DE1503718A1 - Einrichtung zur Laermverminderung von Gasstrahl-Ventilatoren - Google Patents

Description

Dipl-Ing. F.Weickmann, Dr. Ing. A/Weickmann, D1PL.-ING. H. Weickmann Dipl.-Phys. Dr.K.Fincke Patentanwälte 1503718

8 MÜNCHEN 27, MOHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 483921/22

AIIf

!"Irma Wiegand Apparatebau G.m.b.H., 75 Karlsrulie-West, Andreas-Hofer-Straße 3 '

Einrichtung zur lärmverminderung von Gasstrahl-Yentilatoren

Die in eckigen Klammern eingefügten Ziffern sind Hinweise auf die Literatur gemäß Zusammenstellung am Schluß der Beschreibung.

auf

Gasstrahl-Ventilatoren* z.B./Abgaskaminen, belästigen die Umgebung durch lärm. \IeiaiL diese Belästigungen besonders naohts in benachbarten Wohnsiedlungen unzulässig hoch würden, müssen diese Ventilatoren nach dem heutigen Stande mit Schalldämpfern und -Isolationen veraehen werden, deren Anschaffungspreis in derselben Größenordnung wie der Preis des ganzen Ventilators liegt. Dadurch verdoppeln eiofi die Investitionskosten. Die Wirksamkeit der genannten MaÄnahmen, besonders gegen niedrig« Jreq.u«niien_f ist zudem nur gering. &ADoa/<i

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Eb ist daher sinnvoll, eine Ventilator-Konstruktion su suchen, die den Lärm gar nicht erst in unzulässiger Intensität oder aber in besser und leichter däinpfbarem Frequenzbereich entstehen läßt.

Die von einem ireibdüsenstrahl bei der turbulenten Vermischung mit der Umgebungsluft ausgesandte totale Schall-Leistung wächst mit der 8. Potenz der ireibstrahlgeschwindigkeit [?] · Weil diese Geschwindigkeit etwa mit der Wurzel aus dem Überdruck vor der Düse wächst, geht die abgestrahlte Schall-, Leistung etwa mit der 4. Potenz dieses Überdruckes. Mit anderen Worten: Senkung des Überdrucks vor der Düse auf die Hälfte läßt .die theoretische Schall-Leistung eines Ventilators auf den 16. leil absinken. Aus dieser Erkenntnis wählt man den Auslegungsvordruck so niedrig wie möglich. Die Lärmminderung durch diese Maßnahme ist aber in der Praxis doch meist viel geringer, weil durch Resonanzen zwischen Ventilator und Kamin noch andere Lärrnquellen vorhanden sind. Vor allen Dingen ist man auch, in der Wahl des Düsenüberdruckes gar nicht frei, weil dieser meistens durch das Verfahren bedingt ist. Deshalb müssen dann bei unzulässiger Lärmbelästigung der Umgebung die oben erwähnten Sohallisolationen an den Ventilatoren und gegebenenfalls auch am Kamin angebracht werden.

Gemäß der Erfindung sind an die Stelle der bisherigen kreisförmigen Einstrahltreibdüsen die seit einigen Jahren an Flugzeug-Düsentriebwerken eingeführten Kreisbündel-, Ring-

5~, StsrnsGhlitz- und Paralleleohlitadüetn bei Gaa-109810/0318

β tr aiii-Ventil at or en mit unterkritischen Ereibstrahlgeschwln-■digkeiten sum Zwecke der Hinderung der Lärmbelästigung WId gegebenenfalls Einsparung teurer Scliallicolationen getreten.

I-Ielirstralil-l'reibdüseii mit kreisförmigen Einzelquerschnitten in Strahlapparaten sind seit langem bekannt· Zum Beispiel in großen w'asserstrahlkondensatoreii oder Wasserstrahl-Ventilatoren zur- Erzeugung vieler Einnel-.vasserstrahlen, um die liiasserauonutsung durch Oberflächenvergrößerung möglichst weit au treiben. Auch in DampfStrahlpumpen mit Übersehalltreibstrahl ill wurden früher schon l-lehrstraiil-Ereis.qtiers-chnittdüsen verwendet |_2J, v;eil man sich davon eine gleiclimäßigere Vermischung des Treibstrahles mit dem Saugstrom und deshalb bessere "Viirlcungsgrade versprach. In neuerer Seit vmrden mit Eiiistrahl-creisdüsen dieselben und bessere ^irlomgsgrade in optimalen Dampfstrahlpumpen erreicht.

In den beschriebenen Pälleii dienten die Helorstrahl-Krei squerschnitt sdüsen irrjer dasu, den Virlouigsgrad von Strahlpumpen zvl verbessern, wobei die !'rage offen bleibt, ob dieser Erfolg immer eingetreten ist.

Die Erfindung besieht sich nur auf gasförmige Treibinedien. Vasser und Dämpfe, bei denen die Aufteilung des !Treibdüsenquerschnittes auf mehrere Einneldüsen, wenn auch zu anderen Zwecken, bekannt ist, sind damit ausgeschlossen. Die Erfindung besieht sich auch nur auf Misch- und Druokdüsen, deren Gesamtlänge größer als IO engste Durchmesser ist, also auf echte Strahlapparate, weil kürzere Leü^inge, welche fälcsch-

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lieh dort als Strahlapparate bezeichnet werden, versuchsweiseschon an Flugzeug-Düsentriebwerken eingesetzt und untersucht wurden.

Außerdem beschränkt sich die Erfindung auf Gastreibstrahlen mit unterkritischer, höchstens Schallgeschwindigkeit aus folgenden Gründen:

1. Treibdüsen für Überschall müssen mit Querschnittserweiterungen nach dem engsten Querschnitt ausgeführt v/erden. Bei

. den speziell aur Verwendung "vorgesehenen schlitsartijon Düsenquerschnittsformen ist diese Erweiterung praktisch nicht au s f uhr b ar.

2. Die erweiterten Austrittsquerschnitte wurden zudem die Zwischenräume zwischen den schlitzartijeii Düsen verengen und damit den Zutritt der angesaugten Luft erschweren, wodurch der gewünschte Lärmminderungseffekt wieder in Präge gestellt wird (Pig. 13 in £4j).

3. Die Veröffentlichungen und Untersuchungen beschränken sich fast ausschließlich auf Uiiterschall- bis Schallgeschwindigkeiten. Die wenigen Angaben bezüglich Überschall sind nicht eindeutig und die Verhältnisse erscheinen noch niclrt genügend geklärt, so daß der crfindungrsgemäße technische Fortschritt in Benug auf Lärmminderbelästigung nicht eindeutig genug belegt werden könnte.

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Physikali s ehe

I. Fr equensverschiebung

Nach dem Austritt des Treibstrahles aus der Treibdüse eines Gasstrahl-Ventilators vermischt sich dieser Strahl in einer in Strömungsrichtung immer breiter werdenden Vermischungssone durch turbulenten Austausch mit der angesaugten Umgebungsluft. Ganz grob kann man sagen, daß die Wirbel der Turbulenz etwa von der Größe dieser Vermischungsbreite sind, d.h. ihre Größe nimmt mit wachsendem Abstand vom Treibdüsenaustritt zu (Pig. 1 in £4j)· Daher müssen die abgestrahlten Schallfrequenzen, welche von dieser Turbulenz herrühren, in der Nähe der Treibdüsenmündung am höchsten, weiter stromab dagegen niedriger sein. Durch Aufteilung des Treibdüsenaustrittsquerschnittes auf mehrere kleinere Einzeldüsen, schmale Sehlitze oder eine sternförmige oder sonstige aufgelockerte Form, werden die Vermischungszonen kürzer und damit auch schmaler, wodurch die abgestrahlten Schallfrequenzen höher werden. Es gibt nach [3] ein Maximum des abgestrahlten Schalles an ünterschalldüsen bei einer mittleren Frequenz, welche sich ganz grob wie folgt ,errechnet ι

wobei TJ die Tr«ib0trahlgesoh.wijidiglceit und d der Treibdüeen»usta?ittidurchmeflser bzw. im Erfindungefalle die gleichwertig· aohlitabreite iet. Dieies Maximum erstreckt sioh nftofe Μ ®tw& über 3-4 Oktaren. Duroft Verkleinerung der ' 1098107-031S

"bzw. der Selilitsbreiten kann nan somit das Sghallmaximum, nach hohen Frequenzen verschieben (Fig, 13 in |V|).

Diese Frequenzverscliiebung nach oben hat freilich Iceine direkte Lärmminderung zur Folge. !Erotzdem ergeben eich praktisch bereits drei Vorteile;

1. Die atmosphärisch nicht oder wenig gedämpften Heul- und Pfeiftöne verschieben sich unterhalb des Intensitätsmaximums. Sie werden also von vornherein nur in geringerer Stärke erzeugt (Fig. 15 in [4J).

2. Die an sich nicht weniger lästigen hohen Frequenzen, die durch die Frequenzverschiebung nun intensiver auftreten, werden bevorzugt unter 45° zur Strahlachse ausgesandt [3]. Durch die ohnehin vorhandene Mischdüse werden sie daher schon einmal gegen die Umgebung abgeschirmt. Zusätzlich allenfalls noch angebrachte Schallisolierungen sind gegen diese höheren Frequenzen wirksamer als gegen niedrige £4J.

3. Hohe Frequenzen werden atmosphärisch gedämpft (z.B. 4OOO Hz um ca. 4 db/91,4 m It. /V]. Abgaskamine sind meist 100 m hoch, so daß die atmosphärische Dämpfung bereits eintritt.

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II. Schall-Leistung . ■

Durch die I'Vequennverschiebmig v.drd an sich die totale abgestrahlte Schall-Leistung nicht oder Icaum "beeinflußt, iäs sind jedoch Modellversuche bekannt geworden (Pig. 9 und 10 in [$]) ι bei denen in Vergleich, zur EinstrahllcreicdüGC die totale abgestrahlte Schall-Leistung auf über die Hälfte dadurch surückgiiig, daß die Schiitsabstände bei einer Schlitspalcetdüse so verändert v/urden, ™ daß sich die einnoliien HiscLungsfelder länagünstig beeinflußten. ;v^rie es scheint, haben sicli aber diese Günstigen V-erte bei Grο:2ausführungen doch nicht ganu erreichen las— GCIi C?, 4, 5] .

■Jine LÜriiiiaiiidorung durch Änderung in Ilichtun_o auf eine Auflösung und Auflockerung der Einstralil-Kreis-Oüsenquersclinittsforra, wemi auch unters chi edlicheii Ausmaßes, ist jedenfalls durch Experimente belegt, v/enri auch die Ergeb- λ nisGo duvun noch nicht systematisch einzuordnen sind.

Die figuren erläutern ein Ausführungsbeispiel. Es stellen dar:

Pig. 1 den Gasstrahl-Ventilator im C^uersclinitt,

jig. 2 den IreibdüsenquerGclmitt einer bisher üblichen üinsellcreisdüse, , '" .

BAD

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Pig. 3, 4 und 5 drei verschiedene Querschnittsformen der erfindungsgenäßeii Treibdüse.

Der Gasstrahl-Ventilator der Pig. ] besteht aus einer Kisch- und Druckdüse 1, die im einfachsten Pail nur 'ein gerades Rohr mit Einlauf teil sein kann, und der Ireibdüce 2. Der engste Durchmesser der Msch- und Druckdüse ist mit d "bezeichnet.

in

Die Länge der Hisch- und Druckdüse ist t> als 10 d . Der Austrittsüuersclmitt der Treibdüse ist d. Bisher war der Austritts(Querschnitt der Treibdüse ein Einnelkreis, wie in Pig. 2 gezeigt. Erfindungsgemäß ist gemäß Pig. 5 der Austrittsquerschnitt der Treibdüse ein iLreisbündel, gemäß Pig. 4 ein Sternschlitz, gemäß Pig. 5 besteht er aus einer Vielzahl von Parallelschlitsen. Der Gesanitdüsenquerschnitt der Pig. 5» 4 und 5 entspricht dabei dein Querschnitt der bisher üblichen Einnclkreisdüse der Pig. 2

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Claims (2)

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Patentansprüche

ί IJ Einrichtung zur Lärmverminderung von Gasstrahl-Ventila- · toren, die aus einer mindestens 10 engste Durchmesser langen Misch- und Druckdüse und einer Treibdüse, in welcher das gasförmige Treibmedium auf höchstens Sohallge- M schwindigkeit "beschleunigt wird, bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibdüse aus mehreren Kreisquerschnitten oder aus einer oder mehreren Schlitzdüsen besteht, deren Querschnitte an der Austrittsfläche zusammen der gleiche ist wie bei der bisher üblichen Einzelkreisdüse.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung an reinen Mischventilatoren, bei denen der Saugstrom keine äußere Druckdifferenz zu überwinden hat.

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