Ventilatoren

Frontmatter

Kapitel 1. Grundlagen

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird gezeigt, wie aus den gewünschten Betriebsdaten einer Anlage die Spezifikation des Ventilators abzuleiten ist – ein erster wichtiger Schritt für den späteren wirtschaftlichen und sicheren Betrieb der Anlage. Mit Hilfe der – im Strömungsmaschinenbau üblichen – dimensionslosen Kennzahlen wird dargelegt, warum für unterschiedliche Aufgaben jeweils eigene Bauarten von Ventilatoren, z. B. axial oder radial, zweckmäßig sind. Schließlich werden die Modellgesetze hergeleitet, mit denen sehr einfach Ventilatoren aller Bauarten ohne jeglichen Neuentwurf für andere Betriebswerte skaliert werden können.

Thomas Carolus

Kapitel 2. Entwurfsbetriebsgrößen, Schaufelgitter, Kinematik, Wirkungsgrade

Zusammenfassung

Nur in den rotierenden Schaufelkanälen eines Laufrades wird dem Fluid Energie zugeführt. Die Schaufeln leisten eine spezifische Förderarbeit (kurz Schaufelarbeit genannt) oder – äquivalent – eine Totaldruckerhöhung.

Thomas Carolus

Kapitel 3. Entwurf radialer Ventilatoren

Zusammenfassung

Ziel eines jeden Schaufelentwurfsverfahrens ist die Schaufelgeometrie, mit der verlustarm die Umlenkung des Fluids entsprechend den Geschwindigkeitsdreiecken erreicht wird. Sind die Hauptabmesssungen des Radialrades wie die Durchmesser und Breiten festgelegt, liefert das Minderleistungsverfahren von PFLEIDERER die Schaufelein- und Austrittswinkel β_S1 und β_S2, Bild 3-1. Die Teilungen t₁ bzw. t₂ ergeben sich aus der jeweils empfohlenen Schaufelzahl. Weitere Geometrieparameter des Radialrades werden ebenfalls nach Erfahrung festgelegt.

Thomas Carolus

Kapitel 4. Entwurf axialer Ventilatoren

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden zwei Schaufelentwurfsverfahren für axiale Ventilatoren beschrieben. Ziel ist jeweils wieder die Schaufelgeometrie, mit der die Umlenkung der Fluids entsprechend der Geschwindigkeitsdreiecke tatsächlich erreicht wird, um die gewünschten Entwurfsbetriebsgrößen der Maschine zu erreichen.

Thomas Carolus

Kapitel 5. Schallentstehung und -ausbreitung

Zusammenfassung

Im Folgenden werden nur Mechanismen des aerodynamisch erzeugten Schalls bei Ventilatoren betrachtet. Lager- und andere mechanische Geräusche, die nichts mit der Strömung durch die Maschine zu tun haben, werden hier außer Acht gelassen.

Thomas Carolus

Kapitel 6. Geräuschberechnungsverfahren

Zusammenfassung

In Anlehnung an LOWSON’s Klassifikation von Verfahren zur Berechnung des aerodynamisch erzeugten Schalls von Windturbinen [1] sind in Bild 6-1 ingenieurmäßige Geräuschberechnungsverfahren für Ventilatoren in drei Klassen eingeteilt. In dieser Übersicht fehlen moderne numerische Verfahren, die unter dem Stichwort CAA (Computational Aeroacoustics) zunehmend Bedeutung gewinnen werden, aber – wie CFD-Verfahren zur Strömungsberechnung – auf die Details eines fertigen Entwurfs angewiesen sind. Selbst die Verfahren der Klasse III benötigen detaillierte Eingabegrößen, die nur durch aufwändige Messungen oder Strömungsberechnungen beschafft werden können. Im Folgenden werden daher nur einige Verfahren der Klasse I und II betrachtet.

Thomas Carolus

Kapitel 7. Psychoakustische Bewertung von Ventilatorgeräuschen

Zusammenfassung

Hinter dem Einzahlenwert jeder in der Schallleistungskennlinie, Bild 7-1, dargestellten Schallleistung eines Ventilators steht ein Geräusch mit seinem Spektrum. Bild 7-2 zeigt ein typisches zeitgemitteltes Schalldruckspektrum, das aus Mikrofonmessung in einem gewissen Abstand vom Ventilator stammt. Klar erkennbar ist meist der Drehton mit seiner Frequenz BPF = nz und Vielfachen als höhere Harmonische – die spektrale Zusammensetzung ist stark abhängig vom Betriebspunkt, an dem der Ventilator arbeitet.

Thomas Carolus

Kapitel 8. Konstruktive Geräuschminderungsmaßnahmen

Zusammenfassung

Eigentlich muss man die dominante Schallquelle bei einem Ventilator genau kennen, wenn man konstruktive Geräuschminderungsmaßnahmen gezielt anwenden will. Allerdings erfordert die Quellenanalyse meistens erheblichen Aufwand und ist im industriellen Alltag nicht immer im notwendigen Detaillierungsgrad möglich. Praktisch wirken sich konstruktive Maßnahmen, die auf die Schwächung einer bestimmten Schallquelle zielen, oft auch auf andere Mechanismen aus; dies demonstriert die Problematik vieler Erklärungen über die Wirkung von Geräuschminderungsmaßnahmen.

Thomas Carolus

Kapitel 9. Numerische und experimentelle Methoden

Zusammenfassung

Dem Entwurf eines Ventilators schließt sich der Nachweis des Entwurfserfolgs an. Oft baut man dazu einen Prototypen der Maschine entweder in voller Größe, oder, wo das zu aufwändig ist, als verkleinertes Modell und ermittelt dessen Kennlinien auf einem Prüfstand.

Thomas Carolus

Kapitel 10. Anhang

Zusammenfassung

Wenn der Ventilator als letzte Komponente in einer Anlage angeordnet ist und direkt in die Atmosphäre oder einen großen Raum ausbläst, wird – wie in Kapitel 1 besprochen – häufig und zweckmäßig die freiausblasende Druckerhöhung.

Thomas Carolus

Kapitel 11. Lösungen der Übungsaufgaben

Zusammenfassung

Schlüssel für die Lösung ist immer die Auswertung der Gl. (1.7).

Thomas Carolus

12. Erratum zu: Anhang

Thomas Carolus

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