Bei der Konstruktion der Lüfterblätter von Ventilatoren ist es ein Hauptziel, die Geräuschemissionen des Lüfters zu minimieren. Daher müssen verschiedene Konstruktionsänderungen hinsichtlich ihrer Geräuschemissionen untersucht werden. Die Akustische Kamera ist dabei ein hilfreiches Werkzeug.
"Untersuchungen zu Geräuschquellen an einem gegenläufigen Axialventilator mit unterschiedlichen Modifikationen", ein Beitrag von R. Krause, C. Friebe, M. Kerscher und C. Puhle bei fan2018, zeigt, wie die Akustische Kamera zur Untersuchung von Konstruktionsänderungen an Axialventilatoren eingesetzt wurde.
Axialventilatoren sind die gebräuchlichste Art von Ventilatoren und werden in vielen Bereichen eingesetzt, darunter Windkanäle und Kühltürme. Sie arbeiten durch die kontinuierliche Drehung eines Axiallaufrades. Ähnlich wie bei Flugzeugpropellern strömt das Gas in axialer Richtung, parallel zu der Welle, um die sich die Blätter drehen. Durch dieses Funktionsprinzip entstehen Verwirbelungen an der Hinterkante der Schaufeln. Diese Verwirbelungen können sich auf nachfolgende Geräte ungünstig auswirken, z.B. durch einen höheren Druckverlust oder einen niedrigeren Wärmeübertragungskoeffizienten. Sie sind daher unerwünscht und sollten minimiert werden. Zu den Konstruktionsparametern für Ventilatorflügel gehören Leistung, Durchfluss, Druckanstieg und Wirkungsgrad. Der statische Druckanstieg ist ein Bewertungskriterium für den Wirkungsgrad des Ventilators. Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, sollte der Staudruck der Wirbel in einen statischen Druckanstieg umgewandelt werden. Eine gängige Möglichkeit, den Wirkungsgrad zu erhöhen, ist die Installation von gegenläufigen Ventilatoren (CRF), da diese eine hohe Leistungsdichte und einen hohen Wirkungsgrad bieten. Dennoch ist dieser Typ auch für problematisches Geräuschverhalten durch das Zusammenspiel beider Räder mit unterschiedlichen Drehrichtungen bekannt. Dieses problematische Geräuschverhalten macht einen CRF zum perfekten Testobjekt für die Klanganalyse von Ventilatoren mit der Akustischen Kamera.
Während des Projekts wurden verschiedene Modifikationen des Schaufeldesigns hinsichtlich ihres Einflusses auf die Verringerung der Geräuschemission getestet. Daher wurde zur Messung der Geräuschemission ein CRF mit verschiedenen Flügelpaaren verwendet. Da sich die Messer während des Betriebs drehen, ist für diese Art der Messung eine spezielle Messtechnik erforderlich.
Zur Lokalisierung der Rauschquellen wurde die Akustische Kamera mit einem sogenannten Rotationsstrahlformungsalgorithmus eingesetzt. Dieser spezielle Algorithmus ermöglicht die Erkennung von Schallquellen an den rotierenden Klingen durch eine virtuelle Drehung der Mikrofone. Um den Einfluss verschiedener Schaufelkonstruktionen zu untersuchen, wurden die Hinterkanten der Schaufeln für verschiedene Messungen modifiziert.
Für die Modifikation wurden Verzahnungen verwendet, die bei höheren Frequenzen zu Wirbeln führen sollen. Mit der Akustischen Kamera und der Rotationsstrahlformung konnten verschiedene Rauschquellen lokalisiert werden. Auch bei gegenläufigen Laufrädern können die Schallquellen dem jeweiligen Laufrad zugeordnet werden.
Die entsprechende Publikation mit den durchgeführten Änderungen und Tests finden Sie hier. Es werden erste Ergebnisse vorgestellt, deren Modifikationen zu einer Rauschreduzierung führen, sowie ein Ausblick auf die zukünftige Arbeit und den Einsatz dieser Messtechnik gegeben.
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