EP0039459B1 - Silenced turbo-machine - Google Patents

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Publication number
EP0039459B1
EP0039459B1 EP19810103122 EP81103122A EP0039459B1 EP 0039459 B1 EP0039459 B1 EP 0039459B1 EP 19810103122 EP19810103122 EP 19810103122 EP 81103122 A EP81103122 A EP 81103122A EP 0039459 B1 EP0039459 B1 EP 0039459B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
resonator
housing
turbo
wall
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP19810103122
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0039459A1 (en
Inventor
Wolfgang Dr. Ing. Neise
Gary H. Prof. Dr. Koopmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Koopmann Gary H
Original Assignee
Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Koopmann Gary H
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR, Koopmann Gary H filed Critical Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Publication of EP0039459A1 publication Critical patent/EP0039459A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0039459B1 publication Critical patent/EP0039459B1/en
Expired legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/663—Sound attenuation
    • F04D29/665—Sound attenuation by means of resonance chambers or interference
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/172—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects

Definitions

  • the invention relates to a low-noise turbo working machine, with a stationary housing, the peripheral wall of which forms a housing tongue with the wall of a channel connecting substantially tangentially to the housing, and a rotating centrifugal impeller accommodated in the housing, the bending area of the housing tongue being Mouth is formed, which is followed by a resonator consisting of a closed space.
  • the noise from axial and radial turbomachines is generally determined by the aerodynamically or hydrodynamically generated noise.
  • Mechanical sources of noise e.g. B. bearings, drives or transmissions only a subordinate role.
  • the aerodynamically or hydrodynamically generated sound can be split into two parts, namely the rotating sound or bucket sound and the noise.
  • the rotating sound is caused by the interaction between the stationary machine housing and the fluid leaving the impeller at high speed.
  • the main source of the fluctuations in the fluid velocity resulting from such interactions is located on the housing tongue, on which the housing has the smallest distance from the rotating impeller blades.
  • the stationary guide vanes behind the impeller are the main acoustic sources for the rotating sound.
  • the fixed guide vanes are referred to as housing tongues.
  • the spectrum of the bucket tone frequency is discrete. It has high amplitudes in the blade frequency formed from the speed and number of blades and in integral multiples thereof (harmonics).
  • Turbo machines of the type mentioned at the beginning which have a resonator for reducing noise are known (US Pat. No. 2,171,341).
  • the resonator consists of a cavity arranged behind the housing tongue. There is an opening in the housing tongue. This device reduces noise using a Helmholtz resonator. In this, the air is compressed intermittently through the housing opening, so that it forms an oscillatable spring-mass system that has a certain resonance frequency.
  • the shape and size of the resonator are thus fixed to a certain frequency and also to a certain shape or slope of the resonance curve. This means that a larger spectrum of noise can not be detected.
  • resonators are arranged on the diffusers in the vicinity of the housing tongues. These resonators are located on the side in the air outlet channels. They are each designed as X / 4 resonators, which consist of a cavity, the length of which can be changed by a displaceable piston.
  • axial turbo machine is known (NL-C-94 357), in which resonators are provided inside the hub. These resonators are cavities which are connected to the flow channel via openings.
  • the known low-noise turbo working machines with X / 4 resonators or Helmholtz resonators have the disadvantage that the resonators have to be matched to the interference frequencies in order to bring about effective noise elimination.
  • the interference frequency spectrum changes depending on the blade speed, operating temperature and other influences, so that a constant tuning and retuning of the resonator or resonators is necessary for a vigorous elimination of the noise.
  • the invention has for its object to develop a turbo machine with the type mentioned in such a way that a more effective elimination of the noise occurs over a relatively wide frequency range.
  • the bending area of the housing tongue is designed as a perforated cover and that the closed space forming the resonator has a movable wall for changing its volume.
  • the invention further relates to a low-noise turbo machine with a stationary housing in which at least one rotating axial vane wheel is arranged and which has at least one stationary guide vane behind the axial vane wheel, and with at least one cavity resonator, the volume of which can be changed.
  • the stated object is achieved in that the resonator is arranged within the guide vane and is closed off by a movable wall and in that the front boundary wall of the resonator is designed as a perforated cover.
  • the perforated cover in the bending area of the housing tongue (in the case of a radial machine) or in the front boundary wall of the guide vane (in the case of an axial machine) causes a concentration of the sound frequencies, which are then eliminated by suitable tuning of the resonator.
  • the resonance curve of the resonator is characterized by the fact that the resonator with of the perforated cover is wider, so that the resonator can detect a larger interference frequency spectrum. This means that the noise is eliminated in a larger frequency range or in a larger speed range than with a resonator, which is tuned in the usual way to a certain selective frequency.
  • ⁇ / 4 resonators can be used, in which the length of the housing is determined by a displaceable piston, or Helmholtz resonators, in which the oscillating air volume determines the frequency.
  • the inner walls of the resonator are lined with sound-absorbing material. This creates additional damping in the resonator itself.
  • FIG. 1 shows a centrifugal blower 10, consisting of a housing 12 and a paddle wheel 14 accommodated therein.
  • the paddle wheel 14 is provided with six backward curved blades 17 and has a diameter of 140 mm.
  • the housing 12 is designed as a logarithmic spiral with a very small distance between the paddle wheel 14 and the housing 12 in the housing tongue region.
  • the housing tongue spacing 18 is 4.4 mm, and the housing tongue radius 20 of the model blower 10 used for the tests is 10 mm.
  • a ⁇ / 4 resonator 30 is arranged at the point 20 of the housing tongue.
  • a wall 32 which is displaceable in the manner of a piston within the resonator 30 is used to tune the resonator for different frequencies.
  • the noise reduction effect of various designs of the resonator 30 was measured by placing a microphone in the fan outlet line 22.
  • the microphone in the line had been slotted to reduce the influence of turbulent pressure fluctuations on the microphone.
  • the microphone signals were analyzed by means of a narrow band filter, which could be tuned to the blade frequency or harmonic using a tracking device.
  • a real-time analyzer was used to record the frequency spectrum of the sound pressure in the line.
  • FIG. 1 shows an enlarged cross section of the housing tongue with the resonator 30, the mouth 34 on the housing tongue being shown as a perforated cover at the resonator input.
  • the perforated cover 34 consists of 1 mm thick sheet metal, which was exchanged in the course of the tests for different configurations with different arrangement, size and number of openings 36.
  • the cross-sectional area of the resonator 30 is rectangular and its largest side dimension corresponds to the width of the housing.
  • the upper resonator wall 38 with a width of 46.1 mm is 16.5 mm above a lower resonator wall 41 of the same width.
  • the length of the resonator is changed via the movable wall 32 made of Teflon, which forms an airtight seal with the side resonator walls.
  • Optimal tuning ie maximum noise reduction at a given frequency, was easily obtained by observing the tone amplitude on the real time analyzer. All Noise measurements were carried out at only one operating point of the fan, which was located on the right-hand side of the fan characteristic curve (pressure increase as a function of the volume flow), that is to say, with virtually unrestricted delivery.
  • the resonator 30 was replaced in some experiments by a solid piece of wood with the same radius of curvature 20 and the same distance from the paddle wheel 14.
  • Fig. 3 and 4 show comparisons between the sound pressure spectrum measured in the blower outlet line for the blower with a conventional housing tongue design and with an installed X / 4 resonator.
  • the perforated cover 34 consists of 1 mm thick sheet metal, the holes 36 have a diameter of 3.1 mm and make up a total of 29% of the perforated area.
  • the resonator was tuned to achieve a maximum reduction in blade frequency at 7,500 rpm, i.e. H. 750 Hz and corresponding to 6,000 rpm in FIG. 4.
  • the solid arrows illustrate the noise levels of the paddle harmonics without a resonator, i. H. the Resonator30 was replaced by a solid piece of wood.
  • the dashed arrows show the noise levels of the paddle harmonics, which were measured with the ⁇ / 4-Resonator30.
  • the reduction in the blade frequency is not the same in FIGS. 4 and 5, and the frequency spectrum measured at other fan speeds showed that the maximum possible reduction that can be achieved by carefully tuning the resonator for the case increases with the frequency.
  • FIG. 5 This effect is clearer in Fig. 5, in which the level of the blade frequency is plotted as a function of the fan speed.
  • the solid curve A applies to the blower with the usual housing tongue shape.
  • the other lines in Fig. Were matched to different frequencies, e.g. H. 450, 500, 550, 600, 650, 700 or 750 Hz, tuned ⁇ / 4 resonator measured.
  • the same coverage as for FIGS. 3 and 4 was used for the data shown in FIG.
  • the damping effect is not only present at that particular frequency or within a very narrow frequency band, but extends over a fairly wide frequency range. This is important because of the practical application of the noise reduction method, since it shows that a significant reduction in the bucket sound can be achieved even if the resonator is not properly tuned, be it due to an initial mismatch or a change in fan speed due to the fan load or due to a Change in fluid temperature that corresponds to a change in the speed of sound in the fluid.
  • FIG. 6 shows the effect of the ⁇ / 4 resonator which was tuned to the total sound pressure level “A, the A-weighted sound pressure level“ B ” and the second harmonic of the blade frequency“ C ”at 600 Hz.
  • the effectiveness of the ⁇ / 4 resonator the overall or A-weighted noise level generally depends on the importance of the bucket sound: for the model blower used for experimental purposes, the overall sound pressure level was reduced by 3.5 dB and the A-weighted level by 7 dB.
  • FIG. 6 Another interesting result of FIG. 6 is that the second harmonic has been reduced the most at 3000 rpm, which corresponds to 600 Hz. However, the reduction is smaller than that of the blade frequency at the same resonance frequency, i.e. H. 6,000 rpm (compare FIGS. 4 or 5). This shows that the impedance of the X / 4 resonator changes due to the flow velocity along the housing tongue.
  • Fig. 7 through 12 show a series of experimental data similar to that of FIG. 5, the only difference being the perforated cover 34 used to cover the resonator mouth.
  • 7 shows the level of the blade frequency as a function of the fan speed for various resonator settings, the resonator mouth being provided with a 20% perforated cover which has a plurality of holes with a diameter of 2.6 mm.
  • a resonator mouth with 42% perforated area, which consists of holes with a diameter of 3.8 mm was used, while according to FIG. In all cases, the total number of holes in the for the fig. 7 to 9 used perforated cover constantly.
  • the perforation rate was changed within 20% to 58% by increasing the diameter of the holes 36, i.e. H. the total number of holes is the same in the figures. 5 and 7 to 11. There are indications that the increase in the perforation area shifts the area of maximum reduction of the blade frequency to a lower frequency range.
  • FIG. 10 shows the bucket tone reduction for the same perforation body with 16 closed out of 43 holes.
  • Fig. 10 appears to indicate the same trend as before, i.e. H. the reduction of the perforated area shifts the effective range to higher frequencies.
  • a further reduction in the number of holes as in FIG. 11 does not support this observation.
  • resonator 30 requires only minor changes in fan geometry. Therefore, as expected, the efficiency and the flow capacity in a blower 10 with or without resonator 30 are very similar, if not practically the same.
  • the volume flow pumped through the measuring line 22 was measured. The table shows the ratio of the volume flows with and without the X / 4 resonator 30 as a function of the fan speed and the results show that the volume flow decreases by an average of 0.6%.
  • the resonance frequency changes, and therefore a reduction in the blade frequency level can be achieved at other fan speeds.
  • the maximum possible reduction changes with frequency, which shows that there is an optimal impedance of the resonator 30 as a whole, the one. causes maximum damping.
  • the overall impedance of resonator 30 appears to be very sensitive Reactions to changes in flow velocity at resonator mouth 34 explain why the amount of noise reduction that can be achieved by optimally tuning the resonator for a given fan speed changes with frequency, or rather, fan speed.
  • this optimal impedance can be generated at different frequencies by simply changing the proportion of perforated area of the mouthpiece 34.
  • an X / 4 resonator can also be used if the length of the resonator is changed in proportion to the fan speed by displacing a piston body in the resonator, and in a slightly modified version, therefore, the movable wall 32 is over one suitable servo mechanism coupled with the impeller speed.
  • FIGS. 13 to 15. 13 a radial fan 100, in the housing 112 of which an impeller 116 is accommodated, is equipped with a Helmholtz resonator 130.
  • the Helmholtz resonator 130 consists of a front wall 140, which runs essentially tangentially to the housing 112, but can follow the spiral shape of the housing in the vicinity of the housing tongue 120.
  • Its rear wall consists of a main section 132 which is essentially parallel to the front wall 140 and whose lower part ends behind the housing tongue 120 at an articulation point 136.
  • the end part of the rear wall 132 is articulated under the articulation point 136 and is therefore freely adjustable as a movable wall 138 within the resonance cavity 142 located above the blower outlet 122.
  • the resonance cavity 142 is in turn covered by a perforated cover 134 at the housing tongue end.
  • the volume and thus the resonance frequency of the Helmholtz resonator 130 can be changed by moving the wall 138 in the resonance hollow rate 142 in order to be tuned for maximum noise reduction at the blade frequency.
  • the Helmholtz resonator 230 is curved so that it essentially corresponds to the spiral shape of the housing 212 of the fan 200.
  • a resonance cavity 242 is covered by a perforated cover 234 at the mouth of the resonator 230.
  • the front wall 240 of the resonator abuts housing 212, while its rear wall 232 is flexible and resilient enough to be movable in the resonance cavity 242 at its lower edge. In this way, the volume and thus the resonance frequency of the Helmholtz resonator can in turn be adjusted to changes in the fan speed and the blade frequency.
  • FIG. 15 Yet another design of a Helmholtz resonator is shown in FIG. 15.
  • the Helmholtz resonator 330 is again curved so that its front wall 340 abuts and corresponds to the spiral housing 312.
  • the mouth of the resonator 330 is located in the vicinity of the housing tongue 320 of the impeller 316 and the housing 312 and is covered with a perforated cover 334.
  • the volume of the resonant cavity 342 above the fan outlet 322 is again variable because the rear wall 332 is either hinged to the top wall 338 at 336 or, if rigidly attached at 338, is flexible enough to tune the blade frequency to achieve maximum noise reduction To enable resonators 330.
  • FIG. 16 shows a schematic cross section through an axial blower 400, a ⁇ / 4 resonator 430 being arranged in guide vanes 420 within the blower housing 410 and behind the axial rotor 416.
  • a piston-like movable wall 432 within the guide vane 420 allows the ⁇ / 4 resonator 430 to be tuned to variable fan speeds as previously described.
  • FIG. 17, which illustrates a front view of the axial blower 400 along lines 17-17 of FIG. 16, shows the perforated cover 434 at the front end of the vane 420 which forms the mouth of the A / 4 resonator 430.
  • the movable wall 432 can again be coupled to the fan speed via any servo adjustment devices, thereby ensuring its automatic tuning to the correct resonance frequency for maximum efficiency under variable load conditions.

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Description

Die Erfindung betrifft eine geräuscharme Turbo-Arbeitsmaschine, mit einem stationären Gehäuse, dessen Umfangswand mit der Wand eines sich im wesentlichen tangential an das Gehäuse anschlie-Benden Kanals eine Gehäusezunge bildet, und einem in dem Gehäuse untergebrachten rotierenden Zentrifugallaufrad, wobei der Biegebereich der Gehäusezunge als Mündung ausgebildet ist, an die sich ein Resonator, bestehend aus einem geschlossenen Raum anschließt.The invention relates to a low-noise turbo working machine, with a stationary housing, the peripheral wall of which forms a housing tongue with the wall of a channel connecting substantially tangentially to the housing, and a rotating centrifugal impeller accommodated in the housing, the bending area of the housing tongue being Mouth is formed, which is followed by a resonator consisting of a closed space.

Bei Turbo-Arbeitsmaschinen entsteht durch die Erzeugung von unerwünschten Druckimpulsen störendes Geräusch. Der Lärm von axialen und radialen Strömungsmaschinen wird im allgemeinen von den aerodynamisch bzw. hydrodynamisch erzeugten Geräuschen bestimmt. Dabei spielen mechanische Geräuschquellen, z. B. Lager, Antriebe oder Transmissionen nur eine untergeordnete Rolle. Der aerodynamisch oder hydrodynamisch erzeugte Schall läßt sich in zwei Anteile aufspalten, nämlich den Drehklang oder Schaufelton und das Rauschen. Der Drehklang wird durch die Wechselwirkung zwischen dem stationären Maschinengehäuse und dem das Laufrad mit hoher Geschwindigkeit verlassenden Fluid hervorgerufen. Die Hauptquelle der durch solche Wechselwirkungen entstehenden Schwankungen der Fluidgeschwindigkeit befindet sich an der Gehäusezunge, an der das Gehäuse den geringsten Abstand zu den rotierenden Laufradschaufeln hat. Bei radialen Turbo-Arbeitsmaschinen sind die stationären Leitschaufeln hinter dem Laufrad die akustischen Hauptquellen für den Drehklang. Hier werden die feststehenden Leitschaufeln als Gehäusezungen bezeichnet. Das Spektrum der Schaufeltonfrequenz ist diskret. Es weist hohe Amplituden bei der aus Drehzahl und Schaufelzahl gebildeten Schaufelfrequenz und bei ganzzahligen Vielfachen hiervon auf (Harmonische).In turbo machines, the generation of unwanted pressure pulses creates a disturbing noise. The noise from axial and radial turbomachines is generally determined by the aerodynamically or hydrodynamically generated noise. Mechanical sources of noise, e.g. B. bearings, drives or transmissions only a subordinate role. The aerodynamically or hydrodynamically generated sound can be split into two parts, namely the rotating sound or bucket sound and the noise. The rotating sound is caused by the interaction between the stationary machine housing and the fluid leaving the impeller at high speed. The main source of the fluctuations in the fluid velocity resulting from such interactions is located on the housing tongue, on which the housing has the smallest distance from the rotating impeller blades. In radial turbo machines, the stationary guide vanes behind the impeller are the main acoustic sources for the rotating sound. Here the fixed guide vanes are referred to as housing tongues. The spectrum of the bucket tone frequency is discrete. It has high amplitudes in the blade frequency formed from the speed and number of blades and in integral multiples thereof (harmonics).

Bekannt sind Turbo-Arbeitsmaschinen der eingangs genannten Art (radiale Maschinen), die zur Geräuschminderung einen Resonator aufweisen (US-A-2171 341). Der Resonator besteht aus einem hinter der Gehäusezunge angeordneten Hohlraum. In der Gehäusezunge befindet sich eine Öffnung. Diese Vorrichtung bewirkt eine Geräuschverminderung unter Verwendung eines Helmholtz-Resonators. In diesem wird die Luft durch die Gehäuseöffnung hindurch stoßweise komprimiert, so daß sie ein schwingfähiges Feder-Masse-System bildet, das eine bestimmte Resonanzfrequenz hat. Der Resonator ist somit durch seine Form und Größe auf eine bestimmte Frequenz festgelegt und auch auf eine bestimmte Form bzw. Steilheit der Resonanzkurve. Damit kann ein größeres Spektraum von Störgeräuschen nicht erfaßt werden.Turbo machines of the type mentioned at the beginning (radial machines) which have a resonator for reducing noise are known (US Pat. No. 2,171,341). The resonator consists of a cavity arranged behind the housing tongue. There is an opening in the housing tongue. This device reduces noise using a Helmholtz resonator. In this, the air is compressed intermittently through the housing opening, so that it forms an oscillatable spring-mass system that has a certain resonance frequency. The shape and size of the resonator are thus fixed to a certain frequency and also to a certain shape or slope of the resonance curve. This means that a larger spectrum of noise can not be detected.

Bei einer weiteren bekannten Turbo-Arbeitsmaschine (CH-A-261 468) mit radialer Luftförderung sind an den Diffusoren in der Nähe der Gehäusezungen Resonatoren angeordnet. Diese Resonatoren befinden sich seitlich in den Luftaustrittskanälen. Sie sind jeweils als X/4-Resonatoren ausgebildet, die aus einem Hohlraum bestehen, dessen Länge durch einen verschiebbaren Kolben veränderbar ist.In another known turbo working machine (CH-A-261 468) with radial air delivery, resonators are arranged on the diffusers in the vicinity of the housing tongues. These resonators are located on the side in the air outlet channels. They are each designed as X / 4 resonators, which consist of a cavity, the length of which can be changed by a displaceable piston.

Ferner ist es bekannt, bei einer radialen oder axialen Turbo-Arbeitsmaschine (US-A-2 225 398) in der Umfangswand des Gehäuses zahlreiche Kammern zur Bildung von Helmholtz-Resonatoren vorzusehen. Jede dieser Kammern steht durch Öffnungen mit dem Gehäuseinnern in Verbindung und die Kammern können auch untereinander verbunden sein.It is also known to provide numerous chambers for the formation of Helmholtz resonators in the radial or axial turbo working machine (US Pat. No. 2,225,398) in the peripheral wall of the housing. Each of these chambers is connected to the interior of the housing through openings and the chambers can also be connected to one another.

Schließlich ist eine axiale Turbo-Arbeitsmaschine bekannt (NL-C-94 357), bei der Resonatoren im Innern der Nabe vorgesehen sind. Diese Resonatoren sind Hohlräume, die über Öffnungen mit dem Strömungskanal in Verbindung stehen.Finally, an axial turbo machine is known (NL-C-94 357), in which resonators are provided inside the hub. These resonators are cavities which are connected to the flow channel via openings.

Die bekannten geräuscharmen Turbo-Arbeitsmaschinen mit X/4-Resonatoren oder Helmholtz-Resonatoren haben den Nachteil, daß die Resonatoren ziemlich genau auf die Störfrequenzen abgestimmt werden müssen, um eine wirksame Lärmbeseitigung hervorzurufen. Nun ändert sich das Störfrequenzspektrum aber in Abhängigkeit von der Schaufeldrehzahl, Betriebstemperatur und anderen Einflüssen, so daß zu einer wirdsamen Eliminierung der Störgeräusche ein ständiges Abstimmen und Nachstimmen des Resonators bzw. der Resonatoren erforderlich ist.The known low-noise turbo working machines with X / 4 resonators or Helmholtz resonators have the disadvantage that the resonators have to be matched to the interference frequencies in order to bring about effective noise elimination. Now the interference frequency spectrum changes depending on the blade speed, operating temperature and other influences, so that a constant tuning and retuning of the resonator or resonators is necessary for a vigorous elimination of the noise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbo-Arbeitsmaschine mit der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine wirksamere Eliminierung des Störgeräusches über einen relativ weiten Frequenzbereich erfolgt.The invention has for its object to develop a turbo machine with the type mentioned in such a way that a more effective elimination of the noise occurs over a relatively wide frequency range.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Biegebereich der Gehäusezunge als perforierte Abdeckung ausgebildet ist und daß der den Resonator bildende geschlossene Raum eine bewegbare Wand zur Veränderung seines Volumens aufweist.To achieve this object, it is provided according to the invention that the bending area of the housing tongue is designed as a perforated cover and that the closed space forming the resonator has a movable wall for changing its volume.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine geräuscharme Turbo-Arbeitsmaschine mit einem stationären Gehäuse, in dem mindestens ein rotierendes Axialschaufelrad angeordnet ist und das hinter dem Axialschaufelrad mindestens eine stationäre Leitschaufel aufweist, und mit mindestens einem Hohlraumresonator, dessen Volumen veränderbar ist.The invention further relates to a low-noise turbo machine with a stationary housing in which at least one rotating axial vane wheel is arranged and which has at least one stationary guide vane behind the axial vane wheel, and with at least one cavity resonator, the volume of which can be changed.

Bei einer derartigen Turbo-Arbeitsmaschine wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß der Resonator innerhalb der Leitschaufel angeordnet und durch eine bewegbare Wand abgeschlossen ist und daß die vordere Begrenzungswand des Resonators als perforierte Abdeckung ausgebildet ist.In such a turbo working machine, the stated object is achieved in that the resonator is arranged within the guide vane and is closed off by a movable wall and in that the front boundary wall of the resonator is designed as a perforated cover.

Die perforierte Abdeckung im Biegebereich der Gehäusezunge (bei radialer Maschine) bzw. in der vorderen Begrenzungswand der Leitschaufel (bei axialer Maschine) bewirkt eine Konzentration der Schallfrequenzen, die dann anschliessend durch geeignete Abstimmung des Resonators beseitigt werden. Anders ausgedrückt: Die Resonanzkurve des Resonators wird dadurch, daß der Resonator mit der perforierten Abdeckung abgeschlossen ist, breiter, so daß der Resonator ein größeres Störfrequenzspektrum erfassen kann. Dies bedeutet, daß die Geräuschbeseitigung in einem größeren Frequenzbereich bzw. in einem größeren Drehzahlbereich erfolgt, als bei einem Resonater, der in üblicher Weise auf eine bestimmte selektive Frequenz abgestimmt ist.The perforated cover in the bending area of the housing tongue (in the case of a radial machine) or in the front boundary wall of the guide vane (in the case of an axial machine) causes a concentration of the sound frequencies, which are then eliminated by suitable tuning of the resonator. In other words, the resonance curve of the resonator is characterized by the fact that the resonator with of the perforated cover is wider, so that the resonator can detect a larger interference frequency spectrum. This means that the noise is eliminated in a larger frequency range or in a larger speed range than with a resonator, which is tuned in the usual way to a certain selective frequency.

Als Resonatoren können \/4-Resonatoren eingesetzt werden, bei denen die Länge des Gehäuses durch einen verschiebbaren Kolben bestimmt wird oder auch Helmholtz-Resonatoren, bei denen das schwingende Luftvolumen frequenzbestimmend ist.As resonators, \ / 4 resonators can be used, in which the length of the housing is determined by a displaceable piston, or Helmholtz resonators, in which the oscillating air volume determines the frequency.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Innenwände des Resonators mit schallabsorbierendem Material ausgekleidet sind. Hierdurch entsteht eine zusätzliche Dämpfung im Resonator selbst.According to one embodiment of the invention, it is provided that the inner walls of the resonator are lined with sound-absorbing material. This creates additional damping in the resonator itself.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings.

Es zeigen :

  • Figur 1 einen schematischen Querschnitt eines Radialgebläses mit einem an der Gehäusezunge angeordneten X/4-Resonator.
  • Figur 2 eine vergrößerte Ansicht der Gehäusezunge mit einem \/4-Resonator zur Veranschaulichung von Einzelheiten einer Ausführungsform der Resonatormündung.
  • Figur 3 eine graphische Darstellung der Geräuschminderung, die mit dem Resonator erzielbar ist, der abgestimmt wurde, um eine maximale Verringerung der Schaufelfrequenz bei 7 500 Upm, d. h. hier 750 Hz zu vermitteln.
  • Figur4 eine ähnliche graphische Darstellung, wobei der Resonator abgestimmt ist, um eine maximale Verringerung der Schaufelfrequenz bei 6 000 Upm, d. h. hier 600 Hz hervorzubringen.
  • Figur ein Diagramm des Pegels der Schaufelfrequenz als Funktion der Gebläsedrehzahl.
  • Figur 6 die Wirkung des auf 600 Hz abgestimmten A/4-Resonators auf den Gesamtgeräuschpegel, den A-bewerteten Geräuschpegel und die zweite Harmonische der Schaufelfrequenz.
  • Figuren 7 bis 12 eine Reihe von Versuchsdaten ähnlich denen gemäß Fig. 5, jedoch mit dem Unterschied, daß die Resonatormündung mit verschiedenen perforierten Abdeckungen versehen ist.
  • Figuren 10 und 11 die Wirkung von Änderungen des Lochflächenanteils in der perforierten Abdeckung bei Aufrechterhaltung eines konstanten Lochdurchmessers von 3,8 mm.
  • Figur 12 die Schaufeltonverminderung als Funktion der Gebläsedrehzahl für zwei Abdeckungen mit gleichem Lochflächenanteil, jedoch mit verschiedenen Durchmessern und Anzahlen von Löchern.
  • Figuren 13, 14, 15 Querschnittsansichten von Radialgebläsen mit verschiedenen Ausführungsformen eines abstimmbaren Resonators an der Gehäusezunge.
  • Figur 16 einen schematischen Querschnitt eines Axialgebläses mit einem abstimmbaren X/4-Resonator in einer Leitschaufel hinter den Gebläseschaufeln, und
  • Figur 17 eine Ansicht längs der Schnittlinien A-A in Fig. 16.
Show it :
  • 1 shows a schematic cross section of a radial fan with an X / 4 resonator arranged on the housing tongue.
  • Figure 2 is an enlarged view of the housing tongue with a \ / 4 resonator to illustrate details of an embodiment of the resonator mouth.
  • Figure 3 is a graphical representation of the noise reduction achievable with the resonator that was tuned to provide a maximum reduction in blade frequency at 7,500 rpm, ie 750 Hz here.
  • FIG. 4 shows a similar graphic representation, the resonator being tuned in order to bring about a maximum reduction in the blade frequency at 6,000 rpm, ie here 600 Hz.
  • Figure is a diagram of the level of the blade frequency as a function of the fan speed.
  • FIG. 6 shows the effect of the A / 4 resonator tuned to 600 Hz on the overall noise level, the A-weighted noise level and the second harmonic of the blade frequency.
  • Figures 7 to 12 a series of experimental data similar to that of FIG. 5, but with the difference that the resonator mouth is provided with different perforated covers.
  • FIGS. 10 and 11 show the effect of changes in the proportion of perforated area in the perforated cover while maintaining a constant hole diameter of 3.8 mm.
  • FIG. 12 shows the reduction in the bucket tone as a function of the fan speed for two covers with the same proportion of perforated area, but with different diameters and numbers of holes.
  • Figures 13, 14, 15 cross-sectional views of radial fans with various embodiments of a tunable resonator on the housing tongue.
  • FIG. 16 shows a schematic cross section of an axial fan with a tunable X / 4 resonator in a guide vane behind the fan blades, and
  • FIG. 17 shows a view along the section lines AA in FIG. 16.

Fig. zeigt ein Zentrifugalgebläse 10, bestehend aus einem Gehäuse 12 und einem in diesem untergebrachten Schaufelrad 14. Bei der bevorzugten Ausführungsform, die zur Durchführung der in den Fign. 3 bis 12 graphisch veranschaulichten Versuche verwendet wurde, ist das Schaufelrad 14 mit sechs rückwärtsgekrümmten Schaufeln 17 versehen und weist einen Durchmesser von 140 mm auf. Das Gehäuse 12 ist als logarithmische Spirale mit einem sehr kleinen Abstand zwischen dem Schaufelrad 14 und dem Gehäuse 12 in dem Gehäusezungenbereich ausgebildet. Der Gehäusezungenabstand 18 beträgt 4,4 mm, und der Gehäusezungenradius 20 des für die Versuche benutzten Modellgebläses 10 ist 10 mm.FIG. 1 shows a centrifugal blower 10, consisting of a housing 12 and a paddle wheel 14 accommodated therein. In the preferred embodiment, which is used to carry out the steps shown in FIGS. 3 to 12 graphically illustrated experiments, the paddle wheel 14 is provided with six backward curved blades 17 and has a diameter of 140 mm. The housing 12 is designed as a logarithmic spiral with a very small distance between the paddle wheel 14 and the housing 12 in the housing tongue region. The housing tongue spacing 18 is 4.4 mm, and the housing tongue radius 20 of the model blower 10 used for the tests is 10 mm.

An der Stelle 20 der Gehäusezunge ist gemäß Fig. 1 ein λ/4-Resonator 30 angeordnet. Eine innerhalb des Resonators 30 kolbenartig verschiebbare Wand 32 wird zur Abstimmung des Resonators für verschiedene Frequenzen benutzt.1, a λ / 4 resonator 30 is arranged at the point 20 of the housing tongue. A wall 32 which is displaceable in the manner of a piston within the resonator 30 is used to tune the resonator for different frequencies.

Die Geräuschminderungswirkung verschiedener Gestaltungen des Resonators 30 wurde durch Anordnung eines Mikrophons in der Gebläseauslaßleitung 22 gemessen. Das Mikrophon in der Leitung war zur Verringerung des Einflusses von turbulenten Druckschwankungen auf das Mikrophon mit einem Schlitzohr versehen worden. Die Mikrophonsignale wurden mittels eines Schmalbandfilters analysiert, das mit Hilfe einer Nachlaufeinrichtung auf die Schaufelfrequenz oder Harmonische dieser abgestimmt werden konnte. Zur Aufnahme des Frequenzspektrums des Schalldrucks in der Leitung wurde ein Realzeitanalysator benutzt.The noise reduction effect of various designs of the resonator 30 was measured by placing a microphone in the fan outlet line 22. The microphone in the line had been slotted to reduce the influence of turbulent pressure fluctuations on the microphone. The microphone signals were analyzed by means of a narrow band filter, which could be tuned to the blade frequency or harmonic using a tracking device. A real-time analyzer was used to record the frequency spectrum of the sound pressure in the line.

Fig. zeigt einen vergrößerten Querschnitt der Gehäusezunge mit dem Resonator30, wobei die Mündung 34 an der Gehäusezunge als perforierte Abdeckung an dem Resonatoreingang dargestellt ist. Die perforierte Abdeckung 34 besteht aus 1 mm dickem Metallblech, das im Verlauf der Versuche gegen verschiedene Ausgestaltungen mit unterschiedlicher Anordnung, Größe und Anzahl der Öffnungen 36 ausgetauscht wurde. Der Querschnittsbereich des Resonators 30 ist rechteckig und seine größte Seitenabmessung entspricht der Breite des Gehäuses. Die obere Resonatorwand 38 mit einer Breite von 46,1 mm befindet sich 16,5 mm oberhalb einer unteren Resonatorwand 41 gleicher Breite.FIG. 1 shows an enlarged cross section of the housing tongue with the resonator 30, the mouth 34 on the housing tongue being shown as a perforated cover at the resonator input. The perforated cover 34 consists of 1 mm thick sheet metal, which was exchanged in the course of the tests for different configurations with different arrangement, size and number of openings 36. The cross-sectional area of the resonator 30 is rectangular and its largest side dimension corresponds to the width of the housing. The upper resonator wall 38 with a width of 46.1 mm is 16.5 mm above a lower resonator wall 41 of the same width.

Zur Abstimmung des Resonators 30 wird die Länge des Resonators über die bewegliche Wand 32 aus Teflon verändert, die einen luftdichten Abschluß mit den seitlichen Resonatorwänden bildet. Eine optimale Abstimmung, d. h. maximale Lärmverminderung bei einer gegebenen Frequenz wurde auf einfache Weise durch Beobachtung der Tonamplitude auf dem Realzeitanalysator erhalten. Alle Geräuschmessungen wurden bei nur einem Arbeitspunkt des Gebläses durchgeführt, der sich auf der rechten Seite der Ventilatorkennlinie (Druckerhöhung als Funktion des Volumenstroms) befand, d, h, bei nahezu ungedrosselter Förderung. Zur Ermittlung von Vergleichsdaten wurde der Resonator30 bei einigen Versuchen ersetzt durch ein massives Holzstück mit dem gleichen Krümmungsradius 20 und dem gleichen Abstand vom Schaufelrad 14.To tune the resonator 30, the length of the resonator is changed via the movable wall 32 made of Teflon, which forms an airtight seal with the side resonator walls. Optimal tuning, ie maximum noise reduction at a given frequency, was easily obtained by observing the tone amplitude on the real time analyzer. All Noise measurements were carried out at only one operating point of the fan, which was located on the right-hand side of the fan characteristic curve (pressure increase as a function of the volume flow), that is to say, with virtually unrestricted delivery. To determine comparison data, the resonator 30 was replaced in some experiments by a solid piece of wood with the same radius of curvature 20 and the same distance from the paddle wheel 14.

Fign. 3 und 4 zeigen Vergleiche zwischen dem Schalldruckspektrum, das in der Gebläseauslaßleitung für das Gebläse mit einer üblichen Gehäusezungengestaltung und mit eingebautem X/4-Resonator gemessen wurde. Die perforierte Abdekkung 34 besteht aus 1 mm dickem Metallblech, dessen Löcher 36 einen Durchmesser von 3,1 mm haben und insgesamt einen Lochflächenanteil von 29 % ausmachen. Für das in Fig. 3 gezeigte Sepktrum wurde der Resonator so abgestimmt, daß er eine maximale Verringerung der Schaufelfrequenz bei 7 500 U/min, d. h. 750 Hz und entsprechend 6 000 U/min in Fig. 4 hervorruft. In Fign. 3 und 4 veranschaulichen die durchgezogenen Pfeile die Geräuschpegel der Schaufeltonharmonischen ohne einen Resonator, d. h. der Resonator30 wurde durch ein massives Holzstück ersetzt. Die gestrichelten Pfeile zeigen die Geräuschpegel der Schaufeltonharmonischen, die mit dem \/4-Resonator30 gemessen wurden.Fig. 3 and 4 show comparisons between the sound pressure spectrum measured in the blower outlet line for the blower with a conventional housing tongue design and with an installed X / 4 resonator. The perforated cover 34 consists of 1 mm thick sheet metal, the holes 36 have a diameter of 3.1 mm and make up a total of 29% of the perforated area. For the septa shown in Fig. 3, the resonator was tuned to achieve a maximum reduction in blade frequency at 7,500 rpm, i.e. H. 750 Hz and corresponding to 6,000 rpm in FIG. 4. In Figs. 3 and 4, the solid arrows illustrate the noise levels of the paddle harmonics without a resonator, i. H. the Resonator30 was replaced by a solid piece of wood. The dashed arrows show the noise levels of the paddle harmonics, which were measured with the \ / 4-Resonator30.

Eine richtige Abstimmung des Resonators verringert nicht nur die Schaufelfrequenz, sondern auch ihre höheren Harmonischen. Sie kann jedoch auch zu einer Verstärkung führen, wie in Fig. 4 gezeigt ist, wo die dritte Harmonische um 8 dB erhöht wurde.Correct tuning of the resonator not only reduces the blade frequency, but also its higher harmonics. However, it can also result in gain, as shown in Fig. 4, where the third harmonic has been increased by 8 dB.

Die Verringerung der Schaufelfrequenz ist in den Fign.4 und 5 ungleich, und das bei anderen Gebläsedrehzahlen gemessene Frequenzspektrum zeigte, daß die maximal mögliche Verminderung, die durch sorgfältige Abstimmung des Resonators für geden Fall erzielbar ist, mit der Frequenz zunimmt.The reduction in the blade frequency is not the same in FIGS. 4 and 5, and the frequency spectrum measured at other fan speeds showed that the maximum possible reduction that can be achieved by carefully tuning the resonator for the case increases with the frequency.

Dieser Effekt wird in Fig.5 deutlicher, in der der Pegel der Schaufelfrequenz als Funktion der Gebläsedrehzahl aufgetragen ist. Die durchgezogene Kurve A gilt für das Gebläse mit der üblichen Gehäusezungenform. Die anderen Linien in Fig. wurden mit dem auf verschiedene Frequenzen, d. h. 450, 500, 550, 600, 650, 700 bzw. 750 Hz, abgestimmten λ/4-Resonator gemessen. Die maximal mögliche Verminderung steigt mit der Frequenz in Fig. 5 an, und weitere Versuche haben gezeigt, daß dies durch Verwendung einer anderen perforierten Abdeckung für die Resonatormündung geändert werden kann. Für die in Fig.5 gezeigten Daten wurde die gleiche Abdeckung wie für Fig. 3 und 4 verwendet. Für eine gegebene Resonanzfrequenz ist der Dämpfungseffekt nicht nur bei dieser speziellen Frequenz oder innerhalb eines sehr schmalen Frequenzbandes vorhanden, sondern er erstreckt sich über einen recht breiten Frequenzbereich. Dies ist wichtig wegen der praktischen Anwendung der Geräuschminderungsmethode, da es zeigt, daß eine wesentliche Verminderung des Schaufeltons sogar dann erreichbar ist, wenn der Resonator nicht richtig abgestimmt ist, sei es aufgrund anfänglicher Fehlabstimmung oder aufgrund einer Änderung der Gebläsedrehzahl infolge der Gebläsebelastung oder aufgrund einer Änderung der Fluidtemperatur, die einer Änderung der Schallgeschwindigkeit in dem Fluid entspricht.This effect is clearer in Fig. 5, in which the level of the blade frequency is plotted as a function of the fan speed. The solid curve A applies to the blower with the usual housing tongue shape. The other lines in Fig. Were matched to different frequencies, e.g. H. 450, 500, 550, 600, 650, 700 or 750 Hz, tuned λ / 4 resonator measured. The maximum possible decrease increases with frequency in Fig. 5, and further experiments have shown that this can be changed by using another perforated cover for the resonator mouth. The same coverage as for FIGS. 3 and 4 was used for the data shown in FIG. For a given resonance frequency, the damping effect is not only present at that particular frequency or within a very narrow frequency band, but extends over a fairly wide frequency range. This is important because of the practical application of the noise reduction method, since it shows that a significant reduction in the bucket sound can be achieved even if the resonator is not properly tuned, be it due to an initial mismatch or a change in fan speed due to the fan load or due to a Change in fluid temperature that corresponds to a change in the speed of sound in the fluid.

Fig. 6 zeigt die Wirkung des λ/4-Resonators, der auf 600 Hz auf den Gesamtschalldruckpegel « A den A-bewerteten Schalldruckpegel « B" und die zweite Harmonische der Schaufelfrequenz « C » abgestimmt wurde. Die Wirksamkeit des \/4-Resonators in bezug auf den Gesamt- oder A-bewerteten Geräuschpegel hängt im allgemeinen von der jeweiligen Bedeutung des Schaufeltons ab. Bei dem für Versuchszwecke benutzten Modellgebläse war der Gesamtschalldruckpegel um 3,5 dB verringert und der A-bewertete Pegel um 7 dB.6 shows the effect of the λ / 4 resonator which was tuned to the total sound pressure level “A, the A-weighted sound pressure level“ B ” and the second harmonic of the blade frequency“ C ”at 600 Hz. The effectiveness of the \ / 4 resonator the overall or A-weighted noise level generally depends on the importance of the bucket sound: for the model blower used for experimental purposes, the overall sound pressure level was reduced by 3.5 dB and the A-weighted level by 7 dB.

Ein anderes interessantes Ergebnis der Fig. 6 ist, daß die zweite Harmonische am stärksten bei 3000 U/min, die 600 Hz entsprechen, verringert wurde. Die Verminderung ist jedoch kleiner als die der Schaufelfrequenz bei gleicher Resonanzfrequenz, d. h. 6 000 U/min (vergleiche Fign. 4 oder 5). Dies zeigt, daß die Impedanz des X/4-Resonators sich infolge der Strömungsgeschwindigkeit längs der Gehäusezunge ändert.Another interesting result of FIG. 6 is that the second harmonic has been reduced the most at 3000 rpm, which corresponds to 600 Hz. However, the reduction is smaller than that of the blade frequency at the same resonance frequency, i.e. H. 6,000 rpm (compare FIGS. 4 or 5). This shows that the impedance of the X / 4 resonator changes due to the flow velocity along the housing tongue.

Fign. 7 bis 12 zeigen eine Reihe von Versuchsdaten ähnlich denjenigen nach Fig. 5, wobei der einzige Unterschied die zur Abdeckung der Resonatormündung verwendete perforierte Abdeckung 34 ist. Fig. 7 zeigt den Pegel der Schaufelfrequenz als Funktion der Gebläsedrehzahl für verschiedene Resonatoreinstellungen, wobei die Resonatormündung mit einer 20 % perforierten Abdeckung versehen ist, die mehrere Löcher mit 2,6 mm Durchmesser aufweist. Für das Diagramm nach Fig. 8 wurde eine Resonatormündung mit 42% Lochflächenanteil verwendet, der aus Löchern von 3,8 mm Durchmesser besteht, während gemäß Fig. die perforierte Resonatorabdeckung 58 % Lochflächenanteil mit Bohrungen von 4,4 mm Durchmesser aufweist. In allen Fällen war die Gesamtzahl der Löcher in dem für die Fign. 7 bis 9 verwendete perforierte Abdeckung konstant. Gemäß Fign. 7 bis 9 wurde die Perforationsrate innerhalb von 20 % bis 58 % geändert, indem der Durchmesser der Löcher 36 vergrößert wurde, d. h. die Gesamtanzahl der Löcher ist die gleiche in den Fign. 5 und 7 bis 11. Es gibt Anzeichen, daß die Zunahme des Lochflächenanteils den Bereich maximaler Verminderung der Schaufelfrequenz zu einem niedrigeren Frequenzbereich verschiebt.Fig. 7 through 12 show a series of experimental data similar to that of FIG. 5, the only difference being the perforated cover 34 used to cover the resonator mouth. 7 shows the level of the blade frequency as a function of the fan speed for various resonator settings, the resonator mouth being provided with a 20% perforated cover which has a plurality of holes with a diameter of 2.6 mm. For the diagram according to FIG. 8, a resonator mouth with 42% perforated area, which consists of holes with a diameter of 3.8 mm, was used, while according to FIG. In all cases, the total number of holes in the for the fig. 7 to 9 used perforated cover constantly. According to FIGS. 7-9, the perforation rate was changed within 20% to 58% by increasing the diameter of the holes 36, i.e. H. the total number of holes is the same in the figures. 5 and 7 to 11. There are indications that the increase in the perforation area shifts the area of maximum reduction of the blade frequency to a lower frequency range.

Eine physikalische Erklärung für die Dämpfung im Zusammenhang mit der Frequenzverschiebung läßt sich auf folgende Weise entwickeln. Wenn der Durchmesser der Löcher 36 groß ist, wird die Oszillation der Luftteilchen durch die Löcher hindurch nur wenig gedämpft, weshalb die Verminderung der Tonamplitude groß ist. Es ist jedoch zu beachten, daß diese Verminderung nur über eine schmalere Bandbreite auftritt, wie Fig. 9 zeigt. Wenn umgekehrt die Löcher 36 klein sind, nimmt die Dämpfungsrate des Resonators 30 zu, mit dem Ergebnis einer schwächeren Verringerung der Tonamplitude, jedoch über einen breiteren Frequenzbereich, wie in Fig. gezeigt.A physical explanation for the attenuation related to the frequency shift can be developed in the following way. When the diameter of the holes 36 is large, the oscillation of the air particles through the holes is little damped, and therefore the reduction in the tone amplitude is large. It should be noted, however, that this reduction only occurs over a narrower bandwidth, as shown in FIG. 9. Conversely, if the holes 36 are small, the damping rate increases of the resonator 30, resulting in a weaker reduction in tone amplitude, but over a wider frequency range, as shown in FIG.

In den Fign. 10 und 11 wurde versucht, den Lochflächenanteil zu verändern und dabei die gleichen Durchmesser der Löcher 36 wie in Fig. 8, d. h. 3,8 mm beizuhalten. Zu diesem Zweck wurden einige Löcher 36 mit Kitt verschlossen. Gemäß Fig. 10 waren 5 von 43 Löchern geschlossen, während Fig. 11 die Schaufeltonverminderung für den gleichen Perforierungskörper mit 16 geschlossenen von 43 Löchern zeigt. Fig. 10 scheint den gleichen Trend wie vorher anzuzeigen, d. h. die Verminderung des Lochflächenanteils verschiebt den wirksamen Bereich zu höheren Frequenzen. Eine weitere Reduzierung der Lochanzahl wie in Fig. 11 stützt diese Beobachtung jedoch nicht.In Figs. 10 and 11, an attempt was made to change the proportion of the perforated area and thereby the same diameter of the holes 36 as in Fig. 8, i. H. To maintain 3.8 mm. For this purpose, some holes 36 were sealed with putty. According to FIG. 10, 5 out of 43 holes were closed, while FIG. 11 shows the bucket tone reduction for the same perforation body with 16 closed out of 43 holes. Fig. 10 appears to indicate the same trend as before, i.e. H. the reduction of the perforated area shifts the effective range to higher frequencies. However, a further reduction in the number of holes as in FIG. 11 does not support this observation.

In Fig. 12 werden schließlich zwei Perforationskörper 34 verglichen, deren Lochflächenanteil gleich ist, bei denen jedoch die Durchmesser und die Anzahl der Löcher 36 voneinander abweichen. Dieses Ergebnis führt zu dem Schluß, daß der Lochflächenanteil die Größe ist, die den Frequenzbereich der maximalen Geräuschverminderung bestimmt, und nicht der Lochdurchmesser.Finally, two perforation bodies 34 are compared in FIG. 12, the proportion of perforations of which is the same, but in which the diameter and the number of holes 36 differ from one another. This result leads to the conclusion that the hole area fraction is the size that determines the frequency range of the maximum noise reduction and not the hole diameter.

Einer der Hauptvorteile besteht darin, daß die Einführung des Resonators 30 nur geringe Änderungen der Gebläsegeometrie erforderlich macht. Deshalb sind der Wirkungsgrad und die Strömungsleistung bei einem Gebläse 10 mit oder ohne Resonator 30 erwartungsgemäß sehr ähnlich, wenn nicht praktisch gleich. Um die Differenz der aerodynamischen Leistung dieser beiden Gestaltungen empirisch zu bestimmen, wurde der durch die Meßleitung 22 gepumpte Volumenstrom gemessen. In Tabelle ist das Verhältnis der Volumenströme mit und ohne X/4-Resonator 30 als Funktion der Gebläsedrehzahl aufgelistet und die Ergebnisse zeigen, daß der Volumenstrom um durchschnittlich 0,6 % abnimmt.

Figure imgb0001
One of the main advantages is that the introduction of resonator 30 requires only minor changes in fan geometry. Therefore, as expected, the efficiency and the flow capacity in a blower 10 with or without resonator 30 are very similar, if not practically the same. In order to empirically determine the difference in the aerodynamic performance of these two designs, the volume flow pumped through the measuring line 22 was measured. The table shows the ratio of the volume flows with and without the X / 4 resonator 30 as a function of the fan speed and the results show that the volume flow decreases by an average of 0.6%.
Figure imgb0001

Die vorstehenden Versuchsergebnisse zeigen, daß eine wesentliche Verringerung des von Radialgebläsen abgegebenen Schaufelfrequenzpegels durch Einbau eines X/4.Resonators an der Gehäusezunge erreicht werden kann.The above test results show that a substantial reduction in the blade frequency level emitted by radial fans can be achieved by installing an X / 4 resonator on the housing tongue.

Bei einer unveränderten Resonatorform, d. h. bei konstanter Länge und Mündungsgeometrie des Resonators 30, tritt eine maximale Dämpfung der Schaufelfrequenz bei einer Frequenz auf, bei der die Geräuschwellenläge etwa gleich dem Vierfachen der Resonatorlänge ist. Es ist sehr schwierig, die effektive Länge des Resonators in Abhängigkeit von seinen Konstruktionsparametern zu berechnen, weil das perforierte Mundstück gekrümmt ist. Außerdem hat die Überströmung der Löcher 36 auch einen Einfluß auf die außerhalb der Löcher mitschwingenden Luftmassen (Endkorrektur). Eine etwas geringere Minderung der Schaufelfrequenz ergibt sich innerhalb eines Frequenzbandes im Bereich der Resonanzfrequenz des Resonators. Die Breite dieses Frequenzbandes wird durch die Dämpfungsrate des Resonators bestimmt, die ihrerseits von der Größe und Anzahl der Löcher 36 in dem Mündungsstück 34 abhängt.With an unchanged resonator shape, i.e. H. with a constant length and mouth geometry of the resonator 30, maximum attenuation of the blade frequency occurs at a frequency at which the sound wave length is approximately equal to four times the resonator length. It is very difficult to calculate the effective length of the resonator depending on its design parameters because the perforated mouthpiece is curved. In addition, the overflow of the holes 36 also has an influence on the air masses that vibrate outside the holes (final correction). A somewhat smaller reduction in the blade frequency results within a frequency band in the region of the resonance frequency of the resonator. The width of this frequency band is determined by the damping rate of the resonator, which in turn depends on the size and number of holes 36 in the mouthpiece 34.

Wird die Länge des Resonators 30 verändert, während die Form des Mündungsstücks 34 beibehalten bleibt, dann ändert sich die Resonanzfrequenz, und daher ist eine Verringerung des Schaufelfrequenzpegels bei anderen Gebläsedrehzahlen erzielbar. Die maximal mögliche Verringerung ändert sich jedoch mit der Frequenz, was zeigt, daß es eine optimale Impedanz des Resonators 30 als Ganzes gibt, die eine. maximale Dämpfung hervorruft. Die Gesamtimpedanz des Resonators 30 scheint sehr empfindlich auf Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit an der Resonatormündung 34 zu reagieren, und dies erklärt, warum das Ausmaß der Geräuschminderung, die durch optimale Abstimmung des Resonators für eine gegebene Gebläsedrehzahl erzielbar ist, sich mit der Frequenz, oder besser gesagt mit der Gebläsedrehzahl ändert. Versuche mit verschiedenen perforierten Abdeckungen 34 an der Resonatormündung haben gezeigt, daß diese optimale Impedanz sich bei verschiedenen Frequenzen erzeugen läßt, indem einfach der Lochflächenanteil des Mündungsstücks 34 geändert wird.If the length of the resonator 30 is changed while the shape of the mouthpiece 34 is maintained, the resonance frequency changes, and therefore a reduction in the blade frequency level can be achieved at other fan speeds. The maximum possible reduction, however, changes with frequency, which shows that there is an optimal impedance of the resonator 30 as a whole, the one. causes maximum damping. The overall impedance of resonator 30 appears to be very sensitive Reactions to changes in flow velocity at resonator mouth 34 explain why the amount of noise reduction that can be achieved by optimally tuning the resonator for a given fan speed changes with frequency, or rather, fan speed. Experiments with different perforated covers 34 at the resonator mouth have shown that this optimal impedance can be generated at different frequencies by simply changing the proportion of perforated area of the mouthpiece 34.

Bei Gebläsen mit veränderlicher Drehzahl kann ebenfalls ein X/4-Resonator benutzt werden, wenn die Länge des Resonators proportional zur Gebläsedrehzahl geändert wird, indem ein Kolbenkörper in dem Resonator verschoben wird, und bei einer etwas abgewandelten Version ist deshalb die bewegbare Wand 32 über einen geeigneten Servomechanismus mit der Laufraddrehzal gekoppelt.For variable speed fans, an X / 4 resonator can also be used if the length of the resonator is changed in proportion to the fan speed by displacing a piston body in the resonator, and in a slightly modified version, therefore, the movable wall 32 is over one suitable servo mechanism coupled with the impeller speed.

Drei verschiedene Versionen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind schematisch in den Fign. 13 bis 15 dargestellt. In Fig. 13 ist ein Radialventilator 100, in dessen Gehäuse 112 ein Laufrad 116 untergebracht ist, mit einem Helmholtz-Resonator 130 ausgerüstet. Der Helmholtz-resonator 130 besteht aus einer Frontwand 140, die im wesentlich tangential zu dem Gehäuse 112 verläuft, jedoch der Spiralform des Gehäuses in der Nähe der Gehäusezunge 120 folgen kann. Seine Rückwand besteht aus einem Hauptabschnitt 132, der im wesentlichen parallel zur Frontwand 140 ist und dessen unterer Teil hinter der Gehäusezunge 120 an einer Gelenkstelle 136 endet. Der Endteil der Rückwand 132 ist unter der Gelenkstelle 136 gelenkig beweglich und daher innerhalb des über dem Gebläseauslaß 122 befindlichen Resonanzhohlraumes 142 als bewegbare Wand 138 frei verstellbar. Der Resonanzhohlraum 142 ist seinerseits an dem Gehäusezungenende mittels einer perforierten Abdeckung 134 abgedeckt. Durch Bewegung der Wand 138 in dem Resonanzhohlratim 142 lassen sich das Volumen und damit die Resonanzfrequenz des Helmholtz-Resonators 130 ändern, um auf maximale Geräuschverminderung bei der Schaufelfrequenz abgestimmt zu werden.Three different versions of a further preferred embodiment are shown schematically in FIGS. 13 to 15. 13, a radial fan 100, in the housing 112 of which an impeller 116 is accommodated, is equipped with a Helmholtz resonator 130. The Helmholtz resonator 130 consists of a front wall 140, which runs essentially tangentially to the housing 112, but can follow the spiral shape of the housing in the vicinity of the housing tongue 120. Its rear wall consists of a main section 132 which is essentially parallel to the front wall 140 and whose lower part ends behind the housing tongue 120 at an articulation point 136. The end part of the rear wall 132 is articulated under the articulation point 136 and is therefore freely adjustable as a movable wall 138 within the resonance cavity 142 located above the blower outlet 122. The resonance cavity 142 is in turn covered by a perforated cover 134 at the housing tongue end. The volume and thus the resonance frequency of the Helmholtz resonator 130 can be changed by moving the wall 138 in the resonance hollow rate 142 in order to be tuned for maximum noise reduction at the blade frequency.

In Fig. 14 ist der Helmholtz-Resonator 230 so gekrümmt, daß er im wesentlichen der Spiralform des Gehäuses 212 des Gebläses 200 entspricht. Neben der Gehäusezunge 220 des Laufrades 216 und des Gehäuses 212 wird ein Resonanzhohlraum 242 von einer perforierten Abdeckung 234 an der Mündung des Resonators 230 abgedeckt. Die Frontwand 240 des Resonators stößt an Gehäuse 212 an, während seine Pückwand 232 flexibel und elastisch genug ist, um an seinem unteren Rand in dem Resonanzhohlraum 242 beweglich zu sein. Auf diese Weise sind das Volumen und damit die Resonanzfrequenz des Helmholtz-Resonators wiederum einstellbar auf Veränderungen der Gebläsedrehzahl und der Schaufelfrequenz.In FIG. 14, the Helmholtz resonator 230 is curved so that it essentially corresponds to the spiral shape of the housing 212 of the fan 200. In addition to the housing tongue 220 of the impeller 216 and the housing 212, a resonance cavity 242 is covered by a perforated cover 234 at the mouth of the resonator 230. The front wall 240 of the resonator abuts housing 212, while its rear wall 232 is flexible and resilient enough to be movable in the resonance cavity 242 at its lower edge. In this way, the volume and thus the resonance frequency of the Helmholtz resonator can in turn be adjusted to changes in the fan speed and the blade frequency.

Noch eine weitere Gestaltung eines Helmholtz-Resonators ist in Fig. 15 dargestellt. Der Helmholtz- Resonator330 ist wieder so gekrümmt, daß seine Frontwand 340 an das Spiralgehäuse 312 anliegt und diesem entspricht. Die Mündung des Resonators 330 befindet sich in der Nähe der Gehäusezunge 320 des Laufrades 316 und des Gehäuses 312 und sie ist mit einer perforierten Abdeckung 334 adgedeckt. Das Volumen des Resonanzhohlraums 342 oberhalb des Gebläseauslasses 322 ist wiederum veränderlich, da die Rückwand 332 entweder bei 336 an die Oberwand 338 angelenkt oder falls sie bei 338 starr befestigt ist, flexibel genug ist, um zur Erzielung einer maximalen Geräuschverminderung bei der Schaufelfrequenz eine Abstimmung des Resonators 330 zu ermöglichen.Yet another design of a Helmholtz resonator is shown in FIG. 15. The Helmholtz resonator 330 is again curved so that its front wall 340 abuts and corresponds to the spiral housing 312. The mouth of the resonator 330 is located in the vicinity of the housing tongue 320 of the impeller 316 and the housing 312 and is covered with a perforated cover 334. The volume of the resonant cavity 342 above the fan outlet 322 is again variable because the rear wall 332 is either hinged to the top wall 338 at 336 or, if rigidly attached at 338, is flexible enough to tune the blade frequency to achieve maximum noise reduction To enable resonators 330.

Fig. 16 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Axialgebläse 400, wobei ein λ/4-Resonator 430 in Leitschaufeln 420 innerhalb des Gebläsegehäuses 410 und hinter dem Axialrotor 416 angeordnet ist. Eine kolbenartige bewegbare Wand 432 innerhalb der Leitschaufel420 erlaubt eine Abstimmung des λ/4-Resonators 430 auf veränderliche Gebläsedrehzahlen wie vorher beschrieben.16 shows a schematic cross section through an axial blower 400, a λ / 4 resonator 430 being arranged in guide vanes 420 within the blower housing 410 and behind the axial rotor 416. A piston-like movable wall 432 within the guide vane 420 allows the λ / 4 resonator 430 to be tuned to variable fan speeds as previously described.

Fig. 17, die eine Frontansicht des Axialgebläses 400 längs der Linien 17-17 der Fig. 16 veranschaulicht, zeigt die perforierte Abdeckung 434 am vorderen Ende der Leitschaufel 420, die die Mündung des A/4-Resonators 430 bildet. Die bewegbare Wand 432 kann wieder über beliebige Servoverstelleinrichtungen mit der Gebläsedrehzahl gekoppelt sein, wodurch seine automatische Abstimmung auf die richtige Resonanzfrequenz für einen maximalen Wirkungsgrad unter veränderlichen Belastungsbedingungen gewährleistet wird.FIG. 17, which illustrates a front view of the axial blower 400 along lines 17-17 of FIG. 16, shows the perforated cover 434 at the front end of the vane 420 which forms the mouth of the A / 4 resonator 430. The movable wall 432 can again be coupled to the fan speed via any servo adjustment devices, thereby ensuring its automatic tuning to the correct resonance frequency for maximum efficiency under variable load conditions.

Claims (5)

1. Low noise turbo-machine comprising a stationary housing (12, 112, 212, 312) whose peripheral wall forms a housing tongue (20, 120, 220, 320) with the wall of a channel (22, 122, 322) adjoining substantially tangentially the housing, and a centrifugal impeller (14, 116, 216, 316) located in the housing (12, 112, 212, 312), the bending range of the housing tongue (20, 120, 220, 320) being designed as an orifice to which a resonator (30, 130, 230) is joined which consists of a closed chamber, characterized in that the bending range of the housing tongue (20, 120, 220, 320) is a perforated cover (34, 134, 234, 334) and that the closed chamber contains a movable wall (32, 138, 232, 332) to change its volume.
2. Turbo-machine comprising a stationary housing (410) in which at least one rotating axial impeller (416) is provided and which contains behind the axial impeller (416) at least one stationary guide blade (420) and at least one cavity resonator (430) whose volume is changeable, characterized in that the resonator (430) is situated within the guide blade (420) and is closed by a movable wall (432), the front boundary wall of the resonator (430) being designed as a perforated cover (434).
3. Turbo-machine according to claims 1 or 2, characterized in that the resonator (30, 430) is a X/4 resonator and that the movable wall (32) is a displaceable piston determining the length of the cavity.
4. Turbo-machine according to claims 1 or 2, characterized in that the resonator is a Helmholtz resonator (130, 230, 330) whose rear wall (138, 232, 332) averted from the housing (12) is movable.
5. Turbo-machine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the inner walls of the resonator (30, 130, 230, 330, 430) are lined with sound absorbing material.
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