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Vorrichtung zur Verminderung des Schalles Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Verminderung deS Schalles, der von einer mit einem Drosselgerät
versehenen, von Gasen durchströmten Leitung sowie von dem Drosselgerät abgegeben
wird. Unter Gasen sollen hierbei ganz allgemein kompressible Fluide, also auch Dämpfe,
verstanden werden.
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Zur Entspannung von Gasen werden Ventile, Drosselklappen und andere
Armaturen benutzt, die unter dem Begriff Drosselgeräte" zusammengefaßt werden können.
Das gemeinsame Merkmal dieser Drosselgeräte besteht darin, daß das Gas durch einen
Eintrittsquerschnitt in das Drosselgerät einströmt, dann einen verstellbaren Drosselquerschnitt,
der kleiner als der Eintrittsquerschnitt ist, mit hoher Geschwindigkeit durchströmt
und anschließend durch den Ausgangsquerschnitt, der mindestens gleich dem Eintrittsquerschnitt
ist, aus dem Drosselgerät austritt. Die Entspannung vom Eintrittsdruck (im Eintrittsquerschnitt)
auf den niedrigeren Ausgangsdruck (im Ausgangsquerschnitt) erfolgt dadurch, daß
das Gas im Drosselquerschnitt auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und daß die
dabei entstehende kinetische Energie des Gasstrahles auf dem Weg zum Ausgang des
Drosselgerätes durch Verwirbelung und Reibung vermindert wird.
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Bei Drosselgeräten bekannter Bauart ist die Entspannung mit starker
Geräuschentwicklung verbunden. Diese beruht auf Druckschwingungen, die beim Abbau
der kinetischen Energie entstehen und über die Wände des Drosselgerätes und der
angeschlossenen Rohrleitungen auf die umgebende Luft übertragen werden.
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Der Erfindung liet die Aufgabe zugrunde, diese Geräuschent-Wicklung
zu vermindern.
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Diese Aufhabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich an die
Austritisöffnung d.s Drosselgerätes ein erster Leitung abschnitt und an diesen ein
zweiter Leitungsabsohnitt anschließt, wobei im ersten Abschnitt mindestens eine
wirbelerzeugende stufenartige Verminderung der Querschnittsflächenvorgeschen ist,
wobei die Querschnittsfläche des zweites Abschnittes wesentlich.
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d. h. mindestens etwa 10 % geringer ist als die Querschnittsfläche
der abgehenden Deftung und größer als die Drosselquerschnittsfläche des Drosselgerätes
und wobei die LEr«e des zweiten Abschnittes größer ist als die doppelte Quadratwurzel
aus seiner Querschnittsfläche.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird insbesondere bei starker Serauschentwicklung
verwendet, also dann, wenn der Quotient aus dem Druck vor dem Drossetlgerät einerseits
und dem Druck in der von diese. Drosselgerät abgehenden Leitung andererseits besonder
groß ist. Bei einem derartigen "Überkritischen Druckverhältnis" können Verdichtungsstöße
auftreten, welche die angestr@@-te Schallpegelsenkung verhindern. Diese Verdichtungsstöße
beruhen darauf, daß für den in eine plötzliche Querschnittserweiterung mit Schallgeschwindigkeit
eintretenden Strahl zwei instabil Zustände möglich sind, und zwar eine Geschwindigkeit
unterhalb der Schallgeschwindigkeit sowie eine Geschwindigkeit oberhalb der Schallgeschwindigkeit;
der Übergang von Überschallgeschwindigkeit auf Unterschallgeschwindigkeit wird als
Verdichtungsstoß bezeichnet.
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Die Entstehung der Uberscallgeschwindigkait und somit die Verdichtungsstöße
werden dadurch vermieden, daß die Gasströmung aus dem Drosselgerät iunächat in einen
ersten Leis@ngsabschnitt eintritt, der mindestens eine wirbelerzeugende stufenartige
Verminderung der Querschnittsfläche aufweist. Durch diesen wirbelerzeugenden Querschnitt
wird ein Tell der kinetischen Energie
des Gastrahles abgebaut, so
daß die Voraussetzung filr Verdichtungsstöße entfällt und man im anschließenden
zweiten Leitungsabschnitt eine stabile Unterschallströmung erhalt. Dieser zweite
Abschnitt hat eine Querschnittsfläche, die zwischen der Drosselquerschnittsfläche
des Drosselgerätes und der Querschnittsfläche der abgehenden Leitung liegt. Damit
in diesem zweiten Abschnitt eine hinreichende Beruhigung der Gasströmung auftreten
kann, muß die Länge dieses zweiten Abschnittes größer sein als die doppelte Quadratwurzel
aus seiner Querschnittsfläche.
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Vorteilhaft ist der zweite Abschnitt als frei in die Leitung ragendes
Rohr ausgebildet, ohne die Leitung zu berühren. Man vermeidet hierdurch, daß die
auf den zweiten Abschnitt übertragenen Schwingunglen weiter auf die abgehende Leitung
übertragen werden.
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Am einfachsten ist die wirbelerzeugende Verminderung der Querschnittsfläche
des ersten Abschnittes als Übergangsstufe von der größeren Querschnittsfläche des
ersten Abschnittes zur kleineren Querschnittsfläche des zweiten Abschnittes ausgebildet.
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In anderen Fällen kam es günstiger sein, wenn die wirbelerzeugende
Verminderung der Querschnittsfläche des ersten Ab-Schnittes durch mindestens einen
in diesen Abschnitt ragenden Körper gebildet ist. Dieser Körper kann ein Ringwulst,
ein Kreuz oder eine in der Mittelachse des ersten Abschnittes angeordnete Praliplatte
sein; vorteilhaft ist eine Anordnung, bei der diese Prallplatte im Kreuzungspunkt
der Balken eines Kreuzes angeordnet ist. Auch hat sich die Verwendung einer Lochschelbe
zur Erzeugung der Querschnittsverminderung bewährt.
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Leitungs-Die im ersten Abschnitt vorgesehene Querschnittsverminderung
dient der Vermeidung von Verdichtungsstößen beim Uebergang der Strömung von dem
Ausgang des Drosselgerätes in den zweiten Abschnitt. Die Gasströmung im zweiten
Abschnitt kann immer noch so schnell sein,
daß beim Übergang vom
zweiten Abschnitt in die abgehende Leitung Verdichtungsstöße auftreten. Sollte dies
der Fall sein, so ordnet man vorteilhaft hinter dem zweiten Abschnitt einen dritten
Abschnitt mit mindestens einer wirbelerzeugenden stufenartigen Verminderung der
Querschnittsfläche an. Dies bedeutet also, daß sich an das Drosselgerät ein erster
Abschnitt mit Querschnittsverminderung, an diesen ein zweiter Abschnitt und an diesen
ein dritter Abschnitt, der in seiner Funktion dem ersten Abschnitt entspricht, anschließt.
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Bei noch höherem Druckgefälle kann es vorteilhaft sein, hinter den
dritten Abschnitt (mit Querschnittsverminderung> einen vierten Abschnitt, entsprechend
dem zweiten Abschnitt, folgen zu lassen, usf. Dies bedeutet also, daß man an das
Drosselgerät bis zum Ubergang in die abgehende Leitung mehrere Paare aus jeweils
einem ersten und einem zweiten Abschnitt anschließt.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert; es zeigen: Fig.
1 und 2 Diagramme, welche im Bereich des Drosselgerotes die Querschnittsfläche F
tiber dex Stromweg L darstellen, Fig. 3 den Längsschnitt durch eine Vorrichtung,
deren Diagramm in Fig. 2 dargestellt ist, Fig. 4 den Längsschnitt durch eine weitere
Vorrichtung, deren Diagramm in Fig. 5 dargestellt ist, Fig. 6 den Llngsschnitt einer
weiteren Vorrichtung, deren Diagramm in Fig. 2 gezeigt ist,
Fig.
7 und 8 einen Schnit@ durch die Vorrichtung im @ereich einer durch ein Kreu@ mit
Prallplatte bzw. eine Loc@platte gebildeten Querschnittsverminderung, und Fig. 9
eine Vorrichtung mit mehreren ersten und zweiten Abschnitten.
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Gemäß Fig. 1 strömt ein Gas durch die Eintri@tsquerschnittsfläche
F1 in die kleinere Drosselquerschnittsfläche FD ein, Anschließend tritt das das
in den größeren Ausgangsquerschnitt F2 aus, wobei mit dieser Entspannung eine starke
deräuschentwicklung verbunden ist.
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Diese @eräuschentwicklung wird durch die schematisch in Fig. 2 dargestellte
Querschnittsführung vermieden. Wiederum tritt das das durch die Eintrittsquerschnittsfläche
F1 in die Drodselquerschnittsfläche FD ein, entspannt sich dann aber niot;t sofort
auf die Leitungsquerschnittsfläche F2, sondern strömt zuerst in einen ersten Leitungsabschnitt
W ein, dessen Querschnittsfläche FW größer ist als die Drosselquerschnittsfläche
FD und großer als die Querschnittsfläche FA des die Strömung weiterführenden zweiten
Leitungsabschnittes A. Im Übergang vom ersten Leitungsabschnitt W zug weiten Leitungsabschnitt
A weist der erste Leitungsabschnitt W eine Übergangsstufe S auf, welche als wirbelerzeugende
Verminderen der Querschnittsfläche des ersten Abschnittes einen Abbau der kinetischen
Energie der Strömung bewirkt, die sich im anschließenden zweiten Leitungsabschnitt
A beruhigen kann. Die Länge LA des weiten Leitungsabschnittes A ist Mindestens gleich
der doppelten Quadratwurzel aus der Querschnittsfläche FA dieses zweiten Leitungsabschnittes.
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Fig. 3 zeigt einen längsschnitt durch die Vorrichtung, deren Diagramm
in Fig. 2 dargestellt ist.
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Das Gas tritt in Richtung des Pfeiles 2 durch die Rintrittsleitung
4 in das Drosselgerät 6 ein und strömt aus diesem (Drosselquerschnittsfläche FD)
weiter in den ersten Leitungsabschnitt W, welcher bei 8 an das Drosselgerät angeflanscht
ist. Die Gasströmung
erleidet eine Verwirbelung an der stufenartigen
Querschnittsverminderung S zum zweiten Leitungsabschnitt A hin, dessen Querschnittsfläche
FA größer ist als die Querschnittsfliche FD des Drosselgerätes, jedoch noch kleiner
als die Querschnittsfläche F2 der abgehenden Rohrleitung 10.
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Fig. 4 zeigt eine weitere erfindungagn&ße Vorrichtung, bei welcher
der sich an das Drosselgerät 6 anschließende erste Leitungsabschnitt W einen Ringwulst
12 als wirbelerzeugende Querschnittsverminderung aufweist. Im übrigen entspricht
der Aufbau dieser Vorrichtung der der Fig. 2. Ihr Diagramm ist in Fig. 5 dargestellt.
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Fig. 6 zeigt eine weitere Vorrichtung, deren Diagramm in Fig. 2 dargestellt
ist. Vom Gegenstand der Fig. 3 unterscheidet sich der Gegenstand der Fig. 6 nur
dadurch, daß der zweite Leitungsabschnitt A als frei in die abgehende Rohrleitung
10 ragendes Rohr 14 ausgebildet ist, damit auf dieses Rohr 14 übertragene Schwingungen
sich nicht auf die abgehende Leitung 10 übertragen. Hierdurch wird die Schallabgabe
an den umgebenden Raus stark vermindert.
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Gemäß Fig. 4 ist die Ouerschnittsverminderung durch einen Ringwulst
12 ausgebildet. Statt des Ringwulstes 12 kann man die in Fig. 7 dargestellte Prallplatte
verwenden, die im Bereich der Kernströmung, also im Bereich der energiereichsten
und schnellstei Strömung, eine besonders starke Verwirbelung ergibt. Dieser Effekt
kann unterstützt werden durch dasadie Prallplatte tragende Balkenkreuz 18.
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Auch kann man gemäß Fig. 8 eine Lochplatte 20 verwenden.
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Beispielsweise bei der Vorrichtung der Fig. 3 kann die Gasströmung
am Ausgang des zweiten Abschnitte A noch so schnell
sein. das bei
Übergang in aie abgehende Leitung 10 Verdichtungsstöße auftreten. Einen atufenweisen
Abbau des Druckgefälles kann man dann mittels einer in Fig. 9 dargestellten Vorrichtung
erreichen, welche im Anschluß an das Dresselgerät 6 in der vorher beschriebenen
@eise zunächst einen ersten Abschnitt W, dann einen zweiten Abschnitt A und dann
abweckseln, in der zur Erzielung eines geräuscharmen Druckabbaus erforderlichen
Anzabl, weitere erste und sweite Abschnitte mit zunchmender @@erschnittefläche aufweist.