Einrichtung zur Verringerung des Geräuschaustrittes aus kompressible Medien führenden Leitungen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verringerung des Geräuschaustrittes aus einer kompressible Medien führenden Leitung, welche min destens eine als Austrittsorgan angeordnete Düse besitzt.
Der Ausströmvorgang kompressibler Medien aus Leitungen verursacht fast immer störende Neben geräusche. Der nächstliegende Weg zur Unterdrückung solcher Geräusche wäre für den Fachmann die Ver ringerung der Strömungsgeschwindigkeit. Diese an sich einfache Massnahme würde jedoch zu dem Nach teil grosser Rohrleitungsquerschnitte führen, welcher bei der Mehrzahl von Anwendungsfällen nicht tragbar ist. Die Praxis verlangt im Gegenteil von dem Fach mann sehr oft die Beförderung grosser Luftmengen in Leitungen von möglichst kleinem Querschnitt.
Die sich hierbei ergebenden Fördergeschwindigkeiten sind aber ideale Voraussetzungen für die Entstehung und Aus breitung empfindlich störender Geräusche, deren Aus tritt aus der Leitung unter allen Umständen verhindert werden muss.
Man hat schon versucht, derartige Leitungen mit einer Mehrzahl grosser Öffnungen zu versehen und diese mit porösen Stoffen, wie z. B. Filz usw., abzu schliessen. Eine solche Massnahme führt aber in der Regel nicht zu dem gewünschten Erfolg. Denn. erstens verringert sich hierdurch die wirksame Druckhöhe, und es tritt eine erhebliche Reduktion der Fördermenge ein, zweitens gibt es viele Fälle, in denen man die Düsen wirkung braucht, um z. B. in Zwangsbelüftungsanlagen genügend Sekundärluft zu fördern, und drittens genügt die Abblendung der Mündung einer Lärm erzeugenden Leitung mittels Dämmstoffen nicht, um den Geräusch austritt in dem notwendigen Masse zu unterdrücken.
Man muss nämlich dafür sorgen, dass erstens das Austrittsorgan die in der Leitung entstehenden und ankommenden Geräusche in dieselbe zurückwirft, und dass zweitens in dem Austrittsorgan selbst bzw. auch ausserhalb seines Randes keine Schallwellen erzeugt werden.
Es wurde nunmehr gefunden, dass diese beiden Forderungen erfüllt werden können, wenn man ein Austrittsorgan vorsieht, bei dem die relative Quer schnittszunahme beim Fortschreiten um die Längen einheit entgegen der Strömungsrichtung eine stetige Funktion der Länge ist, wobei diese Funktion auch eine konstante sein kann.
Dieses wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass wenigstens eine Begrenzung des Strömungskanals der Düse von einer nach innen gekrümmten Kurve gebildet wird, welche so beschaffen ist, dass infolge gleichförmiger Beschleunigung keine Ablösung der Grenzschicht stattfindet.
Hierfür eignet sich besonders gut eine Kurve nach der Exponentialgleichung <I>Y= a . e b - x,</I> ebenso aber auch jede andere Kurve, sofern sie stetig, d. h. ohne Sprung, verläuft, wie z. B. auch der Ast einer beliebigen Parabel nach der Gleichung y = ax2 <B>USW.</B>
Von besonderer Wichtigkeit sind hierbei diejenigen Funktionen, bei denen die relative Zunahme der Quer schnitte mit der Entfernung von der Düsenöffnung abnimmt, z. B. gemäss der Formel<I>y = a . e</I> b <I>- x<B>(1</B> -</I> kx), denn die Gefahr einer Grenzschichtablösung wird bei Zunahme der Strömungsbeschleunigung geringer.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass in einem Austritts organ mit einer solchen Begrenzungskurve wegen der gleichförmigen Beschleunigung des hindurchtretenden Mediums die Entstehung hörbarer Schallwellen zufolge der Erregung akustischer Resonatoren im Bereich der erforderlichen Betriebsdrücke nicht mehr möglich ist.
Eine solche Düse stellt nämlich im Gegensatz zu einem Rohr mit konstantem Querschnitt oder einem Kegel mit kleinem Öffnungswinkel keinen Resonator mehr dar, da sie sowohl am Einlauf wie am Auslauf verschiedene akustische Widerstände aufweist und als Körper mit hoher Reflektionsdämpfung an den Enden daher schwer zu erregen ist.
Diese Wirkung allein würde jedoch noch nicht zum gewünschten Erfolg führen. Es kommt für einen ge räuschlosen Betrieb der Einrichtung vielmehr auch noch - wie bereits erwähnt - auf das Reflektionsver- mögen der Düse an. Auch diese Wirkung wird ver möge der Einrichtung nach der Erfindung erzielt, weil die der Strömung entgegengerichtete Randpartie der Wandung des Austrittsorgans dadurch, dass sie die Form einer nach innen gekrümmten Kurve aufweist, nach eingehenden Versuchen zum Zurückwerfen des in der Leitung ankommenden Schalles ganz besonders gut geeignet ist.
Man kann das Reflektionsvermögen der Düse aber auch dadurch verbessern, dass man an ihrem der Strömung entgegengesetzten Rand einen kegelförmigen Schallreflektionstrichter von grossem Öffnungswinkel, beispielsweise 125 , anordnet.
Von der überraschenden Wirkung einer nach dem Erfindungsgedanken ausgeführten Düse kann man sich deutlich durch Vergleichsmessungen, z. B. mit kegel förmigen, zylindrischen oder blendenförmigen Aus trittsdüsen, überzeugen.
Es zeigt sich hierbei ein Unterschied in der absolu- luten Lautheit von 4 zu 1 bis 7 zu 1 und innerhalb der Frequenzskala eine spezielle Verteilung, wobei un geeignete Düsen fast den gesamten Bereich der Sprach frequenz ausfüllen - weshalb die erzeugten Geräusche besonders störend wirken - während von Exponential- düsen erzeugte Geräusche weitgehend im höheren, subjektiv nicht so störend wirkenden und weniger laut empfundenen Frequenzbereich liegen.
Zusammenfassend arbeitet also das Austrittsorgan mit der erfindungsgemässen Form gegenüber andern, bekannten Düsen überraschend lautlos und störungs frei. Diese Eigenschaften lassen sich noch verbessern, wenn man die Mündung der Düse so ausbildet, dass die Tangenten an die Begrenzungskurven in Höhe des Düsenrandes parallel laufen oder sich weit ausserhalb des Randes schneiden, so dass der Strom des kompres- siblen Mediums im wesentlichen als zylindrischer Strahl austritt.
Obwohl die Düse bereits durch Einhaltung der erfindungsgemässen Form weitgehend geräuscharm arbeitet, kann man eine noch weitere Verbesserung dadurch erreichen, dass man im Bereich der geringsten Strömungsgeschwindigkeit, also im Einlaufquerschnitt, ein gasdurchlässiges Sieb anordnet. An Stelle dieses Siebes kann auch jeder beliebige, poröse Körper ver wendet werden. Ein solches Sieb hat nämlich den Vor teil, dass es bei nur sehr geringem Druckverlust die in der Leitung ankommenden Geräusche zusätzlich dämpft.
Wenn der Düsenrand an seiner Austrittsöffnung stumpf ist, dann besteht die Gefahr der Bildung be- sonders intensiver, ringförmiger Ablösungswirbel ausserhalb der Düse, welche die Umgebung zu Schwin gungen anregen und daher Schall erzeugen können. Es hat sich hiergegen als vorteilhaft erwiesen, den Düsenrand an der Austrittsöffnung schneidenförmig von aussen nach innen anzuschärfen. Noch besser kann man der Gefahr von ringförmigen Wirbeln begegnen, wenn man zusätzlich den Düsenrand mit Längsein schnitten oder Ausnehmungen versieht.
Es ist durch Messungen erwiesen, dass hierdurch die Ringwirbel weitgehend aufgelöst und die erzeugten akustischen Schwingungen in das Gebiet höherer Frequenzen ver lagert werden, wogegen das menschliche Gehör wenig empfindlich ist.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter Form dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Austrittsorgan 1 in Form einer Exponentialdüse, welche in einer das kompressible Medium führenden Leitung 2 angeordnet ist. Die Begrenzung des Strömungskanals dieser Düse wird von der Wandung 3 gebildet und weist eine stetig ver laufende Kurve nach einer reinen Exponentialfunktion <I>y = a -</I> e <I>-b -x</I> auf, wobei die Strömungsquerschnitte der Düse 1 vom Einlaufquerschnitt 4 bis zur Mündung 5 ständig abnehmen.
Fig. 2 zeigt eine Düse 1 mit einer Wandung 3 nach einer Funktion, bei der die relative Zunahme des Strömungsquerschnittes der Düse mit der Längen einheit entgegen der Strömungsrichtung abnimmt, z. B. gemäss der Formel y = a -<I>e</I> b <I>x</I> (i - k x).
Fig. 3 zeigt eine Düse 1 mit an ihrer Mündung 4 angesetztem, kegelförmigem Schallreflektionstrichter 6. Fig. 4 zeigt eine Einrichtung, bei der mehrere Aus trittsdüsen 1 in einer gemeinsamen Leitung 2 angeord net sind, welche mit ihren Mündungen 4 in diese hinein ragen.
Fig. 5 zeigt eine kastenförmige Düse 1 in perspek tivischer Ansicht, bei welcher im Einlaufquerschnitt 4 - also im Bereich der niedrigsten Strömungsgeschwin digkeit - ein gasdurchlässiger Körper 7 angeordnet ist.
Fig. 6 zeigt als Detail die Mündung 5 einer Düse 1 mit schneideförmiger Abschrägung B.
Fig. 7 desgleichen, jedoch mit zusätzlichen Längs einschnitten 9 versehen und Fig. 8 desgleichen, mit Ausnehmungen 10.