CN102803617B - 用于降低噪声的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于被动地降低布置在水体的液面之下的声源所产生的液体内的声振动的设备，该设备包括伸长的管，该管能够布置为包围所述声源，所述管包括外壁和内壁，其中所述管设计为在所述内壁与外壁之间的中间间隔内保持预定要求的压力。在此情形下，所述压力低于周围环境压力。由于降低的压力，所述声振动将不容易传递到外部，从而降低所述管周围区域的噪声水平。

Description

用于降低噪声的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于被动地降低布置在液面之下的声源所产生的液体(尤其是水)中的声振动的设备、组件以及方法。
背景技术
在水下作业过程中，可能会产生相对较高的噪声水平，这对身处附近的动物或人会形成危害。例如，如果必须要在水下进行打桩作业，在此情形下需要通过位于水面之上的打桩设备将诸如桩之类的桩件打入地下，这会在水下产生极高的噪声水平。由于噪声在水下产生，与假如声源位于水面之上的情形相比，声波将会在距离所述声源更远的位置上被听到。实际上，已经证实当进行打桩作业时，在附近区域，即在半径为1公里或更大的范围内不能进行其它水下作业，这是对水下作业的潜水员的要求。除了桩之外的声源，例如声纳、诸如水雷之类的爆炸或者船舶的空泡螺旋桨(cavitating screw)也会产生大量的噪声，以致会对声源附近区域的动物和人造成伤害。
申请人为MENCK GMBH(蒙科股份有限公司)的DE102006008095A1公开了一种环绕有套筒的桩。所述套筒具有夹层式结构，并包括内壁和外壁。所述内壁与外壁之间设置有隔音材料，并且该隔音材料沿着整个周向将所述内壁与外壁相互连接，但是在特定的环境下，尤其是在水下，这会产生不符合要求的声振动的传递。
JP60159218A公开了一种装配有隔音器的打夯锤。所述隔音器为能够环绕声源布置的弹性波纹管。该隔音器充满有水。该隔音器似乎专门适于在陆地上使用，而不适合在水下形成并保持中间间隔。
DE2538642A1未涉及用于桩的隔音器。该申请公开的主题是一种打夯 锤，尤其是该打夯锤在水下的操作方法。
DE2237133A1公开了一种伸缩式隔离幕。由于该隔离幕会受到例如潮汐流所形成的巨大侧向力的影响，因此该隔离幕并不适于在水下使用。
JP05030233似乎公开了一种套筒，但该套筒不适合用于在水下保持充气间隔。
JP04070416公开了一种用于在陆地上使用的隔音装置，该隔音装置不适于在水下使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于降低水下声源所产生的声振动的设备和方法。
根据本发明的第一方面，所述目的通过一种用于被动地降低布置在水体液面之下的声源所产生的液体内的声振动的设备而实现，所述设备包括伸长的管，该管能够布置为包围所述声源，所述管包括外壁、内壁以及位于该外壁与内壁之间并沿着所述管的纵向方向延伸的中间间隔，其中，所述内壁与外壁之间的中间间隔的容纳物完全由气态物质形成，以通过所述中间间隔(intermediate space)减少向所述水体的振动传递。所述中间间隔优选地沿着所述管的整体长度延伸。所述中间间隔优选地沿着所述管的整个周向延伸。
所述中间间隔内基本充满有气态物质的事实，使得通过所述管的内壁与外壁之间的中间间隔能够减少从所述管的中心内部间隔(central interior space)向外部环境的振动传递。从而，能够显著地降低对外部环境的噪声污染。
根据本发明的另一方面，所述目的通过一种用于被动降低水下声源所产生的水内的声振动的设备而实现，其中，所述设备包括伸长的管，该管能够布置为包围所述声源，所述管包括外壁和内壁，其中所述内壁与外壁之间的中间间隔的容纳物基本由气态物质形成。
所述管的中间间隔内的气态物质的压力可以等于或者甚至高于当地空气压力，这是因为在这样的压力下噪声传递的降低也能够实现。但是，在本发明的其它实施方式中，所述中间间隔内的压力低于周围环境压力。在此情形下，所述压力可以为0.5巴或者更低，例如0.1巴或者甚至低于例如0.01巴。如下文所述，后者称为所述中间间隔内的“真空”。
由于压力降低，声振动的传播也会受到影响。当处于降低的压力下的中间间隔布置为完全包围管状声源、尤其是具有同心内壁和外壁的圆柱形管状声源时，噪声通过多种介质被部分地削弱，并且仅允许噪声的极小部分通过。从而，显著降低所述声源附近区域(但是显然地该附近区域处于所述管所限定的内部空间的外部)的噪声水平。
所述管的外壁和内壁可以依次地设置在所述水体中，例如，首先将所述内壁锚定到所述水体的底部内，然后环绕所述内壁将所述外壁锚定到所述水体的底部内。但是，也可以将所述管作为一个整体(即所述内壁和外壁已经组装为形成单独的部件)布置到所述底部上。其优点在于，所述管可以在陆地上预先制造，所述中间间隔在顶部和底部可以通过密封部件以相对简单的方式气密性地封闭。
在一种具体实施方式中，所述密封部件不仅设计为相对于外部环境密封所述中间间隔，以能够保持所述中间间隔内的压力和/或防止所述管外部的物质(例如所述管下侧的水体底部物质)进入所述中间间隔内，而且还设计为具有柔韧性，以防止过多的声振动仍然能够通过所述设备经由所述外壁与内壁之间的密封部件或多或少形成的刚性连接进行传导。因而，具体地，所述密封部件设计为具有弹性，并布置在所述中间间隔的两端附近，以因此能够有效地密封所述中间间隔，而且具有隔振效果。
为了通过所述管减少噪声的传递，在一些情形下，使得所述中间间隔内的压力相对于周围环境压力降低足以，例如使得所述中间间隔内的压力小于0.5巴，优选地，小于0.1巴。如果采用具有内壁和外壁的预先制造的管，所述降低的压力(在本申请文件中也称为“真空”)可以预先建立(例如在生产过程中建立)，但是也可以在将所述管安装到水体的底部时建立。在后一情形下，所述中间间隔可以连接有抽吸装置，例如一个或多个真空泵，可以启动该抽吸装置以降低所述中间间隔内的压力。
在另一种实施方式中，所述管包括外壁、内壁以及布置在该外壁与内壁之间的一个或多个间隔壁。从而，可以形成多个中间间隔，该多个中间间隔从径向方向观察定位为依次相邻。在一些情形下，这种毗邻的中间间隔能够更有效地降低噪声。
在另一种实施方式中，设置有用于散布气泡的部件，其中，该部件设计为允许气泡沿着所述管的内壁的内侧上升。因而，在所述内部间隔内可以形成一种气泡幕，该气泡幕在一些情形下能够进一步降低噪声的传递。
根据另一种实施方式，至少一根所述管为自穿刺式，以使得所述管的一端锚定在所述水体下的泥土中。这种形式的管可以独立地将自身锚定在泥土中，例如其原因在于，所述管的底端设计为使得所述管能够或多或少地因为其自身重量而插入泥土内。另外地或作为一种可选择的形式，所述管可以设置有可调节式吸力锚。这种锚通过吸力而将自身吸附在水体的底部，从而形成能够使得所述管定位的可靠的锚定。
根据本发明的实施方式，所述管的尺寸形成为使得该管在布置为包围所述声源时处于所述声源之外。因而在这些实施方式中，所述声源与所述管之间没有直接接触，从而不会或至少基本不会发生接触噪声的传递。从而能够进一步减少从所述声源向外部环境传递的总噪声。
根据本发明的另一方面，提供一种用于被动地降低布置在水体的液面之 下的声源所产生的液体内的声振动的设备，所述设备包括伸长的管以及抽吸装置，所述管能够布置为包围所述声源，所述抽吸装置用于部分地抽空所述管所限定的中心内部间隔，以减少从所述声源向所述管的内部的噪声传递。
本发明的该实施方式基于与上述实施方式相似的原理，即在所述声源与外部环境之间形成没有液体的区域。所述没有液体的区域使得噪声难以从所述声源传递到外部环境。如果通过部分地将管的内部抽干而部分地或完全地除去所述声源位置上的管内的液体，将会减少从所述声源向所述管的内部的噪声传递，从而也将减少从所述声源向所述管的周围外部环境的噪声传递。因而能够降低噪声污染。
更普遍地，所述没有液体的区域可以通过上述的所述内壁与外壁(以及任何间隔壁)之间的中间间隔和/或通过所述管内的中心内部间隔(如果其液位已经充分降低)形成。
根据本发明的另一方面，提供一种用于被动地降低水下声源所产生的水内的声振动的方法，该方法包括：
将根据上述要求的技术方案中的任一项所述的管布置在水体内，其中所述管定位为环绕所述声源；
将所述管的底端和/或顶端锚定。
在此情形下，所述管布置为包围已存在的声源，或者所述管先定位，然后再将桩件之类的所述声源定位到所述管内。
所述方法还可以包括部分地抽空所述管的内部间隔，从而使得所述声源完全或部分地突出到所述管内的水面之上。另外地或作为一种可选择的形式，所述方法可以包括抽出所述中间间隔内的水，如果需要可以同时在所述中间间隔内形成降低的气体压力，尤其是降低的空气压力。在全部所述实施方式中，从所述声源到外部环境的噪声传递至少部分地通过没有液体的区域进行。这减少了传递到外部环境的噪声。
附图说明
下面将通过对本发明优选实施方式的说明来解释进一步的优点、特征以及细节。在说明中将参照附图，其中：
图1显示本发明第一实施方式的示意性纵向截面；
图2显示本发明第二实施方式的示意性纵向截面；以及
图3显示本发明第三实施方式的示意性纵向截面。
具体实施方式
附图显示打桩设备1，桩件2通过该打桩设备1能够被打入水体4的底部3。环绕所述桩件2设置有伸长的管5。该伸长的管5包括外壁6和内壁7。外壁6和内壁7相对于彼此同心布置，并且在该外壁与内壁之间具有中间间隔8。在另一种未图示的实施方式中，更多根管布置为相互插套，从而形成更多的中间间隔。该中间间隔8形成能够减压的压力腔。为此，中间间隔8的顶部通过第一隔离件9密封，底部通过第二隔离件10密封。所述隔离件不仅将中间间隔8密封为使得空气不能渗入中间间隔8内，而且设计为隔离振动，以防止入射到内壁7上的声波通过或多或少的刚性连接传递到外壁6上。例如，橡胶可以用作适当的隔振材料，如果需要，橡胶可以为充气式橡胶。在一些实施方式中，也可以采用多层不同的介质。
在一些实施方式中，设置有独立的抽吸装置(图中未显示)，该抽吸装置连接于所述中间间隔，并设计为通过吸出空气来将所述中间间隔内的压力降低到要求的程度。
在图示的实施方式中，所述管基本呈圆柱形结构。当然，在其它实施方式(未显示)中，所述管可以具有其它形状，只要所述外壁与内壁之间形成有能够减轻噪声或振动向外部环境的传递的中间间隔即可。
管5优选地由钢板制成，并使得上述隔振式隔离件9，10设置在所述钢 板之间，在可能的情形下，如果设计需要，可以在所述外壁与内壁之间设置多个连接件12。这种连接件12并不一定沿管5的整个周向延伸，从而使得一个中间间隔8能够优选地沿着管5的整体长度形成。显然地，这些连接件12也必须设计为尽可能具有柔韧性，以使得所述外壁与内壁之间的连接刚性微小。但是，所述内管和/或外管也可以由混凝土或复合材料制成。同样地，采用复合材料制成的夹层结构也是一种选择，其中，该夹层结构的芯体隔离振动的传递。
所述管的结构可以是自支撑式，这意味着不必设置独立的支撑结构以使得所述管保持其竖直状态。如果所述管例如锚定在诸如湖、河或海洋等水体的底部，则在多数情形下可以省略用于使得所述管保持原位的额外支撑结构。作为一种可选择的形式或另外地，在一些实施方式中，所述管可以设计成自校正式，以使得所述管倾向于保持竖直直立状态。但是，优选地，所述管为自穿刺式，以使得该管无需另外的设备和/或操作便能够将自己锚定在所述水体的底部。
图1显示所述管的顶部设置有定位件15，这些定位件确保所述声源(例如桩2)保持在所述管的中心位置。由于所述声源(例如桩2)的直径可能会沿其长度变化，因此所述定位件15能够调节，从而使得这些定位件允许所述声源变窄或加宽，并且无论所述声源的尺寸如何均能够使得该声源保持在所述中心位置。
图1还显示了所述管的底部上设置有多个(例如三个)可调节式吸力锚17，该多个可调节式吸力锚优选地在所述管的周向上均匀分布。这些吸力锚能够以公知方式或大或小程度地自锚定在所述水体的底部。通过使得所述锚或大或小深度地锚定在所述水体的底部和/或通过调节所述管5与所述吸力锚17之间的连接件16，所述管可以相对于所述底部固定在适当的位置。
所述设备的尺寸可以根据所述声源的尺寸改变。如果所述声源由桩等 (桩的典型直径为4-6m或更大)形成，所述管的直径在实际中将为7m或更大，从而使得所述声源与所述管的内侧之间的距离足够大，以防止形成接触噪声(也就是说通过所述声源与所述管的直接接触而传递噪声)。
图2显示外壁6与内壁7之间布置有间隔壁18的另一种实施方式。通过该方式，形成两个(或更多个)毗邻的中间间隔25，26，以在所述声源与周围环境之间实现更优良的降噪效果。
图3显示采用单壁式管20的实施方式。在该实施方式中设置有一个或多个泵21(图中仅示意性显示)，该泵21能够降低内部间隔24内的水位。根据所述内部间隔24内的水位下降的距离，从所述声源向管2的外部环境传递的噪声将更少，从而减少对外部环境的噪声污染。
在另一种实施方式(未显示)中，如果所述管设计为具有多个壁，例如如图1或图2所示，所述管中的中心内部间隔24内的水位也会下降，以实现进一步减少噪声传递的效果。
本发明并不局限于上述实施方式。其所要求保护的权利由随附的权利要求确定，所述权利要求允许多种变型。

Claims (18)

1.用于被动地降低布置在水体(4)液面之下的桩件(2)的桩驱动所产生的液体内的声振动的设备，该设备包括伸长的管(5)，该管(5)布置为能够包围声源，所述管包括外壁(6)、内壁(7)以及在该外壁与内壁之间在所述管的整个长度上沿着所述管的纵向延伸的密封的中间间隔(8)，并且所述内壁与外壁之间的所述中间间隔的容纳物完全由气态物质形成，以通过所述中间间隔减少向所述水体的振动传递。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述中间间隔内设置有空气。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述中间间隔内的压力低于所述水体上方的周围空气压力。
4.根据权利要求1所述的设备，该设备包括用于相对于外部环境密封所述中间间隔的密封部件(9,10)。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述密封部件设置在双层壁的所述管的两端附近。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述密封部件具有柔韧性。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述密封部件具有弹性。
8.根据权利要求1所述的设备，该设备包括管，该管具有外壁、内壁、以及布置在该外壁和内壁之间以形成两个或多个中间间隔(25,26)的一个或多个间隔壁(18)，所述两个或多个中间间隔(25,26)沿所述管的径向方向彼此毗邻。
9.根据权利要求1所述的设备，该设备包括用于散布气泡的部件，其中该用于散布气泡的部件设计为允许所述气泡沿着所述管的内壁的内侧上升。
10.根据权利要求1所述的设备，该设备包括用于将水从所述中间间隔内抽出的抽吸装置(21)，该抽吸装置(21)用于在所述中间间隔内形成降低的气体压力。
11.用于被动地降低布置在水体的液面之下的声源所产生的液体内的声振动的设备，该设备包括伸长的管以及抽吸装置(21)，所述管能够布置为包围所述声源，所述抽吸装置(21)用于部分地抽空所述管所限定的中心内部间隔，以减少从所述声源向所述管的内部的噪声传递。
12.组件，该组件包括能够布置在液体的液面之下的声源和根据上述权利要求1至11中任意一项所述的设备，该设备环绕所述声源布置。
13.用于将桩件打入水下泥土内的布置结构，该布置结构包括：
用于将所述桩件打入所述泥土的打桩设备；
根据权利要求1至11中任一项所述的设备，其中所述管的内壁的形状和尺寸设计为使得所述内壁能够沿着所述桩件布置。
14.用于被动地降低布置在水体的液面之下的声源所产生的液体内的声振动的方法，该方法包括：
将根据权利要求1-11中任一项所述的管布置在所述水体内，其中所述管定位为环绕所述声源；
将所述管的底端和/或顶端锚定。
15.根据权利要求14所述的方法，该方法包括部分地抽空所述管的内部间隔，从而使得所述声源完全或部分地突出到所述管内的水面之上。
16.根据权利要求14所述的方法，该方法包括抽出所述中间间隔内的水，并且在所述中间间隔内形成降低的气体压力。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，该方法包括抽出所述中间间隔内的水，并且在所述中间间隔内形成降低的空气压力。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述声源为已布置在由所述内壁所限定的空间内的桩件。
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