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Die Erfindung betrifft eine Blasenschleiererzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Blasenschleiers mit (a) einer Druckleitung zum Leiten von Druckluft, die eine Wand besitzt, die einen Innenraum umgibt, wobei die Wand eine Mehrzahl an Durchbrüchen aufweist, die jeweilige Durchbruch-Querschnitte besitzen, und (b) einer die Wand zumindest in einer Umgebung der Durchbrüche umgebenden Membran, die eine Vielzahl an Poren mit jeweiligen Porengrößen aufweist und so ausgebildet ist, dass Druckluft aus dem Innenraum durch die Durchbrüche und danach durch die Membran in Form von Bläschen durch die Poren in umgebendes Wasser abgebbar ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Rammverfahren zum Rammen eines Pfahls in den Meeresboden, bei dem ein Blasenschleier um den Pfahl erzeugt wird, so dass beim Rammen entstehender Lärm gedämpft wird.
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Beim Bau von Offshore-Windparks müssen die Türme der zu errichtenden Windkraftanlagen mit dem Meeresboden verbunden werden. Dazu werden diese regelmäßig in den Erdboden gerammt. Beim Rammen entsteht beträchtlicher Rammlärm, der eine potentielle Gefährdung, insbesondere für Meeressäugetiere wie Schweinswale darstellt.
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Bekannt ist, den Rammlärm mittels eines Blasenschleiers zu dämpfen. Ein derartiger Blasenschleier wird erzeugt, indem Druckluft in eine Ringleitung eingespeist wird, wobei die Ringleitung Öffnungen aufweist. Durch die Öffnungen strömt Luft aus und erzeugt so Blasen. Es wird derzeit davon ausgegangen, dass die Blasendurchmesser möglichst groß sein müssen, damit die erste omnidirektionale Eigenfrequenz der Blasen der Frequenz des Ramm-Schalls entspricht. Es kommt dann zur Resonanz der Schallwellen in den Blasen, was zu einer besonders hohen Dämpfung führt.
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Nachteilig an bekannten Blasenschleiererzeugungsvorrichtungen ist die relativ geringe Dämpfung des Rammschalls. Soll beispielsweise ein Einzelmast, der auch als Monopile bezeichnet wird, gerammt werden, muss mit einem solch großen Impuls gerammt werden, dass der entstehende Rammlärm durch eine einzige Blasenschleiererzeugungsvorrichtung nach dem Stand der Technik nicht hinreichend stark abgeschirmt werden kann. Es müssen dann zumindest zwei Blasenschleier aufgebaut werden, was aufwändig ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.
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Die Erfindung löst das Problem durch eine gattungsgemäße Blasenschleiererzeugungsvorrichtung, bei der die Druckleitung zumindest bis 0,5 MPa druckfest ist und die Durchbruch-Querschnitte und Porengrößen so gewählt sind, das höchstens 30% eines Luftdrucks der Druckluft über die Membran abfällt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Verfahren zum Dämpfen von Schall im Wasser, bei dem ein Blasenschleier zumindest auch mittels eines Membranbelüfters erzeugt wird. und durch ein gattungsgemäßes Rammverfahren, bei dem der Blasenschleier auch mittels eines Membranbelüfters erzeugt wird.
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Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass eine besonders hohe Schalldämpfung erreichbar ist. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass – anders als erwartet, ein Blasenschleier aus einer Vielzahl an kleinen Blasen effektiver ist als ein Blasenschleier aus großen Blasen. Ein möglicher Grund dafür ist, dass kleine Blasen langsamer aufsteigen. Bei gegebener längenspezifischer Durchflussmenge an Druckluft ist somit eine höhere Luftdichte im Blasenschleier erreichbar. Der Rammschall sieht daher eine größere Anzahl an Objekten, die den Durchtritt durch den Blasenschleier erschweren, was die Dämpfung erhöht.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass die Vielzahl an kleinen Blasen zu mehr Streuung der Schallwellen des Rammschalls und zu einer stärkeren Reflexion des Rammschalls führen. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass durch Streuung und Reflexion der Rammschall effektiver einem Durchtritt durch den Blasenschleier gehindert werden kann als durch resonante Absorption in großen Luftblasen.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass beim Unterbrechen der Luftzuführung (z. B. durch Ausschalten der Kompressoren) sich die Poren 36 der Membran 34 verschließen und somit kein Wasser und Sediment ins System eindringen kann. Dadurch wird bei Wiederinbetriebnahme des Systems (Einschalten der Kompressoren) die Anlaufzeit (Zeit bis der Blasenschleier voll ausgebildet ist) reduziert. Bei bisherigen Systemen kann Sediment in die Druckleitung eindringen, wobei die Gefahr des Verstopfens der Düsen besteht. Durch die Erfindung wird also die Zuverlässigkeit erhöht.
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Vorteilhaft ist zudem der geringe Verbrauch an Druckluft, da, wie oben bereits ausgeführt, die Steiggeschwindigkeit der Luftblasen aufgrund ihrer geringen Größe besonders gering ist.
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Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter der Druckleitung insbesondere eine flexible Druckleitung verstanden, die beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein kann. Günstig ist es, wenn die Druckleitung nur einen Querschnitt von zumindest 50 mm hat, damit der Druckverlust aufgrund von innerer Reibung möglichst gering ist.
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Unter den Poren werden insbesondere Ausnehmungen definierter Gestalt verstanden, die beispielsweise mechanisch oder mittels Laser eingebracht worden sind. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass die Durchbrüche einen kreisförmigen Durchmesser haben. Es ist auch möglich, dass die Durchbrüche beispielsweise schlitzförmig sind. Wichtig ist, dass sie der austretenden Druckluft einen hinreichend hohen Strömungswiderstand entgegensetzen, so dass die Duckdifferenz zwischen Innenraum und umgebendem Wasser höchstens zu 20% über der Membran abfällt.
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Unter der Druckleitung wird Insbesondere ein Rohr oder ein Schlauch verstanden, das heißt, dass die Druckleitung auch flexibel als Rohr ausgebildet sein kann, wohingegen eine Ausbildung als flexibler Schlauch besonders vorteilhaft ist, da es ein Verlegen der Blasenschleiererzeugungsvorrichtung erleichtert.
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Unter der Membran wird insbesondere eine geschlitzte Folie, insbesondere ein geschlitzter Gummischlauch verstanden. Insbesondere ist die Membran so ausgebildet, dass sich die Durchbrüche nur öffnen, wenn eine Luftblase austritt, wobei sie geschlossen bleiben, wenn keine Luftblase austritt, so dass kein Wasser in die Membran eindringen kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Druckleitung zumindest abschnittsweise entlang einer Längserstreckung der Druckleitung und die Membran ist so mit der Druckleitung verbunden, dass eine Ausbreitung von Druckluft in einem Zwischenraum, der zwischen Druckleitung und Membran gebildet ist, entlang der Längserstreckung über mehr als eine vorgegebene Strecke unterbunden ist. Insbesondere hat die vorgegebene Strecke eine Länge von höchstens 5 m. In anderen Worten ist es einem gedachten Luftvolumen nicht möglich, sich um mehr als diese vorgegebene Strecke entlang der Längserstreckung entlang der Druckleitung zu bewegen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Blasenschleiererzeugungsvorrichtung auch auf unebenem Meeresboden eingesetzt werden kann. Ein unebener Meeresboden führt dazu, dass die Druckleitung an ihrer Außenseite je nach Position unterschiedlich hohen Wasserdruck erfährt. Durch die Befestigung der Membran an der Druckleitung ist sichergestellt, dass diese unterschiedlichen Wasserdrücke nicht dazu führen, dass die Luftblasen lediglich wider Stelle mit dem geringsten Wasserdruck austreten.
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Vorzugsweise umfasst die Blasenschleiererzeugungsvorrichtung eine Mehrzahl an Anpresselementen, die die Membran mit der Druckleitung verbinden. Beispielsweise sind die Anpresselemente durch Schlauchschellen gebildet. Das hat den Vorteil, dass eine schlauchförmige Membran verwendet werden kann. Mittels der Anpresselemente wird diese schlauchförmige Membran dann so mit der Druckleitung verbunden, dass der Abstand zwischen den beiden Anpresselementen jeweils kleiner ist als die vorgegebene Strecke. Wie oben beschrieben, ist dann sichergestellt, dass entlang der vollständigen Längserstreckung der Blasenschleiererzeugungsvorrichtung eine im Wesentlichen gleichförmige Luftabgabe erfolgt. Die Anpresselemente in Form von Schlauchschellen sind besonders einfach, so dass die Blasenschleiererzeugungsvorrichtung leicht herstellbar ist.
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Vorzugsweise ist die Druckleitung flexibel, in anderen Worten handelt es sich bei der Druckleitung vorzugsweise um einen Druckschlauch. Der Druckschlauch kann beispielsweise mittels Fasern verstärkt sein. Es ist zudem möglich, dass der Druckschlauch gegen radiale Kräfte und/oder Quickkräfte stabilisiert ist, so dass ein sicherer Austrag von Luftblasen über die gesamte Länge der Druckleitung gewährleistet ist.
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Vorzugsweise hat die Druckleitung eine Länge von zumindest 10 Metern, insbesondere 40 Meter, vorzugsweise mindestens 100 Metern. Mit einer Membran umhüllte Trägerrohre sind zum Belüften beispielsweise von Klärbecken bekannt, diese haben aber stets nur geringe Längen, um den Druckverlust entlang ihrer Länge hinreichend klein zu halten. Die Trägerrohre dienen der Lagesicherung der Membran und nicht dem Transport von Druckluft über lange Strecken. Auch werden nur geringe Luftdrücke (Wasserdruck + maximal 0,1 MPa) verwendet. Sie sind daher für den Einsatz als Blasenschleiererzeugungsvorrichtung nicht geeignet.
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Erfindungsgemäß ist zudem eine gattungsgemäße Blasenschleiererzeugungsvorrichtung, die eingerichtet ist zum Abgeben eines Blasenschleiers aus Luftblasen, deren mittlerer Durchmesser kleiner ist als 10 Millimeter. Besonders günstig ist es, wenn die Blasenschleiererzeugungsvorrichtung eingerichtet ist zum Erzeugen eines Blasenschleiers, der einen Luftblasenanteil von zumindest 1% hat.
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Ein erfindungsgemäßes Rammverfahren wird insbesondere dadurch durchgeführt, dass der Blasenschleier mittels einer erfindungsgemäßen Blasenschleiererzeugungsvorrichtung erzeugt wird, wobei der Druckleitung mit einem Luftdruck von zumindest 0,5 MPa, insbesondere zumindest 1 MPa, zugeführt wird und wobei über der Membran ein Druck von höchstens 0,3 MPa abfällt.
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Besonders günstig ist es, wenn ein Querschnitt der Druckleitung, der Luftdruck und die Durchbruch-Querschnitte so gewählt sind, dass der Luftdruck an einer Luftdruck-Einleitstelle der Druckluft in die Druckleitung höchstens das Doppelte eines Luftdrucks an dem Punkt beträgt, der am weitesten von der Druckluft-Einleitstelle beabstandet ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
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1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Blasenschleiererzeugungsvorrichtung beim Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
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2 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Blasenschleiererzeugungsvorrichtung.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Blasenschleiererzeugungsvorrichtung 10, die eine Druckleitung 12 zum Leiten von Druckluft aufweist. Die Druckleitung 12 ist schematisch als Ringleitung gezeigt, die einen zu rammenden Pfahl 14 umgibt, der in einen Meeresboden 16 eingerammt wird. Die Druckleitung 12 wird von einer Druckluftquelle 18, beispielsweise an Bord eines Schiffes 19, mit Druckluft versorgt. Die Druckleitung 12 erstreckt sich entlang einer Längserstreckung L, die durch die Tangente im jeweiligen Punkt gebildet ist.
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Die Druckleitung 12 ist, was in 1 nicht zu erkennen ist, mit einer Membran umgeben, durch die kleine Luftblasen 20 abgegeben werden. Insbesondere ist die Membran so gewählt, dass die Luftblasen eine Luftblasengrößenverteilung haben, deren mittlerer Durchmesser zwischen 0,1 mm und 10 mm nahe der Membran liegt. Die Luftblasen 20 bilden einen Blasenschleier 22, der lediglich abschnittsweise eingezeichnet ist.
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2 zeigt einen Teil der Druckleitung 12. Es ist zu erkennen, dass diese Druckleitung 12 eine Wand 24 besitzt, die einen Innenraum 26 umgibt. Die Wand 24 weist eine Mehrzahl an Durchbrüchen 28.1, 28.2, ... auf, durch die Druckluft 30 in einen Zwischenraum 32 entweichen kann.
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Der Zwischenraum 32 ist gebildet zwischen der Außenseite der Wand 24 und einer Membran 34. Die Membran 34 ist im vorliegenden Fall durch einen geschlitzten Gummischlauch gebildet und weist eine Vielzahl an Poren 36.1, 36.2, ... auf. Durch diese Poren kann die Druckluft 30 in die Umgebung 38 entweichen.
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2 zeigt, dass die Membran 34 mittels einer Mehrzahl von Anpresselementen 40.1, 40.2, ... mit der Druckleitung 12 verbunden ist, so dass sich Membranabschnitte 42.1, 42.2, ... zwischen den einzelnen Anpresselementen 40 (Bezugszeichen ohne Zählsuffix bezeichnen das Objekt jeweils als solches) bilden. Die Anpresselemente 40 sind so ausgebildet, dass ein Übertritt von Druckluft von einem Membranabschnitt in den nächsten unterbunden wird. Die Membran 34, die Druckleitung 12 und die Anpresselemente 40 sind Teil eines Membranbelüfters 43.
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Die Durchbrüche besitzen jeweilige Durchbruch-Querschnitte Q. Diese Durchbruch-Querschnitte sind im Vergleich zu den Porengrößen so gewählt, dass sich bezüglich einer Position x entlang der Längserstreckung L ein Luftdruck p
26 im Innenraum
26 und ein im Zwischenraum
32 anliegender Druck p
32 ausbildet, für die die folgende
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In anderen Worten fällt der Luftdruck der Druckluft zu höchstens 30% über die Membran ab, der Rest des Drucks fällt über die Wand 24 der Druckleitung ab.
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Vorzugsweise gilt
das heißt, dass der Luftdruck p
26 im Innenraum zumindest das Doppelte des Umgebungsdrucks, das heißt des Wasserdrucks beträgt. Günstig ist es, wenn die Beziehung 0,03 MPa ≤ p
34 ≤ 0,06 MPa erfüllt ist, das heißt, dass über die Membran ein Druck zwischen 0,3 bar und 0,6 bar abfällt.
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Die Membran 34 ist, wie oben bereits ausgeführt, ein geschlitzter Gummischlauch, wobei die Schlitze zwischen 0,6 und 2 mm Schlitze aufweisen können. Zwar sind größere oder kleinere Schlitze möglich, es hat sich aber herausgestellt, dass Schlitze in diesem Intervall eine besonders vorteilhafte Wirkung erzeugen. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass alle Schlitze die gleiche Länge haben.
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Die einzelnen Membranabschnitte 42 haben eine jeweilige Länge l, die einer vorgegebenen Strecke entspricht. Insbesondere ist diese vorgegebene Strecke kürzer als 5 Meter.
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Zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahren zum Dämpfen von Schall im Wasser in Form eines Rammverfahrens wird der Pfahl 14 von einer in 1 nicht näher eingezeichneten Rammvorrichtung in den Meeresboden 26 getrieben. Mittels der erfindungsgemäßen Blasenschleiererzeugungsvorrichtung 10 wird der Blasenschleier 20 erzeugt. Ein Querschnitt, insbesondere ein Durchmesser d der Druckleitung 12 ist so gewählt, dass günstigerweise ein Druckabfall zwischen einem Punkt maximalen Drucks p26 und einem Punkt minimalen Drucks p26 höchstens 50% des maximalen Drucks beträgt. In 1 ist der Punkt höchstens Druckes der Punkt der Einspeisung, in dem Druckluft über eine Zuleitung 44 in die Druckleitung 12 eingespeist wird einerseits, und dem gegenüberliegenden Punkt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Blasenschleiererzeugungsvorrichtung
- 12
- Druckleitung
- 14
- Pfahl
- 16
- Meeresboden
- 18
- Druckluftquelle
- 19
- Schiff
- 20
- Luftblasen
- 22
- Blasenschleier
- 24
- Wand
- 26
- Innenraum
- 28
- Durchbruch
- 30
- Druckluft
- 32
- Zwischenraum
- 34
- Membran
- 36
- Poren
- 38
- Umgebung
- 40
- Anpresselement
- 42
- Membranabschnitt
- 43
- Membranbelüfter
- 44
- Zuleitung
- Q
- Durchbruch-Querschnitt
- L
- Längserstreckung
- d
- Durchmesser
- l
- Abstand zwischen Anpresselementen
