-
Geräuschdämpfer für strömende Gase mit schallabsorbierenden Wänden
Die Erfindung bezieht sich auf Geräuschdämpfer für strömende Gase, insbesondere
auf stationäre Geräuschdämpfer für Flugzeug-Strahltriebwerke, die ein von einem
Gas durchströmtes, vorzugsweise mit schallabsorbierenden Wandungen versehenes Rohr
aufweisen, in welchem eine oder mehrere schraubenförmig gewendelte, für das Gas
undurchlässige Zwischenwände angeordnet sind.
-
Geräuschdämpfung bei in Rohren strömendem Gas läßt sich durch Verwendung
von Resonanzkörpern oder -kammern, ferner durch künstliche Herbeiführung von Interferenzerscheinungen
mittels parallel verlaufender Wellen gleicher Frequenz und schließlich durch Schallabsorption
mittels geeigneter schallschluckender Materialien erzielen. Es sind Geräuschdämpfer
bekannt, die sich auf die Anwendung eines dieser Mittel beschränken. Es gibt ferner
Geräuschdämpfer, die die Geräuschdämpfung durch Kombination zweier oder aller dieser
Geräuschdämpfungsmittel herbeiführen.
-
Ein bekanntes Verfahren, um Geräuschdämpfung in einem Rohr zu erzielen,
besteht darin, daß die Innenwand des Rohres schallabsorbierend gestaltet wird, z.
B. dadurch, daß man die Wandung ganz oder teilweise mit einem schallabsorbierenden
Material auskleidet. In einem geraden Rohr pflanzt sich aber Schall von einer Wellenlänge,
die kleiner als der Durchmesser des Rohres ist, hauptsächlich im zentralen Bereich
des Rohres fort, so daß er von den zur Fortpflanzungsrichtung des Schalles parallelen
Absorptionsflächen kaum beeinflußt wird. Schallabsorbierend ausgekleidete gerade
Rohre sind daher nur als Niederfrequenz-Geräuschdämpfer geeignet.
-
Bei einem anderen bekannten Geräuschdämpfer weist das Rohr nichtabgerundete
Abwinkelungen von je 90° auf, welche innen mit geräuschdämpfendem Material ausgekleidet
sind. Hochfrequente Schallwellen, welche sich in Form eines konzentrierten Strahlenbündels
längs der Längenachse des Rohres fortpflanzen, werden dabei von den zur Fortpflanzungsrichtung
des Schalles senkrechten geräuschdämpfenden Flächen stark gedämpft. Der niederfrequente
Schall, dessen Wellenlängen größer als der Durchmesser des Rohres sind, wird jedoch
von der Auskleidung der Abwinklungen wenig beeinflußt. Diese Konstruktion eignet
sich deshalb nur für die Dämpfung von hochfrequenten Schallwellen. Sie besitzt auch
noch den Nachteil, daß die Gasströmung in den Abwinklungen große Druckverluste erfährt.
-
Ein anderer bekannter Schalldämpfer bedient sich zur Herbeiführung
von Interferenzerscheinungen wendelförmiger Strömungskanäle und daneben verschieden
ausgebildeter Resonanzkammern und eines schallabsorbierenden Materials, das das
Schalldämpferrohr umgibt und außerdem quer zum Austritt des Gases aus der Resonanzkammer
angeordnet ist. Ein derartiger Geräuschdämpfer ist nur mit großem Aufwand herstellbar.
Diese Konstruktion, wie auch andere, die einen stark gekrümmten Verlauf des Strömungskanals
aufweisen, haben den Nachteil, daß sie dem durchgeleiteten Gas einen großen Strömungswiderstand
bieten. Der dadurch bewirkte Druckanstieg vor dem Geräuschdämpfer vermindert die
Leistungsfähigkeit der mit dem Geräuschdämpfer versehenen Vorrichtung, z. B. eines
Explosionsmotors.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Geräuschdämpfer einfachster
Bauweise zu schaffen, der auf der Grundlage des Absorptionsprinzips eine Geräuschdämpfung
von Schallwellen der verschiedensten Frequenzen bewirkt und gleichzeitig vermittels
der besonderen Ausbildung des Durchströmungskanals die Durchtrittsgeschwindigkeit
des Gases nur unwesentlich vermindert.
-
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe bei einem Geräuschdämpfer für strömende
Gase, insbesondere für Flugzeug-Strahltriebwerke, der ein von dem Gas
durchströmtes,
vorzugsweise mit schallabsorbierQnden Wandungen versehenes Rohr aufweist, in welchem
ein oder mehrere in Längsrichtung des Rohres schraubenförmig gewendelte, für das
Gas undurchlässige Zwischenwände angeordnet sind, dadurch gelöst, daß das Rohr einen
oder mehrere nur durch die Zwischenwände bestimmten, gleichförmigen Durchströmkanal
aufweist und die Zwischenwände schallabsorbierend ausgebildet sind, wobei die Steigung
der Zwischenwände größer als der Rohr-Innendurchmesser ist. Dadurch, daß die Zwischenwand
eine Steigung erhält, die größer als der Durchmesser des Rohres ist, wird bei geringsten
Strömungsverlusten eine sehr gute Geräuschdämpfung erzielt.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräuschdämpfers
kann die Zwischenwand im ganzen aus schallabsorbierendem Material hergestellt sein.
Es ist aber auch möglich, daß die Zwischenwand eine schallreflektierende Trägerschicht
aufweist, die beidseitig mit einem porösen, schallabsorbierenden Material, z. B.
einer aufgespritzten Asbestfaserschicht, ausgekleidet ist.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräuschdämpfers
ist die Zwischenwand durch einen das Rohr in Längsrichtung durchsetzenden zylindrischen
Kern abgestützt. Es können auch mindestens zwei sich im Querschnitt des Rohres kreuzende
schallabsorbierende Zwischenwände derart angeordnet sein, daß mehrere schraubenförmig
verlaufende Strömungskanäle entstehen.
-
Für die Erzielung einer wirksamen Schalldämpfung ist es ausreichend,
wenn jede der schraubenförmig gewendelten Zwischenwände sich vom Einlaß- zum Auslaßende
um einen Winkel dreht, der gleich oder nicht wesentlich größer ist als 360° geteilt
.durch zweimal die Zahl der sich kreuzenden Zwischenwände.
-
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Geräuschdämpfers und seiner Teile dargestellt. Es zeigt teilweise im Schnitt F i
g. 1 eine perspektivische Darstellung eines Geräuschdämpfers, F i g. 2 bis 6 fünf
verschiedene Ausführungen der geräuschdämpfenden Zwischenwand, F i g. 7 perspektivisch
einen Geräuschdämpfer gemäß einer weiteren Ausführungsform, F i g. 8 perspektivisch
einen Satz von parallel angeordneten Geräuschdämpfern, F i g. 9 eine perspektivische
Ansicht eines im Geräuschdämpfer nach der F i g. 8 enthaltenen Einzelelementes,
F i g. 10 eine Belüftungsanlage, die mit Auslaßgeräuschdämpfern gemäß F i g. 1 ausgerüstet
ist, F i g. 11 einen Geräuschdämpfer gemäß einer weiteren Ausführungsform, welcher
als stationärer Geräuschdämpfer für Flugzeug-Strahltriebwerke verwendet wird.
-
Der Geräuschdämpfer nach F i g. 1 besteht aus einem geraden zylindrischen
Rohr 12, das von den Gasen durchströmt wird. Im Innern des Rohres 12 ist die in
Längsrichtung schraubenförmig um einen Winkel von 180'7 gewendelte, für die Gase
undurchlässige Zwischenwand 13 angeordnet, deren Steigung größer als der Rohrinnendurchmesser
ist. Die Zwischenwand 13 bildet zusammen mii dem Rohr 12 einen gleichförmigen
Durchströmkanal. Die Zwischenwand 13 ist schallabsorbierend ausgebildet. Nach F
i g. 2 ist die Zwischenwand im ganzen aus porösem, schallabsorbierendem Material
14 hergestellt. Gemäß der F i g. 3 besteht sie aus einer schallreflektierenden Trägerschicht
15, welche beiderseitig mit einem porösen, schallabsorbierenden Material 16, z.
B. einer aufgespritzten Asbestfaserschicht, bedeckt ist.
-
F i g. 4 zeigt eine Konstruktion, die ebenfalls eine tragende und
schallreflektierende Kernwand 15 besitzt. Parallel zu dieser Wand ist ein- oder
beiderseitig eine durchlochte Wand 17 vorgesehen, um in an sich bekannter Weise
einen akustischen Resonanz-Absorptionskörper zu bilden. Die Innenseite dieser durchlochten
Wände 17 trägt jeweils einen akustischen Widerstand in Form eines feinmaschigen
Drahtnetzes 18. Außerdem kann der Raum zwischen der Kernwand 15 und der durchlochten
Wand 17 mit einem porösen, schallabsorbierenden Material ausgefüllt sein.
-
Die Zwischenwand gemäß F i g. 5 unterscheidet sich dadurch von der
in F i g. 4 dargestellten Ausführung, daß die schallreflektierende Wand in Fortfall
kommt, während der Raum zwischen den feinmaschigen Drahtnetzen 18 mit einem
porösen, schallabsorbierenden Material 19 ausgefüllt ist.
-
Gemäß der F i g. 6 ist die schraubenartig gekrümmte, schallabsorbierende
Zwischenwand 13 aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Wänden 20 aus
gesintertem Material aufgebaut.
-
Wenn die Gase den Geräuschdämpfer nach F i g. 1 durchströmen, werden
sie von der schraubenartig gekrümmten Zwischenwand 13 gezwungen, eine schraubenförmige
Bahn zu beschreiben, wobei die hochfrequenten Schallschwingungen von der Zwischenwand
13 gedämpft werden, während die niederfrequenteren Schallschwingungen von der schallabsorbierenden
Wandung des Rohres 12 weggedämpft werden. Die schraubenförmig gekrümmte Zwischenwand
hat eine sehr große Steigung, die größer als der Rohrinnendurchmesser ist und deshalb
eine große Gasgeschwindigkeit ohne erhebliche Druckverluste gestattet.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist gemäß F i g. 7 im Inneren des
Rohres 12 ein zylindrischer Kern 23 angeordnet, dessen der Strömungsrichtung
zugekehrtes Ende 24 in strömungstechnisch vorteilhafter Weise ausgeformt ist. Der
Kern 23 kann auch aus einem durchlochten Rohr bestehen, wobei er in an sich bekannter
Weise entweder als ein akustischer Resonator-Absorptionskörper mit quer verlaufenden
Zwischenwänden versehen oder mit einem porösen, akustischen Absorptionsmaterial
gefüllt ist. Die Zwischenwand 13 ist um den Kern 23 schraubengewindeförmig gewendelt
und vollführt insgesamt eine Drehung von mindestens 3600. Die Zwischenwand 13 schließt
beidseitig an den Kern 23 sowie an das Rohr 12 dicht an, so daß wiederum ein gleichförmiger
Durchströmungskanal für die Gase gebildet ist. Die Zwischenwand 13 ist in einer
der in den F i g. 2 bis 6 dargestellten Weisen schallabsorbierend ausgebildet.
-
Zur Schalldämpfung können an dem Rohr 12 verschiedene, an sich bekannte
Maßnahmen vorgesehen sein. So kann die Innenwandung des Rohres 12 mit einem schallabsorbierenden
Material ausgekleidet oder aber gemäß F i g. 7 durchlocht und von einem in einem
Abstand angeordneten Rohrmantel 21 umschlossen sein. Der Raum zwischen dem Rohrmantel
21 und dem Rohr 12 kann durch Scheidewände 22
in voneinander getrennte
Kammern eingeteilt sein. Auf der Außenseite des durchlochten Rohres 12 kann ein
feinmaschiges Drahtnetz 25 angeordnet sein. Die Kammern können in ebenfalls bekannter
Weise mit porösem, schallabsorbierendem Material gefüllt sein. Schließlich kann
das Rohr 12 aus gesintertem Metall hergestellt oder mit einer aufgespritzten Asbestfaserschicht
versehen sein.
-
Wenn es sich darum handelt, die Geräusche von sehr großen Mengen strömender
Gase, z. B. der in einem Prüfstand für Strahlantriebe einströmenden Luft zu dämpfen,
kann vorteilhaft die Ausführungsform gemäß F i g. 8 und 9 angewandt werden. Bei
dieser Ausführung werden die Gase durch zwei oder mehrere, im gezeigten Falle sechs,
nebeneinander liegende Geräuschdämpfer hindurchgeleitet. Jeder Geräuschdämpfer ist
dabei aus mehreren, im gezeigten Falle vier, in einem im Querschnitt quadratischen,
lotrechten Haltefach 33 aufeinander aufgestapelten Sektionen 32 zusammengesetzt.
F i g. 8 stellt sechs solche Fächer 33 dar, welche nebeneinander in einem Gehäuse
34 aus z. B. Stahlbeton angeordnet sind. Jede Geräuschdämpfersektion 32 besteht
gemäß der F i g. 9 aus einem durchlochten Rohrstück 35, das zwischen zwei zueinander
parallelen, quadratischen Führungsplatten 36 und 37 befestigt ist, wobei die Platten
an ihren Ecken von Profilstützen 38 zusammengehalten werden und zwischen diesen
Stützen Drahtnetze 39 gespannt sind. Zwischen den Drahtnetzen und dem durchlochten
Rohr 35 ist eine nicht gezeigte Füllung von Glaswolle oder einem anderen porösen,
geräuschdämpfenden Material eingelegt. In das durchlochte Rohrstück 35 ist eine
schallabsorbierende Zwischenwand eingesetzt. Diese besteht aus zwei in geeignetem
Abstand voneinander angebrachten Blechen 40, einem feinmaschigen Drahtnetz auf der
Innenfläche jedes Bleches und einer zwischen den Drahtnetzen befindlichen, aus z.
B. Glaswolle bestehenden Füllung. Die Zwischenwand ist in jeder der Sektionen um
wenigstens 45° verdreht, so daß die Verdrehung des aus vier Sektionen zusammengesetzten,
schallabsorbierenden Bandes vom Einlaßende zum Auslaßende des Geräuschdämpfers mindestens
180° beträgt.
-
F i g. 10 stellt eine Anwendung eines Geräuschdämpfers gemäß der Erfindung
für die Dämpfung der Geräusche in einer Belüftungsanlage mit großen Luftgeschwindigkeiten
dar. Die Luft wird durch ein schnellaufendes Flügelgebläse 41 durch verhältnismäßig
enge Rohre 42 getrieben. Das Gebläse 41 ist auf Grund seiner hohen Drehzahl sehr
geräuschvoll, weitere Geräusche entstehen auch in den Rohren, u. a. zufolge einer
heftigen Turbulenz. Da Rohre mit kleinem Durchmesser die Geräusche nur in geringem
Maße nach außen abgeben, treten störende Geräusche vor allem an den Austrittsöffnungen
auf. Eine wirksame Beseitigung dieser Geräusche kann dadurch erzielt werden, daß
in jede Austrittsöffnung ein Geräuschdämpfer 43 der in F i g. 1 dargestellten Bauart
eingesetzt wird. Da diese Geräuschdämpfer billig hergestellt werden können, sind
die durch die dann zulässigen hohen Luftgeschwindigkeiten erzielbaren Kostenersparnisse
für Gebläse, Leitungen und Installationsraum vielfach größer als die Kosten der
Geräuschdämpfer.
-
F i g. 11 stellt die Anwendung der Erfindung bei einem stationären
Geräuschdämpfer für Flugzeugstrahlantriebe dar. Auf das Schwanzteil 44 des Flugzeuges
luftdicht aufgesetzt ist eine Düse 45, die mit Abstand ein Mischrohr 46 umschließt,
in welches die Abgase des Strahlantriebes zusammen mit Kühlluft eintreten, wobei
diese Kühlluft infolge Ejektorwirkung durch einen ringförmigen Spalt 47 zwischen
der Düse 45 und dem Mischrohr 46 angesaugt wird. Sowohl der Kühllufteinlaß 47 als
auch das Mischrohr 46 sind mit an sich bekannten Geräuschdämpfungseinrichtungen
ausgestattet. Nach dem Mischrohr 46 folgt ein sich trichterförmig erweiternder Diffusor
48 und nach diesem ein gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführter Geräuschdämpfer
49. Am Auslaßende des letztgenannten ist ein nach oben gerichteter Ablenker
50 für die Gase vorgesehen.
-
Der Geräuschdämpfer 49 unterscheidet sich von dem Geräuschdämpfer
nach F i g. 1 nur dadurch, daß zwei einander rechtwinkelig kreuzende, schraubenförmig
gewendelte, schallabsorbierende Zwischenwände 26 und 26' vorgesehen sind, welche
das Innere des Außenrohres 25 in vier schraubenartig verlaufende, gleichlaufende
Strömungskanäle einteilen. Die Zwischenwand-Bänder 26 und 26' sind nur um einen
den rechten wenig überschreitenden Winkel von etwa 120' verdreht. Diese Verdrehung
genügt, um den geradlinigen Durchgang der Schallwellen durch das Rohr zu verhindern.