CH322916A - Verfahren zur Fortleitung von Gasströmungen unter gleichzeitiger Schallabsorption in Kanälen. - Google Patents

Description

  Verfahren zur     Fortleitung    von Gasströmungen unter gleichzeitiger Schallabsorption in Kanälen    In Ventilationsschächten,     Ansaug-,    Aus  puff- und andern Gas führenden Leitungen  kann bekanntlich das durch diese laufende       Geräusch    während seiner Ausbreitung da  durch verringert werden, dass man diesen  Leitungen eine schallschluckende Wandung       gibt.    Meist werden hierzu Schichten aus pori  gen Stoffen von wenigen Zentimetern Dicke  vor einem starren Mantel verwendet.  



  Die Absorption gelingt allgemein     umso          besser,    je grösser der Umfang des Kanalprofils       iin    Verhältnis zu seiner Fläche ist. Daher sind  Schmale, rechteckige Querschnitte am     gün-          @,t        igsten.     



  Für diesen Spezialfall liegt ausserdem eine  von mehreren Autoren entwickelte Theorie       vor,    die, wenn der sogenannte Wandwider  stand, das heisst das Verhältnis des     Schall-          di-uekes    an der Wandoberfläche zu der in die  Wand eindringenden Schnelle, als vorgege  bene Grösse betrachtet werden kann, auch  noch für alle Frequenzen und Widerstände  gilt. Die erwähnte Voraussetzung ist umso  eher erfüllt, .je mehr zur Wandoberfläche     par-          allele    Bewegungen in der schluckenden       Scliielit    verhindert werden.

   Bei Schichten mit  hohen     Strömungswiderständen    ist dies von       @        ornherein    erfüllt. Bei Schichten mit geringen  Strömungswiderständen, wie sie im folgenden  interessieren werden, ist eine Unterteilung       durch    Querwände erforderlich. Eine solche  Unterteilung ist ausserdem, wie vom Erfinder    an früherer Stelle dargelegt, für die Erhö  hung der     Schallschluckung    bei streifendem  Einfall sehr günstig. (Siehe akustische Zeit  schrift Band V, Seite 71 ff. [1940].)  Neuere theoretische     Untersuchungen    des  Erfinders, die eine Weiterführung der Arbeit  von P. M.

   Morse (Journal     Acoust.        Soc.        Ama.     Band 11, Seite 205 ff. [1939]) darstellen,  haben dazu geführt, dass die höchstmögliche  Längsdämpfung nach dein erfindungsgemä  ssen Verfahren zur     Fortleitung    von Gasströ  mungen     unter    gleichzeitiger Schallabsorption  dann erreicht wird, wenn der Wandwider  stand W für die jeweils zu dämpfende Fre  quenz f möglichst dem optimalen Wert    <I>W =</I>     o   <I>f b</I>     (0,91--40,76)    (1)    angenähert wird. .  



  Hierin bedeutet     o    die Dichte des betreffen  den Gases im Kanal, f die Frequenz und b bei  beidseitiger Auskleidung mit schallschlucken  den Stoffen die Breite des Kanals, bei ein  seitiger Auskleidung die doppelte Breite. Der  optimale Wandwiderstand besteht also aus  einem Wirkwiderstand und einem Blindwider  stand von Federungscharakter, der     umso    klei  ner ist, je niedriger die Frequenz ist.  



  Die in Formel (1) aufgestellte Bedingung  lässt sich z. B. bei     Verwendung    homogener  Schichten aus porösen Schluckstoffen mit  Querwänden nahezu erfüllen etwas unterhalb  derjenigen Frequenzen, für welche die Pol-    Klasse<B>7</B>     d              stertiefe    das ungerade Vielfache einer Viertel  wellenlänge für die Schallausbreitung in der  schluckenden Schicht beträgt.

       Abb.    1 zeigt  ein im Laboratorium des Erfinders gewonne  nes     Messergebnis.    Die Abszisse gibt die Fre  quenzen des vor dem Kanal erzeugten Schalles  an, die Ordinate den bei Bewegung eines  Mikrophons längs des Kanals gemessenen Ab  fall der Schallenergie in     db/m.    Die Packungs  tiefe betrug hierbei 17 cm, die Füllung be  stand aus lockerer Aluminiumwolle von einer  Packungsdichte von 50     kg/m3.    Die Versuche  wurden mit Luft von Zimmertemperatur ge  wacht. Da hierbei die Schallgeschwindigkeit  etwa 340     m/sek.    beträgt, sind die oben er  wähnten Bedingungen bei 500 Hz, 1500 Hz,  2500 Hz usw. zu erwarten.

   Etwas unterhalb  dieser Frequenzen erreicht der     Frequenzgang     des     Dämpfungsmasses    Gipfelwerte. Die er  reichte     Höchstdämpfung    betrug bei der hier  vorhandenen Kanalbreite von 10 cm 200     db     je Meter. Allgemein kann man also     Dämp-          fungsmasse    von 20     db    je Kanalbreite erzielen.  



  Dies gelingt aber nur, wenn man durch  geeignete\ Wall des spezifischen Strömungs  widerstandes des Schluckstoffes, das ist das  Verhältnis von Druckgefälle zur Schnelle im  Schluckstoff bei Gleichströmung, dem in For  mel (1) geforderten Wirkwiderstand sich  nähert. Da dieser Wirkwiderstand von der  Kanalbreite und von der Frequenz und diese  wiederum von der Packungstiefe L abhängt,  wird der optimale spezifische Strömungs  widerstand eine Funktion von b und L.

   Für  alle Fälle, in denen die Kanalbreite b kleiner  ist. als die Polstertiefe L, ergibt sich der opti  male spezifische Strömungswiderstand     r.nt          aus    der     Näherungsformel            tunt    =     0,4    -<I>2 - c -</I>     b/L2   <I>(2)</I>         (o        #    c stellt das Produkt aus Dichte und  Schallgeschwindigkeit des betreffenden Gases  dar, bedeutet also seinen Schallwiderstand).

    Man sieht jedenfalls aus dieser Formel, dass  der optimale spezifische Strömungswiderstand  umso kleiner ist, je grösser die Polstertiefe ist  und ferner, dass der Strömungswiderstand  auch     nmso    kleiner zu wählen ist, je kleiner die    Kanalbreite ist. Man wird hierbei meist auf  Packungsdichten geführt, die viel geringer  sind als sie die im Handel bisher vertriebenen ;  Schluckstoffe aufweisen. Die zu den Ver  suchen benutzte Aluminium- bzw. Glaswolle  musste erst noch von Hand lockerer gemacht  erden.  



  Man braucht     übrigens    die Querwände  nicht so dicht wie im Beispiel der     Abb.    1 ein  zusetzen. Wie das Beispiel der     Abb.    2 zeigt,  bei welchem die Abstände doppelt so gross  waren und ausserdem als Schluckstoff eine  Glaswolle von der Packungsdichte 16     kg/m3     benutzt war, lassen sich hierbei immerhin  noch Gipfelwerte von 170     db    je Meter erzielen.  



  In Fällen, in denen es nur auf die Dämp  fung bestimmter Frequenzen ankommt, ist  daher die vorliegende Anordnung von ausser  ordentlicher Wirksamkeit.  



  Liegt dagegen die Aufgabe vor, ein breit  bandiges     Frequenzgemisch    zu absorbieren, so  kann man diese dadurch lösen, dass man  nebeneinander verschiedene Polstertiefen ver  wendet. Schon die     Aufteilung    in zwei v     er-          sehiedene    Arten, wie sie in     Abb.    3 behandelt  ist, ergibt, wie die ausgezogene Kurve in Blatt  3 zeigt, gegenüber den     Abb.    1 und 2 einen  ausgeglicheneren     Frequenzgang.    Der Schluck  stoff bestand in diesem Falle aus Aluminium  wolle von der Packungsdichte<B>100</B>     kg/m3.    Ge  mäss der erst später abgeleiteten Formel (2)  wäre es günstiger gewesen,

   für die tieferen  Kammern eine losere Packung zu verwenden.  



  Wie wichtig jedenfalls die richtige An  passung des Strömungswiderstandes ist, zeigt  die gestrichelte Kurve, die sich auf eine  Packungsdichte von 200     kg/m3    bezieht und  die fast überall zu wesentlich geringeren       Dämpfungsmassen    führt.  



  Eine noch gleichmässigere Verteilung der  Wirkung auf alle Frequenzen ist zu erwarten,  wenn man z. B. die Kammertiefen schrittweise  ändert.     (Panflöten-Anordnung),    wie sie in       Abb.    4 gezeigt ist. Die stufenförmige     Ab-          sehlusswand    kann ohne Beeinträchtigung der  Wirkungsweise auch durch eine ebene gegen  den Kanal geneigte Fläche ersetzt werden.  Konstruktiv ergibt sich eine solche Anord-      nun- auch, wenn man den Kanal schräg durch  einen mit Schluckstoff gefüllten und durch  Querwände unterteilten Kasten führt, wie ihn       Abb.    5 zeigt.

   Dieses Beispiel zeigt zugleich,  dass es unter Umständen günstig sein kann, die       Querwände    mit der Kanalwand spitze Winkel  bilden zu lassen.  



  Auch eine Anordnung, wie sie als Beispiel  in     Abb.    6 gezeigt ist, bei welcher die Schräg  lage der Querwände periodisch wechselt,  führt zu einem Wechsel     zwischen    zwei     ver-          sehiedenen    Kammern, in denen die gegen die  äussere Wand sich erweiternde tiefer abge  stimmt ist als die gegen den Kanal sich er  weiternde. Eine Weiterführung dieses Gedan  kens fährt zu der Anordnung der     Abb.    7, in  welcher Kammern geringer Tiefe mit solchen  abwechseln, die aus einem schmalen Zugang  und einem breiteren Raum dahinter bestehen.  Die ersten erfassen insbesondere hohe, die  letzten tiefe Frequenzen. Auch bei dieser  Anordnung ist eine weitere allmähliche Va  riation der einzelnen Kammern möglich.  



  Der oben angeführten Regel, dass die tiefer  abgestimmten Elemente mit geringerem spe  zifischem Strömungswiderstand zu kombinie  ren sind, ist, in den     Abb.    4 bis 7 durch die       -verschiedene        Punktierungsdichte    Rechnung  getragen.  



  Schliesslich zeigt     Abb.    8 noch einmal ein       Messbeispiel,    bei dessen zugehöriger Anord  nung sowohl Kammern nach     Abb.    7 als auch  Kammern konstanter Breite und verschiede  ner Tiefe verwendet sind. Das     Dämpfungs-          mass    dieser Konstruktion beträgt zwischen 200  und 2000 Hz bei b = 10     ein    im Mittel etwa  60     db/m    und sinkt nirgends unter 45     db/m.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Fortleitung von Gasströ mungen -unter gleichzeitiger Schallabsorption in rechteckigen Kanälen, insbesondere Ent lüftungskanälen, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand der Kanalwandung möglichst dem optimalen Wert <I>W = o - b</I> # <I>f</I> (0,91-m 0,7,6) angenähert wird, wobei o die Dichte des Gases im Kanal, f die Frequenz und b bei beider seitiger Auskleidung mit schallschluckenden Stoffen den Abstand der einander gegenüber liegenden schluckenden Wände,

   bei einseitiger Auskleidung den doppelten Abstand bedeuten. II. Kanal zur Durchführung des Verfah rens nach Patentanspruch I, dadurch gekenn zeichnet, dass der Wandwiderstand durch eine homogene Packung aus lockerem Schluckstoff mit seitlicher Unterteilung durch Querwände gebildet ist, deren Abstand kleiner als die Packungstiefe ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Kanal nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Querwänden gebildeten Kammern verschiedene Tiefe haben. 2. Kanal nach Patentanspruch II und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand des Schluckstoffes umso niedriger ist, je tiefer die Kammer ist. 3.

   Kanal nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Querwände teilweise schräg geführt sind. 4. Kanal nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Querwände teilweise winklig geführt sind.