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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch verbindet in einem einzigartigen Konzept Entwurf und Konstruktion radialer und axialer Ventilatoren mit dem Problem der Geräuschentwicklung sowie deren Minderung bereits im Stadium der Ventilatorenentwicklung. Ziel ist es, ausgewählte, einfach anwendbare Verfahren des aerodynamischen Entwurfs und der Geräuschvorhersage zu beschreiben und deren physikalische Grundlagen aufzuzeigen. Übungsaufgaben mit Lösungswegen erleichtern das Verständnis. Die vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage enthält nun auch Hinweise zur Auswahl von Ventilatoren für eine gegebene Aufgabe, zu simulationsbasierten Optimierungsverfahren für den Ventilatorentwurf und zu psychoakustischen Methoden, mit denen die Qualität von Ventilatorgeräuschen gemessen werden kann.

Inhaltsverzeichnis

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 βS1 und βS2, 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 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

Backmatter

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