Luftschutzsirenenaggregat Die Erfindung betrifft ein Luftschutzsirenenaggregat
mit Ausnutzung des Abgasstrahles einer Gasturbine zur Schallerzeugung.Air protection siren unit The invention relates to an air protection siren unit
using the exhaust gas jet of a gas turbine to generate sound.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein solches
Aggregat so auszubilden, daß für die Schallerzeugung notwendige Pulsation, die durch
periodisches Auf- und Zusteuern von Abgasaustrittsöffnungen erzeugt wird, ohne Rückwirkung
auf den Strömungsprozeß in der Gasturbine erfolgt. Erreicht wird dieses Ziel erfindungsgemäß
dadurch, daß der Abgaskanal der Gasturbine in gleicher Weise wie der Zuströmkanal
bei Druckluftsirenen in einen Lochkranz ausläuft, vor dem eine ebenfalls mit einem
Lochkranz versehene Blende zur periodischen Aufsteuerung und Abdeckung der Gasaustrittsöffnungen
rotiert, wobei die Anzahl der öffnungen in der Blende jedoch derart verschieden
ist von der Anzahl der Gasaustrittsöffnungen, daß der Wert des Verhältnisses der
größeren zur kleineren Lochzahl nicht ganzzahlig ist und vorzugsweise in der Nähe
von 1 liegt.The object on which the invention is based is to provide such a
Train the unit so that the pulsation necessary for the generation of sound, which is caused by
periodic opening and closing of exhaust gas outlet openings is generated without any reaction
takes place on the flow process in the gas turbine. This goal is achieved according to the invention
in that the exhaust gas duct of the gas turbine in the same way as the inflow duct
with compressed air sirens runs out into a perforated wreath, in front of which one also with a
Orifice with a perforated ring for periodic opening and covering of the gas outlet openings
rotates, but the number of openings in the diaphragm is so different
is on the number of gas outlet openings that the value of the ratio of
larger to smaller number of holes is not an integer and preferably in the vicinity
of 1 lies.
Beim erfindungsgemäßen Aggregat sind niemals alle Austrittsöffnungen
gleichzeitig abgedeckt. Es bleibt sowohl bei Stillstand als auch während des Betriebes
ein Austrittsquerschnitt gleichbleibender Größe erhalten, so daß die abströmende
Gasmenge keinen Schwankungen unterworfen ist bzw. Pulsationen im Abgaskanal vermieden
werden. Dies hat einmal den Vorteil, daß die Gasturbine unabhängig von der Stellung
der Lochblende angelassen werden kann. Außerdem werden sowohl Schwierigkeiten aerodynainischer
Art, beispielsweise ein Pumpen des Verdichters, als auch Störungen schwingungstechnischer
Art vermieden, etwa eine Anregung der Schaufeln zu gefährlichen Schwingungen und/oder
eine periodisch erfolgende störende Beeinflussung der Flammenausbildung in der Brennkammer.In the case of the unit according to the invention, there are never all of the outlet openings
covered at the same time. It remains both at a standstill and during operation
get an outlet cross-section of constant size, so that the outflowing
Gas quantity is not subject to fluctuations or pulsations in the exhaust gas duct are avoided
will. This has the advantage that the gas turbine is independent of the position
the pinhole can be left on. In addition, difficulties both become more aerodynamic
Type, for example a pumping of the compressor, as well as disturbances due to vibration
Art avoided, such as exciting the blades to dangerous vibrations and / or
a periodic disruptive influence on the flame formation in the combustion chamber.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung verläuft die gemeinsame Achse
des stillstehenden Lochkranzes und der rotierenden Blende vertikal, wobei der Gasdurchtritt
horizontal oder annähernd horizontal erfolgt und die Gase anschließend ohne Umlenkung
in einen ringförmig angeordneten Kranz von Schalltrichtern einströmen.In a further embodiment of the invention, the common axis runs
of the stationary perforated ring and the rotating diaphragm vertically, with the passage of gas
takes place horizontally or almost horizontally and the gases then without deflection
flow into a ring-shaped ring of horns.
Auf diese Weise wird ohne vorherige Umlenkung eine gleichmäßige Rundumabstrahlung
bei einem einfachen und verlustarmen Aufbau der Schalltrichter erzielt.In this way, an even all-round radiation is achieved without prior deflection
achieved with a simple and low-loss structure of the horn.
Ein Schallerzeuger anderer Gattung als die erfindungsgemäße Luftschutzwarnsirene
ist durch die deutsche Patentschrift 715 053 bekanntgeworden. Es handelt sich um
einen möglichst punktförmig auszubildenden, eine Flüssigkeit umwälzenden Schallsender
für außerhalb des Hörbereiches liegende, bis in das Hochfrequenzspektrum reichende
Frequenzen. Die Schallerzeugung beruht darauf, daß Schaufeln durch Stoßwellen im
Takt zu Schwingungen angeregt werden, so daß man diesen Schallerzeuger treffend
als Impulserzeuger bezeichnen kann. Bei Luftschutzwarnsirenen der erfindungsgemäßen
Art wird demgegenüber ein gasförmiges Medium, d. h. die umgebende Luft, unmittelbar
in Schwingungen versetzt, die sich in bekannter Weise fortpflanzen.A sound generator of a different kind than the air raid warning siren according to the invention
became known through the German patent 715 053. It is a matter of
a sound transmitter that should be designed as punctiform as possible and that circulates a liquid
for those outside the audible range that extend into the high frequency spectrum
Frequencies. The generation of sound is based on the fact that blades are caused by shock waves in the
Clock are excited to vibrate, so that you hit this sound generator
can be called a pulse generator. In the case of air raid warning sirens according to the invention
Art, on the other hand, is a gaseous medium, i.e. H. the surrounding air, immediately
set in vibrations that propagate in a known manner.
Eine durch die deutsche Auslegeschrift 1209 025 bekanntgewordene
Luftschutzwarnsirene arbeitet ebenfalls nach einem anderen Prinzip als die erfindungsgemäße
Sirene, und zwar insofern, als sie im Grunde genommen einen Kreisellüfter darstellt,
der den zur Anregung der umgebenden Luft zu Schwingungen erforderlichen Luftstrom
selbst erzeugt. Eine rotierende Lochblende weist diese bekannte Sirene nicht auf.
Die Höhe der Tonfrequenz ist bei ihr allein abhängig von der Drahzahl des Lüfters.
Diese bekannte Sirene hat den Nachteil, daß der Lüfter grundsätzlich mit der gesamten
Leistung, die zur Erzeugung von Luftströmung und Schallwellen erforderlich ist,
angetrieben werden muß. Da es sich in vorliegendem Fall um hohe Schalleistungen
handelt, müssen hohe Luftgeschwindigkeiten bzw. Beschleunigungen erzielt werden,
was natürlich entsprechend hohe Umfangsgeschwindigkeiten erfordert und damit hohe
Antriebsleistungen. Die Verdichterdrehzahl muß im übrigen an sich schon sehr hoch
liegen, da nur 1 bis 2 Schwingungen je Umdrehung erzeugt werden. Demgegenüber arbeitet
die erfindungsgemäße Luftschutzwarnsirene wesentlich wirtschaftlicher, indem die
heißen, energiereichen Abgase einer Gasturbine unmittelbar zur Schallerzeugung herangezogen
werden, wobei der Betriebspunkt der Gasturbine konstant gehalten werden kann. Die
Lochblende dient lediglich zur periodischen Aufsteuerung und Abdeckung
der
Gasaustrittsöffnungen und benötigt daher nur eine geringe Antriebsleistung. Ihre
Drehzahl ist gering, da die Tonfrequenz ein Produkt aus Schlitzzahl der rotierenden
Blende und der Drehzahl letzterer darstellt.An air raid warning siren made known by the German Auslegeschrift 1209 025 also works on a different principle than the siren according to the invention, to the extent that it basically represents a centrifugal fan which itself generates the air flow required to stimulate the surrounding air to vibrate. This known siren does not have a rotating perforated screen. The level of the audio frequency is solely dependent on the number of wires in the fan. This known siren has the disadvantage that the fan basically has to be driven with the entire power required to generate air flow and sound waves. Since in the present case it is a question of high sound power levels, high air speeds or accelerations must be achieved, which of course requires correspondingly high circumferential speeds and thus high drive powers. The compressor speed must be very high in itself, since only 1 to 2 vibrations per revolution are generated. In contrast, the air raid warning siren according to the invention works much more economically in that the hot, high-energy exhaust gases from a gas turbine are used directly to generate sound, the operating point of the gas turbine being able to be kept constant. The perforated diaphragm only serves to periodically open and cover the gas outlet openings and therefore only requires a low drive power. Their speed is low because the audio frequency is a product of the number of slots in the rotating diaphragm and the speed of the latter.
A bb . 1 zeigt ein Luftschutzsirenenaggregat gemäß der Erfindung teilweise
im Längsschnitt; A b b. 2 teilweise einen Schnitt nach der Linie II-II in A b b.
1.A bb. Fig. 1 partially shows an air raid siren unit according to the invention
in longitudinal section; A b b. 2 partially a section along the line II-II in A b b.
1.
Bei dem Luftschutzsirenenaggregat nach A b b.1 ist die als Energiequelle
dienende Einwellengasturbine 1 stehend so angeordnet, daß der Abgasstutzen 2 senkrecht
nach oben gerichtet ist. Er endet in einer scheibenförmig begrenzten Kammer 3, deren
zylindrischer Mantelabschnitt einen Kranz von vierzehn symmetrisch über den Umfang
verteilten kreisrunden Öffnungen 4 aufweist. An jede Öffnung 4 schließt sich, wie
A b b. 2 gut zu entnehmen ist, in geringem radialem Abstand ein horizontal liegender
Schalltrichter 5 an. In dem engen Spalt zwischen Kammer 3 und den Schalltrichtern
5 rotiert eine über eine Achse 6 angetriebene Lochblende 7, deren öffnungen 8 quadratisch
mit einer dem Durchmesser der Öffnungen 4 entsprechenden Seitenlänge ausgebildet
und die ebenfalls symmetrisch über den Umfang der Blende 7 verteilt angeordnet sind.
Infolge der unterschiedlichen Querschnittsgestaltung der feststehenden Öffnungen
4 und der Blendenöffnungen 8 ändert sich der Durchtrittsquerschnitt einer jeden
Gasaustrittsöffnung 4 nach dem Sinusgesetz. Die abgestrahlte Tonfrequenz ist jeweils
abhängig von der Drehzahl der Blende 7. Die Lochblende 7 weist eine Öffnung mehr
auf als die Kammer 3. Hierdurch wird erreicht, daß zu keinem Zeitpunkt alle Öffnungen
4
ganz abgedeckt sind. Den Abgasen steht vielmehr zu jedem Zeitpunkt ein bestimmter,
über die volle Umdrehung der Blende gleichbleibender Abströmquerschnitt zur Verfügung,
so daß der Gasdurchsatz im Abgaskanal keinen eventuell zu Störungen des Betriebes
der Gasturbine Anlaß gebenden Schwankungen unterworfen ist.In the case of the air raid siren unit according to A b b.1, the single-shaft gas turbine 1 serving as the energy source is arranged upright so that the exhaust gas nozzle 2 is directed vertically upwards. It ends in a disk-shaped delimited chamber 3, the cylindrical jacket section of which has a ring of fourteen circular openings 4 symmetrically distributed over the circumference. Each opening 4 closes, as A b b. 2 can be seen well, at a small radial distance a horizontally lying horn 5. In the narrow gap between the chamber 3 and the horns 5, a perforated diaphragm 7 driven via an axis 6 rotates, the openings 8 of which are square with a side length corresponding to the diameter of the openings 4 and which are also arranged symmetrically over the circumference of the diaphragm 7. As a result of the different cross-sectional design of the fixed openings 4 and the aperture openings 8, the passage cross-section of each gas outlet opening 4 changes according to the sine law. The emitted audio frequency is dependent on the speed of rotation of the diaphragm 7. The perforated diaphragm 7 has one more opening than the chamber 3. This ensures that all openings 4 are never completely covered. Rather, the exhaust gases have at any point in time a certain outflow cross-section that remains constant over the full rotation of the diaphragm, so that the gas throughput in the exhaust duct is not subject to any fluctuations that may cause disturbances in the operation of the gas turbine.