FH Dstroemungsakustik.de/old.mv.fh-duesseldorf.de/d_pers/Ka... · 2017-02-20 · Péus Folie 3 Februar 2005 FH D Fachhochschule Düsseldorf Fachgebiet Strömungstechnik und Akustik

Péus Folie 1 Februar 2005

FH DFachhochschule DüsseldorfFachgebiet Strömungstechnik und Akustik

Auslegung und aeroakustische Optimierung eines Radialventilators

•optimale Laufradform und äußere Abmessungenfür vorgegebene Förderdaten

•Akustische Leistungsvermessung

•Einordnung der Geräuschemissionen

•Schwingungsanalyse

Andy Péus



Bauart und Hauptabmessungen

•Vorgegebene Förderdaten:

Auslegung und Bau des Ventilatortyps 2:•Radiale Laufradform mit rückwärts gekrümmten Schaufeln

•SpiralgehäuseOrdnungsdiagramm der Ähnlichkeitsmechanik

für Ventilatoren. Quelle: Bommes (2003)

•Dimensionslose Kennzahlen:

Maschinenbauart

•σ,δ (Cordier-Diagramm a)

Hauptabmessungen; Darstellung von Kennlinien

•Ψ,φ,λ und η (Diagramme b und c)

0,250,180,05



Darstellung der wichtigsten AbmessungenEinlaufdüse

Radiallaufrad•Radiallaufrad• 12 Schaufeln

Verringerung Drehtonlärm

•Spiralgehäuse•Spiralradius R1 auf 0,15 des Laufradaußendurchmesser D2

•mit ausbaubarer Gehäusezunge

Verringerung Drehtonlärm

Gehäusezunge



Kanalprüfstand für Kleinventilatoren

Messsoftware:•Prüfstand Akustik System (Pak-System)der MüllerBBM VibroAkustikSystemeGmbH

Messhardware:•VXI-Station•Optischer Drehzahlmesser

•Messung über Reflexionsmarke am Laufrad und Antriebswelle

•½“-Mikrofon Brüel & Kjaer•Messposition: Wandschlitzsonde im Kanal

•Laser Vibrometer CLV 1000 Firma Polytec

•Messung über Reflexionsmarke am Motorgehäuse

Prüfstand/Messtechnik

Kanalprüfstand



Durchgeführte Messungen

Konfiguration 1: unausgewuchtetes Laufrad

Konfiguration 2: in einer Ebene ausgewuchtetes Laufrad (baugleich)

Konfiguration 3: Ventilatoranlage ohne Laufrad

Schalldruckpegel, Drehzahl und effektive Schwinggeschwindigkeit

Hochfahrten n= 3000-10000 U/min im Optimum (t=2min)

ohne Gehäusezunge

Übertragungsmaß Wandschlitzsonde ∆LÜ wurde nicht berücksichtigt (außer es ist angegeben)



3000 4000 5000 6000 7000 8000 90001/min

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500Hz

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

dBRMS

1234567891011121314

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500Hz

70 80 90 100 110 120 130

dBRMS

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120s

02000400060008000

100001/min

3000 4000 5000 6000 7000 8000 90001/min

50

70

90

110

130dB RMS

Gesamtpegel EO 12.Ordnung mag (17) EO 1.Ordnung mag (17)

(Max: 9453 1/min 125.8 dB) (Max: 9796 1/min 115.7 dB)(Max: 9445 1/min 122.0 dB)

Man.: ; Kal.: 0.0118457V/dBFreq.-Sp.: 6400Hz; Mean: 3200HzN_FL: 801; N_BLK: 2048; DF: 8HzAVG: 3; OVL: OFF%; WIN: HanningAcquisition: 26.04.2004 13:18

APS Maximum

984.0 Hz 121.864 dB 160.0 Hz 121.081 dB1968.0 Hz 116.449 dB 104.0 Hz 113.219 dB

Fachhochschule Düsseldo

Konfiguration 1 Grundkonfiguration

1.Drehzahlordnung

1.BFF

Drosseleinfluss



Konfiguration 1 akustisch optimierte Drossel

3000 4000 5000 6000 7000 8000 90001/min

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500Hz

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

dBRMS

1234567891011121314

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500Hz

70 80 90 100 110 120 130

dBRMS

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120s

02000400060008000

100001/min

3000 4000 5000 6000 7000 8000 90001/min

50

70

90

110

130dB RMS




APS Maximum

160.0 Hz 123.308 dB 96.0 Hz 114.893 dB 24.0 Hz 113.387 dB 312.0 Hz 108.001 dB

kein Drosseleinfluss

1.Drehzahlordnung



Konfiguration 3 ohne Laufrad

3000 4000 5000 6000 7000 8000 90001/min

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500Hz

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

dBRMS

1234567891011121314

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500Hz

20 40 60 80 100 120

dBRMS

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120s

02000400060008000

100001/min

3000 4000 5000 6000 7000 8000 90001/min

40

60

80

100

120dB RMS




APS Maximum

152.0 Hz 117.872 dB 96.0 Hz 109.216 dB 72.0 Hz 103.082 dB 192.0 Hz 99.186 dB

1.Drehzahlordnung

Antriebsmotor



Modifikationen zur Reduzierung der 1.Drehzahlordnung

•Reduzierung durch verschiedene Dichtungen:

zwischen Motorhalter und Ventilatorgehäuse

•Hartgummi

•Terostat

•ohne Dichtung

•Reduzierung durch ausgewuchtetes Laufrad:

Laufrad in einer Ebene ausgewuchtet

Motor

Ventilatorgehäuse



Modifikationen zur Reduzierung der 1.Drehzahlordnung•originale Dichtung •ohne Dichtung •Hartgummi(2mm dick)

•Terostat(ca.5mm dick) •Konfiguration 2: Ausgewuchtetes Laufrad (ohne Dichtung)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500Hz

70 80 90 100 110 120 130

dBRMS

Acquisition: 30.04.2004 13:21 APS Maximum

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500Hz

70 80 90 100 110 120 130

dBRMS

APS Maximum

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500Hz

70 80 90 100 110 120 130

dBRMS


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500Hz

70 80 90 100 110 120 130

dBRMS

APS Maximum

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500Hz

70 80 90 100 110 120 130

dBRMS


Lp=123dB Lp=126dB Lp=127dB

Lp=121dB Lp=124dB



Einordnung der Geräuschemissionen anhand des Rauschspektrums

Lw = A*+B*lg(Ma)

88

90

92

94

96

98

100

-0,90 -0,85 -0,80 -0,75 -0,70 -0,65 -0,60 -0,55 -0,50

lg(Ma)

Lwt

[dB

]

LwtGesamtschall-leistungspegel

= A*geschwindigkeits

-unabhänigerVentilatorquellen

-pegel

+ B*lgMageschwindigkeits

-abhänigerVentilatorquellen-

pegel

LBBezugsgrößen

-pegel

LUSspezifisches. Schallum-setzungsmaß

Lgsspezifisches Geräusch-flächenmaß

B*=10γ

γ =B*/10

Einfluß der inneren und

äußeren Stromfeld-

WirbelstrukturenTurbulenzen,

Wirbelablösung,etc

Einfluß der Baugröße und Konfiguration

des Ventilators

Einfluß der aeroakustischen

Quellen-mechanismen

Einfluß der Stoffwerte

Luft

+ +

LwtGesamtschall-leistungspegel

= A*geschwindigkeits

-unabhänigerVentilatorquellen

-pegel

+ B*lgMageschwindigkeits

-abhänigerVentilatorquellen-

pegel

LBBezugsgrößen

-pegel

LUSspezifisches. Schallum-setzungsmaß

Lgsspezifisches Geräusch-flächenmaß

B*=10γ

γ =B*/10

Einfluß der inneren und

äußeren Stromfeld-

WirbelstrukturenTurbulenzen,

Wirbelablösung,etc

Einfluß der Baugröße und Konfiguration

des Ventilators

Einfluß der aeroakustischen

Quellen-mechanismen

Einfluß der Stoffwerte

Luft

+ +

Herleitung der Emissionskenngrößen LUS und γaus dem Geräuschgesetz:

Rauschkennlinie

spezifisches Schallumsetzungsmaß:

LUS=A*-LB-Lgs

Machzahlexponent:

γ = B*/10

Gekapptes und ungekapptes Spektrum



Einordnung der Geräuschemissionen anhand des Rauschspektrums

Spezifisches Schallumsetzungsmaß Lus in Abhängigkeit vom Machzahlexponenten γ, ermittelt an Radialventilatoren unterschiedlicher Schnellläufigkeit und Axialventilatoren mit und ohne Leitrad (φ/φOpt=1). Quelle: Bommes (2003)

Symbole:Radialventilatoren mit rückwärts gekrümmten SchaufelnSonderventilatorenNach Neise: γ = 5: Radialventilatoren, γ = 5,5: Axialventilatoren mit Leitrad nach VDI 3731 Blatt 2RR: Radialventilatoren mit rückwärts gekrümmten SchaufelnT: Trommelläufer mit vorwärts gekrümmten SchaufelnAM: Axialventilatoren mit LeitradAO: Axialventilatoren ohne LeitradKonstruierter Ventilator: LUS ≈ -40 dB, γ ≈ 4,4



Schwingungsanalyse

Aufbau zu Messung der effektiven Schwinggeschwindigkeit

Untersuchung auf Unwucht:Sicherer Maschinenbetrieb

DIN ISO 10816-1Beurteilungskriterieren für Schwingungenvon Maschinen gemessen an nicht rotierenden Teilen (1997)

Effektive Schwinggeschwindigkeit

Ausschnitt Schwingstärkenklassifizierung nach

DIN ISO 10816 – 1 (1997) /14/

Laser Vibrometer

DrehzahlmesserMaschinen < 15kW

Bewertungszonen



Effektive Schwinggeschwindigkeit: Konfiguration 1

3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 100001/min

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500Hz

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10mm/sRMS

1234567891011121314

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500Hz

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 1314

mm/sRMS

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120s

02000400060008000

100001/min

3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 100001/min

03

69

12

mm/s RMS

Gesamtpegel EO 1.Ordnung mag (17)

(Max: 4903 1/min 13.6 mm/s) (Max: 4903 1/min 13.6 mm/s)

Man.: ; Kal.: 0.196515V/mm/sFreq.-Sp.: 6400Hz; Mean: 3200HzN_FL: 801; N_BLK: 2048; DF: 8HzAVG: 3; OVL: OFF%; WIN: HanningAcquisition: 21.10.2004 15:16

APS Maximum

80.0 Hz 13.389 mm/s 104.0 Hz 8.389 mm/s 144.0 Hz 3.814 mm/s 296.0 Hz 0.884 mm/s

1.Drehzahlordnung

2.kritische Drehzahlbereiche ca.4500-5300 und 5800-7200 U/min



Gesamtpegel der effektiven Schwinggeschwindigkeiten veff: Vergleich Konfigurationen 1,2 und 3

3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 100001/min

0

2

4

6

8

10

12

14

mm/s RMS

Gesamtpegel altes Laufrad/alte Düse

Gesamtpegel neues Laufrad/neue Düse

Gesamtpegel ohne Laufrad/Düse

(Max: 4903 1/min 13.6 mm/s)

(Max: 4948 1/min 15.2 mm/s)

(Max: 4800 1/min 12.8 mm/s)

Konfiguration 1Konfiguration 2Konfiguration 3

veff ≈ 3-4 mm/s

2.kritische Drehzahlbereiche ca.(4500-5300 und 5800-7200 U/min)



Zusammenfassung

leiser, effizienter und relativ kleiner Ventilator

Akustische Einordnung anhand des Rauschspektrums ergibt eine mittlere Güte

1.Drehzahlordnung bzw. Unwucht des Antriebsmotor verantwortlich:

•für den hohen Gesamtschalldruckpegel

•für die effektive Schwinggeschwindigkeit (nur eingeschränkter Dauerbetrieb möglich)

Fazit:

Schwingungsdämpfende Maßnahmen müssen am Antriebmotor durchgeführt werden, dazu sollte der Motor feingewuchtet oder ein besserer Motor ausgewählt werden

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