DE3111239A1 - "schwebstoffilter-schalldaempfer fuer drucklufttechnische anlagen" - Google Patents

"schwebstoffilter-schalldaempfer fuer drucklufttechnische anlagen"

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DE3111239A1 DE19813111239 DE3111239A DE3111239A1 DE 3111239 A1 DE3111239 A1 DE 3111239A1 DE 19813111239 DE19813111239 DE 19813111239 DE 3111239 A DE3111239 A DE 3111239A DE 3111239 A1 DE3111239 A1 DE 3111239A1
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Description

  • Schwebstoffilter-Schalldämpfer für druckluft-
  • technische Anlagen Aus den Abluftöffnungen drucklufttechnischer Anlagen werden von der ausströmenden Luft auch Schwebstoffe, wie O1- und Wassertröpfchen sowie staubförmige Partikel mitgeführt, die bei ungehindertem Austritt Störungen und Schäden an Personen und Sachen hervorrufen können. Das gilt auch für den aus den Abluftöffnungen austretenden Schall, der entweder schon im Inneren der Anlage oder vor allem beim Ausströmen der Luft entsteht.
  • Zur Beseitigung dieser Störungen werden Schwebstoffilter-Schalldämpfer verwendet. Diese bestehen aus einer Schicht eines porösen Materiales, das von der austretenden Luft durchströmt wird. Durch die poröse Schicht wird eine Schalldämpfung bewirkt. Außerdem setzen sich in ihr auch die in der Luft enthaltenen Schwebstoffe ab.
  • Nachteilig bei solchen Schwebstoffilter-Schalldämpfern ist, daß die Poren der Schicht durch die abgeschiedenen Schwebstoffe allmählich zugesetzt werden und der Druckverlust im Filter stark ansteigt. Deshalb muß ein solcher Schwebstoffilter-Schalldämpfer dauernd überwacht und sein Filterkörper von Zeit zu Zeit ausgewechselt oder gereinigt werden. Die Verschmutzung der porösen Schicht kann zwar durch entsprechend große Bemessung des Filters verzögert werden.
  • Derart große Schwebstoffilter-Schalldämpfer können aber meist nicht unmittelbar an den Abluftöffnungen drucklufttechnischer Anlagen angebracht werden, zumal diese Öffnungen, z.B. an pneumatischen Wegeventilen, oft nur geringe Abstände voneinander haben.
  • Weiter ist es auch schon bekannt, vor einem Schwebstoffilter-Schalldämpfer einen besonderen O1- und Staubabscheider vorzusehen, der z.B. aus einem größeren Behälter mit Einbauten bestehen kann. Auch eine solche Anordnung kann wegen ihrer Abmessungen nicht unmittelbar an eng benachbarten Abluftöffnungen angesetzt werden. In diesem Falle hat man bisher die Abluftströme aus mehreren Öffnungen in einen gemeinsamen Abscheider geführt,dem ein Schalldämpfer nachgeschaltet ist. Abgesehen davon, daß diese Anordnung einen erheblichen baulichen Aufwand erfordert, besteht auch die Gefahr, daß es bei der Zusammenschaltung mehrerer Abluftströme durch Drucksckwankungen in dem Abscheidobehälter oder den dahin füllrendesn L<~iturigen zu unerwünschten gegenseitigen Beeinflussungen der einzelnen Anlageteile kommt.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Schwebstoffilter-Schalldämpfer zu schaffen, der bei ausreichender Schalldämpfung und Schwebstoffabscheidung so kleine Abmessungen aufweist, daß auch bei geringen Abständen mehrerer Abluftöffnungen in einer drucklufttechnischen Anlage jede Öffnung mit einem eigenen Schwebstoffilter-Schalldämpfer versehen werden kann.
  • Ausgehend von einem Schwebstoffilter-Schalldämpfer für drucklufttechnische Anlagen, insbesondere zum unmittelbaren Anschluß an deren Abluftöffnungen, bestehend aus einem 51- und Staubabscheider sowie aus einem diesem nachgeschalteten Drosselschalldämpfer wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die gemeinsame Anwendung der im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Weiterbildungen der Erfindung enthalten die Unteransprüche.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis daß es durch die Bauweise eines nach den beanspruchten Merkmalen ausgebildeten Drallabscheiders und durch dessen Vereinigung mit einem hohlzylindrischen Drosselschalldämpfer zu einer Baueinheit gelingt, die Abmessungen des gesamten Schwebstoffilter-Schalldämpfers so zu minimieren, wie das bisher nicht möglich war, und dabei trotzdem sehr gute Schalldämpfungs- und Abscheidewirkungen zu erzielen.
  • Drall- bzw. Zyklonabscheider sind in der Verfahrenstechnik allgemein üblich. Sie wurden bisher aber für größere abzuscheidende Teilchen (> 10 pm) optimiert. Eine Anwendung auf kleinere Grenzteilchendurchmesser wurde wegen des damit verbundenen höheren Strömungswiderstandes (Druckverlust) nicht vorgenommen. In der Literatur ist außerdem darauf hingewiesen, daß infolge turbulenter Strömungsgeschwindigkeitsanteile in Wandnähe eines Drallabscheiders wesentlich kleinere Grenzteilchendurchmesser als 10 em niht möglich seien.
  • Mit der erfindungsgemäßen Bauweise des Drallabscheiders wird es ermöglicht, daß durch konsequente Verkleinerung der charakteristischen Abmessungen auch wesentlich geringere Grenztellchendurchlrlesser ( reicht werden können. Gegenüber den bisher angewandten Drallabscheidern kann dabei insbesondere der Innendurchmesser und das Innendurchmesser-Längenverhältnis verkleinert werden.
  • Wesentlich ist bei dem erfindungsgemäßen Drallabscheider auch, daß infolge der axialen Komponente der Luftströmung der aus dem Flüssigkeits-Aerosol ausgeschiedene Flüssigkeits-Wandfilm in Richtung des Ringspaltes transportiert und dort zusammen mit einem kleinen Teil des Luftstromes abgeführt wird. Wenn keine Schalldämpfung erforderlich ist, kann der Drallabscheider wegen seiner kleinen Abmessungen auch für sich allein vorteilhaft eingesetzt werden.
  • Die erfindungsgemäße Kombination eines Drallabscheiders mit einem hohlzylindrischen Drosselschalldämpfer gewährleistet, daß die Abluft in gereinigtem Zustand den porösen Schalldämpferkörper durchströmt und deshalb nicht die Gefahr einer Zusetzung der Poren besteht.
  • Im Rahmen der Erfindung war es auch erforderlich, die Abmessungen des Schalldämpferkörpers so zu optimieren, daß dieser an die Erfordernisse der Baueinheit und an die jeweiligen Betriebsverhältnisse angepaßt werden kann; Für die mit einem hohlzylindrischen Drosselschalldämpfer (Figur 4) erzielbare Schalldämpfung sind als wesentliche Parameter pneumatische Einflußgrößen (Normvolumenstrom qn, Druckverlust A p), geo-.
  • metrische Einflußgrößen (Länge L, Außenradius R, Schichtdicke d) und als Etrukturelle Einflüßgröße die Porosität « (d.h. das Verhältnis des freien Porenvolumens zum Materialvolumen) von Bedeutung. Der Einfluß der einzelnen Parameter auf die Schalldämpfung ist bisher, wenn überhaupt, nur qualitativ bekannt. Es mußten deshalb für die Bemessung des Drosselkörpers, insbesondere im Rahmen des erfindungsgemäßen Schwebstoffilter-Schalldämpfers, allgemein gültige Beziehungen angegeben werden, aus welchen der Einfluß der verschiedenen Größen auf den zu erwartenden Schallpegel und den Druckverlust ermittelt werden kann. Diese Beziehung ist im Patentanspruch 7 angegeben. Der Druckverlust a p hängt auch noch von den fünf anderen Parametern ab. Zur Ermittlung dieser Größe A p, welche für die Funktion der vorgeschalteten drucklufttechnischen Anlage meist von großer Bedeutung ist, dient die im Anspruch 8 angegebene Beziehung. Falls der Druckverlust nicht bekannt ist, kann eine Berechnung nach der Rugelim Snsptuch 9 erfoLgen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schwebstoffiiter-Schalldämpfers sowie eine Skizze und Diagramme für die Bemessung eines hohlzylindrischen Drosselschalldämpfers sind in den Figuren beispielsweise dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen: Figur 1 einen Schwebstoffilter-Schalldämpfer im Längsschnitt, Figur 2 eine Stirnansicht des Schwebstoffilter-Schalldämpfers nach der Figur 1, Figur 3 eine andere Ausführung des Schwebstoffilter-Schaildämpfers, Figur 4 eine schematische Darstellung eines hohlzylindrischen Drosselschalldämpfers mit Angabe der Einflußgrößen, Figur 5 ein ebenes Kennliniendiagramm für einen Drosselschalldämpfer gemäß Figur 4, Figur 6 ein räumliches Kennliniendiagramm.
  • Der in der Figur 1 dargestellte Schwebestoffilter-Schalldämpfer wird mit einem Anschlußsutzen 13 in ein Innengewinde einer nicht dargestellten Abluftöffnung einer drucklufttechnischen Anlage, z.B. an einem Wegeventil, eingeschraubt. Die aus der öffnung kommende verunreinigte Abluft durchströmt dann zunächst einen Drallkörper 2, der passend in den Eingang eines kreisrunden, geraden Rohrstückes 1 eingesetzt ist, und erhält dabei einen Drall um die Rohrachse. Für die Bemessung des Drallkörpers 2 ist es wichtig, daß dieser einen geringen Druckverlust in der durchströmenden Abluft bewirkt und ihr trotzdem einen für eine möglichst vollständige Abscheidung der initgeführten Schwebstoffe (hauptsählich Öl) ausreichenden-Drall erteilt. Diese Bedingungen werden dadurch erfüllt, daß der Drallkörper keinen Kern aufweist, sondern im wesentlichen nur aus schraubenförmig gewundenen, dünnen Flügeln 14 besteht, deren Anstellwinkel t zur Achsebene höchstens 450 betragen soll. Die Länge L des Drallkörpers soll mindests so groß sein wie sein Außendurchmesser bzw. der damit übereinstimmende Innen durchmesser D des Rohrstückes 1. Die an den Drallkörper 2 anschließende Drallstrecke St im Inneren des Rohrstückes 1 muß eine für die Abscheidung des Öls an der Rohrwand ausreichende Länge (St > 3 D) haben.
  • Am Ende der Drallstrecke D ragt in das Rohrstück 1 mit geringem Abstand (etwa 1 mm) ein Tauchrohr 4 hinein und bildet mit der Wandfläche des Rohrstückendes einen Ringspalt 3, durch den das an der Wand der Drallstrecke abgeschiedene Öl einschließlich der in diesem enthaltenen festen Partikel (Staub, Dichtungsabrieb) durch Schub- und Druckkräfte des Luftstromes gefördert und dadurch vom Hauptluftstrom getrennt wird. Damit auch das an den Flügeln 14 des Drallkörpers 2 abgeschiedene öl an die Wand des Rohrstückes 1 gelangt, sind die Flügel 14 nach hinten gepfeilt.
  • Durch den Ringspalt 3 gelangt das Öl über einen Ringkanal 5 in einen Abscheideraum 6, der das Rohrstück 1 ringförmig umgibt. Im unteren Wandteil des Abscheideraums sind Öffnungen 7 angebracht, durch.welche das Öl und ein ebenfalls den Ringspalt 3 passierender geringer Nebenluftstrom abgeleitet werden.
  • In Verlängerung des Rohrstückes 1 ist, koaxial zu diesem, ein hohlzylindrischer Schalldämpferkörper 8 aus porösem Material angeordnet, der von dem gereinigten Hauptluftstrom von innen nach außen durchströmt wird. Der Schalldämpferkörper 8 muß so bemessen sein, daß er bei zulässigem Druckverlust eine ausreichende Schalldämpfung bewirkt.
  • Der Zusammenhalt der Komponenten des Ölabscheiders erfolgt durch die rohrförmige Außenwand des Abscheideraumes 6, die auf flanschartigen Teilen 15 bzw. 16 des Rohrstückes 1 und des Tauchrohres 4 zentriert ist. Der hohlzylindrische Schalldämpferkörper 8 ist an dem Flansch 16 des Tauchrohres 4 über eine die Bohrung 9 des Körpers 8 verschließenden Deckplatte lo und Spannschrauben 17 befestigt. Die gesamte Baueinheit des aus dem Drallabscheider und dem Drosselschalldämpfer zusammengesetzten Schwebstoffilter-Schalldämpfer bildet somit einen langgestreckten zylindrischen Körper, der bei einem ausgeführten Prototyp eine Länge von 140 mm, einen Außendurchmesser von 40 mm, einen Bohrungsdurchmesser von 16 mm und einen Anschluß mit R 1/2 Rohrgewinde aufweist.
  • Die Figur 2 zeigt eine auf den Gewindestutzen 13 gerichtete Stirnansicht des Filterschalldämpfers nach der Figur 1. Aus der Figur 2 ist insbesondere die etwa kreuzförmige Anordnung der vier Flügel 14 des Drallkörpers 2 zu erkennen. Ohne die Teile 8,10 und 17 sind die Anordnungerfnac#Fig. i*-un-Fic3. 2 als r.eine Drallabscheider zu verwenden.
  • In der eine andere Ausführungsform des Schwebstoffilter-Schalldämpfers darstellenden Figur 3 tragen die mit der Figur 1 übereinstimmenden Teile dieselben Bezugszeichen. Für gleichartige aber anders gestaltete Bauteile sind dieselben Bezugszahlen mit einem Estrich versehen.
  • Der Schwebstoffilter-Schalldämpfer nach der Figur 3 unterscheidet sich von dem zu den Figuren 1 und 2 beschriebenen zunächst dadurch, daß der Abscheideraum 6' das hintere Ende des Tauchrohres 4' ringförmig umgibt, wobei zur Ableitung des Öles bzw. der Nebenluft Bohrungen 7 in Röhrchen 18 vorgesehen sind, die achsparallel durch den Flansch 16' des Tauchrohres 4' und durch eine Abschlußkappe 12 verlaufen. Zwischen dem Tauchrohrflansch 16, einem hinteren Flansch 19 des Rohrstückes 1' und der Abschlußkappe 12 ist ein Ringkanal 11 gebildet. Durch diesen Kanal 11 wird die im Drallabscheider gereinigte Hauptluft aus der Bohrung des Tauchrohres 4' zurück in einen Innenraum 9' des hohlzylindrischen Schalldämpferkörpers 8' geleitet, der das Rohrstück 1' mit radialem Abstand umgibt. Bei etwa gleichen Leistungen kann durch die in Figur 3 dargestellte Konstruktion eine geringe Länge der Baueinheit verwirklicht werden.
  • In der schematischen Skizze gemäß der Figur 4 eines hohlzylindrischen, porösen Drosselschalldämpfers, wie er bei den Schwebstoffilter-Schalldämpfern nach den Figuren 1 bis 3 Verwendung findet, sind die für die Bemessung des Schalldämpferkörpers wesentlichen Einflußgrößen angegeben, die auch in den Gleichungen nach den Ansprüchen 7 bis 9 Verwendung finden.
  • Im allgemeinen wird bei der Bemessung des Drosselkörpers davon ausgegangen, daß nach Einbau des Schalldämpfers beim Betrieb ein vorgeschriebener Schallpegel nicht überschritten werden soll, z.B.
  • Lpmax = 70 dB. Dabei ist meist auch eine obere Grenze für den Druckverlust im Schalldämpfer vorgegeben, um eine einwandfreie Funktion der drucklufttechnischen Anlage zu gewährleisten, z.I3.
  • t PmaX = 35o mbar Aufgrund dieser Voraussetzungen argUbensioG aus dem Kenniiniendiagramm nach der Figur 5, das auf der Gleichung gemäß dem Patentanspruch 7 bei Annahme bestimmter konstanter Werte für R, R, # = const (in der Figur angegeben) folgende Abmessungen des Schalldämpferkörpers Innenradius r = 9,5 mm, Schichtdicke d = R-r = 10,5 mm Länge L = 56,5 mm.
  • Eine genauere Interpolation zwischen den Kurven ist mit der dreidimensionalen Darstellung gemäß der Figur 6 möglich, deren Randbedingungen mit denen der Figur 5 übereinstimmen.
  • Bei dem in der Figur 1 dargestellten, erfindungsgemäßen Schwebestoffilter-Schalldämpfer waren die folgenden Ausgangsbedingungen gegeben: cr = 90 m3/h, Lp < 85 dB, Pmax w 500 mbar, R = 20 mm Die ausgeführte Gesamtanordnung weist einen Druckverlust von a des # 560 mbar auf. Der Druckverlust über dem -Drosselschalldämpferteil beträgt (ähnlich wie bei dem vorhergehenden Beispiel) a p = 330 mbar. Bei einer Baulänge-des Schalldämpferkörpers 8 von e= So mm und einer Porosität von# CT 1 o,88 ergibt die Berechnung des Schallpegels einen Wert von L - 70 dB. Die experimendip le Überprüfung erbrachte eine Abweichung von nur + 2 dB.
  • Leerseite

Claims (9)

  1. SchwcbsU-of#iiLer-Schalldämpfer Patentansprüche vom 4. 3. 1981 Ii) Schwebstoffilter-Schalldämpfer für drucklufttechnische Anlage, insbesondere zum Anschluß an deren Abluftöffnungen, bestehend aus einem ölabscheider sowie aus einem diesem nachgeschalteten Drosselschalldämpfer, dadurch gekennzeichnet, daß a) der als Drallabscheider ausgebildete ölabscheider aus einem geraden Rohrstück (1, l')besteht, in das eingangsseitig ein Drallkörper (2) eingesetzt ist und das am Umfang seines anderen Endes einen achsparallelen Ringspalt (3) aufweist, der durch die Innenfläche des Rohrstückendes und durch ein in dieses mit geringem radialem Abstand eingesetztes Tauchrohr (4,4') gebildet ist und in einen Abscheideraum (6,6') mit öffnungen (7,7') für die Ableitung des Öles und eines Nebenluftstromes mündet.
    b) der Drosselschalldämpfer mit dem ölabscheider eine Baueinheit bildet, wobei koaxial zu dem Rohrstück (1,1') ein hohlzylindrischer Schalldämpferkörper (8,8') aus porösen Material so angeordnet ist, daß ihn die gereinigte Haupt luft von innen nach außen durchströmt.
  2. 2. Schwebstoffilter-Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheideraum (6) einen Teil des Rohrstückes (1) umgibt und der poröse Schalldämpferkörper (8) koaxial an das Rohrstück anschließt. (Figur 2)
  3. 3. Schwebstoffilter-Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Schalldämpferkqrper (8') das Rohrstück (1') mit radialem Abstand umgibt und der Abscheideraum (6') hinter dem Rohrstück ringförmig derart angeordnet ist, daß ein Ringkanal (11) für die Rückführung der Hauptluft in den Innenraum (9') des Schalldämpferkörpers (8') gebildet wird. (Figur 3)
  4. 4. Schwebstoffilter#Schalldämpfer nact Anspruch bis 3, dadurch qckennzoicbnet, daß am Eintritt des einen Innendurchmesser von D = 16 mm aufweisenden Rohrstückes (1,1') ein Anschlußstutzen (13) mit R 1/2" Rohraußengewinde vorgesehen ist und der Außendurchmesser der Baueinheit nicht größer ist als 40 mm.
  5. 5. Schwebstoffilter-Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der passend in das Rohrstück eingesetzte Drallkörper (2) des Ölabscheiders dünne, schraubenförmig unter einem Winkel « < 450 zu einer Achsebene verlaufende und nach hinten gepfeilte Flügel (14) aufweist und seine Länge (L) größer ist als der Innendurchmesser (D) des Rohrstückes (1).
  6. 6. Schwebstoffilter-Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Drallstrecke (ST)zwischen dem Drallkörper (2) und dem Tauchrohr (4) mindestens viermal so lang ist, wie der Innendurchmesser (D) des Rohrstücks (1).
  7. 7. Drosselschalldämpfer bestehend aus einem von innen nach außen durchströmten, hohlzylindrischen porösen Schalldämpferkörper, insbesondere für einen Filterschalldämpfer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der. Schalldämpferkörper (8 bzw. 8') nach der folgenden Gleichung bemessen ist: in dieser Gleichung bedeuten: vom Schalldämpferkörper emittierter Schallpegel in 1 m Entfernung unter einem Winkel von 450 zur Hohlzylinderachse in dB 3 qn = Normvolumenstrom (Durchflußmenge) in m/h p = Druckverlust im Schalldämpfer in m bar R = Außenradius des Hohlzylinders in mm 1 = Länge II in mm d = Schichtdicke IU in mm 6' = Porosität (Verhältnis des freien Porenvolumens zum Materialvolumen des Hohlzylinders.
  8. 8. Drosselschalldämpfer mit hohlzylindrischem Schälldämpferkörper, insbesonderc für Schwebsto£filEcr-Sch~llld~imtJrer lI~ICtl Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämpferkörper (8 bzw. 8') bei vorgegebenem Druckverlust bemessen ist nach der Gleichung: Bedeutung der Einheiten wie in Anspruch 7.
  9. 9. Drosselschalldämpfer mit hohlzylindrischem Schalldämpgerkörper, insbesondere für Schwebstoffilter-Schalldämpfer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämpferkörper (8 bzw. 8') bemessen ist nac#er Gleichung: Bedeutung der Einheiten wie in Anspruch 7.
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