Sporing av lydkilder er viktig når du forsker på den ideelle viften

Foto: Pixsooz, Adobe Stock
Mye har skjedd teknisk i viftebransjen de siste årene. I dag er meget effektive og aerodynamisk optimaliserte EC-vifter teknisk ledende, og de er ofte et åpenbart valg i mange forskjellige kjøle- og klimaanlegg. Samtidig er det rom for ytterligere tekniske optimaliseringer siden kvaliteten på en vifte ikke bare styres av for eksempel effektivitet og luftstrømskapasitet. Støynivået til en vifte er også et avgjørende aspekt. Støynivået er imidlertid et veldig komplisert fenomen siden oppfatningen av viftens støynivå kan påvirkes av mange forskjellige lydkilder på samme tid, og det er ofte ikke lett å skille dem. At installasjonssituasjonen også må tas med, gjør det desto vanskeligere. Omfattende akustiske tester er derfor en vesentlig del av ebm-papsts innsats for å utvikle den ideelle viften.

Dermed er det ikke en lett oppgave å spore lydkildene til vifter. Mens relativt avanserte aerodynamiske simuleringsprogrammer nå er tilgjengelige og har blitt etablert i markedet, er simuleringen av aeroakustikk fremdeles i en innledende fase av forskningen. Antallet celler som trengs for den nødvendige romlige inndelingen av små strukturer er mye høyere enn i tilfelle av aerodynamisk simulering. For en vifte i spesielle luftmengde-situasjoner kan tallet til og med være så høyt som titalls eller hundrevis av millioner. En annen nødvendighet er høytidelig oppløsning, vanligvis med intervaller på omtrent 10 mikrosekunder. Dette krever store beregningsressurser, som igjen er både kostbare og tidkrevende. Dette forklarer hvorfor, i tilfelle av akustiske vifter, bare større turbulente strukturer er tilgjengelige i dag. Selv med disse begrensningene er utgiftene betydelige, og det pågår et intensivt arbeid for å finne forskjellige måter å redusere beregningsbeløpene på. Ulike eksperimentelle prosesser og metoder er til stor hjelp i dette arbeidet.

80 mikrofoner på vifteinntakssiden

Et eksempel på en eksperimentell metode brukt av ebm-papst for å lokalisere lydkilder er en «Beamforming process». Metoden kompletterer kompleks aeroakustisk simulering. Prinsippet med denne metoden er et sirkulært mikrofonsett med 80 mikrofoner montert på to nivåer. Mikrofonsettet brukes på viftens innløpsside for å måle forskjellene i forplantningstiden for lydbølgene til hver av mikrofonene. Sofistikerte algoritmer evaluerer deretter dataene som er oppnådd i løpet av 30 sekunder med en kjent viftehastighet. Resultatene viser at det er mulig med metoden å oppdage de samme lydtrendene som med aeroakustisk simulering. Dermed muliggjør de eksperimentelle resultatene også kontroll og optimalisering av den aeroakustiske simuleringen.

Evalueringene avdekker to dominerende lydkilder til en aksiell vifte: luftstrømmen som oppstår i gapet mellom bladet og viftedekselet, og den såkalte innstrømningsturbulensen. Ved gapet mellom bladet og viftedekselet, fører forskjellen i trykk mellom utløpet og innløpssiden luft til å strømme over den ytterste delen av viftebladet. Strømmen samarbeider med kantene som eksisterer mellom viftebladets overflate og den omkringliggende vifteveggen. Deretter kan luftvortekser dannes, og disse kan under visse forhold heve lydnivået med opptil 10 dB. Tilstrømningsturbulens skaper ofte problemer i tilfeller der viften er lukket. Et kabinett, lik den som ble brukt for varmevekslere, ble valgt til å utføre tester med mikrofonsettet. Testene viste at tilbakeløp av luft forårsaker turbulens ved veggene i kabinettet. Virvlingen som oppstår og forårsaker turbulensen trekkes deretter til punktene der avstanden mellom viften og veggen er smalest. Disse «virvelstrengene» forårsaker da betydelig turbulens. Som et resultat oppstår betydelige svingninger i trykk og hastighet ved forkanten av viftebladet, noe som noen ganger resulterer i dramatisk økt støy, og spesielt i lavfrekvente områder. Dette har form av både bredbåndstøy og andre smale lydkomponenter, noen ganger kalt vifteblad passerende støy. Alle har nok noen gang møtt den ubehagelige «brummende» støyen som er typisk for dette lydfenomenet.

Prosessen fra å finne årsakene til forstyrrende lyder til å finne en løsning

Når lydkildene er lokalisert, kan det gjøres tiltak for å forbedre viftenes aeroakustikk. Størrelsen på gapet mellom spissen av viftebladene og viftehuset viste seg å ha en betydelig innflytelse på støyoppførselen. Støynivået synker med et mindre gap, men produksjonsrelaterte krav gjør at gapet ikke kan reduseres utover et visst punkt på grunn av risikoen for at viftebladet kan treffe viftehuset. Det er her «vingefly» kan utgjøre en stor forskjell. Med «vingefly» øker strømningsmotstanden i rommet mellom viftebladet og foringsrøret, noe som reduserer støyen som oppstår når virvlende luftstrømmer treffer faste overflater. Som et resultat kan støynivået reduseres med opptil 10 dB. Geometriske modifikasjoner av viften alene er imidlertid ikke tilstrekkelig for å redusere innstrømningsturbulensen. I tillegg er det heller ikke særlig vellykket å isolere foringsrøret, siden isolerte paneler vanligvis er mest effektive ved høyere frekvenser og ikke har noen betydelig effekt på lavfrekvente lyder.