GFB - Green Factory BAVARIA

Lärmreduzierte Gestaltung von Gebläsen und Produktionsanlagen

Zielsetzung

EFFiAkust befasst sich mit der Identifizierung der Übertragungswege des Schaufeltones von Seitenkanalverdichtern in das Fernfeld zur gezielten Optimierung des Systems mit dem Ziel Geräuschreduktion. Hierbei kommt ein hybrider Ansatz aus Numerik und Simulation zum Einsatz. Zusätzlich zur üblichen Bewertung von Geräuschen anhand des Gesamtschalldruckpegels oder des Schalldruckpegels tonaler Komponenten wird in EFFiAkust der Psychoakustik ein großer Stellenwert beigemessen. Für die psychoakustische Bewertung der Geräusche wird ein Programmpaket sowie ein Probandenplatz zur Durchführung von Probandentest erstellt. In einem letzten Schritt werden die Ergebnisse auf Gebläse in Produktionsanlagen unter realen Bedingungen übertragen und der Einfluss der veränderten Randbedingungen auf das akustische Gesamtverhalten der Anlage untersucht.



Lösungsansätze

Zunächst werden die Akustik und die Strukturschwingungen eines Seitenkanalverdichters in Betrieb vermessen. Dies geschieht für unterschiedliche Betriebspunkt und die zwei Hauptdrehzahlen von 50 Hz und 60 Hz. Die Messungen werden im reflexionsarmen Raum des Lehrstuhls für Prozessmaschinen und Anlagentechnik durchgeführt. Zusätzlich zu diesen Messungen werden Druckmessungen im ruhenden und im rotierenden System durchgeführt um Information über die strukturanregenden Druckschwankungen zu erhalten. Parallel hierzu erfolgen numerische Strömungssimulationen, die in einem ersten Schritt mittels einer stationären Simulation die Kennlinie des Seitenkanalverdichters nachbilden. Weiterführend werden instationäre Strömungssimulationen durchgeführt um sowohl die akustischen Quellterme des Systems wie auch die Ausbreitung der akustischen Quellen zu berechnen. Weiterhin werden die instationären Druckschwankungen der Simulation als Eingangsdaten für eine Struktursimulation genutzt. Somit ist die Berechnung des Strömungsschalls sowie des Strukturschalls und folglich eine Trennung beider möglich. Für die psychoakustische Bewertung der Schalle des Seitenkanalgebläses und der Axiallaufräder wird in Matlab ein Programmpaket erzeugt, welches es ermöglicht die unterschiedlichen psychoakustischen Größen auszuwerten. Entsprechend ihrer DIN Normen werden die Lautheit (DIN 45631), die Schärfe (DIN 45962) und die Tonhaltigkeit (DIN 45681) implementiert und für die nachfolgende Bewertung herangezogen. Zusätzlich zur objektiven Bewertung anhand der psychoakustischen Parameter wird eine subjektive Bewertung mit Probanden durchgeführt um die Signifikanz bzw. Präferenz der einzelnen objektiven Bewertungskriterien zu bestimmen. Hierfür wird ein Probandenplatz mit entsprechendem Equipment, d.h. kalibrierte Verstärker und Kopfhörer, aufgebaut, so dass eine neutrale Wiedergabe der Schalle möglich ist. Die Erkenntnisse aus den vorauslaufenden Untersuchungen werden schließlich auf Gebläse in Produktionsanlagen übertragen und eine Bewertung unter realen Bedingungen durchgeführt.



Ergebnisse

Die Kennlinie des Versuchsgebläses wurde experimentell bestimmt. Die gemessen Größen wie Druckdifferenz, Temperaturerhöhung, Volumenstrom dienen der späteren analytischen Beschreibung der Betriebszustände. Weiterhin wurde die elektrische Aufnahmeleistung erfasst, so dass eine Bestimmung des Gesamtwirkungsgrades möglich ist. In weiteren Messungen wurden Schallabstrahlung sowie die Strukturschwingungen für unterschiedliche Betriebspunkte ermittelt. Das Seitenkanalgebläse emittieren verstärkt Schall bei der Blattfolgefrequenz, d.h. bei 2750 Hz für eine Drehzahl von 50 Hz und bei 3300 Hz für eine Drehzahl von 60 Hz. Die Struktur zeigt ebenfalls erhöhte Beschleunigungen an allen Messpositionen für die entsprechende Blattfolgefrequenz. Schalldruckpegel und Beschleunigungsamplituden steigen tendenziell mit zunehmender Drosselung bzw. Druckdifferenz an. Das psychoakustische Programm enthält bereits die Parameter Lautheit und Schärfe, die Tonhaltigkeit wird aktuell implementiert.





Publikationen

  • S. Münsterjohann, S. Becker, T. Grohmann, R. Dittmar: Contribution of Acoustic and Structural Sources to the Tonal Sound Radiation of Side Channel Blowers in Proceedings of ASME Turbo Expo 2014.
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