DE60214432T2

DE60214432T2 - Schalldämpferdiffusor für abgasexpansion

Info

Publication number: DE60214432T2
Application number: DE60214432T
Authority: DE
Inventors: Gregoire Philippe GERARD
Original assignee: D'acoustique Industrielle Ste; Societe dAcoustique Industrielle SARL
Current assignee: D'acoustique Industrielle Ste; Societe dAcoustique Industrielle SARL
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: DE60214432D1; WO2003056147A2; WO2003056147A3; EP1461513A2; AU2002364469A1; FR2834312A1; ATE338197T1; EP1461513B1; AU2002364469A8; FR2834312B1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Schalldämpferdiffusor zur Druckminderung eines komprimierten Gases des Typs mit einem Zuleitungsrohr für das druckzumindernde Gas, wobei eine längliche Hülle eine Einlage eines Schalldämpfungsmaterials wie beispielsweise ein Metallmaschengewebe o. ä. enthält, wobei ein Ende dieser länglichen Hülle mit diesem Zuleitungsrohr durch eine Reihe von Löchern kommuniziert, und wobei ihr anderes Ende sich für den Ausstoß des druckgeminderten Gases nach außen öffnet, so dass dieses Gas mit Schallgeschwindigkeit durch diese Löcher gelangt und dass seine Geschwindigkeit zuvor auf einem Unterschall-Niveau gehalten wird, ebenso wie im Inneren der Hülle.
Derartige Diffusoren sind bereits bekannt und werden beispielsweise dazu verwendet, heiße, komprimierte Luft druckzumindern, bevor sie am Eintritt einer Maschine wie beispielsweise einer Gasturbine oder eines Verdichters eingespritzt wird, um das Vereisen am Eintritt der Maschine, insbesondere im Bereich des Lufteinlassfilters, zu verhindern. Sie sind so beschaffen, dass sie die Schallemission, die sonst durch die abrupte Druckminderung des unter Druck stehenden Gases bewirkt würde, in hohem Maße einschränken.
Bei dem aus EP 0404 801 bekannten Diffusor des oben genannten Typs ist die Reihe von Löchern, die die Verbindung zwischen dem Rohr und der Hülle gewährleistet, in einer perforierten, quer liegenden Platte vorgesehen, welche zwischen einem inneren Absatz des Rohrs und dem entsprechenden Ende der Hülle festgehalten wird, das von dieser Platte verschlossen wird, ohne dass das Rohr diese durchdringt. Das Rohr und die perforierte Platte sind also Werkstücke, die zu relativ hohen Kosten bearbeitet werden, was einen Mangel darstellt, abgesehen davon, dass die Wirksamkeit dieser Diffusoren als Schalldämpfer nicht optimal ist.
Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, diesen Mangel zu beseitigen und die Diffusoren der betreffenden Art wirksamer zu machen als den Diffusor des oben genannten Typs, und sie dabei zugleich einfacher und weniger aufwändig in der Herstellung zu machen.
Zu diesem Zweck ist ein erfindungsgemäßer Schalldämpferdiffusor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, der aus US-A-5 109 950 bekannt ist, durch die technischen Maßnahmen des Merkmals von Anspruch 1 gekennzeichnet.
Wie aus dem Folgenden näher hervorgeht, folgt das druckzumindernde Gas mittels dieses Aufbaus ab seinem Eintritt in das Rohr bis zu seinem Austritt aus der Hülle einem akustischen Weg mit Hindernissen, der geeignet ist, die Wirkung der Verminderung des Schalls, dem es in der Schalldämpfungs-Einlage unterliegt, zu verbessern, da zwei Kniestücke vorhanden sein können: ein erstes Kniestück im Bereich der Durchführung durch das Rohr, wenn das Gas in die Hülle eindringt, und falls man, wie an sich bekannt, einen seitlichen Auslass für das Gas aus der Hülle vorsieht, ein zweites Kniestück dort, wo es die Hülle verlässt und nach außen entweicht, und zwar auf Grund dessen, dass die Bahn des Gases in der Hülle parallel zum Rohr verläuft.
Ferner wird das Vorsehen der perforierten Platte vermieden, und die Bearbeitungsvorgänge werden auf die Ausführung der Löcher in dem Rohr, welches ein einfaches handelsübliches Rohr sein kann, sowie auf die fakultative Ausführung von Ausstoßöffnungen in der Hülle beschränkt, wobei das Rohr an der Hülle durch einen einfachen Schweißvorgang an der Vorderwand der Hülle, durch die das Rohr verläuft, befestigt werden kann.
Selbstverständlich ist es ferner auch sehr einfach, solche Diffusoren mit dem freien Ende ihres Einlassrohrs, das mit einem Gewinde versehen werden kann, an Zuleitungsrampen anzubringen, an denen mehrere passend verteilt angeordnete Diffusoren sitzen, um am Eintritt der Maschine, an dem jegliches Vereisen vermieden werden sollte, die Bildung eines homogenen Vorhangs heißer Luft oder eines sonstigen druckgeminderten Gases (Dampf, CO₂ o.ä., je nach Anwendung) zu gewährleisten.
Es werden nun zwei Ausführungsformen der Erfindung als in keiner Weise einschränkende Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren der Zeichnung beschrieben, wobei
1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Schalldämpferdiffusors im Axialschnitt zeigt,
2 ein Beispiel für die Anordnung der Löcher am eintritt des Rohrs zeigt, und
3 in einer Perspektivansicht die Anwendung der Erfindung zur Schalldämpfung a posteriori bei einem bereits existierenden Auspuffrohr, beispielsweise einem Ventil, zeigt.
Der Diffusor von 1 weist eine längliche, rohrförmige Hülle 1 aus Blech auf, die an ihrem Ausstoßende für das druckgeminderte Gas einen perforierten Abschnitt enthält, der von einer Reihe von Öffnungen 2 gebildet wird, die auf seiner gesamten Außenlinie angeordnet sind, beispielsweise nach einem Zickzackmuster verteilt. Die axiale Länge dieses perforierten Abschnitts kann in der Größenordnung von 20 % der Gesamtlänge der Hülle betragen. Der summierte Querschnitt der Öffnungen 2, die jeweils einen Durchmesser von bis zu 5 mm haben können, ist dergestalt, dass die Ausstoßgeschwindigkeit der Gase aus der Hülle 1 gering ist, in der Größenordnung von 50 m/s, wobei dieser summierte Querschnitt in der Größenordnung von 30 % der Gesamtfläche dieses Teils der Hülle betragen kann.
Der mittlere Teil dieser Hülle 1 wird über deren gesamte Länge von einem handelsüblichen, koaxialen Rohr 3 eingenommen, dessen Ende 4, das an einer ersten angeschweißten Verschlussplatte 5 der Hülle 1 anliegt, geschlossen ist. Der auf diese Weise in der Hülle 1 um das Rohr 3 herum geschaffene ringförmige Zwischenraum enthält eine Einlage 6 eines Schalldämpfungsmaterials, das aus einer Art Metallmaschengewebe besteht, das fest auf das Rohr 3 aufgewickelt ist. Das in entgegengesetzter Richtung zu dem geschlossenen Ende 4 liegende offene Ende des Rohrs 3, durch das das druckzumindernde Gas ankommt, ragt aus der Hülle 1 hervor und kann in 7 mit einem Außengewinde versehen werden, um eine bequeme Befestigung an der Zuleitungsrampe o. ä. (nicht dargestellt) zu ermöglichen. Wie an seinem Ende 4 kann dieses Rohr 3 auch an einer zweiten Verschlussplatte 8 der Hülle 1 angeschweißt sein. Und schließlich ist das Rohr 3 direkt hinter seinem Eintritt in die Hülle mit einer Reihe von Löchern 9 mit geringem Durchmesser versehen, die zusammen einen Schallhals bilden und je nach der abzuführenden Menge Gas beispielsweise in zwei abwechselnden Reihen von Löchern 9a und 9b mit einem Durchmesser von weniger als 5 mm verteilt angeordnet sind, wie in 2 gezeigt.
Mittels dieser Anordnungen erhält man einen Schalldämpferdiffusor von geringem Platzbedarf, der mit handelsüblichen Metallelementen, die zugeschnitten und verschweißt werden, praktisch ohne Bearbeitung, also mit geringen Kosten leicht herzustellen ist. Man erreicht eine Schalldämpfung in der Größenordnung von 20 bis 45 dbA im Verhältnis zu einem freien Ausstoß, und zwar bei einem Durchsatz von eventuell heißem Gas von bis zu 400 g/s.
Der durch die Löcher 9 gebildete Schallhals ermöglicht es, die Bedingungen des Betriebsdurchsatzes in der Hülle 1 hinsichtlich Temperatur und Druck auf die zu beschränken, die vorher herrschen, wobei der Druck in der Zuleitungsrampe beispielsweise 6 oder 7 Bar (Obergrenze und unter Vorbehalt eines guten mechanischen Verhaltens) bei einer Strömungsgeschwindigkeit, die ebenfalls unter der Schallgeschwindigkeit liegt, betragen kann.
Dieser Hals ermöglicht es nämlich, das Niederfrequenz-Spektrum des Eintrittsstrahls zu den sehr hohen Frequenzen hin zu verschieben, die akustisch leichter zu bearbeiten sind, wobei die Stoßwellen durch das Metallmaschengewebe in der Hülle „gebrochen" werden, und die Gasströmung dort stabilisiert und weniger geräuschvoll gemacht wird. Am Austritt ist der Gasstrom homogen und hat eine geringere Geschwindigkeit, wodurch die Ungleichheiten in der Richtdämpfung des Geräuschs begrenzt werden können. Der geringe Durchmesser der Auspufflöcher (< 5 mm) ist wesentlich, denn er ermöglicht es, die Risiken in Verbindung mit dem „Zerfasern" des Metallmaschengewebes, d. h. mit dem Abreißen von dessen Fasern, so weit wie möglich einzuschränken.
Selbstverständlich könnte der Gewindeabschnitt am offenen Ende des Rohrs durch einen Abschnitt ersetzt werden, der an die Zuleitungsrampe anzuschweißen ist, wobei auf alle Fälle auch jede andere Modifizierung von Details an der soeben als in keiner Weise einschränkendes Beispiel beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden kann, solange sie nicht den Rahmen der Ansprüche verlässt.
Selbstverständlich könnte auch der perforierte Abschnitt der Austrittsöffnungen 2 fortgelassen und durch eine einfache, größere Öffnung in der Hülle 1 ersetzt werden, beispielsweise am Ende der Hülle.
Dies ist bei der Ausführungsform von 3 der Fall, mit der die Erfindung in der Anwendung zur a posteriori Schalldämpfung eines Rohrs 10 für den Ausstoß von bereits existierendem heißem oder kaltem, komprimiertem Gas dargestellt wurde, und die Austrittslöcher 11 aufweist, die den Schallhals darstellen. Man kann also ein solches Rohr, beispielsweise ein bereits installiertes und nicht ausbaubares Ablassventil für komprimierte Luft, mit einer Hülle 12 umgeben, welche aus zwei aneinandergesetzten Halbschalen 12a, 12b gebildet ist, die zwischen sich und dem Rohr 10 eine Einlage 13 eines Schalldämpfungsmaterials wie beispielsweise ein Metallmaschengewebe o.ä. festklemmen, wobei das Verschließen der Hülle durch jedes beliebige bekannte Mittel wie beispielsweise Knebelgelenke 14 gewährleistet werden kann.
Das geräuschlos druckgeminderte Gas entweicht dann durch die Öffnung, die dem Austrittsquerschnitt 15 entspricht, der am Ende dieser Hülle frei gelassen ist, nach außen, und zwar mit den gleichen Vorteilen wie zuvor. Die akustischen Leistungen liegen zwischen 20 und 45 dbA Dämpfung, je nach Geometrie des Gehäuses, Durchlassquerschnitt, seitlichem Auslass oder keinem seitlichen Auslass der Austrittsöffnung, usw.

Claims

Schalldämpferdiffusor zur Druckminderung eines komprimierten Gases des Typs mit einem Zuleitungsrohr (3, 10) für das druckzumindernde Gas, welches sich mittig in einer länglichen, rohrförmigen Hülle (1, 12) bis zu einem geschlossenen Ende (4) dieses Rohrs (3, 10) erstreckt, das entgegengesetzt zu dem anderen, offenen Ende dieses Rohrs (3, 10) für den Einlass des in dem Diffusor druckzumindernden Gases liegt, wobei eine Einlage (6, 13) eines Schalldämpfungsmaterials in dem ringförmigen Zwischenraum angeordnet ist, der sich zwischen dieser rohrförmigen Hülle (1, 12) und diesem Rohr (3, 10) befindet und mit dem Inneren dieses Rohrs (3, 10) durch eine Reihe von Löchern (9, 11) mit geringem Durchmesser kommuniziert, die direkt in der Wandung dieses Rohrs (3, 10) ausgeführt sind, um den Durchgang des Gases vom Inneren dieses Rohrs (3, 10) zu diesem ringförmigen Zwischenraum zu ermöglichen, von dem aus das Gas an einem Gasausstoßende der rohrförmigen Hülle (1, 12) nach außen entweicht, dadurch gekennzeichnet, dass diese Reihe von Löchern (9, 11) nur unmittelbar hinter dem Einlass dieses Rohrs (3, 10) in dieser rohrförmigen Hülle (1, 12) vorgesehen ist, wobei die Einlage (6, 13) das gesamte Volumen des genannten ringförmigen Zwischenraums einnimmt, indem es fest auf dem Rohr (3, 10) sitzt, das sich über die gesamte Länge dieser Hülle (1, 12 ) erstreckt.
Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Löcher (9, 11) weniger als 5 mm beträgt.
Diffusor nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (9, 11) des Rohrs (3, 10) in abwechselnden Reihen von Löchern (9a, 9b) verteilt angeordnet sind.
Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage (6, 13) des Schalldämpfungsmaterials aus einer Art Metallmaschengewebe besteht, das fest auf das Rohr (3, 10) aufgewickelt ist.
Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Ende des Rohrs (3, 10) aus der Hülle (1) hervorragt und ein Gewinde (7) trägt, das die Befestigung des Diffusors an einer Zuleitungsrampe ermöglicht.
Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese längliche, rohrförmige Hülle (1) an ihrem Ausstoßende für druckgemindertes Gas einen perforierten Abschnitt enthält, der eine Reihe von Ausstoßöffnungen (2) für das druckgeminderte Gas aufweist, die auf ihrem gesamten Außenumfang angeordnet sind, beispielsweise in einer zickzackförmigen Verteilung, und zwar dergestalt, dass die Querschnittsumme dieser Ausstoßöffnungen (2) beträchtlich größer ist als die Querschnittsumme der Löcher (9) in dem Rohr (3).
Diffusor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge dieses perforierten Abschnitts der länglichen, rohrförmigen Hülle (1) bis zu einer Größenordnung von 20 % der Gesamtlänge dieser Hülle (1) betragen kann, wobei der Durchmesser jeder dieser Ausstoßöffnungen (2) bis zu 5 mm betragen kann.
Diffusor nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsumme dieser Ausstoßöffnungen (2) sich in einer Größenordnung von 30 % der Gesamtfläche dieses perforierten Abschnitts der Hülle (1) bewegen kann und dergestalt vorgesehen ist, dass die Ausstoßgeschwindigkeit des Gases aus der Hülle (1) gering ist, in der Größenordnung von 50 m/s liegt.
Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuleitungsrohr (10) für druckzuminderndes Gas von der Hülle (12) umgeben ist, welche aus zwei aneinandergesetzten Halbschalen (12a, 12b) gebildet ist, die zwischen sich und diesem Rohr (10) die Einlage (13) des Schalldämpfungsmaterials festklemmen, wobei das Verschließen dieser Hülle (12) durch jedes beliebige bekannte Mittel (14) gewährleistet werden kann.
Diffusor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das druckgeminderte Gas durch eine einfache Öffnung, die dem Austrittsquerschnitt (15) entspricht, der am Ende dieser Hülle (12) an der Seite des genannten geschlossenen Endes des Rohrs (10) frei gelassen ist, nach außen entweicht.