DE2458709A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbesserung des arbeitens eines schraubenluefters - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur verbesserung des arbeitens eines schraubenluefters

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Description

Dipl. in,.--. C. W-MJaCh ■ ":'·
6 »iij.Nc-r.un 2
Kaufiii.,o a·- a, ,-Jj1 24 02 76
ELEGIERIGITE DE PRAITCE (Service National), Paris
Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung des Arbeitens eines Schraubenlüfters..
Die Erfindung betrifft die Verbesserung der Arbeitsweise eines Schraubenlüfters.
Sie bezweckt insbesondere, die Stabilitätszone des aerodynamischen Arbeitens eines Schraubenlüfters auszudehnen und das von einem derartigen Lüfter erzeugte Geräusch, insbesondere den reinen Ton, abzuschwächen.
Bekanntlich hat das Arbeiten eines Schraubenlüfters infolge von Wirbelbewegungen in der Strömung des Strömungsmittels um. die Flügel des Lüfters herum die Neigung, labil zu werden, wenn die Strömungsmenge von dem normalen Betriebszustand
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Ferner ist bekannt, daß ein Schraubenlüfter im wesentlichen einen reinen, ein Geräusch einer akustischen Sirene bildenden Ton mit einer Frequenz erzeugt, welche einerseits zu der Drehzahl des Rotors des Lüfters und andererseits zu der Zahl der von diesem Rotor getragenen Flügel proportional ist. Hierdurch entsteht eine akustische Belästigung, welche sich ζ»Β. in Elektrizitätswerken und Flugzeugstrahltriebwerken bemerkbar macht, welche derartige Lüfter aufweisen.
Bisher hat man versucht, diese Belästigung durch die eine oder mehrere der folgenden Lösungen zu verringern:
- Hinzufügung eines Geräuschdämpfers strömungsauf wärts und/oder strömungsabwärts von dem Lüfter;
- Anordnung eines Gehäuses oder einer Haube um den Lüfter herum;
- Hinzufügung eines Mantels, der an der Stelle des Rotors innen Zellen enthält;
- Anordnung von Resonatoren strömungsauf wärts von dem Rotor;
- Hinzufügung eines strömungsaufwärts von dem Lüfter angeordneten Gitters, was eine Überbemessung des Lüfters erfordert.
Alle diese bekannten Vorrichtungen besitzen offenbar Nachteile, insbesondere daß sie ein sperriges Material erfordern und den Wirkungsgrad des Lüfters verringern.
Die Erfindung beruht auf der von den Erfindern nach einer systematischen Untersuchung des Mechanismus der Erzeugung des reinen Tons, und allgemeiner des Geräuschs in einem Schraubenlüfter gemachten Feststellung, daß eine Beziehung zwischen dem absoluten Pegel des Geräuschs und dem Auftauchen des erzeugten reinen Tons einerseits und der Wirbelbildung in der Strömung an der Stelle der Flügel des Rotors andererseits bestellt.
Das allgemeine erf iiüungsgemäße Mittel zur Ausdehnung der Stabilitätszone des Arbeitens eines Schraubenlüfters und zur Milderung des von einem derartigen Lüfter erzeugten Geräuschs besteht darin, die wirbelbewegung der Strömung des Strömungsmittels an der Stelle der Flügel des Rotors des Lüfters durch Hinzufügung einer Strömungsmenge am Umfang an der
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Stelle dieser Flügel zu verandern.
dadurch Dies erfolgt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren/,daß Strömungsmittel strömungsaufwärts von dem.Rotor entnommen und an der Stelle des Rotors an den Umfahg der Flügel 1 desselben geleitet wird., "wobei .diese Strömungsmitte lzuf uhr am- · Umfang vorzugsweise· pulsierend mit einer Frequenz erfolgt, welche zu der Drehzahl des Rotors und der Flüge lza'hl desselben proportional· ist. .■-. ν ..·.- ■"■.-·: .. -..-. ;... * -.. ;' --.;·'.- -.-Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausübung des obigen Verfahrens ist durch wenigstens einen Kanal zur Entnahme von Strömungsmittel gekennzeichnet »..we Icher eine strömungsauf ^ wärts- von dem Rotor des Lüfters liegende Zone mit einer an der Stelle des Umfangs,.der Flügel des:Rotors. liegendenZone" verbin-..-
Hierdurch konnte eine Ausdehnung der Stabilitäts- . ζ one de s Arbe itens des Schraubenlüfters · und e ine beträ chtliehe Abschwächung des Geräuschs, insbesondere des reinen Ions, ohne merkliche Veränderung.der -.aerodynamischen. Leistung des Lüfters erzielt werden.
·'. '. . Das am 14.- Dezember -1966 eingereichte und am 50.-Oktober 19&7 erteilte- französische Patent Nr. .1 .$05.04-3 erzielt die Ausdehnung der stabilen Betriebszone eines Kompressors oder, eines Schrauben.lüfters, und das am 18. Juni 1964 eingereichte und am 15· Juni 196? erteilte schweizerische Patent Nr. 4-37»614- bewirkt die Verringerung.des Geräuschs in einem Schraubenlüfter. Diese beiden Patente, sehen die Verwendung einer zusätzlichen Strömungsmenge zur Veränderung der Wirbelbewegung, der Strömung des Strömungsmittels an der Stelle der Flügel des Rotors vor, die zur Erzeugung dieser zusätzlichen Strömungsmenge benutzten Mittel werden jedoch durch in den Flügeln vor-r gesehene Schlitze oder Kanäle gebildet, welche nicht gleichzeitig mit strömungsaufwärts von dem Rotor entnommenem Strömungsmittel gespeist werden und so ausgebildet sind, daß sie das Strömungsmittel am Umfang der Flügel ausgeben. Bei Betrachtung der Fig. 5 des schweizerischen Patents scheint es jedoch, daß die Entnahme von zusätzlichem .Strömungsmittel durch den Kanal 15 nicht strömungsaufwärts von dem Rotor erfolgt, sondern strömungsabwärts. Diese beiden Patente nehmen daher die Erfindung nicht vorweg.
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-4- 0741 7^58709
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.
Fig. 1 zeigt in einem axialen Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Lüfter in seinem Kanal.
Fig. 2 zeigt die Kennlinien Druck/Strömungsmenge eines gemäß Fig. 1 ausgebildeten erfindungsgemäßen Schraubenlüfters.
In Fig. 1 sieht man in einem Kanal 1 einen
Lüfter 2 mit einem Rotor 1 mit seinen Flügeln 4- und einem Leitwerk 5 mit seinen Schaufeln 6, wobei der Rotor und das Leitwerk an einer den Rotor 3 in Umdrehung versetzenden Antriebswelle 7 angebracht sind.
Bekanntlich hat der reine Ton des Lüfters 2
eine Frequenz, welche einerseits zu der Drehzahl des Rotors 3 und andererseits zu der Zahl der Flügel 4· dieses Rotors proportional ist.
üJrfindungsgemäß wird eine geringe Strömungsmenge am Umfang in der Zone 8 an der Stelle des Umfangs der Flügel des Rotors zugeführt, wobei diese Strömungsmenge strömungsaufwärts von dem Rotor in der Zone 10 entnommen wurde.
Die Zufuhr dieser Strömungsmenge am Umfang
erfolgt vorzugsweise pulsierend mit einer Frequenz, welche zu dem Produkt aus der Drehzahl des Rotors und der Flügelzahl desselben proportional ist.
Dank dieser Zufuhr erhält man die Stabilisierung der Strömung um die Flügel herum und die Erzeugung von sekundären akustischen, tonhindernden Schallquellen, d.h. welche eine aktive akustische Absorption des .reinen Tons mit der Sirenenfrequenz erzeugen, wobei diese tonhindernden Schallquellen einerseits in der Zone 8 und andererseits in der Zone 10 liegen.
Die Vorrichtung enthält wenigstens einen
Kanal 9, dessen Eingang 11 in die Zone 10 strömungsaufwärts von dem Rotor 3 mündet, und dessen Ausgang 12 in die Zone 8 am Umfang der Flügel 4· des Rotors 3 mündet, in der Figur ist durch den Pfeil f die Strömungsrichtung des in der Zone 10 entnommenen und in die Zone 8 gelangenden Strömungsmittels dargestellt.
Es können mehrere Kanäle 9 vorgesehen werden, und in der Figur sieht man Eingänge 11a und 11b von zwei
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- £ - U741 74- B
• S'%
weiteren Kanälen, welche dem Eingang 11 der Leitung 9 entspre-
i chen.
Der Kanal oder die Kanäle 9, welche im Nebenschluß zu der Hauptströmung liegen, welche in der durch den Pfeil F dargestellten Richtung erfolgt, dienen zur·insaugung des Strömungsmittels strömungsaufwärts von dem Rotor 3 und zur Förderung desselben in die Zone 8.an der Stelle des Rotors.
Man kann die Schwächung noch dadurch verbessern, daß eine Fläche 13 angeordnet wird, wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt, wobei diese Fläche sogar einen umgebogenen Abschnitt 14 aufweisen kann, wie in der Figur punktiert dargestellt.
Die Fläche 13 dient dazu, einen Teil des
strömungsaufwärts von dem Rotor 3 strömenden Strömungsmittels aufzufangen und dem Kanal 9 zuzuführen, während der umgebogene Abschnitt die Aufgabe hat, der eigentlichen Fläche 13 einen Teil der Außenluft zuzuführen.
Dank dem Verfahren und/oder der Vorrichtung
gemäß der Erfindung erhält man eine erhebliche Ab'schwächung des reinen Grundtons um größenordnungsmäßig 10 bis 25 Dezibel, wobei das Gesamtgeräusch um größenordnungsmäßig 10 Dezibel abgeschwächt wird, ohne die aerodynamische Leistung des Schraubenlüfters der Strömungsmenge und dem Druck nach zu verringern, welche sogar bisweilen etwas verbessert werden können.
Außerdem haben die Versuche gezeigt, daß das obige Verfahren und die obige .Vorrichtung nicht nur die Verringerung des durch den Schraubenlüfter erzeugten Geräuschs gestatten, sondern auch die Vergrösserung der Stabilität des ■ aerodynamischen Arbeitens des Lüfters durch Veränderung der Wirbelbewegung der Strömung des Strömungsmittels um die Flügel des Lüfters herum.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausbildung
konnte so die Stabilitätszone des aerodynamischen Arbeitens des Lüfters dadurch gesteigert werden, daß in dem Betriebsdiagramm. Druck/Förderleistung des Arbeitens des Lüfters die Grenze, von welcher aus das Arbeiten des Lüfters labil wird, wenn die Fördermenge abnimmt, nach links oben verschoben wird.
In Fig. 2 sind als Abszissen die wachsenden
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- 6 - 0741 74 B
Fördermengen d und als Ordinaten die wachsenden Drücke ρ aufgetragen, wobei drei Kennlinien dargestellt sind, nämlich:
- gestrichelt (Kurve 21), wenn der Entnahmekanal (mit dem Bezugszeichen 9 in Fig. 1) offen ist;
- strichpunktiert (Kurve 22), wenn dieser Kanal verschlossen ist;
- gestrichelt (Kurve 25)» wenn kein Kanal vorgesehen ist.
Diese drei Kurven haben einen vollausgezogen dargestellten gemeinsamen Abschnitt (Kurve 24).
Bei i/L und M2 sind die Maxima oder Grenzen des stabilen Arbeitens (links von hL· oder M? wird das Arbeiten labil) für einen Lüfter ohne Kanal (gemäß der früheren Technik) bzw. einen mit einem erfindungsgemäßen Kanal versehenen lüfter dargestellt.
Da der normale Betriebspunkt A (in der früheren Tephnik ohne Kanal) stets in der Nähe des Maximums liegt, stellt offenbar die Verschiebung dieses Maximums von ML1 nach M2 eine bedeutende Verbesserung dar und ermöglicht ein erheblich stabileres Arbeiten des Lüfters.
Gegenüber den zu Anfang beschriebenen Vorrichtungen der früheren Technik erhält man erheblich verbesserte Ergebnisse hinsichtlich der Stabilität, des akustischen Arbeitens und der Ersparnis der aufgewandten Mittel, wobei jedoch keine Verluste in aerodynamischer Hinsicht auftreten, was bei den früheren Vorrichtungen nicht der Fall ist.
Außerdem ist insbesondere die Erfindung ohne Schwierigkeiten auf Flugzeugstrahltriebwerke anwendbar.
Die Erfindung ist also insbesondere auf industrielle Lüfter (insbesondere für Elektrizitätswerke), auf Klimaanlagen und auf Flugzeugstrahltriebwerke anwendbar.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zur Verbesserung des Arbeitens eines Schraubenlüfters, insbesondere durch Ausdehnung der Stabilitätszone des Arbeitens desselben und durch Abschwächung des von diesem erzeugten Geräuschs, dadurch gekennzeichnet, daß strömungsaufwärts von dem Rotor ein Bruchteil des dort strömenden Strömungsmittels entnommen und an der Stelle des Rotors dem Umfang der Flügel desselben zugeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Strömungsmittel am Umfang an der Stelle des Rotors pulsierend mit einer Frequenz erfolgt, welche einerseits zu der Drehzahl des Rotors und andererseits zu der Flügelzahl desselben proportional ist.
  3. 3· Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens
    nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens einen Kanal (9) zur Entnahme von Strömungsmittel, welcher eine strömungsaufwärts von dem Rotor (3) des Lüfters liegende Zone (10) mit einer an der Stelle des Umfangs der Flügel (4) des Rotors liegenden Zone (8) verbindet.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß sie an der Stelle des Eingangs eines jeden Entnahmekanals (9) eine Fläche (13) aufweist, welche diesem Kanal einen Teil des strömungsaufwärts von dem Rotor (3) des Lüfters strömenden Strömungsmittels zuführt.
    5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (13) einen umgebogenen Abschnitt (14) aufweist, welcher der.eigentlichen Fläche (13) einen Teil der Außenluft zuführt.
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