DE3209617C2

DE3209617C2 - Geräuscharme Turboarbeitsmaschine

Info

Publication number: DE3209617C2
Application number: DE3209617A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 1000 Berlin Neise
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1982-03-17
Filing date: 1982-03-17
Publication date: 1985-10-10
Also published as: GB2117046B; GB8306542D0; DE3209617A1; FR2523658A1; FR2523658B1; GB2117046A; JPS59600A

Abstract

Zur Beseitigung der störenden Komponenten des Drehklanges einer Turbomaschine ist hinter der Gehäusezunge (15) ein Schallraum (17) angeordnet, der der Einwirkung einer Gegenschallquelle (18) ausgesetzt ist. Die Gegenschallquelle (18) wird mit einer Frequenz erregt, die entweder von der Drehzahl der Antriebswelle des Laufrades (13) abgeleitet ist oder unmittelbar von dem Drehklang mit Hilfe eines Mikrofons. An der Gehäusezunge löschen sich die betreffende Komponente des Drehklanges und der Schall der Gegenschallquelle (18) mindestens teilweise aus.

Description

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Die Frequenz, mit der die Gegenschallquelle ange- Die Gehäusezunge 15 ist als Lochwand ausgeführt

regt wird, kann durch einen Sensor gewonnen werden, Sie weist zahlreiche Löcher auf, die in den hinter der

de,- auf mit der Antriebswelle des Laufrades rotierende Gehäusezunge 15 angeordneten geschlossenen Schall-

Elemenie anspricht Hierzu ist es möglich, an der Welle raum 17 hineinführen. Die Wände des Sciialtraumes 17

des Laufrades eine Kodierscheibe zu befestigen, deren 5 sind sämtlich geschlossen, mit Ausnahme der Öffnungen

Markierungen sich an einem berührungslosen Sensor in der Gehäusezunge 15 und einer öffnung, an die ein

vorbeibewegen, welcher entsprechende Impulse er- Lautsprecher 18 angesetzt ist Der Lautsprecher 18, des-

zeugt Durch entsprechende Aufteilung der Markierun- sen Erregung nachfolgend noch erläutert wird, bildet

g;en an der Kodierscheibe kann eine Frequenz erzeugt die Gegenschallquelle, die in dem Schallrauin 17 akusti-

werden, die einer bestimmten Harmonischen des von io sehe Schwingungen erzeugt, welche zu den Löchern der

der Drehzahl abhängigen Drehklanges entspricht Die Gehäusezunge 15 übertragen werden, und in diesen Lö-

Hauptstörfrequenz im Geräusch von Turbo-Arbeitsma- ehern gegenphasig zu der zu unterdrückenden Kompo-

schinen sind in der Regel die Schaufelfrequenz (Dreh- nente des Drehklangs sind.

zahl χ Schaufelzahl des Laufrades) und Vielfache da- Gemäß F i g. 2 ist an der Antriebswelle 19 des Laufra-

von. Durch die Ableitung der Erregerfrequenz für die 15 des 13 eine Kodierscheibe 20 befestigt, die an ihrem

Gegenschallquelle von der Laufraddrehzahl über einen Umfang Markierungen trägt Diese Markierungen kön-

Drehzahlaufnehmer wird sichergestellt, daß die Fre- nen beispielsweise Schlitze, Farbmarkierungen, Metall-

quenzen der Gegenschaliquelle stets exakt gleich denen teile o. dgl. sein. Neben der mit der Antriebswelle 19

der primären aerodynamischen Druckschwankungen rotierenden Kodierscheibe 20 ist ein Sensor 21 angeord-

sind. 20 net, der beim Vorbeilauf einer jeden Markierung einen

Gemäß einer anderen Variante der Erfindung wird elektrischen Impuls erzeugt Die Impulse werden einer

die Gegenschallquelle durch mindestens einen die Ge- Phasenschieberschaltung 22 zugeführt, in der beispiels-

räusche in elektrische Schwingungen umsetzenden weise von Hand die Phasenlage der Impulse verändert

Drucksensor erregt Dieser Drucksensor kann ein Mi- werden kann. Im einfachsten FaI¹ besteht die Phasen-

krofon sein, das in der Quellregion des Störgeräusches 25 Schieberschaltung 22 aus einer Verzögerungsschaltung,

angeordnet ist Über eine Regelschaltung wird die Ge- z. B. einem i?C-Glied.

genschallquelle so gesteuert daß am Ort des Drucksen- Der Ausgang der Phasenschieberschaltung 22 ist über sors Druckschwankungen mit minimaler Amplitude ent- einen Verstärker 23 mit dem Lautsprecher 18 verbunstehen. den. Die Frequenz, mit der der Lautsprecher erregt Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Er- 30 wird, ist gleich der Drehzahl der Antriebswelle 19 pro findung sind mehrere Gegenschallquellen vorhanden, Sekunde, multipliziert mit der Anzahl der Markierungen die mit unterschiedlichen Frequenzen erregt sind. Diese auf der Kodierscheibe 20. Soll die Erregung des Laut-Gegenschallquellen können entweder von einem Sensor Sprechers mit einer niedrigeren Frequenz erfolgen, dann gemeinsam oder von unterschiedlichen Sensoren aus kann hinter den Sensor 21, der die Impulse erzeugt, eine gesteuert werden. Diese Sensoren können an unter- 35 Frequenzteilerschaltung geschaltet werden, die die Freschiedlichen Stellen des Gehäuses angeordnet sein und/ quenz heruntersetzt.

oder voneinander abweichende Frequenzempfindlich- Nach dem erfindungsgemäßen Prinzip erzeugt die

keiten haben. aus dem Lautsprecher 18 bestehende Gegenschallquelle

u Bei der erfindungsgemäßen Turbomaschine brauchen einen Schall, dessen Frequenz gleich derjenigen einer

zur Anbringung der Gegenschallquellen die Form und 40 störenden Komponente des Drehklanges ist. Durch ge-

geometrischen Abmessungen des Innenraumes des Ge- eignete Einstellung der Phasenschieberschaltung 22 und

riäuses nicht verändert zu werden. Daher ergeben sich des Verstärkers 23 wird erreicht, daß die betreffende

keine Änderungen der Kennlinie und des Wirkungsgra- Drehklangkomponente und der vom Lautsprecher 18

des der Turboarbeitsmaschine. erzeugte Gegenklang sich im Bereich der Gehäusezun-

Im folgenden werden unter Bezugnahme der Zeich- 45 ge 15 gegenseitig mindestens teilweise auslöschen,

nungen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist in dem

erläutert. Es zeigt Gehäuse 10 ein Mikrofon 24 angebracht, das den an der

F i g. 1 eine scheroatische perspektivische Darstellung Gehäusezunge 15 erzeugten Drehklang aufnimmt und

einer radialen Turboarbeitsmaschine, entsprechende elektrische Signale an einen Verstärker

Fig.2 eine schematische Darstellung der Erregung so 25 abgibt. Das Ausgangssignal des Verstärkers gelangt

der Gegenschallquelle und über eine Phasenschieberschaltung 22 zu dem Lautspre-

F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erzeu- eher 18, der in gleicher Weise an dem Schallraum 17

\ gung des Gegenschalls. angebracht ist wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist eine radiale Turboarbeitsmaschine dar- Die Phasenschieberschaltung22 wird so eingestellt,daß

gestellt, die ein Gehäuse 10 mit spiralförmiger Umfangs- 55 die Amplitude des hörbaren Drehklanges ein Minimum

wand 11 aufweist. Die Umfangswand 11 setzt sich in die einnimmt. Zusätzlich kann an dem Verstärker 25 der

Außenwand eines tangentialen Anschlußkanals 12 fort. Pegel der Gegenschallquelle verändert werden.

In dem Gehäuse 10 ist das Laufrad 13 mit den Schau- Nach einer weiteren Alternative wird das Mikrofon

fein 14 drehbar angeordnet. In Fig. 1 ist aus Gründen zur Steuerung der Gegenschallquelle an einer beliebi-

der Übersichtlichkeit die angetriebene Welle, an der das 60 gen Stelle innerhalb oder außerhalb der Turboarbeits-

Laufrad 13 befestigt ist, fortgelassen. An derjenigen maschine angeordnet, wo eine Minderung des Lärmpe-

Stelle, an der die Umfangswand 11 des Gehäuses - gels besonders gewünscht wird, z. B. in einem der Turbezogen auf die Achse des Laufrades 13 - den gerings- bomaschine angeschlossenen Kanal.

ten Radius hat, befindet sich die Gehäusezunge 15, die Die Löcher an der Gehäusezunge 15 können behebi- ,-, aus einem Biegebereich besteht, in welchem die Gehäu- 65 ge Formen haben. Anstelle der Lochwand kann auch sewand 11 an die obere Wand 16 des Anschlußkanals 12 eine durch eine Membran verschlossene Öffnung vorgeübergeht. Die Gehäusezunge 15 ist die wesentliche sehen sein.

" Quelle für den störenden Drehklang. Die Gegenschallquelle kann auch als eine in der Ge

häusezunge befindliche Membran ausgebildet sein, die
direkt von einem Schwinganreger (Körperschallerreger) angeregt wird.

Die Erfindung ist bei allen Turboarbeitsmaschinen
anwendbar, wie z. B. bei Lüftern, Ventilatoren, ein- oder 5 mehrstufigen Gebläsen, Verdichtern und Pumpen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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dem auch nicht unerhebliche Fluidmengen in den Strö-

Patentansprüche: mungskanal eingeleitet werden Der Störschall wird

nicht am Ort seiner Entstehung bekämpft, sondern m

1 Geräuscharme Turboarbeitsmaschine mit ei- einem zurückliegenden Bereich des Strömungskanals, nem ein Laufrad enthaltenden Gehäuse und mit ei- 5 wobei eine erhebliche f'^"^^^^tekanme ner aktiven Gegenschallquelle, die mit mindestens Strömungskanal geleitet werden muß. Die bekannte einer sich in Abhängigkeit von der Drehzahl des Einrichtung zur SchaUkompensation benotigt ferner em Laufrades ändernden Frequenz angeregt ist, da- hohes Maß an Hilfsenergie.

durch gekennzeichnet, daß die Gegen- Ferner ist es bei Turbo-Arbeitsmaschmen bekannt,

schallquelle (18) in einem von dem Innenraum des 10 hinter einer schalldurchlässigen Gehausezunge einen Gehäuses (10) durch eine schalldurchlässige Zunge Hohlraum vorzusehen, dessen Volumen bzw. dessen (15) getrennten und im übrigen abgeschlossenen Länge in Abhängigkeit von der Drehzahl des Laufrades Schallraum (17) wirksam ist verändert wird, um eine Anpassung an unterschiedliche

2 Turboarbeitsmaschine nach Anspruch 1, da- Störfrequenzen zu erzielen (WO 81/03 201). Hierbei ist durch gekennzeichnet, daß die Gegenschallquelle 15 eine aktive Schallquelle nicht vorhanden. Der Schall-(18) über eine verstellbare Phasenschieberschaltung raum ist als ,ί/4-Resonator bzw. als Helmholtz-Resona-(22) erregt wird. ^tor ausgebildet, in welchem durch den Störschall stehen-

3 Turboarbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, de Wellen erzeugt werden. Es handelt sich um ein passidadurch gekennzeichnet, daß ein auf mit der An- ves System, dessen Resonanzfrequenz auf die Schaufeltriebswelle (19) des Laufrades (13) rotierende EIe- 20 radfrequenz abgestimmt wird. Schließlich sind Turbomente ansprechender Sensor (21) Signale für die pe- Arbeitsmaschinen mit passiver Schallunterdrückung beriodische Erregung der Gegenschallquelle (18) er- kannt (US-PS 22 55 398, US-PS 41 74 020), be! denen die _zeugt Resonatoren in der Umfangswand des Gehäuses ange-

4 Turboarbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, ordnet sind.

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein die Ge- 25 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geräusche in elektrische Schwingungen umsetzender räuscharme Turboarbeitsmaschine der eingangs ge-Drucksensor (24) vorgesehen ist, dessen Ausgangssi- nannten Art zu schaffen, die mit einer erheblich vermmgnal - ggf. nach Verstärkung und Phasenverschie- derten Anregungsenergie für die Schallquelle ausbung-die Gegenschallquelle (18) erregt kommt .,.„., ·, j _T ·,

5 Turboarbeitsmaschine nach einem der Ansprü- 30 Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil ehe 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß mehrere des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelost. Gegenschailquellen (18) vorgesehen sind, die mit un- Nach der Erfindung wird zur Schallkompensation terschiedlichen Frequenzen erregt sind. nicht ein zusätzlicher Luftstrom in die Maschine einge-

6 Turboarbeitsmaschine nach einem der Ansprü- leitet, sondern der Schall wird in einem geschlossenen ehe 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Schall- 35 Schallraum erzeugt, welchem kein Medium zugeführt raum (17) durch eine Lochwand gegenüber dem Ge- wird. Die SchaUkompensation erfolgt ausschließlich häuseinnern abgeschlossen ist. durch externe Anregungen der in dem Raum enthalte-

7 Turboarbeitsmaschine nach einem der Ansprü- nen Luftsäule zu Schwingungen. Die eigentliche Komche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Schall- pensation wird an der Zunge durchgeführt, die am Entraum (17) durch eine Membran gegenüber dem Ge- 40 stehungsort des Störschalls angeordnet ist. Nach der häuseinnern abgeschlossen ist. Erfindung ist zwar eine von dem Innenraum des Gehäuses der Turboarbeitsmaschine getrennter Schallraum

vorgesehen, aber kein Resonator. In dem Schallraum

werden durch die angeschlossene Schallquelle Druck-45 wellen erzeugt, ohne daß dem Schallraum durch eine

Die Erfindung betrifft eine geräuscharme Turboma- zusätzliche Leitung ein Fluid zugeführt wird. Von der schine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Gegenschallquelle wird also die in dem Sohallraum ent-

Die wesentlichen Quellregionen für den Drehklang ist haltene Fluidsäule extern angeregt Ein besonderer Vorbei einer leitringlosen radialen Turbomaschine die Ge- teil besteht darin, daß durch die Gegenschallquelle nicht häusezunge an der die Umfangswand des Gehäuses 50 nur eine bestimmte selektive Frequenz kompensiert über einen Biegebereich in einen Anschlußkanal über- werden kann, sondern daß es möglich ist, den Gegengeht. An dieser Stelle hat das spiralförmige Gehäuse schall mit einem bestimmten Frequenzspektrum, das den geringsten Durchmesser. Bei axialen Turboarbeits- dem Spektrum des Störschalls entspricht, zuzuführen, maschinen stellen die radialen Leitschaufeln, die das La- Vorzugsweise wird die Gegenschallquelle über eine

ger für die Achse des Laufrades tragen und quer im 55 verstellbare Phasenschieberschaltung angeregt. Durch Strömungskanal angeordnet sind, die wesentlichen die Phasenschieberschaltung kann die Phasenlage des Schallquellenregionen dar. Gegenschalls derart verstellt werden, daß sie gegenüber

Bei einer bekannten Turboarbeitsmaschine der ein- der Phasenlage des Drehklanges um 180" phasenvergangs genannten Art (US-PS 42 55 038) ist eine Schall- schoben ist Diese Phasenverschiebung laßt sich sehr quelle in Form eines modulierbaren Ventils vorgesehen, 60 leicht manuell durchführen und überwachen, weil die das Schallwellen in den Strömungskanal hinter dem Phase des Erregersignals der Gegenschallquelle so lan-Laufrad sendet. Das Ventil wird von einem Steuergerät ge verschoben werden muß, bis für das menscl .liehe in Abhängigkeit von der Schaufelradfrequenz gesteuert, Gehörempfinden der niedrigste Drehklangpegel erweiche durch einen auf die Schaufeln ansprechenden reicht ist Es ist auch möglich, die Phasenschieberschal-Fühler ermittelt wird. Bei diesem Prinzip der gegenseiti- 65 tung selbsttätig so einzuregeln, daß sie die jeweils wirkgen Auslöschung von Schallwellen ist es erforderlich, im samste Phasenlage einstellt. Hierzu ist ein den Drehgesamten Umfangsbereich des Strömungskanals Lö- klang aufnehmender Schallwandler und ein entsprecher anzuordnen, durch die nicht nur Schallwellen, son- chender Regler erforderlich.