DE1253402B - Einrichtung zur Geraeuschminderung an vielschaufligen Radiallueftern zur Belueftung elektrischer Maschinen - Google Patents

Einrichtung zur Geraeuschminderung an vielschaufligen Radiallueftern zur Belueftung elektrischer Maschinen

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DE1253402B
DE1253402B DE1959S0063390 DES0063390A DE1253402B DE 1253402 B DE1253402 B DE 1253402B DE 1959S0063390 DE1959S0063390 DE 1959S0063390 DE S0063390 A DES0063390 A DE S0063390A DE 1253402 B DE1253402 B DE 1253402B
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fan
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Dipl-Ing Gerhard Huebner
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Siemens AG
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/281Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/668Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps damping or preventing mechanical vibrations

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Geräuschminderung an vielschaufligen Radiallüftern zur Belüftung elektrischer Maschinen Bei üblicherweise als Radiallüfter ausgebildeten Lüftern elektrischer Maschinen tritt häufig der Fall ein, daß aus Raumgründen das Lüftergehäuse die Lüfterschaufeln mit möglichst engem Abstand umgeben muß, so daß die Lüfterschaufeln unmittelbar an den Kanten des Lüftergehäuses vorbeistreifen. Hierdurch wird das Lüftergeräusch stark erhöht, und zwar entstehen auf diese Weise äußerst störend empfundene Sirenentöne. Diese Sirenentöne ließen sich an sich dadurch mindern, daß man das Lüftergehäuse größer ausbildet und insbesondere die in der Nähe der Lüfterschaufeln befindlichen Kanten weiter von den äußeren Rändern der Lüfterschaufeln entfernt. Häufig ist dies jedoch nicht möglich, weil für die Unterbringung des Lüfters, wie es bei Bahnmotoren der Fall ist, nur ein relativ beengter Platz zur Verfügung steht.
  • Zur Herabsetzung der Sirenentöne ist es bereits bekannt, bei einem vielschaufligen Lüfter die Abstände zwischen benachbarten Lüfterschaufeln nicht gleichmäßig zu wählen, sondern in der Aufeinanderfolge längs des Lüfterumfanges um kleine Beträge monoton wachsen zu lassen. Damit keine zu starke Unwucht auftritt, wird der Lüfterumfang in zwei Sektoren unterteilt; innerhalb jedes Sektors sind dann die Abstände benachbarter Lüfterschaufeln in ihrer Aufeinanderfolge der Größe nach geordnet. Durch dieses monotone Wachsen der längs des Lüfterumfanges aufeinanderfolgenden Abstände zwischen den Lüfterschaufeln, wobei sich die aufeinanderfolgenden Abstände benachbarter Lüfterschaufeln nur verhältnismäßig wenig voneinander unterscheiden, werden besonders günstige Eigenschwingbedingungen für die an sich zu unterdrückenden Lüftertöne geschaffen. Mit dieser bekannten Anordnung wird also lediglich eine Frequenzmodulation gegenüber dem Lüfterton eines gleichmäßig geteilten Lüfters erzielt. Die durch diese Frequenzmodulation entstehenden Lüftertöne sind aber dem Ohr besonders unangenehm.
  • Weiterhin ist es bekannt, die Lüfterschaufeln längs des Lüfterumfanges in mehrere Gruppen zusammenzufassen. Während die Abstände zwischen benachbarten Lüfterschaufeln innerhalb jeder Gruppe gleich groß sind, wird der Abstand zwischen der letzten Schaufel einer Gruppe von Lüfterschaufeln und der ersten Schaufel der folgenden Gruppe kleiner gewählt als der innerhalb einer Gruppe eingehaltene Abstand. Auch hierdurch ist keine Verminderung der Sirenentöne eines Lüfters zu erzielen.-Auch bei einem bekannten Axialgebläse sind die Lüfterschaufeln in monoton sich verringernden Abständen voneinander angeordnet; die Profillängen der Lüfterschaufeln sind derart abgestuft, daß das Verhältnis der Summe der Profillängen von zwei benachbarten Lüfterschaufeln zur Schaufelteilung über den ganzen Umfang gleich groß ist. Nachteilig ist die wesentliche Verminderung der Profillängen eines großen Teiles der Lüfterschaufeln, wodurch der Wirkungsgrad des Lüfters beeinträchtigt wird. Außerdem entstehen durch die Anordnung der Lüfterschaufeln nur schwer ausgleichbare Unwuchten.
  • Bei einem vierflügeligen Lüfter, bei dem jeweils zwei Lüfterschaufeln um 180° versetzt angeordnet sind, ist es ferner bekannt, die durch die Lüfterschaufeln gehenden Achsen, die bei gleichmäßiger Anordnung der Lüfterschaufeln einen Winkel von 90° gegeneinander einschließen, stark gegeneinander zu verdrehen. Die völlig symmetrische und regelmäßige Folge der Abstände zwischen benachbarten Lüfterschaufeln - es folgt auf einen kleinen Abstand jeweils ein großer und hierauf wieder ein kleiner usw. - ist nicht geeignet, die Sirenentöne herabzusetzen.
  • Schließlich ist es für Schleuderpumpen bekannt, zwischen den mit konstantem Abstand angeordneten Hauptschaufeln Zwischenschaufeln vorzusehen, deren Abstand stetig oder gruppenweise in der Drehrichtung abnimmt. Diese Anordnung, die dazu dient, Wirbelungen zwischen zwei Hauptschaufeln zu unterbinden, ist symmetrisch und demzufolge ebenfalls nicht geeignet, Sirenentöne zu vermindern.
  • Zur weiteren Verbesserung der Geräuschverhältnisse bei Radiallüftern betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Geräuschminderung an vielschaufligen Radiallüftern zum Belüften elektrischer Maschinen, deren vorzugsweise gleich breite Lüfterschaufeln ungleiche Abstände voneinander aufweisen. Gemäß der Erfindung sind die Abstände; (t) zwischen benachbarten Schaufeln aus der möglichst gleichmäßigen Teilung der Differenz zwischen dem größten(tmax) und dem kleinsten Abstrnd (tmin) durch die Schaufelzahl (z) ermittelt, wobei der Ungleichmäßigkeitsgrad in bekannter Weise mindestens gleich 0,5, vorzugsweise größer als 1,0 ist. Außerdem ist das Lüfterrad in mindestens zwei gleiche oder nahezu gleiche Sektoren mit gleicher Schaufelzahl unterteilt, und in jedem Sektor weicht die Aufeinanderfolge der Abstände von ihrer zahlenmäßig geordneten Aufeinanderfolge stark ab und ist von Sektor zu Sektor unwiederholt anders.
  • Neben einem großen Ungleichmäßigkeitsgrad, d. h. einem großen Unterschied zwischen dem größten Abstand benachbarter Lüfterschaufeln und dem kleinsten Abstand benachbarter Lüfterschaufeln, ist es also für die Erfindung wesentlich, daß die Lüfterschaufeln möglichst unregelmäßig längs des Umfanges des Lüfters verteilt sind.
  • Dadurch tritt in überraschender Weise der Vorteil ein, daß das Lüftergeräusch zu einzelnen Tönen mit stark voneinander abweichenden Frequenzen auseinandergezogen wird. Es entstehen nämlich bei dem gemäß der Erfindung ausgebildeten Lüfter beim Vorbeistreichen der Lüfterschaufeln an den in ihrer Nähe befindlichen Kanten des Lüftergehäuses, insbesondere also an den Ansaug- oder Ausblasöffnungen, nicht mehr vereinzelte Töne besonders großer Intensität, sondern eine Vielzahl von Tönen mit voneinander abweichenden Frequenzen. Diese Töne sind also getrennt wahrnehmbar und beaufschlagen nicht den gleichen Gehörnerv. Der Schalldruckpegel der einzelnen Töne ist so gering, daß diese unterhalb der Mithörschwelle liegen und durch das allgemeine Rauschgeräusch verdeckt werden und somit nicht wahrnehmbar sind. Würden dagegen die Abstände benachbarter Lüfterschaufeln nicht so stark ungleich ausgebildet sein, so könnten zwei Töne so eng aneinanderliegen, daß sie vom Ohr als nur ein Ton mit entsprechend größerem Schalldruckpegel wahrgenommen werden, so daß die Gefahr bestehen würde, daß die beiden Töne die Mithörschwelle überschreiten.
  • Obwohl der Fachmann auf Grund von strömungstechnischen Überlegungen geneigt ist, bei Lüftern die Schaufelabstände möglichst wenig vom günstigsten mittleren Abstand abweichen zu lassen, zeigt es sich, daß bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Lüfter trotz der sehr ungleichmäßigen Verteilung der Lüfterschaufeln die Lüfterverluste und die Förderungsmenge nur geringfügig beeinflußt werden, so daß der erzielte Vorteil der Geräuschverminderung nicht durch andere Nachteile erkauft wird.
  • Die wirksamste Geräuschverminderung wird daher erreicht, wenn sämtliche Abstände t zwischen benachbarten Lüfterschaufeln voneinander verschieden gewählt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch bereits dann, wenn mehrere Zahlenwerte für die Abstände t nur relativ wenig vom Mittelwert tmittet abweichen und teilweise sogar übereinstimmen, eine beachtliche Verminderung der Lüftergeräusche erzielt wird, wenn nur der Ungleichmäßigkeitsgrad genügend groß gewählt ist.
  • Für die Durchführung des Erfindungsgedankens ist es besonders vorteilhaft, die Differenz zwischen den Zahlenwerten tmax und tmin möglichst groß zu wählen Die Grenze, bis zu der man hierbei gehen kann, ist durch aerodynamische Bedingungen festgelegt. So wird der größtmögliche Wert für den Abstand t.= dadurch bestimmt, daß innerhalb des Raumes zwischen den beiden mit diesem großen Abstand voneinander angeordneten Lüfterschaufeln keine Verwirbelungen der vom Lüfter geförderten Luftmenge auftreten darf. Der kleinste Abstand tmin zwischen benachbarten Lüfterschaufeln ist hingegen durch die Forderung festgelegt, daß hierdurch keine zusätzliche Drosselung der vom Lüfter geförderten Luftmenge hervorgerufen werden darf.
  • Zur Erläuterung der Erfindung ist in F i g. 1 und 2 als Ausführungsbeispiel der Radiallüfter eines Bahnmotors in verschiedenen Ansichten dargestellt. Die F i g. 1 gibt hierbei den Schnitt A-B der F i g. 2 wieder.
  • Zwischen den beiden Lüfterkränzen L, und L, sind die Schaufeln 1 bis 16 angeschweißt, so daß die Anzahl Z der Schaufeln gleich sechzehn ist. Die Anordnung der Schaufeln 1 bis 16 zwischen den Lüfterkränzen L, und L, ist so getroffen, daß alle Abstände t,. bis t" verschieden groß sind. Der kleinste Abstand zwischen benachbarten Schaufeln ist der Abstand t, = t.in = 11 ° zwischen den Schaufeln 10 und 11, während der größte Abstand der Abstand t" = t"sax = 40° zwischen den Schaufeln 14 und 15 ist. Die Abstände t, bis t, sind derart bezeichnet, daß sie in der Reihenfolge t" t2, t3, . . ., t, eine Folge von der Größe nach geordneten, monoton ansteigenden Zahlenwerten bilden. Der dargestellte Lüfter hat also den Ungleichmäßigkeitsgrad Wesentlich für den Lüfter ist, daß außer diesem hohen Ungleichmäßigkeitsgrad die Reihenfolge der Zahlenwerte t benachbarter Schaufeln möglichst weit von der Reihenfolge der der Größe nach geordneten Zahlenwerte der Abstände t abweicht. Zur Erfüllung dieser Forderung und zur Erzielung einer möglichst kleinen Unwucht der ungleichmäßig längs des Lüfterumfanges verteilten Schaufeln kann man beispielsweise folgendermaßen vorgehen: Man wählt für die Anzahl Z der Schaufeln eine Zahl, die durch die ganze Zahl n teilbar ist, wobei n vorzugsweise gleich 3, 4 oder 5 ist. Der Lüfterumfang wird dann in n gleiche oder nahezu gleiche Sektoren unterteilt, wobei in jedem Sektor die gleiche Anzahl von Schaufeln angeordnet wird.
  • In dem Ausführungsbeispiel ist n = 4 gewählt. Der Lüfter ist daher längs seines Umfanges in die vier gestrichelt eingezeichneten Sektoren I bis IV unterteilt, wobei sich in jedem Sektor vier Schaufeln befinden. Bei dieser Zählung wird jeweils nur die eine der die Grenzen des Sektors bildenden Schaufeln mitgezählt. Die Sektoren I bis IV entsprechen also jeweils einem aus vier längs des Lüfterumfanges aufeinanderfolgenden Zahlenwerten t bestimmten Winkel.
  • Zur Anordnung der Abstände t zwischen benachbarten Schaufeln innerhalb jedes Sektors werden aus der Folge der der Größe nach geordneten Zahlenwerte t als Unterfolge n Zahlenwerte ausgewählt, die in der Folge möglichst nicht unmittelbar aufeinanderfolgen. Jedem Sektor wird dann eine Unterfolge zugeordnet. Anschließend permutiert man in jedem Sektor die Reihenfolge der Zahlenwerte der ausgewählten Unterfolge gegenüber den anderen Sektoren.
  • Dieses Verfahren sei an Hand des dargestellten Lüfters erläutert. Man stelle sich die Zahlenwerte t1 = tmin bis t16 = tmax als eine Folge von der Größe nach geordneten Zahlenwerten vor, also t1, t2, t3, . . .,t". Aus dieser Folge werden jeweils - 4 = 4 Zahlenwerte herausgegriffen, die in der Folge t1, t2, t3, . . . , t16 möglichst nicht unmittelbar aufeinanderfolgen. Diese vier jeweils eine Unterfolge bildenden Zahlenwerte werden dann einem Sektor zugeordnet. Es ergibtsich dann beispielsweise das nachfolgende Schema 1:
    Element Sektor
    I II III Iv
    i
    a 1, t3 t1 t2
    b t, t6 t5 t6
    C tg t12 t10 t11
    d t14 ', t15 t13 t16
    Jede Unterfolge der den einzelnen Sektoren I bis IV zugeordneten Zahlenwerte t besteht also aus den Elementen a, b, c und d. Um zu erreichen, daß die Reihenfolge der Zahlenwerte t längs des Lüfterumfanges aufeinanderfolgender Abstände zwischen benachbarten Schaufeln möglichst weit von der Reihenfolge der der Größe nach geordneten Zahlenwerte der Abstände t abweicht, werden die Elemente a bis d der den vier Sektoren I bis IV zugeordneten Unterfolgen beispielsweise nach folgendem Schema 2 permutiert:
    1 1 1I 1 111 IV
    d C d b
    b d a d
    a a b C
    C b C a
    Werden die im Schema 1 angegebenen Unterfolgen in dieser Weise permutiert, so ergibt sich die in der F i g. 2 dargestellte Reihenfolge der Abstände t zwischen benachbarten Schaufeln, die folgendem Schema 3 entsprechen:
    1 11 ( 111 IV
    t14 t12 t13 t6
    t7 t15 t1 t16
    t4 t3 t5 t11
    t9 t6 t10 t2

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Einrichtung zur Geräuschminderung an vielschaufligen Radiallüftern zum Belüften elektrischer Maschinen, deren vorzugsweise gleich breite Lüfterschaufeln ungleiche Abstände voneinander aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände (t) zwischen benachbarten Schaufeln aus der möglichst gleichmäßigen Teilung der Differenz zwischen dem größten (tmaX) und dem kleinsten Abstand (tmln) durch die Schaufelzahl (z) ermittelt sind, wobei der Ungleichmäßigkeitsgrad in bekannter Weise mindestens gleich 0,5, vorzugsweise größer als 1,0 ist, und daß das Lüfterrad in mindestens zwei gleiche oder nahezu gleiche Sektoren mit gleicher Schaufelzahl unterteilt ist und in jedem Sektor die Aufeinanderfolge der Abstände von ihrer zahlenmäßig geordneten Aufeinanderfolge stark abweicht und von Sektor zu Sektor unwiederholt anders ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 165 330, 946 178; österreichische Patentschrift Nr. 83 294; schweizerische Patentschrift Nr. 140 203; britische Patentschrift Nr. 704 240; USA.-Patentschrift Nr. 1868 008.
DE1959S0063390 1959-06-10 1959-06-10 Einrichtung zur Geraeuschminderung an vielschaufligen Radiallueftern zur Belueftung elektrischer Maschinen Pending DE1253402B (de)

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