DE2255428A1 - Vorrichtung zur schalldaempfung und verfahren hierzu - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Schalldämpfung und Verfahren: hierzu

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Schalldämpfung relativ niedriger und hoher, den I¹IuB eines Fluids begleitender Frequenzen, insbesondere für Gasturbinen und ähnliehe Schall erzeugende Anlagen, und ein Verfahren hierzu»

Es gibt zahlreiche Arten von schallabsorbierenden Belägen;, Leitwänden, Kammern, Klappen und anderen Vorrichtungen zum Absorbieren und Dämpfen von verschiedenem nieder- und hochfrequenten Schall, der den. Fluß von Güasen begleitet, solche»wie Luft oder Abgas in verschiedenen Arten von umschlossenen Räumen, eingeschlossen Kraftmasohinenauspuffleit.ungen₉ !Pestzellen und dergleichen· Zu den !Techniken zum Absorbieren relativ nieder-frequenten Schalls (etwa 20 bis 500 Hz)' gehören ZoBo Seitenarme oder Kammern mit akustisch absor~ bierenden, strömungswiderstandsfähigen Belägen, wie z.B» denen, die von L» Cremer in "Acustica", Band 3» 1953, auf S* 249 ff, und von &· Kurtze in »Acustica", Band 11, 1961„ aufS» 112 ff, beschrieben werden»

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In diesen Vorrichtungen und verwandten Geräten ermöglicht der Luftraum hinter dem strömungswiderstandsfähigen Belag, daß das Gas oder Partikel eines anderen Fluids, die die akustische Energie tragen, in dem strömungswiderstandsfähigen Material oszillieren und einen Teil ihrer Energie aufgrund von Reibungsverlust abgeben. Bekanntermaßen, wird eine optimale schalldämpfung in engen Leitungen durch relativ geringen Strömungswiderstand des Belagmaterials erreioht, der geringer ist als der Kenndämpfungswiderstand des Grases·

Bei höheren Frequenzen (z.B. im Bereich von mehreren Hundert Hz bis zur Schwelle des Hörfrequenzbereichs) ist es üblich, schalldämpfendes Material direkt an den festen Wänden der Leitungen oder Strömungswege zu verwenden und innerhalb des Raumes des Strömungsweges längs sich erstreckende, im wesentlichen parallele Leitwände aus schall— absorbierendem Material einzufügen· Im allgemeinen ist der Querabstand solcher Leitwände nur gering im Vergleich zu den jeweiligen Sohallwellenlängen, und die Leitwände sind verglichen mit solchen Wellenlängen üblicherweise lang»

In anderen Fällen werden abgestimmte absorbierende Leitwände oder andere Bauarten verwendet, die in Quer- und ζ, Längsrichtung sich auswirkende resonanzabsorbierende Wir- ^ kungen haben, wie ζ·Β· in den US-PS 2 759 554, 2 759 555 und 2 759 556 beschrieben·

Wenn sowohl hoch- als auch niederfrequenter Schall, wie oben beschrieben, gedämpft werden muß, werden entsprechende Kombinationen der oben genannten Techniken angewendet, z.B. werden die in Längsrichtung verlaufenden Leitwände in einem Teil der Leitung benutzt, um die hohen Frequenzen zu dämpfen· Dahinter oder in abgestufter Form folgen

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Seitenarme mit einem Belag aus akustisch beständigem Material, um die niedrigen Frequenzen zu dämpfen·

Diese kombinierte Behandlung kann jedoch leider relativ lange Leitungen, zur Unterbringung der aufeinanderfolgenden Dämpf ungsabschnitte erfordern und außerdem keine zusammenarbeitenden! Wirkungen zwischen den Dämpfungsabschnitten -verschiedener wirksamer Frequenzbereiche ermöglichen«. Die optimale Schalldämpfung derartiger hochfrequenter Leitwände erfordert außerdem einen höheren Strömungswiderstand als den des zuvor erwähnten Belagmaterials der Seitenarmresonatoren, wie bereits von Cremer in der obigen Literaturstelle betont wird· Diese parallelen Leitwände schaffen jedoch von sich aus keine wirksame Schalldämpfung bei niedrigen Frequenzen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, anstelle der aufeinanderfolgenden Abschnitte von Schalldämpfungsgebilden die verschiedenen Frequenzbereiche in demselben Bereich einer Leitung oder eines -Hohlraums sowohl ein Seitenarm-Dämpfungsgebilde für den niederfrequenten Schall als auch besonders dimensionierte paralle-Ie Leitwände für die Absorbierung von hochfrequentem Schall zu schaffene Außerdem ist ein neuartiges akustisches Schalldämpfungsgebilde und ein Verfahren zu seiner mehr allgemeinen Anwendung zu schaffen·

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Kombination vereint sind sieh längs erstreckende mit einem Einlaß zur Aufnahme des Fluids und einem Auslaß zur Abg.abe desselben versehene Leitungen» eine Vielzahl von im wesentlichen parallelen, längsverlaufenden, schallabsorbierenden, sich entlang der Leitung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß erstreckenden und zwischen den

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Seiten der Leitung in Querrichtung mit Abstand zueinander angebrachten und in Querrichtung schalldurchlässigen Leitwänden, wobei die Seiten der Leitung sich in querverlaufende, «ich nach aufien hin und in Längsrichtung entlang der Leitung erstreckende Seitenarme Öffnen und Bit einer etrönungswiderBtand»fähigen Schioht verkleidete Hohlräume begrengen und über diese Mit der Leitung in Verbindung stehen*

Die odt Seitenarmen kombinierten parallelen Leitwände haben den Vorteil, eine öeeamtschalldäaipfungeoharakteristik BU erreichen, die der Auspuffeehalleiatung z.B. von Gaeturbinenmaeohinen und ähnlichen Lärm erzeugenden Systemen: unter Bevorzugung der Dämpfung bei niedrigen Frequenzen entspricht» Kurβ gesagt, die verbesserte niederfrequent* Dämpfung wird durch ein Zusammenwirken der Niederfrsquenm- und Hoehfrequenzabsohnitte erreioht· Her Meohaniemus dieses Zusammenwirkens Besteht darin, daß die Verringerung der Wellengeschwindigkeit infolge des Strukturfaktora der parallelen Leitwände die Dämpfungswirkung der Seitenarm-Dämpfer erhöht,und dafi ein entsprechender Btrukturfaktor der Seitenarme die Dämpfungswirkung der parallelen Leitwände erhöht, was eine erhöhte Schalldämpfung sowohl bei niedrigen als auoh bei hohen Frequenzen zur Folge hat»

Ss gibt auflerdem grundsätzlich zwei verschiedene Ausrichtungen der parallelen Leitwände in bezug auf den Belag der Seitenarme, die ein solohes Zusammenwirken ermöglichen· Einmal können die Leitwand· in einer im wesentlichen parallelen Ebene zu dem Belag der Seitenarme angebracht sein* In diesem Fall sollte der Strömungswiderstand der Leitwände gering sein, damit eine SchallUbertragung vom Zentrum der Leitung zu den Seitenarm-Resonatoren

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möglich ist© Zum anderen können die Leitwände in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zum Belag der Seitenarme angebracht sein· In diesem lall wird die zusätzliche niederfrequente dämpfung durch die Portpflanzung der niederfrequenten Schallenergie in Richtung auf die Seitenarme in den schmalen Kanälen erreicht» die durah die parallel verlaufenden, Leitwände gebildet werden» Für diese zweite Ausgestaltung iat der Strömungswiderstand der Leitwände nicht auf geringe Werte begrenzt«.

Zusätzlich zu der vorteilhaftem akustischen Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung kann die Kombination der nieder- und hochfrequenten Abschnitte auch eine wesentliche Ersparnis an Größe der erforderlichen Leitung bedeuten» Ee ist wichtig zu betonen, daß in Anwendungsfällen, in denen der. dasfluß einen hoohintensiven» niederfrequenten Schall mit sich führt* die Wände der Leitungen! eine große Masse pro Flächeneinheit oder eine hohe Steifheit besitzen müssen, um eine akustische Übertragung zu vermeiden, so daß die Ersparnis hinsichtlich der erforderlichen Längenabmessungen der Leitung» die durch die vorliegende Erfindung erreicht werdem kann, einen sehr wesentlichen Vorteil darstellt»

Weitere Einzelheiten und Tort alle der Erfindung sind nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen und der zwei dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert» Es zeigen?

Fig« 1 einen Längsschnitt einer akustischen Sohalldämpfungsleitung entsprechend einer bevorzugten ' Ausführungsform der vorliegenden Erfindung}

Fig· 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 von Figo und .

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Fig* 5 und 4 Ansichten entsprechend den Pig» 1 und 2 in anderer Ausführungeform, wobei Pig« 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 von Fig· 3 darstellt·

In Fig· 1 ist ein nieder- und hochfrequenten Schall» wie er ζ·Β· von einer Gasturbine erzeugt wird, enthaltendes oder mit sich führendes) durch Pfeile angedeutetes Gas oder ein anderes Pluid gezeigt, das in ein Leitungsrohr, eine Kammer oder einen Raum I am Eingang 1 eintritt und durch einen neuartigen kombinierten Nieder- und Hochfrequenzdämpfung sabschnitt hindurchtritt und am Ausgang 1' mit gedämpftem Schall wieder auetritt·

Der hochfrequente Schall» wie oben beschrieben, wird als erstes absorbiert infolge der Verwendung einer Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden, im wesentlichen parallelen dämpfenden Leitwänden 3 (aus schalldämpfenden Material wie in den oben erwähnten Artikeln und Patenten beschrieben), die mit einem im Vergleich zu den mit dem Pluid verbundenen Schallwellenlängen geringen Abstand in Querrichtung unterteilt sind· Sie Leitwände seibat dagegen sind lang verglichen mit diesen Wellenlängen·

Statt die Seiten oder Wände der Leitung I in üblioher Weise zu belegen und vor oder hinter den Leitwänden 3 Abschnitte für niederfrequente Dämpfung einzurichten, sind die Selten oder Wände der Leitung I gegenüber den Leitwänden 3 vielmehr mit strömungswiderstandsfähigen Belägen 5 versehen, die ihrerseits gegenüber Seitenarmen oder Hohlräumen 7 liegen, die sioh in Querrichtung nach, außen von der Leitung I weg erstrecken und vorzugsweise mit schallundurchlässigen, quer trennenden Scheidewänden 9 versehen sind, die eine Portpflanzung von niederfre-

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quentem Schall in Längsrichtung entlang dem Hohlraum verhindern und im wesentlichen eine-Queraehwingting der Partikel erzwingen»

Entsprechend der vorliegenden Erfindung können wegen der neuartigen Anbringung dee an die hochfrequenten leitwand© 5 angrenzenden niederfrequenten Abschnitte 5-7 die LeIt* wände 3 nicht nur in die Lage versetzt herden/ hochfrequente Schall en erg ie > die sich in Längsrichtung entläng, der Leitung I ausbreitet, sondern auch niederfrequente Energie zu absorbieren, die gezwungen ist, zwischen den Hohlräumen 7 in Querrichtung mitzuschwingen, wie oben beschrieben» . - . ;

Eine neue und zusätzlich wirksame Verwendungsmöglichkeit des absorbierenden Materials der längs sioh erstreckenden Leitwände 3 besteht auch darin*. daß die von den niederfrequenten Abschnitten 5-7 hervorgerufene niederfrequente Absorption unterstützt wird* was nicht der Fall ist, wenn entsprechend dem bekannteil Stand der Technik ähnliche Vorrichtungen in Reihe in aufeinanderfolgenden Leitungsabachnitten verwendet werden. ''__■'.-,

Um aus dieser Erscheinung einen Vorteil zu ziehen^ muß auch die längsverlaufende Leitwand 3 für akustische Energie etwas durchlässig sein; dies wiederum im unterschied zu den Leitwänden entsprechend dem Stand der Technik, die einen hohen Strömungswiderstand oder undurchdringliche Separatoren, Scheidewände oder ähnliche Gebilde besitzen»

Zur. Darstellung der· Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung und der ungewöhnlichen und neuartigen zusammenarbeitenden Wirkungen, die durch diese andere Kombination von Elementen hervorgerufen werden, wurde bei einem Schalldämpfer

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mit drei sich länge erstreckenden Leitwänden 3» Ale wesentlichen mit gleichem Abstand über die Leitung I mit etwa 30 biß 50 Jf freiem Luftraum unterteilt waren» und mit Hohlräumen 7 mit strömungawiderstandsfähigem Belag 5 von Im wesentlichen gleicher Länge wie die von gleicher Ausdehnung beschaffenen Leitwände 3 festgestellt, daß die entsprechenden niedrigen Frequenzen bis zu ungefähr 5 dB mehr gedämpft wurden»als mit den gleichen Leitwänden 3 erreicht werden kann, auf die ein niederfrequentes Hohlraumgebilde 5-7 in einem nachfolgenden Leitungebereich folgt.

Im hochfrequenten Bereich wurde keine Verschlechterung der hochfrequenten Absorption darüber hinaus festgestellt, was normalerweise durch die sich längserstreokenden Leitwände 3 bei alleiniger Terwendung mit verkleideten Leitungswänden hervorgerufen werden würde· Daher wurde nicht nur eine bessere akustische Wirkungsweise insbesondere am niederfrequenten Ende erreicht, sondern die für die Sohalldämpfungsbehandlung erforderliche Leitungelänge wurde auf die Hälfte der Länge verringert, die bei aufeinanderfolgenden hochfrequenten und niederfrequenten Abschnitten erforderlich gewesen wäre»

Die hochfrequente Wirkungsweise des Schalldämpfers mit Leitwänden geringen StrömungswiderStandes, die im wesentlichen parallel zu dem Belag der Seitenarme verlaufen, wie in Figo 1 dargestellt, wird etwas verringert im Vergleich zu einem System mit Leitwänden nur hohen Strömungswiderstandes· Dies beeinträchtigt jedoch nicht die Gesamtleistung des Schalldämpfers für typische Gasturbinen und andere Lärm erzeugende Systeme mit entsprechenden Wellenbändern, da herkömmliche Schalldämpfer mit parallelen

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Leitwänden normalerweise unausgeglichene Dämpfung zugunsten höherer !Frequenzen vorsehen» In den Sonderfällen» in denen stärkere hochfrequente Dämpfung erforderlich ist, kann andererseits die Konstruktion entsprechend lig» 3 und 4 vorteilhafter verwendet werden» Hier kann der Strömungswiderstand der parallelen Leitwände 3» die diesmal im wesentlichen senkrecht zum Hohlraumbelag 5 verlaufen , optimal so gestaltet werden, daß bei dem gegebenen Abstand eine ausgeglichene hooh~ und niederfrequente Schalldämpfung erreicht wird*

Hut den beiden Konstruktionen nach fig» 1 und 2 und Fig» 5 und 4 kann jedoch nicht nur eine verbesserte akustische Wirkungsweise., besonders am niederfrequenten Ende erreicht werden* sondern die Leitungslänge» die für die Dämpfungsbehandlung erforderlich ist* kann verringert werden» Ba soll ebenfalls festgestellt werden, daß der Vorteil des geringem Druckabfalls und des geringen selbsterzeugten Schalls* die eine folge des (rebyauohs von direkt durghgehendenρ nacheinander in Reihe angeordneten Dämpfungsabsohnittem sind, auch in die sent einheitlichen kombinier-, tem Abschnitt weiterhin beibehalten wird»

Während der Aufbau in bevorzugter geometrischer Form dargestellt wurde, ist es selbstverständlich, da& Änderungen in der Gestaltung, den Grrößenverhältnissen und der räumlichen Lage den? leitwände und anderer struktureller Elemente vorgenommen werden können, wie dies in der Teohnik bekannt ist» ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen»

Patentanaprüehe s 25 113 - Se/Hf -10-

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Claims (1)

1. ~ ίο -

   Patentansprüche:

   Vorrichtung zur Schalldämpfung relativ niedriger und hoher, den fluS eines fluids begleitender Frequenzen, insbesondere für Gasturbinen und ähnliche Sohall erzeugende Anlagen, dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination vereint sind sioh läng· erstreckende, mit einem Einlaß (1) zur Aufnahme des Fluids und einem Aualaß (1*) zur Abgabe desselben versehene Leitungen (I), eine Vielzahl von im wesentlichen parallelen, längeverlaufenden, schallabsorb!erenden, sich entlang der Leitung (I) zwisohen dem Einlaß (1) und dem Auslaß (1') erstreckenden und zwischen den Seiten der Leitung in Querrichtung mit Abstand zueinander angebrachten und in Querrichtung sohalldurohlässigen Leitwänden (3), wobei die Seiten der Leitung (I) sich in querverlaufende, sioh naoh aussen hin und in Längsrichtung entlang der Leitung (I) erstreckende Seitenarme (7) öffnen und mit einem etrömungswiderstandsfähigen Belag (5) verkleidete Hohlräume begrenzen und über diese mit der Leitung in Verbindung stehen·

   2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der strömungswiderstandsfähige Belag (5) und die Leitwände (3) im wesentlichen von gleicher Auedehnung sind und die Hohlräume (7) sohallundureindringliche Scheidewände (9) zur Verhinderung einer Ausbreitung von niederfrequentem Schall in Längsrichtung entlang den Hohlräumen enthalten»

   3· Vorrichtung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querabatand zwischen den Leitwänden (3) und

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   die Längsausdehnung der Leitwände (3) jeweils klein und groß im Vergleich zu den Wellenlängen der Schallfrequenzen ist»

   4» Vorrichtung nach Anspruch 1* dadurch gekennzeichnet ₉: daß die im wesentlichen parallelen Leitwand© (3) im wesentlichen parallel zu den strömungswiderstandsfähigen Belägen (5) der Seitenarme (7) angebraehis sind*

   5»_ Vorrichtung nach Anspruch: 1_t dadurch gekennzeichnet» daß die im wesentlichen parallelen Leitwände (3) im wesentlichen senkrecht au den Strömungswiderstandsfähigen Belägen (5) der Seitenarme (7) angeordnet sind*

   6« Verfahren zur Schalldämpfungrelativ niedriger und hoher_r den Fluß eines Fluids begleitender Fre^uenaea^ dadurch gekennzeichnet,., daß der Fluß des sehalltra— genden Fluide in längsrichtung entlang einem vorbestimmten, in eine Vielzahl von längs sieh erstreckenden Unterabschnitten geteilten leitungsbereich geleitet wird j die hohen Frequenzen entlang diesen Unterabschnitten absorbiert und die niedrigen Frequenzen gezwungen werden, quer durch die sen.Abschnitt und vosr dort quer nach außen zu fließen, wobei diese Frequenzen während eines solchen Durchflusses frequenzabhängig absorbiert werden· ·

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