Einführungsbeitrag

Es ist von großer Bedeutung, die Geräuschemissionen, die von Stellventilen voraussichtlich generiert werden, vorausberechnen zu können. Sicherheitsbestimmungen wie die Arbeitsschutzrichtlinien schreiben eine Begrenzung der Lärmbelastung für den Menschen vor. Darüber hinaus liegen Daten vor, die zeigen, dass Schallpegel oberhalb bestimmter Werte zur Beschädigung von Rohrleitungen oder des damit verbundenen Equipments führen können (siehe hierzu auch IEC 60534-8-3). Frühere Normen für die Flüssigkeitsschallberechnung bei Ventilen basierten stark auf Messdaten von Herstellern und entsprachen weder dem Wunsch nach Allgemeingültigkeit noch dem nach Vollständigkeit. Die hier gezeigte Methode kann auf alle konventionellen Stellventiltypen wie Hubventile, Klappenventile, Käfigventile, exzentrische Drehkegelventile und modifizierte Kugelhähne angewendet werden. Ein Ventil beeinflusst den Durchfluss durch Konvertierung von Druckenergie in Turbulenzenergie, Wärme und mechanische Druckwellen in dem Ventilgehäuse und den Rohrleitungen. Ein kleiner Anteil dieser mechanischen Vibration wird in akustische Energie umgewandelt. Der Hauptanteil des Lärms wird im Rohrleitungssystem zurückgehalten, ein kleiner Anteil wird durch die Rohrleitung hinter dem Ventil durchgelassen. Der Weg der Berechnung der sich daraus ergebenden Energie ist eigentlich klar vorgegeben. Schwierigkeiten ergeben sich im ersten Schritt bei der Bestimmung des akustischen Wirkungsgrades als Maß für die Konvertierung der mechanischen Energie in Lärm und im zweiten Schritt aus der Bestimmung der Schallemissionsminderung durch die Rohrleitungswand. Dieser Teil der Normenreihe IEC 60534 betrachtet nur den Schall, der durch normale Turbulenz und Flüssigkeitskavitation erzeugt wird. Er erfasst nicht den Schall aufgrund von mechanischen Vibrationen, Flashing-Bedingungen, Instabilitäten in der Strömung oder nicht vorausberechenbaren Phänomenen. Bei der typischen Installation dringt ein sehr kleiner Schallanteil durch die Wand des Ventilgehäuses. Der vorausberechnete Schall entspricht einer Messung 1 m hinter dem Ventil und in 1 m Abstand von der äußeren Rohroberfläche in einem akustischen Freifeld. Idealerweise wird eine gerade Rohrleitungsführung angenommen. Da in industriellen Anlagen selten ein akustisches Freifeld vorliegt, kann diese Vorausberechnung von den tatsächlichen Ergebnissen am Einbauort abweichen. Diese Vorhersagemethode wurde anhand von Messdaten für Wasser und für einen Großteil der Stellventiltypen in dem Nennweitenbereich DN 15 bis DN 300 für Eingangsdrücke bis 15 bar validiert. Jedoch könnten einige geräuscharme Ventiltypen nicht erfasst worden sein. Diese Methode hat in den meisten Fällen eine Genauigkeit von +/- 5 dB(A), wenn nach IEC 60534-8-2 messtechnisch ermittelte xFz-Werte herangezogen werden. Die Genauigkeit dieser Methode für andere Flüssigkeiten als Wasser ist derzeit noch nicht gesichert. Dieser Teil von IEC 60534 beinhaltet eine Methode zur Vorausberechnung/Vorhersage der Geräuschemissionen, welche von einem flüssigkeitsdurchströmten Stellventil erzeugt werden, und des daraus resultierenden Schalldruckpegels hinter dem Ventil und außerhalb der Rohrleitung. Der Schall kann dabei sowohl durch normal turbulente Strömung als auch durch Kavitation im Ventil entstehen. Teile dieser Methode basieren auf akustischen, strömungstechnischen und mechanischen Grundlagen. Das Berechnungsverfahren wurde anhand von Messdaten validiert. Zusätzlicher Schall wird erzeugt, wenn Kavitation beginnt. Kavitation ist die zweite Stufe eines Zweistufenprozesses. Es bilden sich Dampfblasen, wenn der Druck an irgendeiner Stelle kleiner als der Dampfdruck der Flüssigkeit wird. Dieser Zustand stellt sich im Bereich der vena contracta ein, also an einem Punkt mit der maximalen Geschwindigkeit und dem minimalen Druck im Ventil. Der zweite Teil dieses Prozesses ist der Kollaps dieser Dampfblasen, wenn der Flüssigkeitsdruck den Dampfdruck überschreitet und der Dampf den Ort des minimalen Druckes verlässt. Die Energie, die die Blasen erzeugt hatten, wird wieder an das strömende Fluid in Form eines Strahls mit hoher Intensität abgegeben, wenn die Blase kollabiert. Dies kann Lärm und starke Beschädigungen nach sich ziehen. Der Kavitationsvorgang, die dabei umgesetzten Energien, die Gründe, warum Wasser eine der meist zerstörerischen Flüssigkeiten ist und warum einige andere Flüssigkeiten weniger zerstörend wirken, ist Bestandteil der aktuellen hydraulischen Forschung. Zuständig ist das DKE/K 963 "Stellgeräte für strömende Stoffe" der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE.

Änderungsvermerk

Gegenüber DIN EN 60534-8-4:2006-07 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Hydrodynamische Geräuschemissionen werden nun als eine Funktion der Frequenz vorausberechnet; b) das akustische Leistungsverhältnis wurde aus der Norm herausgenommen; c) die gesamte Norm wurde überarbeitet und aktualisiert; d) Abschnitt 7 "Schallberechnungen" wurde überarbeitet und hinsichtlich einer leichteren Verständlichkeit präzisiert; e) die Literaturhinweise wurden auf den aktuellen Stand gebracht; f) die normativen Verweisungen wurden auf den aktuellen Stand gebracht.

Dokument: zitiert andere Dokumente

Zuständiges nationales Arbeitsgremium

DKE/K 963 - Stellgeräte für strömende Stoffe