DE1813037A1

DE1813037A1 - Geraeuschminderung bei aerodynamischen Druckwellenmaschinen

Info

Publication number: DE1813037A1
Application number: DE19681813037
Authority: DE
Inventors: Wunsch Dipl-Ing Alfred; Paul Leutwyler
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1968-01-22
Filing date: 1968-12-06
Publication date: 1969-08-14
Also published as: SE347788B; DE1813037B2; DE1992623U; GB1206382A; CH470588A; NL6805679A; FR2000508B1; US3556680A; DE1813037C3; FR2000508A1

Description

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Aktiengesellschaft Brown, Eoveri & CAe., Baden (Schv/eiz)

Geräuschminderung bei aerodynanischen pruckv/ellenmaschinen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Geräuschminderung des in aerodynamischen Druckv/ellenmasehinen auftretenden Drehklanges, dessen Frequenzen durch Zellenzahl und Drehzahl des Zellenrades bestimmt sind, und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In aerodynamischen Druckv/ellenmaschinen wird durch Entspannung eines Gases Energie auf ein anderes Gas übertragen, das dadurch verdichtet wird. Der Entspannungs- und Verdichtung· prozess vollzieht sich unter dem Einfluss von Expansionsur.d Kompressionswellen in langgestreckten, stirnseitig offenen Zellen, die auf einem Läufer angeordnet sind und sich an Zu- und Abführkanälen des Stators vorbeibewegen. Aus den Drosselverlusten beim Ein- und Ausströmen, aus Reibung und Wärmeübergang lässt sich eine optimale, für alle Zellen gleich-

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bleibende Breite in Umfangsrichtung ermitteln, womit auch die Zellenzahl bestimmt ist.

Das periodische An-strömen der Zellenwände beim Eintritt in das Zellenrad und auch das periodische Ausströmen aus den Zellen mit einem gewissen Geschwindigkeitsprofil sind mit sehr starker Geräuschentwicklung verbunden. Diese Geräusche weisen Einzelfrequenzen auf, die dein Produkt aus Zellenzahl und Drehzahl des Zellenrades und Vielfachen dieses Produktes entsprechen. Da sich der Lärm durch die Zu- und Abführkanäle des Stators sowie über die Gehäuse nach aussen fortpflanzt, stellt er eine starke Belästigung dar. Durch die Einzelfrequenzen werden die Geräusche als schrilles Pfeifen vernor.:men, das selbst bei Verwendung von Schalldämpfern als sehr unangenehm und störend empfunden wird.

Bei Radiallüftern elektrischer Maschinen ist es bekannt, die Lüfterschaufeln in mehrere Gruppen zusammenzufassen, innerhalb deren alle Schaufeln gleiche Abstände haben, während die Abstände der Gruppen voneinander kleiner sind als der Schaufelabstand innerhalb einer Gruppe. Durch diese Anordnung lässt sich keine wesentliche Herabsetzung der Geräusche erzielen.

Ferner ist· es bei Radiallüftern für ähnliche Maschinen bekannt (DAS 1 253 402), die Unterschiede zwischen den variieren-

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den Sohaufelabständen möglichst gross zu wählen und die Schaufeln über den Umfang möglichst ungleichmässig zu verteilen. Eine derartige Einrichtung, bei der der maximale Schaufelabstand fast dreimal so gross wie der minimale Abstand ist, lässt sich nicht auf aerodynamische Druckwellenmaschinen übertragen, weil bei diesen eine nicht vergleichbare Funktionsweise mit ganz anderen Voraussetzungen vorliegt und daher auch ganz andere Bedingungen gestellt sind, wozu unter anderem die möglichste Einhaltung einer optimalen ä Zellenbreite gehört.

Ein Weg zur Herabsetzung der Geräusche bei Druckwellenmaschine]-; besteht darin (brit. Patentschrift 920 908), die Frequenz des Drehklanges Über den hörbaren Bereich zu legen. Bei den für solche Maschinen gebräuchlichen Drehzahlen müsste, um über den Hörbereich zu kommen, die Zellenzahl derart hoch gewählt werden, dass die Verluste durch Wärmeübergang und Reibung in dem fein unterteilten Zellenrad stark ansfS^gen. Ein ( Betrieb der Maschine mit befriedigendem Wirkungsgrad wäre dann nicht mehr möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der aufgezeigten Nachtelle die Geräusche einer aerodynamischen Druckwellenmaschine herabzumindern und angenehmer zu gestalten. Erfindungsgemäss besteht die Lösung dieser Aufgabe darin, dass die Einzelfrequenzen des Drehklanges in Bereiche von Frequenzen unterschiedlicher Amplitude aufgelöst werden.

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Das kann durch eine Einrichtung erfolgen, bei der die Zellen des Zellenrades, die mindestens zwei verschiedene Breiten aufweisen, zn Gruppen aus Zellen gleicher Breite zusammenge-. fasst sind.

Das Auflösen der Einzelfrequenzen in Frequenzbereiche ist möglich, wenn die Zellen des Läufers verschieden breit ausgeführt werden. Da bei einer Druckwellenmaschine die optimale Zellenbreite nach Möglichkeit, einzuhalten ist, sollen bei einer Variation der Zellenbreite die gewählten V/er te nicht zu sehr vom optimalen Wert abweichen. Die Abweichungen müssen also möglichst gering bleiben, damit Charakteristik und Wirkungsgrad der Druckwellenmaschine nicht merklich beeinträchtigt werden.

Um mit einer möglichst kleinen Zahl unterschiedlicher Zellenbreiten auszukommen, ist es notwendig, die Zellen des Läufers in kleinen Gruppen von Zellen gleicher Breite anzuordnen. Geeignete Kombinationen derartiger Gruppen ergeben schon bei kleiner Variation der Zellenbreite eine wesentliche Herabsetzung der Hauptamplitude einer Einzelfrequenz, die sich bei normaler, d.h. gleichbleibender Zellenbreite einstellen würde, und eine Vielzahl von Nebenfrequenzen mit kleinen Amplituden.

Die grösste Herabsetzung der Schwingungsamplituden bei geringster Variation der Zellenbreite ergibt sich durch Aufteilung aller Zellen eines ZeQLenrades in Hauptgruppen zu je

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rswei oder mehreren Gruppen mit gleicher Anzahl verschiedener Zellenbreiten. Die Zellenbreiten nähmen in einer ersten Hauptgruppe von Gruppe zu Gruppe ab und in der folgenden Hauptgruppe von Gruppe zu Gruppe wieder zu nach dem Schema:

aaa bbb ccc / ccc bbb aaa

Dabei ist mit b eine normale oder eine mittlere, mit a eine grössere und mit c eine kleinere Zellenbreite versinnbildlicht.

Die Zellen aaa bbb ccc bilden die erste Hauptgruppe, die ' Zellen ccc bbb aaa die zweite Hauptgruppe. Zur deutlicheren Abgrenzung sind in diesem Beispiel die beiden Hauptgruppen durch einen Schrägstrich (/) voneinander getrennt.

Zur Steigerung der Uirkung ist es vorteilhaft, den Gruppen mit mittlerer Zellenbreite ein Glied zu entnehmen und es am Ende einer Hauptgruppe anzuordnen, um die an dieser Stelle zusammentreffenden zwei Gruppen mit gleicher Zellenbreite voneinander zu trennen, z.B. bei drei verschiedenen Zellenbreiten nach dem Schema:

aaa bb ccc b ccc bb aaa b

oder bei vier Breiten

aaa bb ccc ddd b ddd ccc bb aaa b

und auch

aaa bbb cc ddd c ddc cc bbb aaa c

Dabei sind, ähnlich wie vorher, mit a und d die Zellenbreiter.

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mit den grSsseren, mit b und c die Zeilenbreite^ mit den kleineren Abweichungen von der normalen Selleaferelts yeps innbildiich t«

Es kann auch sv/eckmSssig sein, zwei Gruppen mittlerer Zeilen breite aufzuspalten nach den: Schemas

aaa bb cc k ϋ,άύ ο däü b ee eö

aa

Gegebenerif sJ Is auf tTelenüe Uni-ruchten IrlJims'i bsi Druckvjellei'i=· maschinen verhilltnisnässig leicht ausgeglichen wsr-i ■·-..- y;ri eine symmetrische Anorcnung der ZellenwSnßs g^sr äer, Raduafang ohne Unwuchfcer« ei; erhalten_; Binu nlrdlestens visr Ilauptgruppen notv?enclig. Steht aber eine ejttspreelieEiüs Anzahl \rcn. Zellenbreiten nicht zur Verfugung, so kGiysier: enoessliaäet der akustischen Wirkung beliebige Anzahlen von Hünptgraippeii oder auch Teile davon nacheinandergeschaltet ■^&τ-ΰ.3ΐΐ_!. beispielsweise nach den Scliera:

aaa bb ccc cldd b död ece bb aae r ·ά£ί see & aaa b

Bei allen dargelegten Beispielen erfimmnizs^r^sser iiiiorarning der Zellen des Zellenrades einsr aeroaj?Ka^isGl:e:: Drackwellen·=- inaschine ist es möglich, die KsuptaEipläti'äs csr Ssfcwingungen erheblich herabEudriioiren, Sshoi: eine Afersiihr.-x r.?n +_ Γ? von der norr.alen ^ellenfcre'te bringt eine eriisolii^s Ver-i-ssssrung; uv·;.?. i; ei einer /.b'.rM'.cnu.iig u::i j; IG^ lasst slit 5i:\:^: Ti. tls;-..λ.^·;:^

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Die dabei neu auftretenden Frequenzen liegen aber oft in einem begrenzten Bereich, v/enn nur wenig von der mittleren Breite abgewichen werden soll. Das Geräusch des Drehklanges wird jedoch angenehmer empfunden, wenn der ganze hörbare Bereich mit Frequenzen kleiner Amplitude besetzt ist. Einzelne Frequenzgruppen, die voneinander getrennt und nicht zu einem Eand verbunden sind, können noch immer störend wirken. Die Frequenzbereiche könnten verbreitert und die Lücken ausgefüllt werden, liesse man eine grössere Variation der Zellenbreiten zu. Das würde aber ein stärkeres'Abgehen von der normalen Zeilenbreite bei einer grösseren Anzahl Zellen bedingen, was Nachteile anderer Art nach sich brächte. Eine günstige Lösung besteht darin, nur ganz wenige, z.B. zwei Zellen des Rades mit einer grösseren Abweichung von der normalen Zellenbreite vorzusehen, um mit den Schwingungen, die dadurch im strömenden Medium entstehen, die noch freien Frequenzbereiche zu belegen. Als Beispiel diene folgendesSchema:

aaa bb ccc odd e ddd ccc bb aaa f aaa bb ccc ddd

Dabei können z.B. die Zellenbreiten a um + 10 Jt, b um + 3Ϊ, c um - 3%, d um - 1OS, e um + 20 % und f um - 20Ji von der normalen Zellenbreite abtreichen. Der Einfluss auf die Wirkungswelse der Maschine Ist nur gering, der angestrebte akustische Effekt wird aber trotzdem erreicht.

In der Zeichnung 1st ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine aerodynamische Druckwellenmaschine,

Fig. 2 das Zellenrad der Fig. 1 nach dem Schnitt XI-II in grösserem Massstab,

Fig. 3 eine Abwicklung des Itafanges des Zellenrades nach Fig. 1.

Nach Fig. 1 läuft das Zellenrad 1, das bei 2 angetrieben wird, in einem Stator, der im wesentlichen aus dem Gehäuse 3 für das zu verdichtende Medium, dem Gehäuse *l für das expandierende Medium und dem Mantel 5 besteht. Die Gehäuse enthalten die (nicht gezeichneten) Zu- und Abführkanäle für die beiden Medien, deren Strömungsrichtungen mit Pfeilen angedeutet sind.

In Fig. 2 ist das Zellenrad 1 in einem Radialschnitt dargestellt. Die Zellen sind in Gruppen von Zellen mit gleicher Breite zusammengefasst, wobei a, b und c Zellen unterschiedlicher Breite bezeichnen. Die unterschiedlichen Breiten sind in der Abwicklung des Zellenrades nach Fig. 3 noch deutlicher zu erkennen. Die dargestellte Gruppierung der Zellen entspricht dem ersten der oben gezeigten Bespiele.

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Claims

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Patentansprüche:

1. Verfahren zur Geräuschminderung des in aerodynamischen Druckv/ellenmaschinen auftretenden Drehklanges, dessen Frequenzen durch Zellenzahl und Drehzahl des Zellenrades bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfrequenzen des Drehklanges in Bereiche von Frequenzen unterschiedlicher Amplitude aufgelöst werden.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen des Zellenrades (1), die mindestens zwei verschiedene Breiten aufweisen, zu Gruppen aus Zellen gleicher Breite (a, b, c, d) zusammengefasst sind.·

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen aus der gleichen Zellenzahl bestehen.

J». Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Gruppen zu einer Hauptgruppe zusammengefasst sind und dass die Breite der Zellen von Gruppe zu Gruppe in einer ersten Hauptgruppe abnimmt und in einer zweiten Hauptgruppe wieder zunimmt.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Gruppen durch mindestens eine Zelle'anderer Breite voneinander getrennt sind.

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6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass von mindestens einer Gruppe mittlerer Zellenbreite eine Zelle entnommen und zwischen zwei Gruppen anderer Zellenbreite angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die trennende Zelle eine Breite Ce, f) aufweist, die von den Breiten (a, b, c, ü) der übrigen Zellen wesentlich abweicht.

Aktiengesellschaft BROWN, BOVERl & CIE.

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