DE1147769B

DE1147769B - Resonator

Info

Publication number: DE1147769B
Application number: DES62673A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Yian Nian Chen
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1959-04-10
Filing date: 1959-04-21
Publication date: 1963-04-25

Description

Resonator Die Erfindung betrifft einen Resonator für die Dämpfung von tiefen Schallfrequenzen in strömenden Gasen, der in Strömungsrichtung zunächst konvergent und dann divergent verläuft und bei den in der Wand des Resonators an seiner engsten Stelle Öffnungen vorgesehen sind, die in eine die Düseneinschnürung umgebende Kammer führen.Resonator The invention relates to a resonator for damping of low sound frequencies in flowing gases, initially in the direction of flow convergent and then divergent and at the in the wall of the resonator its narrowest point openings are provided, which in a nozzle constriction lead surrounding chamber.

Bekannt sind Resonatoren mit in der Leitungswand vorhandenen Öffnungen als Leitorgane zwischen der Resonanzkammer und der Leitung. Für die Dämpfung von Schallwellen in einem Resonator ist der Dämpfungsfaktor x maßgebend. Die Größe von x wird dabei im wesentlichen bestimmt durch die Gleichung x = V f JaF, wobei V das Volumen des Resonators, F der Querschnitt der Leitung, gemessen in der Nähe der Öffnung in der Leitung, a die Schallgeschwindigkeit in dem Medium und f E. die Eigenfrequenz des Resonators ist. Bei fester Eigenfrequenz ist also die Dämpfung proportional dem Volumen des Resonators und umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche der Leitung innerhalb des Resonators.Resonators are known with openings in the line wall as guide elements between the resonance chamber and the line. The damping factor x is decisive for the damping of sound waves in a resonator. The size of x is essentially determined by the equation x = V f JaF, where V is the volume of the resonator, F is the cross section of the line, measured near the opening in the line, a is the speed of sound in the medium and f E is the natural frequency of the resonator. With a fixed natural frequency, the damping is proportional to the volume of the resonator and inversely proportional to the cross-sectional area of the line within the resonator.

In sehr vielen Fällen sind der Vergrößerung des Volumens infolge Platzmangels enge Grenzen gesetzt. Daher wird bei großem Öffnungsquerschnitt F der Leitung der Dämpfungsfaktor a zu klein, um dem Resonator eine ausreichende Dämpfungswirkung zu geben.In very many cases, the increase in volume is due to a lack of space narrow limits set. Therefore, if the opening cross-section F of the line is large, the Damping factor a too small to give the resonator a sufficient damping effect admit.

Infolgedessen ist schon vorgeschlagen worden, für die Schalldämpfung den Querschnitt der den Schall führenden Leitung im Bereich der die Verbindung zum Resonanzraum bildenden Öffnungen zu verengen, um, wie an Hand vorstehender Formel erläutert, den Dämpfungsfaktor a zu erhöhen und damit eine bessere Dämpfung zu erhalten. Weiterhin sind auch Resonatoren bekannt, bei denen bei unvermindertem Leitungsquerschnitt die Öffnungen in der Leitung mit Rohrstutzen versehen sind.As a result, it has already been proposed for sound attenuation the cross-section of the sound-carrying line in the area of the connection to the To narrow the openings forming the resonance space, as shown in the above formula explains how to increase the damping factor a and thus to obtain better damping. Furthermore, resonators are also known in which, with an undiminished line cross-section the openings in the line are provided with pipe sockets.

Die beiden zuvor genannten Bauarten mit Leitorganen aus Öffnungen, die mit Rohrstutzen versehen sind oder nicht, sind bisher immer als gleichwertig betrachtet worden. Es wurde jedoch festgestellt, daß dies nur für ruhende Gase gilt, aber nicht für strömende Gase. Resonatoren mit Rohrstutzen sind für den letzten Fall wirksamer als jene mit Öffnungen. Darum ist die bekannte Bauweise, bei den nur mit Öffnungen als Leitorgane zwischen Resonanzkammer und Leitung ausgerüsteten Resonatoren den Dämpfungsfaktor a durch eine Querschnittsverminderung der Leitung zu erhöhen und damit eine bessere Dämpfung erzielen zu wollen, zwar erfolgreich bei ruhenden Gasen, jedoch nach den zu der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen völlig unwirksam in strömenden Gasen mit höheren Geschwindigkeiten. Für den letzten Fall wurde eine Verschlechterung der Dämpfung statt einer Verbesserung festgestellt.The two aforementioned types with guide elements made of openings, which are or are not provided with pipe sockets are always considered to be equivalent been considered. However, it was found that this only applies to gases at rest, but not for flowing gases. Pipe socket resonators are for the last Case more effective than those with openings. That is why the well-known construction is used in the only equipped with openings as guide elements between the resonance chamber and the line Resonators the damping factor a by reducing the cross-section of the line to increase and thus want to achieve better damping, although successfully in the case of resting gases, but according to those carried out for the present invention Try completely ineffective in flowing gases at higher speeds. For the latter case was a deterioration in damping rather than an improvement established.

Die Erfindung soll dies vermeiden. Erfindungsgemäß werden die Öffnungen mit Rohrstutzen versehen. Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt besonders in Druckleitungen von Kolbenkompressoren und Auspuffleitungen von Dieselmotoren.The invention is intended to avoid this. According to the invention, the openings provided with pipe socket. The field of application of the invention is particularly in Pressure lines of reciprocating compressors and exhaust lines of diesel engines.

Die Wirkungsweise des Resonators als Drosselungsglied für eine Schallwelle beruht darauf, daß von der Schallwelle in der Leitung in und an den Öffnungen innerhalb des Resonators eine gewisse Luftmasse m als Ganzes zu Schwingungen angeregt wird, die dann von dem in dem Resonator vorhandenen Gasvolumen gefedert wird. Von dieser Vorstellung ausgehend, ergibt sich, daß die Luftmasse m sich in einem ruhenden Medium symmetrisch zu den Öffnungen zwischen der Leitung und der Resonanzkammer anordnet. Sie gerät alsdann in diesen Öffnungen wie ein »Kolbene in Schwingungen. Strömt nun das Medium in der Leitung mit einer gewissen Geschwindigkeit, so wird die stabile Ausbildung des in die Leitung hineinragenden Teiles dieses »Kolbens« gestört. Dies ist um so mehr der Fall, je höher die Strömungsgeschwindigkeit in der Umgebung der Öffnungen ist, je geringer also der Leitungsquerschnitt im Bereich der öffnungen ist. Die experimentell gefundene Verschlechterung der Dämpfung eines Resonators, in dem die die Gasströmung führende Leitung in ihrem Querschnitt verengt ist und der im Bereich der Verengung nur mit Öffnungen als Leitorgane versehen ist, beruht also darauf, daß die Ausbildung des »Kolbens« verhindert wird; dadurch kann sich keine stabile Eigenfrequenz des Resonators mehr einstellen.How the resonator works as a throttling element for a sound wave is based on the fact that of the sound wave in the conduit in and at the openings within of the resonator a certain air mass m as a whole is excited to vibrate, which is then sprung from the gas volume present in the resonator. Of this Proceeding from the idea, it follows that the air mass m is in a stationary medium arranged symmetrically to the openings between the line and the resonance chamber. It then begins to vibrate in these openings like a “piston”. Now flows the medium in the line at a certain speed, it becomes the most stable Formation of the part of this "piston" protruding into the line is disturbed. this is the more the case, the higher the flow velocity in the vicinity of the The smaller the line cross-section in the area of the openings, the smaller the openings is. The experimentally found deterioration in the attenuation of a Resonator in which the line carrying the gas flow narrows in its cross section and which is only provided with openings as guide elements in the area of the constriction, is based on the fact that the formation of the "piston" is prevented; thereby can there is no longer a stable natural frequency of the resonator.

Bei der Verwendung von Rohrstutzen an den öffnungen dagegen wird die Gasmasse in diesen Stutzen geführt und so als ein stabil schwingender »Kolben« erhalten bleiben. Dieser ragt nur mit seinem Rand geringfügig in die Strömung hinein. Diese geringe Randstörung verändert aber die Masse m nicht mehr so wesentlich, daß die Bildung einer Eigenfrequenz des Resonators merklich behindert wird.When using pipe sockets on the openings, on the other hand, the Gas mass fed into this nozzle and thus obtained as a stable oscillating »piston« stay. This only protrudes slightly into the flow with its edge. These but slight edge disturbance changes the mass m no longer so significantly that the Formation of a natural frequency of the resonator is noticeably hindered.

Die Zeichnung zeigt eine schematische Ausführung des erfindungsgemäßen Resonators. Das in Pfeilrichtung strömende Gas in der Leitung 1, deren Querschnitt FL ist, tritt in das Resonatorgehäuse 2 mit dem Volumen V. Innerhalb des Resonators verjüngt sich die Leitung 1 allmählich auf den Querschnitt F, um sich später wieder auf den Querschnitt FL zu erweitern und in dem Leitungsabschnitt 3 fortzusetzen. In der Mitte des Resonators befinden sich die öffnungen 4 zwischen der Leitung und der Resonanzkammer mit den angesetzten Rohrstutzen 5, die für die Ausbildung des schwingenden »Luftkolbens« notwendig sind.The drawing shows a schematic embodiment of the resonator according to the invention. The gas flowing in the direction of the arrow in the line 1, the cross-section of which is FL , enters the resonator housing 2 with the volume V. Inside the resonator, the line 1 gradually tapers to the cross-section F in order to later expand again to the cross-section FL and to continue in the line section 3. In the middle of the resonator are the openings 4 between the line and the resonance chamber with the attached pipe sockets 5, which are necessary for the formation of the oscillating "air piston".

Das Verhältnis der Flächen FL/F ist willkürlich und im wesentlichen durch strömungstechnische Gesichtspunkte bestimmt. Ebenso ist die Länge s der Leitung mit vermindertem QuerschnittF nicht wesentlich für die Wirkungsweise des Resonators, sondern durch den in der Leitung zulässigen Strömungswiderstand gegeben. Es ist nur vorteilhaft, s möglichst groß zu machen, da durch das durch die Querschnittsverminderung gestörte Schallfeld in der beschleunigten Strömung besser gleichförmig gestaltet wird, ehe es zu den Rohrstutzen 5 gelangt. Weiterhin soll auch die Weglänge t zwischen diesen und der Stelle, an der die Leitung beginnt, sich vom Querschnitt F wieder allmählich auf den Querschnitt F L zu erweitern, möglichst groß gemacht werden, wie schon aus der Akustik ruhender Gase bekannt ist. Damit soll die Rückwirkung der bei der Querschnittsveränderung entstehenden Störung des Schallfeldes über dem Querschnitt auf den Resonator verändert werden. So kann z. B., wenn es strömungsmäßig zulässig ist, die Länge t bis zum Ende des Resonators 2 reichen, wie es in der Figur durch die unterbrochenen Linien dargestellt ist. Der Leitungsabschnitt 3 mit dem erweiterten Querschnitt FL schließt sich dann an das Resonatorgebäuse 2 an. Die Größe des Volumens V des Resonators ist im wesentlichen durch den vorhandenen Platz gegeben. Die Abmessungen a und d der Rohrstutzen 5 sowie die Anzahl der Öffnungen 4 werden durch die gewünschte Resonanzfrequenz f, bestimmt. Dabei sind auch mehrere nebeneinanderliegende Reihen von Öffnungen möglich. Sie wirken ebenfalls nicht direkt auf die Größe des Dämpfungsfaktors ein.The ratio of the areas FL / F is arbitrary and essentially determined by fluidic considerations. Likewise, the length s of the conduit with reduced cross-section F is not essential for the mode of operation of the resonator, but rather given by the flow resistance permissible in the conduit. It is only advantageous to make s as large as possible, since the sound field disturbed by the cross-sectional reduction in the accelerated flow is better designed to be uniform before it reaches the pipe socket 5. Furthermore, the path length t between these and the point at which the line begins to gradually expand again from the cross section F to the cross section FL should be made as large as possible, as is already known from the acoustics of stationary gases. This is intended to change the effect of the disturbance of the sound field over the cross-section on the resonator when the cross-section is changed. So z. B., if it is permissible in terms of flow, the length t extend to the end of the resonator 2, as shown in the figure by the broken lines. The line section 3 with the expanded cross section FL then adjoins the resonator housing 2. The size of the volume V of the resonator is essentially given by the space available. The dimensions a and d of the pipe socket 5 and the number of openings 4 are determined by the desired resonance frequency f. Several adjacent rows of openings are also possible. They also do not have a direct effect on the size of the damping factor.

Claims

PATENT CLAIM. Resonator for damping low sound frequencies in flowing gases, which first converges and then diverges in the direction of flow runs and in which in the wall of the resonator at its narrowest point openings are provided, which lead into a chamber surrounding the nozzle constriction, thereby characterized in that these openings are provided with pipe sockets (5). Into consideration printed publications: German Patent No. 732 733; German patent application G 5010 I a / 46 c g (published December 24, 1953); U.S. Patent No. 1910 672, 2,673,617; ATM, February 1937, V 50-2, pp. T 21-T 22; VDI reports, 1957, vol. 24, p. 139 ff. Older patents considered: German patents No. 1064 247, 1095 598.