Resonator Die Erfindung bezieht sich auf einen Resonator für die Drosselung tiefer Schallfrequenzen in strö menden Gasen. Bekannt sind Resonatoren mit in der Leitungswand vorhandenen Öffnungen oder an ihr angebrachten Rohrstutzen als Leitorganen zwi schen der Resonanzkammer und der Leitung. Für die Dämpfung von Schallwellen in einem Resona- tor ist der Dämpfungsfaktor e massgebend.
Die Grösse von<B>--</B> wird dabei im wesentlichen bestimmt durch die Gleichung e<B><I>=</I></B><I> V</I> fJaF, wobei V das Volumen des Resonators, F der Querschnitt der Leitung ge messen in der Nähe der Öffnung in der Leitung, a die Schallgeschwindigkeit des Mediums, und f,# die Eigenfrequenz des Resonators ist. Bei fester Eigen frequenz ist also die Dämpfung proportional dem Volumen des Resonators und umgekehrt propor tional zur Querschnittsfläche der Leitung innerhalb des Resonators.
Wenn der Leitungsquerschrätt F gross ist, und dem Volumen in sehr vielen Fällen infolge Platz mangel enge Grenzen gesetzt sind, wird der Dämp- fungsfaktor e zu klein, um dem Resonator genügend Dämpfungswirkung zu geben.
Die beiden obengenannten Bauarten<B>-</B> Leitor- gane aus Öffnungen oder Rohrstutzen<B>-</B> sind bisher immer als gleichwertig betrachtet worden. Erst Ver suche haben gezeigt, dass dies nur exakt für ruhende Gase gilt, aber nicht für strömende Gase. Resona- toren mit Rohrstutzen sind für den letzteren Fall viel wirksamer als jene mit Öffnungen.
Darum ist der bekannte Vorschlag, bei den mit Öffnungen als Leit organen ausgerüsteten Resonatoren mit einer Quer- schnittsverminderung der Leitung einen erhöhten Dämpfungsfaktor e und damit eine bessere Dämp fung erzielen zu wollen, zwar erfolgreich bei ruhen den Gasen, jedoch nach den zu der vorliegenden Er findung geführten Versuchen völlig unwirksam in strömenden Gasen mit höheren Geschwindigkeiten. Es wurde dabei eine Verschlechterung der Dämp fung statt eine Verbesserung gefunden.
Die Erfindung besteht deshalb in der Kombi nation der Merkmale a), dass die das strömende Medium führende Leitung sich innerhalb des Reso- nators verjüngt;<B>b),</B> dass die Öffnungen zwischen der Leitung und der Resonanzkammer mit Rohrstutzen versehen sind. Erst die Kombination dieser beiden<B>-</B> für die Schalldämpfung in ruhenden Medien bekann ten<B>-</B> Einzelmerkmale, ergeben eine befriedigende Lösung für die Schalldämpfungsprobleme in strö menden Medien. Das Anwendungsgebiet der Erfin dung liegt besonders in Druckleitungen von Kolben kompressoren und Auspuffleitungen von Dieselmo toren.
Die Wirkungsweise des Resonators als Drosse- lungsglied für eine Schallwelle beruht darauf, dass von der Schallwelle in der Leitung in und an den Öffnungen innerhalb des Resonators eine gewisse tuftmasse m als Ganzes zu Schwingungen angeregt wird, die dann von dem in dem Resonator vorhan denen Gasvolumen gefedert wird. Von dieser Vor stellung ausgehend ergibt sich der überraschende Effekt der erfindungsgemässen Kombination auf Grund der folgenden neuen Erkenntnis. Die vorher genannte Luftmasse m ordnet sich in einem ruhenden Medium symmetrisch zu den Öffnungen zwischen der Leitung und der Resonanzkammer an.
Sie gerät als dann in diesen Öffnungen wie ein Kolben in Schwingungen. Strömt nun das Medium in der Lei tung mit einer gewissen Geschwindigkeit, so wird eine stabile Ausbildung des in die Leitung hinein ragenden Teils dieses Kolbens gestört. Dies ist um so mehr der Fall,<B>je</B> höher die Strömungsgeschwin digkeit in der Umgebung der Öffnung ist. Wird nun aber die stabile Ausbildung der Luft masse m verhindert, so kann sich keine stabile Eigen frequenz des Resonators mehr ausbilden.
Daher würde die Anwendung des Merkmales a) allein in einem strömenden Medium für einen Resonator mit Öffnungen als Leitorganen infolge der dadurch be dingten Geschwindigkeitserhöhung zunächst eine weitere Verschlechterung der erwähnten Kolbenbil dung bewirken und setzte die Wirksamkeit des Reso- nators dadurch beträchtlich herab. Um die Vorteile einer Querschnittsverringerung der Leitung im Re- sonator <B>-</B> im wesentlichen ein möglichst grosser Wert von e.<B>-</B> gleichwohl zu erreichen, werden nun an die Öffnungen zwischen der Leitung und der Resonanz kammer Rohrstutzen angebracht.
Die Gasmasse in diesem Stutzen wird sich so als eine stabil schwin gende Masse m ausbilden. Sie ragt nur mit ihrem Rand geringfügig in die Strömung hinein. Diese ge ringe Randstörung verändert aber die Masse m nicht mehr so wesentlich, dass die Bildung einer Eigenfrequenz des Resonators merklich behindert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nach folgend im Zusammenhang mit der Zeichnung be schrieben.
Die Figur zeigt eine schematische Ausführung eines erfindungsgemässen Resonators. Das in Pfeil richtung strömende Gas in der Leitung<B>1,</B> deren Querschnitt FL ist, tritt in das Resonatorgehäuse 2 mit dem Volumen V. Innerhalb des Resonators ver jüngt sich die Leitung<B>1</B> allmählich auf den Quer schnitt F, um sich später wieder auf den alten Quer schnitt FL zu erweitern und in dem Leitungsabschnitt <B>3</B> fortzusetzen. In der Mitte des Resonators befinden sich die Öffnungen 4 zwischen der Leitung und der Resonanzkammer mit den angesetzten Rohrstutzen <B>5,</B> die für die Ausbildung des schwingenden Luft kolbens notwendig sind.
Das Verhältnis der Flächen FLIF ist willkürlich und im wesentlichen aus strömungstechnischen Ge sichtspunkten bestimmt. Ebenso ist die Grösse<I>s,</I> womit die Länge der Leitung mit vermindertem Quer schnitt F bis zur Mitte der Leitorgane<B>5</B> bezeichnet ist, nicht wesentlich für die Wirkungsweise des Re- sonators, sondern durch den in der Leitung zulässi gen Strömungswiderstand gegeben. Es ist nur vorteil haft, s möglichst gross zu machen, da durch das durch die Querschnittsverminderung gestörte Schallfeld über dem Querschnitt in der beschleunigten Strömung bes ser vergleichmässigt wird, ehe es zu den Leitorganen <B>5</B> gelangt.
Weiterhin soll auch die Weglänge t zwi schen den Leitorganen und der Stelle, an der die Leitung beginnt, sich vom Querschnitt F wieder all mählich auf den Querschnitt FL zu erweitern, mög lichst gross gemacht werden<B>,</B> Wie schon aus der Akustik ruhender Gase bekannt ist. Damit soll die Rückwirkung der bei der Querschnittsveränderung entstehenden Störung des Schallfeldes über dem Querschnitt auf den Resonator vermindert werden. So kann zum Beispiel, wenn es strömungsmässig zu lässig ist, die Länge t bis zum Ende des Resonators 2 reichen, wie es in der Figur durch die unterbro chenen Linien dargestellt ist. Der Leitungsabschnitt <B>3</B> mit dem alten Querschnitt FL schliesst sich dann an das Resonatorgehäuse 2 an.
Die Grösse des Vo lumens V des Resonators ist im wesentlichen durch den vorhandenen Platz gegeben. Die Abmessungen a und<B>d</B> der Rohrstutzen<B>5</B> sowie die Anzahl der öff- nungen 4 werden durch die gewünschte Resonanz frequenz f, bestimmt. Dabei sind auch mehrere nebeneinanderliegende Reihen von Öffnungen mög lich. Sie wirken ebenfalls nicht direkt auf die Grösse des Dämpfungsfaktors ein.
Resonator The invention relates to a resonator for throttling lower sound frequencies in flowing gases. Are known resonators with existing openings in the pipe wall or pipe sockets attached to it as guide elements between the resonance chamber and the pipe. The damping factor e is decisive for the damping of sound waves in a resonator.
The size of <B> - </B> is essentially determined by the equation e <B> <I> = </I> </B> <I> V </I> fYes, where V is the volume of the resonator, F is the cross-section of the line measured near the opening in the line, a is the speed of sound of the medium, and f, # is the natural frequency of the resonator. With a fixed natural frequency, the attenuation is proportional to the volume of the resonator and inversely proportional to the cross-sectional area of the line within the resonator.
If the cross-section of the line F is large and in many cases the volume is subject to tight limits due to a lack of space, the damping factor e is too small to give the resonator sufficient damping effect.
The two above-mentioned designs <B> - </B> conducting organs consisting of openings or pipe sockets <B> - </B> have always been regarded as equivalent. Only tests have shown that this only applies exactly to stationary gases, but not to flowing gases. In the latter case, resonators with pipe sockets are much more effective than those with openings.
Therefore, the well-known proposal to want to achieve an increased damping factor e and thus better damping in the resonators equipped with openings as guide organs with a cross-sectional reduction of the line, is successful with resting gases, but according to the present He Finding-led experiments completely ineffective in flowing gases with higher speeds. A deterioration in the damping instead of an improvement was found.
The invention therefore consists in the combination of features a) that the line carrying the flowing medium tapers within the resonator; b) that the openings between the line and the resonance chamber are provided with pipe sockets are. Only the combination of these two <B> - </B> individual features known for sound attenuation in static media results in a satisfactory solution for sound attenuation problems in flowing media. The area of application of the invention is particularly in pressure lines of piston compressors and exhaust lines of diesel engines.
The functioning of the resonator as a throttling element for a sound wave is based on the fact that the sound wave in the line in and at the openings within the resonator excites a certain tuft mass m as a whole to vibrate, which is then caused by the gas volume present in the resonator is sprung. Proceeding from this position, the surprising effect of the combination according to the invention results on the basis of the following new knowledge. The aforementioned air mass m is arranged symmetrically to the openings between the line and the resonance chamber in a stationary medium.
It then starts to vibrate in these openings like a piston. If the medium now flows in the line at a certain speed, a stable formation of the part of this piston protruding into the line is disturbed. This is all the more the case, <B> the </B> higher the flow velocity in the vicinity of the opening. If, however, the stable formation of the air mass m is prevented, a stable natural frequency of the resonator can no longer develop.
Therefore, the application of feature a) alone in a flowing medium for a resonator with openings as guide organs would initially cause a further deterioration of the aforementioned piston formation due to the resulting increase in speed and thereby considerably reduce the effectiveness of the resonator. In order to achieve the advantages of a cross-sectional reduction of the line in the resonator essentially as large as possible of e. <B> - </B>, the openings between the line and the Resonance chamber pipe socket attached.
The gas mass in this nozzle will form as a stable oscillating mass m. Its edge only protrudes slightly into the current. However, this low edge disturbance no longer changes the mass m so significantly that the formation of a natural frequency of the resonator is noticeably impeded.
An embodiment of the invention is described according to the following in connection with the drawing be.
The figure shows a schematic embodiment of a resonator according to the invention. The gas flowing in the direction of the arrow in the line <B> 1, </B> whose cross-section is FL, enters the resonator housing 2 with the volume V. Inside the resonator, the line <B> 1 </B> gradually tapers on the cross section F, in order to later expand again to the old cross section FL and continue in the line section <B> 3 </B>. In the middle of the resonator are the openings 4 between the line and the resonance chamber with the attached pipe sockets <B> 5 </B> which are necessary for the formation of the oscillating air piston.
The ratio of the areas FLIF is arbitrary and essentially determined from a flow technical point of view. Likewise, the size <I> s </I>, which denotes the length of the line with a reduced cross section F up to the center of the guide elements <B> 5 </B>, is not essential for the mode of operation of the resonator, but rather given by the permissible flow resistance in the line. It is only advantageous to make s as large as possible, since the sound field disturbed by the reduction in cross section is better evened out over the cross section in the accelerated flow before it reaches the guide elements <B> 5 </B>.
Furthermore, the path length t between the guide elements and the point at which the line begins to gradually expand again from the cross-section F to the cross-section FL should be made as large as possible <B>, </B> As already mentioned the acoustics of resting gases is known. This is intended to reduce the effect of the disturbance of the sound field over the cross section on the resonator caused by the change in cross section. For example, if it is permissible in terms of flow, the length t can extend to the end of the resonator 2, as is shown in the figure by the interrupted lines. The line section <B> 3 </B> with the old cross section FL then adjoins the resonator housing 2.
The size of the volume V of the resonator is essentially given by the space available. The dimensions a and <B> d </B> of the pipe socket <B> 5 </B> and the number of openings 4 are determined by the desired resonance frequency f. Several adjacent rows of openings are also possible, please include. They also do not have a direct effect on the size of the damping factor.