Helmholtz-Resonatoren zur Dämpfung der Druckpulsationen von Schraubenverdichtern

Am Ausgang von Schraubenverdichtern liegen funktionsbedingt hohe Druckpulsationen vor. Diese können in nachgeschalteten Bauteilen sehr hohe Lärmpegel erzeugen. Es sollte deshalb ein Schalldämpfer entwickelt werden, der die Druckpulsationen in den nachgeschalteten Bauteilen möglichst effektiv unterdrückt. Hierzu wurden verschiedene Schalldämpfertypen auf ihre Eignung geprüft.

Der minimale Rohrdurchmesser ist durch die Strömungsverhältnisse, der Bauraum durch die weiteren Komponenten vorgegeben. Unter Berücksichtigung dieser Randbedingungen kann mit einfachen Reflexionsschalldämpfern eine Durchgangsdämpfung von maximal 14 [dB] erzielt werden, wie in der oberen Abbildung gezeigt. Zudem können Reflexionen am Eingangs- oder Ausgangsrohr zu zusätzlichen Resonanzüberhöhungen führen.

Da das Frequenzspektrum der Druckpulsationen nur diskrete Frequenzen enthält, sind Helmholtz-Resonatoren unter optimaler Ausnutzung des Bauraums besonders gut zur Schallunterdrückung geeignet. Die mittlere Abbildung zeigt die Durchgangsdämpfung bei verschiedener Anzahl von Resonatoren. Während ein einzelner Resonator nur in unmittelbarer Umgebung der Resonanzfrequenz wirkt, erhöht sich die Resonanzbreite mit zunehmender Anzahl der Resonatoren deutlich.

In der unteren Abbildung ist der entwickelte Multi-Helmholtz-Resonator als Schnitt dargestellt. In der linken Bauteilhälfte sind Resonatoren für die Grundordnung vorgesehen, in der rechten Hälfte weitere Resonatoren für die höheren Harmonischen. Mit diesem Design werden Durchgangsdämpfungen von über 20 [dB] in der Umgebung der Grundordnung sowie der folgenden drei Harmonischen erzielt.