182853. lajstromszámú szabadalom • Többáramú gázdinamikus nyomáshullám-turbókompresszor
1 2 182 853 A manapság túlnyomórészt alkalmazott egyáramű nyomáshullám-turbógépek jelentős zajártalom forrásai, amely zajártalom csökkentése a környezetvédők állandóan élesedő követelményei, de a nyilvánosság jogos érdekei miatt is indokolt igény és törekvés. Az említett célt szolgáló különböző megoldások ismeretesek. A javasolt megoldások egyike (lásd a 398 184 sz. svájci szabadalmi leírást) szerint a rotor celláinak magasságát, amely cellákban a gáznemű munkaközegek közötti nyomáscsere lezajlik, sugárirányban körhenger alakú közbenső csőelemek alkalmazásával több kör alakú áramra célszerű felosztani, és ezzel a hangrezgések alapfrekvenciáját az emberi fül felső érzékelő-küszöbértéke fölötti tartományba lehetne transzformálni. A javasolt megoldással azonban a kívánt effektus nem érhető el, minthogy ezzel csak azonos frekvenciájú több rezgés szuperponálódása következik be és az alapfrekvencia változatlan marad. A fenti ismert megoldás továbbá szilárdsági okokból is hátrányos. A közbenső csőelemek körgyűrű alakú keresztmetszete és az egyenletes vastagságú cellafalak következtében hő- és centrifugális erő által ébresztett feszültségek keletkeznek, amelyek a rotorszerkezet deformációját és túlzott igénybevételét eredményezik. Az 1. és 2. igénypontbani jellemzőkkel meghatározott találmány célja a fenti hiányosságok és hátrányok kiküszöbölése. A találmány szerinti megoldást az alábbiakban a csatolt rajz segítségével ismertetjük részletesen, ahol az 1. ábra egy találmány szerinti kétáramú nyomáshullám-turbókompresszor vázlatos hosszmetszete, a 2. ábra az egyik házoldalrészben kiképzett gáz- és levegőcsatornák vázlata, a 3. ábra az 1. ábra szerinti turbókompresszorrotorjának oldalnézete, a 4. ábra a levegő- és gázház vezérlőéleinek kialakítását bemutató vázlat egy előnyös kiviteli alak esetében, az 5. ábra a vezérlőcsatornák egy másik célszerű, előnyös kialakítását bemutató vázlat, a 6. ábra a rotor cellafalainak és közbenső csőelemének egy előnyös kiviteli példája, a 7. ábra a rotor közbenső csőelemének egy további előnyös kiviteli alakja, a 8. ábra egy egyenlőtlen cellaosztású rotor kiviteli alakjának, míg a 9. ábra egy háromáramú rotor vázlatos képe. Az 1. ábrán bemutatott vázlatos hosszmetszet szerint 6 ékszíjtárcsával hajtható, 4 és 5 csapágyakban forgathatóan ágyazott 3 tengelyen 2 rotor van mereven rögzítve, amely 2 rotort 1 ház veszi körül. A példaképpen valamely robbanómotorból érkező gázok 7 belépőcsonkon át 8 gázházba áramlanak be, ahol a gázáramot 9 osztófal két részáramra választja szét. A 2 rotornak egy belső 13 áramot és egy külső 14 áramot behatároló cső alakú 10 agyrésze, 11 burkolóköpenye és közbenső 12 csőeleme van. A 2 rotor 3. ábrán feltüntetett oldalnézeti vázlatából kitűnik, hogy a cső alakú 10 agyrész és a 11 burkolóköpeny körgyűrű keresztmetszetű hengeres kialakítású, míg a közbenső 12 csőelem keresztmetszete cik-cakk alakúra van kiképezve. A 13 és 14 áramok kerületi irányban sugárirányú 15, ill. 16 cellafalak révén mindkét áramban egyenlő számú belső, ill. külső 17, 18 cellákra vannak felosztva, amelyek kerületi 5 irányban egymáshoz képest lényegében fél cellaosztásnyival eltoltan vannak elrendezve. A cellák két áramra történt felosztása következtében a zajkeltő nyomásimpulzusok száma megkétszereződik. Ugyanakkor az egyik áram celláinak a másik 10 áram celláihoz képesti fél ceilaosztásnyi fáziseltolása, -—amint ezt a 3. ábra jól érzékelteti, a nyomásimpulzusok egymáshoz képest pontosan fél periódusnak megfelelő időbeni eltolódását eredményezi. Az ezáltal bekövetkező interferencia az alapfrekvencia 15 amplitúdóját redukálja. Ily módon az alapfrekvenciában amplitúdócsökkentő hatású interferencia keletkezik. A fenti intézkedés hatékonysága jelentős mértékben függ a rotor által keltett zajspektrumtól. A gyakorlatban kivitelezett, legyártott gépeknél 20 bebizonyosodott, hogy a keltett zaj szubjektív megítélés és objektív mérések szerint is legerősebb öszszetevője az alapfrekvencia intenzitása. A felharmonikusok zajkeltésben való részaránya viszonylag csekély, már a második harmonikus is 20 dB-lel 25 csendesebb, mint az alapfrekvencia által keltett zaj. A gyakorlatban azonban soha nem sikerül az alapfrekvencia teljes kioltását elérni. Ez elméletileg csak végtelen kis cellamagasság mellett lenne lehetséges, minthogy csupán a közbenső csőelem közvetlen kör- 30 nyezetében tudják a nyomásingadozások egymást kölcsönösen befolyásolni. Egymástól sugárirányban távol elhelyezkedő gázrészecskékre az interferenciahatás nem érvényesül, minthogy ezek egymástól mért távolságuk következtében nem képesek egy- 35 másra impulzust gyakorolni. Minthogy az alapfrekvencia mellett ezek harmonikusai is jelen vannak, és a cellafalak fáziseltolása révén csupán az alapfrekvencia és páratlan számú többszöröseinek amplitúdói csökkenthetők, a meg- 40 maradó zajspektrumban az alapfrekvencia páros számú többszörösei dominálnak. Az összes cellával a cellafalakat is beleértve elfoglalt körfelület előnyösen magasságazonosan vagy felületazonosan osztható fel a két áramra. A magasságazonos felosztás 45 termodinamikailag kedvezőbb, míg a felületazonos felosztás esetén a zajcsökkenés nagyobb. Amennyiben tehát a zajszint csökkentése a fő szempont, úgy felületazonos felosztást kell előnyben részesíteni. A külső 14 áram 16 cellafalainak sugárirányban 50 belső végei a cik-cakk alakú közbenső 12 csőelem mindenkori legmagasabb helyein olvadnak be az utóbbiba, míg a belső 15 cellafalak sugárirányban külső végei a közbenső 12 csőelem mindenkori sugárirányban legbelül levő pontjába torkollanak. 55 A cellafalak tehát a cső alakú 10 agyrész, ill. a 11 burkolóköpeny, valamint a közbenső cik-cakk alakú 12 csőelem ez utóbbiak felé néző mindenkori domború szakaszainak tetőpontjai között vannak elhelyezve. A 2. ábrán az 1. ábra szerinti II—II metsző- 60 síknak megfelelően a 8 gázház peremoldali nézetét tüntettük fel, amelyen láthatók a nagynyomású gáz két 19 betáplálócsatomája, a turbókompresszor munkatartományát ismert módon növelő 20 gázzsebek, valamint az expandált kipufogó gáz 21 ki- 65 lépőcsatornái. A beszívott és komprimált levegő 2
