DE1166970B

DE1166970B - Resonance silencer for twin-shaft rotary piston engines

Info

Publication number: DE1166970B
Application number: DEA23816A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Christoph Hubrich
Original assignee: Aerzener Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Aerzener Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 1955-11-21
Filing date: 1955-11-21
Publication date: 1964-04-02

Description

Resonanzschalldämpfer für zweiwellige Drehkolbenmaschinen Die Erfindung betrifft einen Resonanzschalldämpfer für zweiwellige, insbesondere nach dem Rootsprinzip arbeitende Drehkolbenmaschinen, wie Gebläse, Gaszähler u. dgl., bestehend aus mehreren hintereinander angeordneten Kammern, die durch Rohre miteinander verbunden sind, nach Art des Helmholtzschen Resonators. Für die Schalldämpfung solcher Drehkolbenmaschinen hat man bisher die bekannten für Verbrennungsmotoren entwickelten Resonanzschalldämpfer unverändert angewendet. Bei diesen Resonanzschalldämpfern sind die Resonanzkammern in geometrischer Staffelung zueinander ausgelegt. Sie sind daher insbesondere zum Dämpfen von breiten Schallbändem geeignet, die bei den mit unterschiedlicher Drehzahl arbeitenden Verbrennungsmotoren entstehen.Resonance silencer for twin-shaft rotary piston engines The invention relates to a resonance silencer for twin-shafts, in particular based on the Roots principle Working rotary piston machines, such as blowers, gas meters and the like, consisting of several chambers arranged one behind the other, which are connected to one another by pipes, like the Helmholtz resonator. For the soundproofing of such rotary piston machines So far you have the well-known resonance silencers developed for internal combustion engines applied unchanged. These resonance silencers are the resonance chambers laid out in geometric graduation to each other. They are therefore in particular for Suitable for damping wide sound bands, those with different speeds working internal combustion engines arise.

Die Erfindung, die die Ausbildung von Resonanzschalldämpfern bezweckt, die besonders für Rootsgebläse bestimmt sind, beruht auf der Erkenntnis, daß bei derartigen Maschinen jedoch andere Voraussetzungen für die Entstehung des zu dämpfenden Schalles als bei Verbrennungsmotoren gegeben sind. Ein wesentlicher Unterschied beruht darauf, daß Rootsgebläse, besonders größere Ausführungen, in ortsfesten Anlagen im Gegensatz zu Brennkraftmaschinen mit einer ganz bestimmten Drehzahl betrieben werden. Bei der Auslegung der Schalldämpfer für Brennkraftmaschinen muß fast immer der Fall berücksichtigt werden, daß diese Maschinen mit nicht gleichbleibender Drehzahl betrieben werden. Infolgedessen unterscheidet sich das Schallspektrum eines Rootsgebläses erheblich von dem einer Verbrennungskraftmaschine. Die kleinen Ausführungen von Rootsgebläsen, wie sie beispielsweise als Aufladegebläse für Brennkraftinaschinen, insbesondere für Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen, verwendet werden und dabei von diesen Kraftmaschinen angetrieben werden, sollen hier unberücksichtigt bleiben.The invention, which aims at the formation of resonance silencers, which are especially intended for Roots blowers, is based on the knowledge that with Such machines, however, other requirements for the emergence of the to be damped Noise than given with internal combustion engines. One major difference is based on the fact that Roots blowers, especially larger versions, in stationary systems in contrast to internal combustion engines operated at a very specific speed will. When designing the muffler for internal combustion engines must almost always the case must be taken into account that these machines are not running at a constant speed operate. As a result, the sound spectrum of a Roots blower differs considerably different from that of an internal combustion engine. The small versions of Roots blowers, such as those used, for example, as supercharger for internal combustion engines, in particular for internal combustion engines in vehicles, used and thereby by These prime movers are driven should be disregarded here.

Eingehende Untersuchungen haben ergeben, daß das Schalldiagramm einer im wesentlichen mit gleichbleibender Drehzahl arbeitenden Rootsmaschine im Gegensatz zu demjenigen einer Brennkraftmaschine, besonders einer solchen, die mit verschiedenen Drehzahlen betrieben werden soll, keine unbestimmten, sondern nur ganz bestimmte wenige Frequenzspitzen zeigt und daß diese Spitzen ihre Lage im Frequenzbereich nicht ändern. Bei den nach dem Rootsprinzip arbeitenden Drehkolbenmaschinen ist daher eine bei den Brennkraftmaschinen mit veränderlicher Drehzahl notwendige Breitbanddämpfung nicht erforderlich, wenn bei ihnen die Drehzahl im wesentlichen konstant bleibt und daher nur die obengenannten, ganz bestimmten Frequenzspitzen auftreten.In-depth research has shown that the sound diagram is a In contrast, the Roots machine operating essentially at a constant speed to that of an internal combustion engine, especially one that has different Speeds should be operated, no indefinite, but only very specific shows few frequency peaks and that these peaks their position in the frequency domain do not change. In rotary piston machines operating according to the Roots principle, hence a broadband damping which is necessary in the internal combustion engines with variable speed not necessary if the speed remains essentially constant with them and therefore only the above-mentioned, very specific frequency peaks occur.

Da der Erfindung also die Erkenntnis zugrunde liegt, daß bei einem Resonanzschalldämpfer für Rootsmaschinen mit stationärer Drehzahl auf eine Breitbanddämpfung verzichtet werden kann, muß die dritte Resonanzkammer nicht - wie bei einer Breitbanddämpfung mit geometrischer Staffelung -genau auf der 18. Ordnung liegen. Es genügt vielmehr, wenn statt dessen die dritte Resonanzkammer, abweichend von der sonst üblichen geometrischen Staffelung, auf die 16. Ordnung ausgelegt wird.Since the invention is thus based on the knowledge that can be dispensed at a resonance silencer for Roots machines with steady speed to a broadband attenuation, the third resonance chamber must not - as with a broadband attenuation with geometric Graduation - lie exactly on the 18th order. Rather, it is sufficient if the third resonance chamber is designed for the 16th order instead of the otherwise usual geometrical graduation.

In diesem Sinne sind gemäß der Erfindung die Resonanzkammern des Schalldämpfers im Verhältnis ihrer Volumina zueinander und die verbindenden Rohre bezüglich ihrer Sperresonanzen auf die den Schallintensitätsspitzen bei einer bestimmten Normaldrehzahl der Maschine entsprechende 8., 12. und 16. Ordnung der Drehzahl pro Sekunde ausgelegt. Damit löst die dritte Resonanzkammer, die sonst nur die Kopplungsschwingung erfaßte, ohne sich an der Dämpfung des Maschinenschalles zu beteiligen, jetzt zwei Aufgaben: Erstens liegt sie noch so in der Nähe der Kopplungsschwingung, daß sie diese voll ausreichend dämpft, und zweitens liegt sie genau auf der Hauptfrequenz des Maschinenschalles und unterstützt erfahrungsgemäß wesentlich diese Dämpfung. Die Eigenfrequenzen der Resonanzkammern und die Eigenfrequenzen der Verbindungsrohre entsprechen also der zweifachen, dreifachen und vierfachen Förderkammerzahl. Die auf die 16. Ordnung ausgelegte Kammer ist genauestens dafür ausgebildet, um die 2., 4. und 8. Ordnung zu dämpfen. Sie unterstützt also die Unterdrückung der Hauptharmonischen und trägt wesentlich zur Dämpfung des Maschinenschalles bei.In this sense, according to the invention, the resonance chambers of the silencer are designed in relation to their volumes to one another and the connecting pipes in relation to their blocking resonances to the 8th, 12th and 16th order of the speed per second corresponding to the sound intensity peaks at a certain normal speed of the machine. The third resonance chamber, which otherwise only recorded the coupling oscillation without taking part in the damping of the machine noise, now solves two tasks: firstly, it is still so close to the coupling oscillation that it fully dampens it, and secondly, it is accurate on the main frequency of the machine noise and experience has shown that it significantly supports this attenuation. The natural frequencies of the resonance chambers and the natural frequencies of the connecting pipes thus correspond to twice, three times and four times the number of pumping chambers. The chamber designed for the 16th order is precisely designed to dampen the 2nd, 4th and 8th order. So it supports the suppression of the main harmonics and contributes significantly to the attenuation of the machine noise.

Obwohl durch die erfindungsgemäße Auslegung der Resonanzkammern 'die Breitbanddämpfung in gewissem Maße verlorengeht, da die dritte Resonanzkammer die gleichen Frequenzspitzen wie die 'erste Kammer dämpft, wird durch sie eine stärkere Diämpfung der Drehkolbenmaschinen als mit den bekannten für die Dämpfung von Verbrennungsmotoren dienenden Resonatoren erreicht. Bei dem erfmdungsgemäßen Resonanzschalldämpfer ist nämlich die erste Kammer ähnlich wie bei einem Schalldämpfer einer Verbrennungskraftnigschine nach der ersten störenden Frequenzspitze des Schalldiagramms ausgelegt. Die Eigenschwingungen der folgenden Kammern sind dagegen im Gegensatz zu den bekannten Resonanzschalldämpfern auf die Frequenzen der bei einer Drehkolbenmaschine entstehenden wenigen weiteren bestimmten Intensitätsspitzen des Diagramms abgestimmt. Es hat sich gezeigt, daß man in der Regel im ganzen mit drei Kammern auskommt, zumal etwa in höheren Frequenibereichen liegende Spitzen als Obertöne durch die Dämpfung der Grundschwingungen mit gedämpft werden.Although the inventive design of the resonance chambers' the Broadband attenuation is lost to some extent because the third resonance chamber is the The same frequency peaks as the first chamber attenuates, it becomes stronger Damping of rotary piston machines than with the known ones for the damping of internal combustion engines serving resonators reached. In the resonance silencer according to the invention namely the first chamber similar to a muffler of an internal combustion engine designed after the first disturbing frequency peak of the sound diagram. The natural vibrations the following chambers are in contrast to the well-known resonance silencers on the frequencies of the few more that arise in a rotary piston machine matched to certain intensity peaks of the diagram. It has been shown that As a rule, you can get by with three chambers, especially in higher frequency ranges lying peaks as overtones are dampened by the damping of the fundamental vibrations will.

Praktische Versuche haben ergeben, daß es bei einem nach der Erfindung ausgebildeten Resonanzschalldämpfer für Drehkolbenmaschinen nicht erforderlich ist, eine besondere Kammer vorzusehen, deren Eigenschwingung auf die Koppelungsschwingungen abgestimmt ist.Practical tests have shown that there is one according to the invention trained resonance silencer for rotary piston engines is not required, Provide a special chamber whose natural oscillation is based on the coupling oscillations is matched.

Die bei einer Drehkolbenmaschine der Rootsbauart entstehenden Schallimpulse stehen in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine und der Anzahl der Kolbenköpfe. Bei jeder Umdrehung der Antriebswellen einer zweiwelligen Rootsmaschine mit zwei zweiflügeligen Rotoren, also mit insgesamt vier Kolbenköpfen, werden auf deren Druckseite vier Förderstöße erzeugt. Wenn die Kante des die Auslaßöffnung der Maschine verschließenden Drehkolbens die Auslaßkammer öffnet, stürzt das auslaßseitig unter Überdruck in der Druckleitung stehende Fördermedium entgegen seiner eigentlichen Fortbewegungsrichtung zum Teil in die Gebläsekammer zurück und verdichtet die darin antransportierte Fördermittelmenge. Die Drehkolben müssen also nicht nur das aus der Saugleitung angesaugte Medium, sondern auch das aus der Druckkammer teilweise zurückstürzende Medium aus der Gebläseaustrittskammer herausdrücken. Bei jedem Förderstoß findet also eine Hin- und Rückbewegung des Fördermediums statt. Damit ergibt sich eine Intensitätsspitze bei einer Schallschwingungsfrequenz, welche der achtfachen Maschinendrehzahl pro Sekunde entspricht. Eine weitere Spitze entsteht bei der zwölffachen Drehzahl pro Sekunde, deren Ursache theoretisch noch nicht voll erkannt ist. Neben diesen beiden Spitzen entstehen weitere Intensitätsspitzen bei jedem geradzahligen Vielfachen der vorgenannten Schallschwingungsfrequenz, die aber in ihrer Intensität schon bei der vierten Spitze so stark abgefallen sind, daß sie im Regelfall unberücksichtigt bleiben können.The sound impulses produced by a rotary piston machine of the Roots type depend on the speed of the machine and the number of piston heads. With every revolution of the drive shafts of a twin-shaft Roots machine with two Double-bladed rotors, i.e. with a total of four piston heads, are on their pressure side four pumping pulses generated. When the edge of the closing the outlet of the machine Rotary piston opens the outlet chamber, the outlet plunges in under excess pressure the conveying medium standing in the pressure line against its actual direction of movement partly back into the blower chamber and compresses the conveyed amount of funds. The rotary lobes not only have to carry the medium sucked in from the suction line, but also the medium that partially falls back from the pressure chamber from the blower outlet chamber push out. With each pumping stroke there is a back and forth movement of the pumping medium instead of. This results in an intensity peak at a sound oscillation frequency, which corresponds to eight times the machine speed per second. Another tip arises at twelve times the speed per second, the cause of which is theoretically still possible is not fully recognized. In addition to these two peaks, there are other intensity peaks at every even multiple of the aforementioned sound oscillation frequency, the but have already dropped so sharply in their intensity at the fourth peak, that they can usually be disregarded.

Auf Grund dieser Kenntnis der Entstehung der Schallimpulse ist es möglich, die bei einer Roots-Drehkolbenmaschine mit einer bestimmten Anzahl von Kolbenköpfen bei einer bestimmten Drehzahl auftretenden FrequeRzen bzw. Intensitätsspitzen zu errechnen. Es hat sich gezeigt, daß die derart errechneten Frequenzen für die Intensitätsspitzen mit denjenigen, die durch Versuche ermittelt wurden, weitgehend übereinstimmen. 11 In F i g. 1 der Zeichnung ist ein Resonanzschalldämpfer als Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem axialen Längsschnitt schematisch dargestellt. Die drei aufeinanderfolgenden, durch Rohre 4 und 5 miteinander verbundenen Kammern 1, 2 und 3 des Schalldämpfers sind so bemessen, daß die Eigenschwingungen der aufeinanderfolgenden Kammern den Frequenzen der Intensitätsspitzen im Schalldiagramm der Drehkolbenmaschine entsprechen, für welche dieser Schalldämpfer bestimmt ist.Based on this knowledge of the origin of the sound pulses, it is possible to calculate the frequencies or intensity peaks occurring in a Roots rotary piston machine with a certain number of piston heads at a certain speed. It has been shown that the frequencies calculated in this way for the intensity peaks largely coincide with those determined by experiments. 11 In F i g. 1 of the drawing, a resonance silencer as an embodiment of the invention is shown schematically in an axial longitudinal section. The three consecutive chambers 1, 2 and 3 of the muffler connected to one another by pipes 4 and 5 are dimensioned so that the natural vibrations of the successive chambers correspond to the frequencies of the intensity peaks in the sound diagram of the rotary piston engine for which this muffler is intended.

F i g. 2 zeigt ein typisches Frequenz-Schallstärker-Diagramm eines Drehkolbengebläses. Man erkennt deutlich die drei markanten Intensitätsspitzen der 8., 12. und 16. Ordnung. Die 8. Ordnung ist regelmäßig die stärkste Ordnung und bildet die Hauptharmonische des Gebläseschalles. Die 16. Ordnung ist ein Oberton der 8. Ordnung und hat die doppelte Schwingungsfrequenz. Dazwischen tritt regelmäßig auch die 12. Ordnung stark hervor.F i g. 2 shows a typical frequency-sound intensity diagram of a rotary piston blower. You can clearly see the three distinctive intensity peaks of the 8th, 12th and 16th order. The 8th order is regularly the strongest order and forms the main harmonic of the blower sound. The 16th order is an overtone of the 8th order and has twice the oscillation frequency. In between, the 12th order also regularly emerges strongly.

Im Gegensatz zu dem nach der Erfindung ausgebildeten Schalldämpfer würde man bei einem bekannten Resonanzschalldämpfer für Brennkraftmaschinen den gesamten Frequenzbereich mit einer systematischen Kammeraufteilung abzudecken suchen. Dazu verwendet man eine geometrische Staffelung. Man legt also die erste Kammer auf die erste Schallspitze, welche bei der niedrigsten Drehzahl auftritt, um hierdurch die betreffenden Frequenzen und deren geradzahlige Vielfache zu dämpfen, also beispielsweise 100 Hz, 200 Hz, 400 Hz, 800 Hz usw. Die zweite Kammer wird beispielsweise auf 130 Hz ausgelegt, so daß hierdurch Frequenzen von 130 Hz, 260 Hz, 520 Nz, 1040 Hz usw. gedämpft werden. Die dritte Kammer käme z. B. auf 169 Hz und würde bei Frequenzen von 169 Hz, 338 Hz, 676 Hz, 1352 Hz usw. zur Wirkung kommen. Auf diese Weise kann man eine über das ganze Frequenzgebiet verteilte Dämpfung für folgende Frequenzen erreichen: 100, 130, 169, 200, 260, 338, 400, 520, 676, 800, 1040, 1352 Hz usw.In contrast to the silencer designed according to the invention, one would seek to cover the entire frequency range with a systematic chamber division in a known resonance silencer for internal combustion engines. A geometric graduation is used for this. So you put the first chamber on the first sound peak, which occurs at the lowest speed, in order to attenuate the relevant frequencies and their even multiples, for example 100 Hz, 200 Hz, 400 Hz, 800 Hz etc. The second chamber is for example designed for 130 Hz, so that frequencies of 130 Hz, 260 Hz, 520 Nz, 1040 Hz etc. are attenuated. The third chamber would come e.g. B. to 169 Hz and would come into effect at frequencies of 169 Hz, 338 Hz, 676 Hz, 1352 Hz etc. In this way you can achieve a damping that is distributed over the entire frequency range for the following frequencies: 100, 130, 169, 200, 260, 338, 400, 520, 676, 800, 1040, 1352 Hz, etc.

Aus dieser Gegenüberstellung ergibt sich deutlich der grundlegende Unterschied in der Ausbildung der Resonanzschalldämpfer nach der Erfindung. Würde man für ein Rootsgebläse einen Schalldämpfer mit geometrischer Staffelung verwenden, so würde man z. B. die 8., die 12. und die 18. Ordnung dämpfen. Die 18. Ordnung tritt aber im Schall des Rootsgebläses gar nicht auf. Eine für die 18. Ordnung ausgelegte Resonanzkammer würde daher allenfalls eine ungenaue und daher ungenügende Dämpfung der 16. Ordnung bewirken.This comparison clearly shows the fundamental difference in the design of the resonance silencer according to the invention. If you were to use a silencer with geometrical graduation for a Roots blower, you would z. B. dampen the 8th, 12th and 18th order. The 18th order does not appear at all in the sound of the Roots blower. A resonance chamber designed for the 18th order would therefore only cause imprecise and therefore insufficient attenuation of the 16th order.

Claims

Claim: Resonance silencer for twin-shaft rotary piston machines, in particular working according to the Roots principle, such as blowers, gas meters and the like, consisting of several chambers arranged one behind the other, which are connected to one another by pipes, in the manner of the Helmholtz resonator, characterized in that the resonance chambers (1 , 2, 3) of the silencer in the ratio of their volumes to each other and the connecting pipes (4, 5) with regard to their blocking resonances are designed for the 8th, 12th and 16th order of the speed per second corresponding to the sound intensity peaks at a certain normal speed of the machine . Considered publications: German Patent Nos. 685 768, 732 732, 732 733; U.S. Patent No. 1874,326; Book by Zeller: "Technische Lärmabwehr" (1954), p. 87.