DE2653262C2

DE2653262C2 - Vorrichtung zum geräuscharmen Entspannen eines gasförmigen Mediums mit Hilfe von Drosselstrecken

Info

Publication number: DE2653262C2
Application number: DE19762653262
Authority: DE
Inventors: Artur 2000 Hamburg Materne; Werner Dr.-Ing. 3422 Bad Lauterberg Piening
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-11-24
Filing date: 1976-11-24
Publication date: 1984-01-19
Also published as: FR2372373A1; BR7707834A; FR2372373B1; DE2653262A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum geräuscharmen Entspannen eines gasförmigen Mediums mit 'Hilfe von Drosselstrecken der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Beim Abblasen von unter Druck stehenden Gasen oder Dämpfen entstehen starke Geräusche, welche die Verwendung von Schalldämpfern erforderlich machen. Da die Bedingungen für die Auslegung solcher Geräte hinsichtlich Gasart, durchgesetzter Menge, Druck, Temperatur und des geforderten Schallpegels in der Praxis sehr variabel sind, muß deren Konstruktion eine gute Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse sowie eine Optimierung der Wirkung und Kosten ermöglichen.

Als Grundlage für die Entwicklung geeigneter Konstruktionen müssen die physikalischen Vorgänge beim Entspannen und Ausströmen der gasförmigen Medien dienen, wie sie z. B. durch Erforschung von Strahlantrieben bekanntgeworden sind. Schall entsteht danach innerhalb eines solchen Mediums, wenn sich bei Überschallgeschwindigkeit Machsche Wellen bilden oder wenn sich Gasstrahlen verschiedener Geschwindigkeit miteinander mischen, ferner durch Reibung an

der Oberfläche fester Körper. Im ersten Falle entstehen Stoßwellen, bei den anderen Vorgängen Schallwellen als Folge von Druekschwankungen, hervorgerufen durch die Wechselwirkung von Wirbelzentren.

Die bisherigen Versuchsergebnisse an Schallstrahlern werden durch eine Kurve gemäß der Fig. I wiedergegeben, welche die Abhängigkeit des in dB angegebenen Scl.alleistungspegels von der Strahlgeschwindigkeit u wiedergibt, und zwar für den Fall, daß ein Gasstrahl aus einem Rohr in stehende Luft geblasen wird. Diese Kurve gilt angenähert auch für den Fall, daß das Medium aus Düsen, Lochblechen und dgl. austritt, wobei derartige Drosselvorrichtungen im folgenden als »Drosselorgane vom Typ a« bezeichnet werden. Da der Mechanismus der Wirbelbildung und seine Abstrahlung sich in den verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen ändert, wird die Steigung der Kurve mit höherer Geschwindigkeit größer, d. h.der Pegel wächst zunächst mit ü⁴, schließlich mit (A

Die Kurve stellt die für den Normalfall günstigsten

Verhältnisse dar. Wenn das zugeführte Medium istörende Wirbel oder Schall mit sich führt oder wenn ^durch eine ungünstige Form der Austrittsöffnung mehr iWirbel als normal entstehen, steigt der Schallpegel an.

Dasselbe beobachtet man, wenn Machsche Wellen auftreter«.

Die Kurve gestattet z. B. die Festlegung, welche Strahlgeschwindigkeit man einhalten muß, um einen bertimmten Schallpegel zu halten. Würde man die in einem Fall gewünschte Austrittsgeschwindigkeit über den ganzen Vorgang der Entspannung konstant halten, so würde zwar der entsprechende Schallpegel erreicht ■werden, der benötigte Aufwand wäre aber unwirtschaftlich.

Zur Verbesserung der mit den oben definierten Drosselorganen vom Typ a erzielbaren Schalldämpfung ist es aus der FR-PS 15 72 022 bekannt, solche *" Drosselorgane in Verbindung mit in Strömungsrichtung 'dahinter angeordneten Drosselschichten· zu verwenden, die aus einer Schüttung von Spänen oder kurzen Faserstücken eines geeigneten Materials, beispielsweise aus Metallspänen oder Mineral- oder Glasfasern bestehen. Wegen der sehr guten stochastischen Verteilung dieser Späne oder Fasern läßt sich auf diese Weise eine über den Strömungsquerschnitt des zu entspannenden Mediums hinweg sehr gleichmäßige und gut vorausrechenbare Schalldämpfungswirkung erzielen. Dabei können mehrere Drosselorgane vom Typ a in Strömungsrichtung hintereinander und voneinander beabstandet angeordnet und die Zwischenräume jeweils mit den erwähnten Span- oder Faserschüttungen ausgefüllt werden.

Die Nachteile einer solchen Anordnung bestehen darin, daß derartige Schüttungen bei der Herstellung, Lagerung, beim Transport und bei der Montage der Schalldämpfervorrichtungen schwierig zu handhaben sind und daß die .Späne oder Fasern vor allem dann, wenn sie bei der Entspannung von unter hohem Druck stehendem und sehr heißem Wasserdampf eingesetzt werden, eine zu geringe Standfestigkeit aufweisen, d. h. relativ rasch an Elastizität verlieren und zusammenfallen, wodurch ihre Funktion beeinträchtigt wird.

Diese Nachteile können dadurch vermieden werden, daß man die Drosselschichten aus Metallfäden oder -drähten und/oder Mineralfasern bildet, die matten- oder gewebeartig miteinander vernetzt sind, so daß sie sich gegenseitig stützen und wesentlich leichter gehandhabt werden können, wie dies der DD-PS

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1 10 683 entnehmbar ist. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung wird eine SandwMianordnung aus einem Lochblech (Drosselorgan vom Typ a) und einer an der einen Seite des Lochblechs anliegenden Drosselschicht nus Glasseidegewebe odei Drahtgeflecht (im folgenden als »Drosselschicht vom Tyb ö« bezeichnet) spiralförmig zu einem zylindrischen Wickelkörper aufgewickelt, der im Betrieb in radialer Richtung von dem zu entspannenden Medium durchströmt wird und in dpssen inneren unmittelbar aneinander anschließend Drosselorgane vom Typ a und Drosselschicl.ten vom Typ b aufeinanderfolgen.

Bei der Verwendung einer solchen Entspannungsund Schalldämpfungsvorrichtung zeigt sich jedoch, daß die mit einer Anordnung vorgegebener Dicke und Anzahl von aufeinanderfolgenden Drosselorganen vom Typ a und Drosselschichten vom Typ b erzielbare Schalldämpfungswirkung insgesamt schlechter und weniger gut im voraus berechenbar ist, als bei den oben beschriebenen Anordnungen gemäß der FR-PS 15 72 022. Die Ursache hierfür ist darin zu suchen, daß ' die stochastische Verteilung von in einem Gewebe oder 'einer Matte zusammengefaßten Fäden, Drähten oder "'Fasern wesentlich schlechter ist, als die von kurzen geschütteten Spänen. Selbst bei sorgfältiger Verarbeilung der Matten oder Geflechte kann nicht sichergestellt werden, daß das zu entspannende Medium über seinen gesamten Strömungsquerschnitt hinweg Strömungspfade durchläuft, auf denen es in den Matten ,Strömungswiderstände mit der gleichen Dichte und - Anordnung vorfindet Dadurch ergibt sich die Gefahr, daß in den Matten in Strömungsrichtung gesehen ., einzelne »Kanäle« vorhanden sind, auf denen das zu entspannende Medium im Vergleich zu benachbarten Bereichen relativ ungehindert und unter weit geringefern Verlust von Schallenergie durch die Drosselschicht vom Typ b hindurchtreten kann. Selbst wenn über die gesamte Strömungs-Querschnittsfläche hinweg nur einige wenige solcher »Kanäle« vorhanden sind, wird durch sie die Schalldämpfungswirkung der gesamten Anordnung drastisch verschlechtert, was zu deren Unbrauchbarkeit führen kann.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Nachteile der Kanalbildung ^ in den Drosselschichten b vermieden werden, so daß sich dadurch die Scballdämpfungswirkung der Anordnung unier Einhaltung enger Toleranzgrenzen vorausbestimmen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 zusammengefaßten Merkmale vor.

Dadurch, daß in Strömungsrichtung gesehen hinter jeder Drosselschicht vom Typ b und vor dem nachfolgenden Drosselorgan vom Typ a ein nicht mit Strömungshindernissen erfüllter I lohlraum vorgesehen wird, können sich die beim Durchströmen der jeweiligen Drosselschicht vom Typ b in dem zu entspannenden Medium entstandenen Druck- und Geschwindigkeitsunterschiede wieder ausgleichen, so daß auf das nächstfolgende Drosselorgan vom Typ a eine weitgehend über den Strömungsquerschnitt hinweg homogenisierte Strömung auftrifft und dieses Drosselorgan wieder seine volle Wirkung gleichmäßig über den gesamten Strömungsquerschnitt hinweg entfalten kann. Bei umfangreichen Versuchen mit derartigen Vorrichtungen hat sich gezeigt, daß durch das Einfügen der genannten Hohlräume die Ausbildung von »Kanälen« mit verringertem Strömungswiderstand und damit verringerter Schalldiimpfungswirkung erfolgreich vermieden werden kann.

Die Drosselschichten vom Typ b können als Matten oder Kissen ausgebildet sein. Die Matten können mit Metallwollc oder Metallspänen gefüllt sein. Statt dessen können die Matten auch aus Flach- oder Rjiiddraht gewirkt oder gewebt sein. Die Schichtung kann durch eine Hülle aus Gewirk, insbesondere Gestrick oder durch Vernähen mit Draht zusammengehalten sein.

Bei zylindrischen oder konischen Drosselschichten können die Matten durch Aufwickeln einrs Bandes aus Gewirk oder aus Streifen von Maschendraht auf eine geeignete Unterkonstruktion hergestellt werden. Die Drosselschichten können auch aus einer Schichtung oder Stopfung von Ballen, Schläuchen, Zöpfen und anderem aus Gewirk oder WoIIp bestehen.

Statt dessen können Drosselschichten in Form von Kissen aus regellos angeordneten Drähten verwendet werden.

Die Metallfasern, -drähte oder dergleichen bestehen vorzugsweise aus nichtros' andern Stahl.
.■ⁱ Die immer mehr geforderten geringen Schallpegel 'nach Entspannungsvorrichtungen bedingen am Ausgang, also z. B. in der letzten Matte, nur geringe 'Geschwindigkeiten, Es ist daher möglich, hier geeignete Mineralfasern einzusetzen, was angesichts der großen Außenflächen eine wesentliche Ersparnis bedeutet. Solche beständigen Mineralfasern können z. B. aus Asbest bestehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 eine Darstellung der oben schon erwähnten Kurve, weiche die Abhängigkeit des in dB angegebenen Schalleistungspegels von der Strahlgeschwindigkeit u wiedergibt;

F i g. 2 bis 4 in stark schematisierter, perspektivischer Ansicht verschiedene Ausführungsformen von Drosselorganen vom Typ a;

F i g. 5 einen Axialschnitt durch ein Drosselorgan vom Typ O;

F i g. 6 eine kombinierte Ausführungsform mit Drosselorganen der Typen a und b;

Fig.7 und 8 in Axialschnitten Ausführungsformen mit Kombinationen von Drosseln der Typen a und b.

Fig.2 zeigt ein als Ganzes mit u 1 bezeichnetes Drosselorgan, das aus einer mit Löchern versehenen Zylinderwand 2 und einem ungelochten Abschlußdeckel 4 besteht. Das Drosselorgan a 1 bildet den oberen Abschluß eines Zuführungsrohres 6, in dem sich beim Abblasen Gas oder Dampf in Richtung des Pfeils 7 aufwärts bewegt. Die Gase oder Dämpfe treten in Richtung der Pfeile 8 insJreie.

Bei dem Drosselorgan u 2 nach F i g. 3 ist aus Stäben 9, zwischen denen sich Längsschlitze 10 befinden, eine Art Gitter gebildet. Die Längsschlitze, durch die die Gase oder Dämpfe in Richtung der Pfeile 8 ins Freie treten, haben Düsenwirkung.

Bei dem Drosselorgan a3 nach Fig.4 ist die Zylinderwand aus übereinander angeordneten Ringen 14 ausgebildet, zwischen denen sich düsenartig wirkende Ringschlitze 16 von definierten axialen Abständen befinden.

Statt dessen können auch andersartige Gitter mit definierten Gitteröffnungen verwendet werden, in allen diesen Fällen handelt es sich um Drosselorgane vom Typ a. Während das vom Drosselorgan a I verursachte Geräusch der Kurve nach F i g. 1 entspricht, kann man

bei der Herstellung mit den anderen erwähnten Ausführungsformen etwas geringere Schallpegel erreichen.

Ein Drosselorgan vom Typ b läßt sich entsprechend Fig. 5 aus fein verteilten, insbesondere porösen Stoffen herstellen, die vom Gas oder Dampf durchströmt werden. Es können Schichten aus Metallfäden und/oder Mineralfasern verwendet werden. Sie verursachen geringere Drückverlusie als die Drosseln vom Typ a, bewirken eine gewisse Absorption von Schall durch Reibung und lösen ankommende Wirbel auf, so daß die austretende Strömung entsprechend der Porösität gleichgerichtet wird und nur noch kleine Wirbel enthält, •--öderen Zahl und Größe von der Art des Stoffes abhängt. Solche Schichten erzeugen also ein »Eigen«geräusch, das um so geringer ist, je glatter die Kanäle und deren ' .'Oberflächen sind. Es hat sich ergeben, daß diese U Eigengeräusche bei Verwendung von Metall in folgen der Reihe abnehmen: Metallwolle, Metallspäne, Metall-'-"gewebe aus Flachdraht, Metallgewebe aus Runddraht, Maschendraht. In gleicher Folge verringern sich Widerstand und Absorption.

Eine besonders geringe Schallerzeugung bewirkt eine ,unmittelbare Auflage einer Drosselschicht b auf die /Austrktsseite einer düsenartigen Drossel a, wie es Fig.6 zeigt. Durch verschiedene Anordnung und Schaltung der Drosselelemente der Typen a und b läßt sich die Ausbildung der Entspannüngsvorrichtung den Gegebenheiten anpassen. Fig.7 zeigt eine relativ einfache Bauform mit drei aufeinanderfolgenden düsenartigen Drosseln 21,22,23 vom Typ a. Diese stauen den Druck ρ im Zuführungsrohr 6 so auf, daß sich an dem nicht dargestellten, am unteren Ende des Zuführungsrohres 6 vorgesehenen Entspannungsventil möglichst keine Machschen Wellen bilden und daß die Geschwindigkeit in dem Zuführungsrohr 6 mit etwa 150 m/s kein störendes Geräusch verursacht. Die Schallenergie an der Austrittsseite der düsenartigen Drossel 23 setzt sich aus einem Anteil entsprechend der Kurve nach Fig. 1, einem Anteil, den das Medium mit sich führt, und dem Eigengeräusch der Drosselorgane zusammen. An die Austrittsseite der düsenartigen Drossel 23 schließt sich eine Drosselschicht 25 vom Typ b an. Die Austrittsgeschwindigkeit und damit das Geräusch vermindern sich entsprechend der vergrößerten Austrittsfläche. Der mitgeführte Anteil wird durch Absorption verringert.

Befindet sich die Entspannungsvorrichtung in der !Nähe von Wohnungen und ist daher eine besonders ihohe Dämpfung nötig, so kann eine Ausführungsform inach Fig.8 vorgesehen werden. Am Ende des iZuführungsrohres 6 wird eine mit Absorptionsstoff 28 ,gefüllte Kappe 30 zur Dämpfung des mitgeführten !Geräusches vorgesehen. Es sind wiederum drei düsenartige Drosseln vom Typ a hintereinander geschaltet, die hier mit 31, 32 und 33 bezeichnet sind. »Dahinter werden Drosselschichten vom Typ b angeordnet, die hier die Nummern 35,36 und 37 tragen. Der im Innern erzeugte Schall und damit das mitgeführte Geräusch werden soweit herabgesetzt, daß der Pegel des aus der Außenfläche 39 austretenden Geräusches der Kurve 1 entspricht.

Eine weitere Schallverminderung kann man durch Anbringen eines Konus 41 und eines Daches 43 mit absorbierender Auskleidung 45 erreichen. Bei einer so hohen Dämpfung kann es notwendig werden, auch die Abstrahlung des Gehäuses herabzusetzen, z. B. durch ebenfalls konische, schalldämmende Bleche 47. Die Teile 41,43,45 und 47 sind der Einfachheit halber nur in der linken Hälfte der F i g. 8 dargestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum geräuscharmen Entspannen eines gasförmigen Mediums mit Hilfe von Drosselstrecken, durch die das gesamte gasförmige Medium hindurchströmt und die jeweils in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete düsenarlige Drosseln (Typ a) und Drosselschichten (Typ b) aus Metallfäden oder -drähten und/oder Mineralfasern aufweisen, wobei das in Strömungsrichtung letzte Drosselelement einer jeden Drcsselstrecke eine Drosselschicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselschichten (Typ b) an den Außenseiten der jeweils in Strömungsrichlung vorangehenden düsenartigen Drosseln (Typ a) so anliegen, daß zwischen einer jeden Drosselschicht und der in Strömungsrichtung folgenden düsenartigen Drossel ein Abstand vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die düsenartigen Drosseln aus Stäben (S) gebildet sind, zwischen denen sich Längsschlitze befinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die düsenartigen Drosseln aus Ringen (14) bestehen, zwischen denen sich Ringschlitze (16) definierter Abstände befinden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die düsenartigen Drosseln aus Lochblechen (2) bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die düsenartigen Drosseln aus Gittern bestehen.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselschichten die Form von Matten oder Kissen haben, die mit Metallwolle oder -spänen gefüllt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfasern, -drähte oder dergleichen aus nicht-rostendem Stahl bestehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralfasern Asbest enthalten.