用于径流式压缩机的谐振消音器的制作方法与工艺

本发明涉及一种用于径流式压缩机的扩压器，所述扩压器具有基本上环形的空腔，所述空腔至少由第一径向侧面限界。

背景技术：
径流式压缩机例如从EP1356168B1或者EP1602810A1中是已知的。这样的径流式压缩机由形成压缩机级的、围绕旋转轴旋转的、具有——关于叶轮的旋转轴的——轴向的入口和径向的出口的叶轮或者叶片轮形成。待压缩的气体轴向地流入压缩机级的叶轮中并且随后向外(径向地，径向方向)偏转，其中它以高的速度离开叶轮。以高的速度离开的并且待压缩的气体的动能随后在扩压器中转化为压力形式的势能。这样的扩压器通常通过两个不旋转的构成环形的空腔或者环形腔的环形成，所述环形腔径向地连接在叶轮出口上或者所述环或者环形的壁/侧面径向地连接在所述叶轮出口上并且垂直于旋转轴或者与所述旋转轴成钝角(径向的环形腔壁/或径向侧面)。从叶轮中离开的气体在这两个环形的壁之间的这个环形腔中被径向地向外引导并且到达收集器。通常扩压器具有翼，也就是说叶片组，用于指挥和更好地控制气流的放慢。此外已知的是，这样的径流式压缩机导致相对高的声音排放或噪声级，所述声音排放或噪声级描述了径流式压缩机周围环境的(噪音)干扰。声音排放除此之外也能够触发振动和与结构相关的故障。例如径流式压缩机中主要的声音源典型地在叶片轮的和扩压器入口的位置上或者在任何扩压器叶片的位置上由流经这个区域的流体的高的速度以及通过转子部件和定子部件的互相作用而产生。在这里特别已知的是，径流式压缩机在离开所述径流式压缩机的出口上(压力侧)，例如在该处的压力接头上，产生复杂的、短暂的、三维的、旋转的和/或脉动的压力场或者声音场，所述压力场或者声音场的声波不受干扰地传播到在连接在压力接头上的管道中。在这里——除了所提到的噪声负荷、振动和与结构相关的故障——也导致管道振动，所述管道振动能够导致管道的损伤直至导致径流式压缩机或者上一级的具有所述径流式压缩机的系统发生故障。这样复杂的、短暂的、三维的、旋转的和/或脉动的压力场或者声音场的衰减在技术上是困难的。由此为前提，对于这样的产生声音排放的径流式压缩机而言有效的消音措施是必要的。不同的限制声音排放的、“外部的”措施，如壳体或者包装是已知的。这种降噪技术能够是相对昂贵的，特别是如果它作为“后续的”附加产品被提供。此外用于限制径流式压缩机中的声音排放的“内部的”消音器是已知的。消音器一般是用于减少声音排放的装置。可以区分消音器的不同的构型，所述不同的构型根据不同的作用机制降低所产生的声功率。例如区分吸收消音器和反射消音器/谐振器消音器。例如从EP1602810A1中已知用于径流式压缩机的吸收消音器，该吸收消音器包含多孔的(吸收)材料，通常是岩棉、玻璃棉或者玻璃纤维，所述多孔的(吸收)材料部分地吸收声能，也就是说，转化为热能。通过吸收，在消音器中主要衰减了声音介质的高频。相应的空腔的同一种填充物也在DE60310663T2、DE60120769T2和US2009/229280A1中被提出。DE60114484T2公开了一种周向槽，所述周向槽的深度被扩大到大于压缩机-轮的凹陷部段的轴向宽度的1.5倍。吸收消音器具有如下缺陷，即它们通常不适合于高压，因为——与高压结合的——高的能量投入可作用在吸收材料上或者高的热量投入可被吸收材料吸收，这会导致多孔的材料的损伤，如吸收材料的分解。使用声反射的原理的谐振器消音器或者反射消音器为此通常包含多个空腔或者室，声音介质途径所述空腔或者室，其中它导致反射。在被声音介质多次途径的室的内腔时，这导致不同频率的声压峰值的降低。这种反射——在结构方面——通过冲击壁、横截面加宽和变窄来产生。通过反射，声音介质的任意频率能够在消音器中被衰减。这样的基于赫姆霍兹-谐振器原理的用于径流式压缩机的谐振器消音器从EP1356168B1或者EP1443217A2中已知。在该径流式压缩机中，此处的扩压器具有呈场的形式的声学衬板，所述衬板具有大量的孔，所述孔作用为赫姆霍兹-谐振器。除了这样的径流式压缩机，作为径流式流体机械的其它形式，已知了径流式涡轮机。这样的径流式涡轮机，例如从DE4438611C1中已知的，以径流式压缩机的物理原理的反推为基础，并且与此相应地——如在径流式压缩机中相应的部件情况下——在与径流式压缩机相反的流动方向上被流经。在径流式涡轮机中所描述的排放问题也以相应的方式出现。例如径流式涡轮机中的主要的声音源典型地在叶片轮或者涡轮(这两者在下文中也简写为叶轮)的位置上和在位于涡轮上游的涡轮导向环的位置上或者在可能的导向环叶片的位置上产生。在这里在抽吸侧上，也就是说在径流式涡轮机中的入口上，例如在此处的抽吸接头上，也能够产生复杂的、短暂的、三维的、旋转的和/或脉动的压力场或者声音场，所述压力场或者声音场的声波不受干扰地传播到位于抽吸接头上游的管道中。由此为前提，在这里有效的消音措施对于这样的产生声音排放的径流式涡轮机而言也是必要的。

技术实现要素：
本发明基于如下目的，即提出一种消音器，所述消音器改善了现有技术中的缺陷，能简单地实现并且也能简单地安装在排放噪声的设备或者装置中如径流式流体机械中以及所述消音器特别是适合于在径流式压缩机或者径流式涡轮机中衰减噪声排放。所述目的通过根据本发明的用于径流式流体机械特别是径流式压缩机的扩压器来实现，所述扩压器具有基本上环形的空腔，所述空腔至少由第一径向侧面限界，其中至少一个所述第一径向侧面具有至少一个基本上环形环绕的、空的周向槽，所述周向槽构成声学的谐振器，其中所述至少一个基本上环形环绕的、空的周向槽的尺寸确定所述基本上环形环绕的、空的周向槽的固有频率和/或本征模式并且所述至少一个基本上环形环绕的、空的周向槽的固有频率和/或本征模式匹配于待反射的频率和/或待反射的声波。这种扩压器具有基本上环形的空腔即环形腔，所述环形腔至少通过第一径向侧面来限界。根据本发明，在这个侧面中构成至少一个基本上环形环绕的槽。至少一个基本上环形环绕的朝向环形腔经由槽出口开启的(槽出口开口)所述槽由此作用为声学的谐振器，特别是λ/4谐振器，——在下文中也简写为仅是谐振器——，以至于途径槽的具有与这个槽的(声学的)固有频率或者谐振频率相同的频率的声波在槽出口的区域中被反射并且因此声音传播通过槽或者谐振器被降低。因此声音传播在环形腔中能够被降低并且能够实现在扩压器——和径流式流体机械或者径流式压缩机——中有效地消音。通过基本上环形环绕的槽的所选择的几何结构或者尺寸，特别是通过槽的深度，通过槽的或者槽出口的宽度/高度，通过槽在径向侧面中的径向的位置，确定槽的本征模式(Eigenmode)或波节直径和固有频率或谐振频率。周向槽的设计方案或者(三维的)几何结构——自身——只要不设置任何限界，那么腔体或者空腔通过环绕的槽构成，所述腔体或者空腔作用为声学的谐振器。因此例如能够实现具有任意的槽形状的周向槽如具有矩形的、V形的或者梯形的横截面的周向槽，具有向外倾斜的壁的周向槽和/或作为燕尾槽的周向槽和/或具有部分地或者完全地光滑的和/或弯曲的壁的周向槽和/或具有底切和/或室的周向槽。波浪状的周向槽或者具有阶梯状的槽底的周向槽也是可能的。如果途径槽的声波因此具有与谐振器或者槽中的声学的本征模式相同的本征模式或者相同的波节直径，和/或如果途径所述槽的声波具有与槽的固有频率一样的固有频率，那么反射是尤其有效的。也就是说，通过槽的适当的(三维的)尺寸，声学的固有频率以及槽的本征模式能够被匹配于待反射的声波，也就是说匹配于其频率和本征模式并且因此有针对性地使得频率——通过槽的尺寸——被衰减。换句话说，由于基本上环形环绕的槽(也仅写作周向槽)的三维性，其本征模式经由简单的几何参数这样地被调节，使得途径所述槽的声学的压力模型借助确定的形状特别有效地被反射。这个途径的声学的压力模型的形状例如能够经由解析的关系，如根据Tyler&Sofrin公式被估计。周向槽的几何形状能容易地制成并且根据少量的自由参数如高度、宽度、深度或者形状提供参与优化过程的可能性。此外本发明实现了一种强固的免维修的(消音)解决方案，所述解决方案即使在高压和高温下也没有磨损。它因此相对于基于吸收材料的附加物提供了明显的优势。因为根据本发明的“消音器”被应用在声音源(叶轮并且必要时装有叶片组的扩压器/必要时装有叶片组的导向环)附近，所以在正确的尺寸情况下通过声学的压力模型也减小了叶轮的激励。在环形腔中嵌入周向槽时，其它的声音防护措施，特别是在管道 系统中，不是必要的。不仅噪声辐射而且管道振动的激励也能够明显地被降低。这相对于外部的消音器解决方案产生了明显的成本优势。预计的压力损失是较低的，这不仅通过数值计算也通过实验表现。本发明的优选的改进方案从下文中得出。在一个优选的设计方案中，至少一个第一径向侧面具有多个基本上环形环绕的，特别是彼此同心的槽。通过多个这样的周向槽提高了消音器的效率。这些周向槽能够尤其优选地构成，使得这些周向槽分别具有不同的尺寸，特别是不同的深度和/或宽度。例如在这里能够提出，随着在环形的空腔或者环形腔中向外增大的径向的距离，周向槽的深度和宽度分别变得更小。因此，也就是说通过多个周向槽，有针对性地衰减了多个频率直至到对径流式流体机械中声音排放的宽频的消音。例如能够实现700赫兹至2000赫兹的、700赫兹至4000赫兹的或者700赫兹至6000赫兹的待衰减的频率带宽。“谐振器消音器”的效率能够进一步被提高，如果环形的空腔由与第一径向侧面在轴向上相对置的第二径向侧面限界，所述第二径向侧面同样具有基本上环形环绕的槽或者——在进一步提高效率时——具有多个基本上环形环绕的，特别是彼此位于同心的槽。由此为前提，根据另一个优选的改进方案能够提出，第一径向侧面的所述一个基本上环形环绕的槽直接地也就是说在相同的径向高度上在轴向上与第二径向侧面的所述一个基本上环形环绕的槽相对置。但是可替选地也能够提出，第一径向侧面的所述一个基本上环形环绕的槽径向错开地也就是说以不同的径向高度与第二径向侧面的所述一个基本上环形环绕的槽相对置。在此时可能特别有利的是，由于设置在环形的空腔或者环形腔中的元件例如叶片组，不提供用于周向槽的“直接在轴向上相对置的布置”的位置。在这两个径向侧面中的多个分别基本上环形环绕的彼此同心的槽情况下也设置周向槽的这样的直接在轴向上相对置的布置以及径向上错开的布置。在这里环形腔(装有叶片组的环形腔)中的位置情况也可能是起决定作用的，以便代替“直接在轴向上相对置的布置”设置径向上错开的周向槽。在另一个优选的改进方案中，至少一个基本上环形环绕的槽的固有频率匹配于待反射的频率。尤其优选地，待反射的频率能够是径流式压缩机的叶片通过频率(“bladepassingfrequency”)或者是针对于径流式压缩机的叶片通过频率的二次谐波或者三次谐波或者四次谐波。也优选的是，所述至少一个基本上环形环绕的槽的本征模式可匹配于待反射的声波的本征模式。在另一个优选的设计方案中，基本上环形的空腔具有叶片组。因此能够得出，所述至少一个基本上环形环绕的槽或者多个这样的周向槽设置在环形腔中的叶片组的区域中。也能够提出，所述至少一个基本上环形环绕的槽或者多个这样的周向槽设置在环形腔中的叶片组的所述区域的外部。也能够提出，所述至少一个基本上环形环绕的槽具有中断部。这例如能够在环形腔具有阻碍完全环绕的槽的叶片组时设置。根据另一个优选的改进方案提出，“(谐振器-)消音器”能够——作为此处的扩压器——应用在径流式压缩机中或在径流式压缩机中实现。“消音器”也能够在涡轮导向环位于径流式涡轮机的涡轮机叶轮上游的情况下应用在径流式涡轮机中或者在此处实现。也能够提出，——在出现多个基本上环形环绕的槽的情况——这些槽构成为，使得设计用于径流式流体机械或者径流式压缩机的额定转速的例如50％至105％的大的转速范围的衰减。附图说明在附图中描述本发明的实施例，所述实施例在下文中被详细阐述。附图示出：图1示出具有根据一个实施方式的谐振器消音器的径流式流体机械的、径流式压缩机的剖视图的草图；图2示出具有根据另一个实施方式的谐振器消音器的径流式流体机械的、径流式压缩机的剖视图的草图；图3示出具有根据又一个实施方式的谐振器消音器的径流式流体机械的、径流式压缩机的剖视图的草图；图4示例性地示出在根据一个实施方式的径流式压缩机情况下环形槽中的声学的本征模。具体实施方式在图1至3中描述了分别具有在扩压器中实现的或集成在扩压器中的谐振器消音器1的径流式压缩机100的不同的设计方案。这样的径流式压缩机100如所示出的一样具有叶轮10，所述叶轮以高的转速围绕轴线11旋转。叶轮10具有轮毂12并且具有从所述轮毂径向凸出的叶片13。轮毂12具有第一区域12a，所述第一区域基本上是圆柱形的；过渡区域12b，在所述过渡区域中轮毂半径扩大；和端部区域12c，所述端部区域基本上垂直于轴线11伸展。——以流动方向3——在轴向上入流的气体2通过叶轮10处于旋转中并且在相对于轴线11的径向的流动方向3上并且相对于轴线11成钝角地离开叶轮10。叶片13被固定在轮毂12的共同的背板14上。叶轮10位于壳体15中，所述壳体的壁16适配于叶轮的外轮廓。由叶轮10形成的鼓风机具有轴向的入口17和围绕叶轮10的圆周延伸的径向的出口18。扩压器20连接在出口18上，所述扩压器与壳体15牢固地连接并且不旋转。扩压器20具有基本上径向的支撑壁21，在所述支撑壁上放置翼22(扩压器叶片组)，所述翼引导经过出口18的流。另一个基本上径向的壁23在轴向上以一定的间距对置于扩压器20的径向的支撑壁，因此扩压器20构成环形的、被叶片组22占据的空腔，即环形腔30。翼22相对于轴线11基本上径向地伸展。在翼22之间形成扩压器通道，所述扩压器通道的横截面积从内向外增加。扩压器20的目的在于，减慢由叶轮10加速的具有高的动能的气体并且将动能转换为压力。在扩压器20的出口26上——更下游地——连接有(未详细描述的)管道系统29(压力侧27)，所述管道系统经由压力接头28与扩压器20连接。这样的径流式压缩机100如所示出的一样导致高的声音排放，所述声音排放描述了径流式压缩机100周围环境的(噪音)干扰，能够触发振动、与结构相关的故障以及也能够触发管道系统中/上的管道振动，所述管道振动导致管道的损伤直至导致径流式压缩机100的故障。这样的排放的主要的声音源在叶片轮/叶轮10的位置上和扩压器入口25的位置上或者可能的扩压器叶片22的位置上因流经这些区域的流体的高的速度产生。特别是在压力侧27或者在此处的径流式压缩机100的压力接头28上产生复杂的、短暂的、三维的、旋转的和/或脉动的压力场或者声音场，所述压力场或者声音场的声波不受干扰地传播到连接在压力接头28上的管道29中并且在那引起所描述的损伤。为了避免这样的损伤或者作为有效的声音防护，径流式压缩机100——如在图1至3中所示出的——分别设置在扩压器或者在该处的环形腔30中实现的或者集成的谐振器消音器1。为了防止声波在扩压器20的环形腔30中传播，如图1至3中所示出的，一个或多个环形的围绕轴线11伸展的周向槽/环形槽50被放置在径向的支撑壁21中和/或径向壁23中，所述支撑壁和/或径向壁作用为声学的谐振器，特别是λ/4-谐振器。在此这些——环形的并且与轴线11同心地伸展的——周向槽50不仅在一侧上被放置在环形腔30中，例如在径向的支撑壁21上或者径向壁23上，而且也在两侧上放置也就是说不仅在径向的支撑壁21上也在径向壁23上。这些周向槽50也能够不仅只设置在扩压器的叶片组22的区域中或者只设置在扩压器20的叶片组22的外部的区域中而且也设置在扩压器20的叶片组22的区域中和外部。经过环形腔30的或者途径周向槽/环形槽50的声波在谐振器出口51的区域中也就是说槽开口或者槽入口51的区域中被反射并且因此被衰减，所述声波具有与这样的周向槽/环形槽50的谐振频率相同的频率。图1示出这个谐振器消音器1的一个设计方案，所述谐振器消音器具有两个分别与轴线11同心的环形环绕的周向槽50。这两个周向槽50中的一个设置在径向的支撑壁21上。大约以到轴线11相同的间距将这两个周向槽中的第二个设置在径向壁23中。这两个在形状、宽度和深度上一样的并且具有U形横截面的周向槽50因此直接地也就是说在相同的径向高度上在轴向上彼此对置。周向槽的到轴线11的径向的间距或者其在环形腔30中的径向的位置被设定为，使得这两个周向槽50(径向地)位于扩压器20的或者环形腔30的装有叶片组的区域22的外部。图2示出扩压器20中的谐振器消音器1的另一个设计方案，所述谐振器消音器具有多个分别与轴线11同心的环形环绕的周向槽50。这些周向槽50在这里是四个周向槽50的第一部分设置在扩压器20的叶片组22的区域中的径向的支撑壁21上。直接在轴向上，也就是说分别在相同的径向高度上或者以分别到轴线11相同的径向的间距与这些周向槽50相对置地，周向槽50同样是四个周向槽50的第二部分设置在径向的壁23上——因此同样设置在扩压器20的或者环形腔30的装有叶片组的区域22中。彼此直接相对置的周向槽50在此分别在形状、宽度和深度上是一样的。在此周向槽50的宽度以及深度随着到轴线11的间距增大而减小。换句话说，随着到轴线11增大的径向的间距，周向槽50变得更狭窄或者更紧密和更浅。所有的周向槽50具有U形的横截面。图3示出扩压器20中的谐振器消音器1的另一个设计方案，所述谐振器消音器同样具有多个分别与轴线11同心的环形环绕的周向槽50。根据图3的这个设计方案，所有的周向槽50，在这里是四个周向槽50，彼此同心并且与轴线11同心地设置在扩压器20的叶片组22的区域中的径向壁23上。随着到轴线11的径向的间距增大，周向槽50的宽度以及深度减小。换句话说，随着到轴线11的径向的间距增大，周向槽50变得更狭窄或更紧密和更浅。所有的周向槽50在这里也具有U形的横截面。图4示例性地示出作用为谐振器的这样的环形槽50中的声学的本征型60。图4示出24个压力最大量61。此外这个本征型或者声学模式60的特征在于12个所谓的波节直径62和确定的固有频率。途径周向槽50的、特征在于这个固有频率的声波被反射，并且声音传播通过周向槽50被降低或者途径周向槽50被降低。如果途径的声波与周向槽50(谐振器)中的声学的本征模式60具有相同的波节直径62，那么反射过程是特别有效的。这样的谐振器消音器1如所描述的极其有效地起作用，特别是因为它们被应用在声音源、叶轮10和(必要时装有叶片组22的)扩压器20附近，以至于能够放弃特别是用于径流式压缩机100的整个管道系统29的其它的耗费的声音防护措施。