellen Zylinder entlang einem Schlitz (14, 15) stehen, der sich über den gesamten Umfang des virtuellen Zylinders erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Kammern teilweise von dem virtuellen Zylinder durch das eine Trennwand bildende Teil und/oder eine der beiden Leitungen (1, 2) oder die beiden Leitungen, zwischen denen der Schalldämpfer angebracht ist, getrennt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper und die Anschlüsse kreisförmige Zylinder sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Trennwand bildende Teil (8) ein zylindrisches, insbesondere kreisförmiges Teil (8) ist, deren Generatrixkurve in der Ebene parallel zu der Strömungsrichtung des Fluids ein erstes, eine Trennwand zwischen den ringförmigen Kammern und dem virtuellen Zylinder festlegendes Geradensegment (11), ein zweites, eine Trennwand zwischen den beiden ringförmigen Kammern festlegendes Geradensegment (12) und ein drittes Geradensegment (13) umfasst, und in der Innenfläche des Hohlkörpers ein ringförmiger Einzug (6) ausgebildet ist, wobei die zwischen den beiden Segmenten (12) und (13) gebildete Ecke an einer der Seitenwände des Einzugs (6) anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimension der Breite des Einzugs (6) im wesentlichen gleich der Dimension des dritten Geradensegments (13) des eine Trennwand bildenden Teils ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der hohle Hauptkörper aus zwei identischen Glocken gebildet ist, die auf Höhe ihres äußeren Randes (22) aneinander angeschlossen werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Glocken aus einem Zylinder gebildet sind, dessen Generatrixkurve in der Ebene der Zylinderachse, d.h. der Fluidströmungsachse, aus einem ersten Geradensegment gebildet ist, das im wesentlichen parallel zu der Strömungsachse ist und einem Durchmesser entspricht, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Eintritts- oder Austrittsleitungen ist, einem zweiten Geradensegment, das im wesentlichen parallel zu dem ersten Geradensegment ist, aber sich in weiterem Abstand von der Zylinderachse befindet, und einem dritten Geradensegment, das sich in noch weiterem Abstand von der Zylinderachse befindet, um so im Zusammenwirken mit dem dritten Segment der anderen Glocke einen Einzug festzulegen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Positionierungsmittel der Anschlüsse (4, 4') in bezug auf die Leitungen (1, 2) insbesondere in Form von Reliefs (20, 21), die über dem Umfang der Leitungen auf einer Höhe verteilt sind, auf der die jeweiligen äußeren Ränder der Anschlüsse an diesen Reliefs zur Anlage kommen sollen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine ringförmige Hilfskammer (30) ausgebildet ist, die mit dem Inneren des virtuellen Zylinders über eine Öffnung in Verbindung steht, die sich über weniger als 360°, insbesondere weniger als 240° und vorzugsweise weniger als 120° erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kammer (30) durch Hinzufügen einer zweiten inneren Trennwand (8') der gleichen Form wie die erste Trennwand (8) gebildet ist.