FACHINFO aufbauKorr:Layout 1 - Welland & Tuxhorn Armaturen

Fachinfo Nr. 1
Geräusch-Emissionen
WELLAND & TUXHORNAG
A R M A T U R E N - U N D M A S C H I N E N F A B R I K

Geräusche spielen in der heutigen Zeit, gefordert durch die Arbeits- und Umweltschutzgesetzgebung,
eine immer stärkere Planungsgröße.
Von den Ventilherstellern werden daher verlässliche Aussagen zur Geräuschemission von
Regelarmaturen gefordert.
Ventilgeräusche entstehen hauptsächlich durch:
• Wirbelablösung und turbulente Anströmung von festen Konstruktionsteilen, also Auftreten
von Wechselkräften
• Freistrahlgeräusche in der Vermischungszone
• Auftreten von Verdichtungsstößen, wenn im Ventil die Schallgeschwindigkeit erreicht oder
überschritten wird.
Diese Geräusche werden hauptsächlich über die angeschlossene Rohrleitung abgestrahlt und
weniger über das Ventilgehäuse. Rohrleitungen gehören deshalb in vielen Industrieanlagen zu
den wichtigsten Schallquellen bzw. Übertragungswegen.
Der Fluidschall regt die Rohrwand zu Körperschallschwingungen an und wird dann zum Teil
als Luftschall nach außen abgestrahlt.
Um nun Aussagen zur Schallemission von Ventilen machen zu können, sind genormte Berechnungsverfahren
zur Bestimmung dieser Geräuschemission entwickelt worden.
All diese Ventilgeräuschberechnungsverfahren dienen zur Berechnung:
• des Schallleistungspegels und
• des Schalldruckpegels in 1 m Abstand
von unisolierten Armaturen und Rohrleitungen.
Die heute üblichen Geräuschberechnungen sind:
1. VDMA 24422, Januar 1989
Armaturen, Richtlinien für die Geräuschberechnung
Regel- und Absperrarmaturen
2. DIN EN Go 534-8-3
Stellventile für die Prozessregelung
Geräuschbetrachtungen – Berechnungsverfahren zur Vorhersage der aerodynamischen Geräusche
von Stellventilen, Dezember 2001
3. ANSI / SA-S75.17.1989
Control Valve Aerodynamic Noise Prediction
Es bleibt zu sagen, dass all diese Verfahren die Geräuschentwicklung im Freifeld oder unter Laborbedingungen
betrachtet keine Ergebnisse am Einbauort liefern. Am Einbauort liegt ein diffuses
Schallfeld vor, welches durch die komplexe Installation der unterschiedlichen Anlagenteile und
Schallquellen bestimmt wird.
Es sollen nun zwei Verfahren näher erläutert werden:
1. VDMA 24422:
Berechnung nach VDMA 24422
VDMA 24422, Armaturen
Richtlinien für die Geräuschberechnung, Regel- und Absperrarmaturen, Januar 1989
Die Richtlinie erlaubt Planern und Betreibern von Anlagen den Schallleistungspegel bzw. den
1 m Schalldruckpegel von Regel- und Absperrarmaturen aller Art mittels
• ventilspezifischer Kennwerte
nach einem einheitlichen Berechnungsverfahren zu bestimmen.
Fachinfo Nr. 1: Geräusch-Emissionen
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ARMATUREN- UND MASCHINENFABRIK

1. Berechnung des inneren Schallleistungspegels L wi für Gase und Dämpfe
1.1 Ventilspezifische Angaben
Die ventilspezifischen Kenngrößen müssen vom Hersteller für eine Auslastung
Von y = 0,75 angegeben werden.
1.1.1 Kritisches Differenzdruckverhältnis X cr
Kritische Verhältnisse treten ein, wenn das Differenzdruckverhältnis den Wert X cr
erreicht. X cr ergibt sich aus den Angaben des Herstellers.
Δp = Differenzdruck über dem Ventil
p1 = Druck vor dem Ventil (absolut)
G sind von der Mach-
Die Strahlleistung als auch der akustische Umwandlungsgrad
zahl bzw. dem Druckverhältnis abhängig.
Die Machzahl des aus dem engsten Querschnitt austretenden Strahles ist eine Funktion
des Druckverhältnisses:
X
X cr
= Differenzdruckverhältnis bei Gasen und
Dämpfen Δp/p1
= Kritisches Differenzdruckverhältnis
1.1.2 Umwandlungsgrad G
Der akustische Umwandlungsgrad G wird durch die Vorgänge in der Umwandlungszone
hinter dem engsten Querschnitt bestimmt und ist somit von der Bauform
und der Auslastung des Ventils abhängig.
G kann als Funktion der Druckverhältnisse dargestellt werden:
G1 = Niveauexponent in der Funktionsgleichung
von G
G2 = Neigungsexponent in der Funktionsgleichung
von G
Die Umwandlungszone G bezieht sich auf die im Frequenzbereich der Oktavbänder
500 bis 8000 Hz abgestrahlten Schallleistung.
Für Standardventile mit Parabolkegel ist:
1.2 Innerer Schallleistungspegel L Wi
Druck vor dem Ventil
Adiabatenexponent
Differenzdruckverhältnis
W = Massendurchfluss des Fluids kg/h
Dichte des Fluids vor dem Ventil kg/m 3
Akustischer Umwandlungsgrad
für Gase
Kritisches Differenzdruckverhältnis
Der innere Schallleistungspegel von gasdurchströmten Armaturen stellt sich im Mittel als
Rauschspektrum dar, das im betrachteten Frequenzbereich 500 bis 8000 Hz mit ungefähr
3 dB je Oktave ansteigt.
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Die Berechnung des Spektrums erfolgt nach:
2. Berechnung des äußeren Schallleistungspegels
2.1 Äußerer unbewerteter Schallleitungspegel L Wa
Der äußere Schallleistungspegel L Wa ergibt sich aus dem innen Schallleistungspegel L Wi
mittels der Rohrschalldämmung R R’ der zu betrachtenden Rohrlänge I und dem Rohrinnendurchmesser
d I .
Bei Gas-/Dampf-Berechnungen kann der erste Subtrahent vernachlässigt werden.
Bei Gasen bezieht sich der berechnete Schallleitungspegel auf das I = 2 m lange Rohrstück
ausgangsseitig des Ventils.
Der vom Ventilgehäuse und der eingangsseitigen Rohrleitung emittierte Schallpegel liegt
im allgemeinen um mehr als 10 dB unter dem von der ausgangsseitigen Rohrleitung
ermittierten Schallpegel, da bei der Entspannung von Gasen die Schallabstrahlung überwiegend
auf der Ausgangsdruckseite erfolgt.
Für die Ermittlung des Schalldämm-Maßes für Gase gilt:
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Die Ringdehnfrequenz f r ergibt sich zu:
2.2 Äußerer A-bewerteter Schallleistungspegel L WA,a
Korrekturwerte zur A-Bewertung von Schallpegeln
f m in Hz
Korrekturwerte
in dB
500 1000 2000 4000 8000
-3,2 0 + 1,2 + 1,0 - 1,1
Der A-bewertete Gesamtschallleitungspegel ergibt sich aus den Band-Schallleitungspegeln
der Mittenfrequenzen 500 Hz bis 8000 Hz
dB
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2.3 Äußerer A-bewerteter Schalldruckpegel L pA,a
Für den Schalldruckpegel 1 m seitlich der Rohrleitung und in 1 m Abstand vom Ausgangsflansch
des Ventils ergibt sich näherungsweise unter Freifeldbedingungen und bei zylinderförmiger
Abstrahlung:
mit I = 2 m für Gase und Dämpfe bzw. I = 3 m für Flüssigkeiten.
Zusammenfassung: VDMA 24 422
Berechnung für Gase und Dämpfe
Bestimmung des akustischen Umwandlungsgrads G aus den ventilspezifischen Angaben X T ,
G 1 und G 2 .
Berechnung des inneren Schallleistungspegels L Wi aus Differenzdruckverhältnis x, Massendurchfluss
W, G und Fluiddaten.
Verwendung eines normierten Oktavspektrums (Anstieg 3 dB/Oktave, Peakfrequenz bleibt
unberücksichtigt!)
Berechnung des äußeren Schallleistungspegels für L WA I = 2 m Rohr am Ventilaustritt mit R R (f)
(berücksichtigt f R )
Berechnung von L 1m aus L wa und A-Bewertung.
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Anwendungsgrenzen:
Unsicherheit der Berechnung
DIN EN 60 534 – 8 – 3
(eher an oberer Toleranzgrenze)
Berechnung nach DIN EN 60534-8-3
DIN EN 60534-8-8, Stellventile für die Prozessregelung, Teil 8–3: Geräuschbetrachtungen –
Berechnungsverfahren zur Vorhersage der aerodynamischen Geräusche von Stellventilen,
Dezember 2001
Aus Einleitung:
„Obwohl das Vorhersageverfahren keine aktuellen Ergebnisse am Einbauort sicherstellen
kann, liefert es Berechnungsvorhersagen innerhalb von 5 dB(A) für die Mehrzahl der Geräuschdaten
unter Laborbedingungen.“
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Unterscheidet strömungsmechanisch fünf Bereiche:
Bereich I Unterschallbereich (Dipol dominiert)
Bereich II schallnahe Durchströmung
Bereich III Überschallströmung (keine isentrope Rekompression mehr)
Bereich IV Bildung einer Machscheibe (Stoß-GS-WW)
Bereich V konstanter akustischer Wirkungsgrad
D J M J D J
0
P 1 = Druck am Eintritt
1
F 1
statischer Druck
Stoßwellen
P 2 >P 1
2
– F L (0.472P 1 )
P 2 =P 1 – F 2 L (0.472P 1 )
P 2 = 0.528P 1
P 2

Das von W&T eingesetzte Berechnungsverfahren beruht auf VDMA 24422 und ist für mehrstufige
Regelventile erweitert worden. Der Geräuschpegel wird für jede Stufe einzeln berechnet
und dann zu einem Gesamtgeräuschpegel zusammengefasst.
Die von W&T angebotenen und gelieferten Regelventile berücksichtigen alle bekannten primären
Schallschutzmaßnahmen, wie:
• Vermeidung von Kavitation bei Wasserventilen durch geregelte Mehrstufenarmaturen
• Aufteilung des freien Öffnungsquerschnittes in viele kleine Öffnungen
• Entspannung in mehreren Stufen
• Einbau von Strömungswiderständen (Lochzylinder, Lochscheiben)
Durch die mehrstufige Entspannung wird die gesamte Druckdifferenz über das Ventil auf
mehrere Entspannungsstufen aufgeteilt. Wegen der kleineren Druckdifferenzen entsteht an
den unterschiedlichen Entspannungsstufen weniger Schall.
Die Anzahl der Entspannungsstufen sollte aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten auf zehn Stufen
begrenzt werden.
Sekundärmaßnahmen wie schalldämmende Ummantelungen sind oft eine kostengünstigere
Lösung als eine übermäßige Stufenzahl in den Ventilen.
In der ISO 15665 : 2003 sind drei Klassen (A,B,C) an Anforderungen zur Geräuschminimierung
in Abhängigkeit an den Rohrdurchmesser und dem Oktavband spezifiziert:
Table 1 – Minimum insertion loss required for each class
Class
Range of nominal diameter
Octave band centre frequency, Hz
D
mm
125 250 500 1000 2000 4000 8000
Minimum insertion loss, dB
A1
D < 300
-4 -4 2 9 16 22 29
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A2
A3
B1
B2
B3
C1
C2
C3
300 ≤ D < 650
650 ≤ D < 1000
D < 300
300 ≤ D < 650
650 ≤ D < 1000
D < 300
300 ≤D < 650
650 ≤ D < 1000
-4 -4 2 9 16 22 29
-4 2 7 13 19 24 30
-9 -3 3 11 19 27 35
-9 -3 6 15 24 33 42
-7 2 11 20 29 36 42
-5 -1 11 23 34 38 42
-7 4 14 24 34 38 42
1 9 17 26 34 38 42
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In der nachfolgenden Tabelle sind typische Schallwertreduzierungen durch die Isolierung von
Rohrleitung mit verschiedenen Schallquellen angegeben.
Table 4 – Typical noise level reduction values for insulation of piping connected to different
types of noise sources
Class
Diameter
D
Mm
A1 and A2 D < 650
A3 D ≥ 650
B1 D < 300
B2 300 ≤ D < 650
B3 D ≥ 650
C1 D < 300
C2 300 ≤D < 650
C3 D ≥ 650
Expected reduction of the overall A-weighted
sound pressure/power level
dB a
Centrifugal Centrifugal Control valves Reciprocating
Compressors
4 10 14 5
9 15 18 9
5 11 16 5
6 14 18 6
10 18 22 10
9 18 22 9
11 20 24 10
17 25 29 17
a
The shaded areas indicate that the particular type of insulation may not be (cost-)effective for that
application or represents an unusual application.
Die Ausführung der Isolierung, welche die Klassen (A, B, C) erfüllen, sind in der nachfolgenden
Tabelle angegeben.
Table 5 – Insulation constructions meeting classes of acoustic insulation
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Class
A
Description
min. thickness of pocous layer
max. stiffness of porous layer
Value
50 mm
2,0 x 10 6 N/m 3
min. mass per unit area of metal cladding 4,5 kg/m 2 (e.g. 0,6 mm steel plate)
B
min. thickness of porous layer
max. stiffness of porous layer
100 mm
10 6 N/m 3
min. mass per unit area of metal cladding 6,0 kg/m 2 (e.g. 0,8 mm steel plate)
C
min. thickness of porous layer
100 mm
max. stiffness of porous layer
10 6 N/m 3
min. mass per unit area of metal cladding
for nominal pipe diameters < 300 mm 7,8 kg/m 2 (e.g. 1,0 mm steel plate)
for nominal pipe diameters ≥ 300 mm 10,0 kg/m 2 (e.g. 1,3 mm steel plate)
Die genaue Ausführung kann in der ISO 15665 nachgelesen werden.
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