DE3111239C2

DE3111239C2 - Schwebstoffilter-Schalldämpfer für drucklufttechnische Anlagen

Info

Publication number: DE3111239C2
Application number: DE3111239A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Phys. 7000 Stuttgart Gießelmann; Wolf-Dieter Dr.-Ing. 7465 Geislingen Kiessling
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1981-03-21
Filing date: 1981-03-21
Publication date: 1985-11-14
Also published as: DE3111239A1

Abstract

Der Schwebstoffilter-Schalldämpfer für drucklufttechnische Anlagen, insbesondere zum Anschluß an deren Abluftöffnungen, besteht aus einem Ölabscheider sowie aus einem diesem nachgeschalteten Drosselschalldämpfer. Der Ölabscheider ist als Drallabscheider ausgebildet, der aus einem Rohrstück besteht, in das eingangsseitig ein Drallkörper eingesetzt ist und das an seinem anderen Ende einen achsparallelen Ringspalt aufweist. Der Drosselschalldämpfer bildet mit dem Ölabscheider eine Baueinheit und weist einen hohlzylindrischen Schalldämpferkörper aus porösem Material auf, der von der gereinigten Luft von innen nach außen durchströmt wird. Der Schwebstoffilter-Schalldämpfer weist so kleine Abmessungen auf, daß auch bei geringen Abständen mehrerer Abluftöffnungen in einer drucklufttechnischen Anlage, jede Öffnung mit einem eigenen Schwebstoffilter-Schalldämpfer versehen werden kann. Die konstruktiven Daten des Drosselschalldämpfers können mittels eines Rechenverfahrens an die Betriebsbedingungen und an die Abmessungen des Drallabscheiders angepaßt werden.

Description

a) der ölabscheider einen passend in das Rohrstück eingesetzten Drallkörper (2) mit dünnen schraubenförmig unter einem Winkel <*<45° zu einer Achsebene verlaufenden und nach hinten gepfeilten Flügeln

(14) aufweist, dessen Länge (L) größer ist als der Innendurchmesser (D) des Rohrstückes (1), wobei die

Länge der Drallstrecke (ST) zwischen dem Drallkörper (2) und dem Tauchrohr (4) mindestens viermal so lang ist wie der Innendurchmesser (D) des Rohrstückes (1),

b) der ölabscheider und der Drosselschalldämpfer unter Einhaltung eines einheitlichen maximalen Adßendurchmessers (R) koaxial zusammengebaut sind und der hohlzylindrisch ausgebildete Schalldämpfer-

körpe; (8) von innen nach außen durchströmt ist

2. Schwebstoffilter-Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämpferkörper (8 bzw. 8') nach der folgenden Gleichung bemessen ist:

^L" ^{= 10 lg}

" ^{= 10 lg} Ap^2jb06 ■ R^2Ml -V¹¹⁶ · d^0fi53 ■ σ¹·⁵⁶⁸
mit

L_p = vom Schalldämpferkörper emittierter Schallpegel in 1 m Entfernung unter einem Winkel von 45° zur Hohlzylinderachse in dB;

q„ = Normvolumenstrom (Durchflußmenge) in mVh;

Ap = Druckverlust im Schalldämpfer in mbar;

R — Außenradius ues Hoh'zylinders in mm;

/ = LängedesHohlzylinci-jrsinmm;

d = Schichtdicke des Hohlzylinders in mm:

a = Porosität (Verhältnis des freien Porenvolumens zum Materialvolumen des Hohlzylinders).

3. Schwebstoffilter-Schalldämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der SeJidldämpferkörper (8 bzw. 8') bei vorgegebenem Druckverlust bemessen ist nach der Gleichung:

5.238

ΛP = 374,54

j 1,040 . ^1.047

4. Schwebstoffilter-Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämpferkörper (8 bzw. 8') bemessen ist nach der Gleichung:

.2.596

⁺³'⁵·

s —

f{ ^Die Erfindung betrifft einen Schwebstoffilter-Schalldämpfer für drucklufttechnische Anlagen nach dem Ober-

vji 55 begriff des Anspruchs 1.

F^{: Aus den} Abluftöffnungen drucklufttechnischer Anlagen werden von der ausströmenden Luft auch Schweb-

j.| Stoffe, wie öl- und Wassertröpfchen sowie staubförmige Partikel mitgeführt, die bei ungehindertem Austritt

; j Störungen und Schäden an Personen und Sachen hervorrufen können. Das gilt auch für der. aus den Abluftöff-

nungen austretenden Schall, der entweder schon im Inneren der Anlage oder vor allem beim Ausströmen der

, j 60 Luft entsteht. Zur Beseitigung dieser Störungen werden Schwebstoffilter-Schalldämpfer verwendet.

Aus der DE-OS 3Ö 01 486 ist ein SchwebstoffÜter-Schalldämpfer bereits bekannt. Dieser hat jedoch den Nachteil, daß er einen relativ großen Durchmesser aufweist. Bei mehreren Abluftöffnungen, die in geringen Abständen nebeneinanderliegen, kann nicht jede Abluftöffnung mit einem eigenen Schwebstoffilter-Schalldämpfer versehen werden, wenn ausreichende Schalldämpfung und Schwebstoffilterung gefordert sind. Aus der AT-PS 1 93 664 ist bekannt, daß ein ölabscheider als Drallabscheider ausgebildet werden kann. Aus der BE-PS 7 17 773 kann der Fachmann entnehmen, daß ein Drallabscheider und ein Schalldämpfer koaxial zusammengebaut werden können.

Aufgabe der f-rfindung ist es einen Sehwebstoffilter-Schalldämpfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1

derart weiterzubilden, daß Schwebstoffilter-Schalldäinpfer relativ leicht an vorgegebene Werte für die Schalldämpfung und Schwebstoffilterung und an vorgegebene Außendurchmesser anpaßbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst.

Die Erfindung ermöglicht es bei druckluftiechnischen Anlagen, die mehrere, in geringen Abständen nebeneinanderliegende Abluflöffnungen aufweisen, jede Abluftöffnung mit einem eigenen Sehwebstoffilier-Schalldänip- s fer zu versehen, bei ausreichender Schalldämpfung und Schwebstoffilterung.

Durch die Erfindung wird es ermöglicht daß durch konsequente Verkleinerung der charakteristischen Abmessungen auch wesentlich geringere Grenzteilchendurchmesser erreicht werden können. Gegenüber den bisher angewandiiii Drallabscheidern kann dabei insbesondere der Innendurchmesser und das Innendurchmesser-Längen verhältnis verkleinert werden.

Wesentlich ist bei dem Drallabscheider nach der Erfindung auch, daß infolge der axialen Komponente der Luftströmung der aus dem Flüssigkeits-Aerosol ausgeschiedene Flüssigkeits-Wandfiim in Richtung des Ringspaltes transportiert und dort zusammen mit einem Weinen 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 Kombination eines Drallabscheiders mit einein hohlzylindrischen Drosselschalldämpfer gewährleistet, daß die Abluft in gereinigtem Zustand den porösen Schalldämpferkörper durchströmt und deshalb nicht die Gefahr einer Zusetzung der Poren besteht.

Durch die Erfindung ist es möglich, die Abmessungen des Schalldämpferkörpers so zu optimieren, daß dieser an die Erfordernisse der Baueinheit und an die jeweiligen Betriebsverhältnisse angepaßt werd ■:.>. kann.

Für die erzieibare Schalldämpfung sind als wesentliche Parameter pneumatische Einfiußgröße τ (Normvolumenstrom q_n, Druckverlust Ap), geometrische Einflußgrößen (Länge /, Außenradius R, Schichtdicke d) und als strukturelle Einflußgröße die Porosität σ (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 Schwebstoffilter-Schalldämpfers nach der Erfindung, 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 2 angegeben. Der Druckverlust Ap hängt auch noch von den fünf anderen Parametern &b. Zur Ermittlung dieser Größe Ap, welche für die· Funktion der vorgeschalteten drucklufttechnischen Anlage meist von großer Bedeutung ist, dient die im Anspruch 3 angegebene Beziehung. Falls der Druckverlust nicht bekannt ist kann eine Berechnung nach der Regel im Anspruch 4 erfolgen.

Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schwebstoffilter-Schalldämpfers sowie eine Skizze und Diagramme für die Bemessung eines hohlzylindrischen Drosselschalldämpfer sind in den Figuren beispielsweise dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Schwebstoffilter-Schaüdärnpfer im Längsschnitt

F i g. 2 eine Stirnansicht des Schwebstoffilter-Schalldämpfers nach der F i g. 1,

F i g. 3 eine andere Ausführung des Schwebstoffilter-Schalldämpfers,

F i g. 4 eine schematische Darstellung eines hohlzylindrischen Drosselschalldämpfers mit Angabe der Einflußgrößen, F i g. 5 ein ebenes Kennliniendiagramm für einen Drosselschalldämpfer gemäß F i g. 4,

F i g. 6 ein räumliches Kennliniendiagranim.

Der in der F i g. 1 dargestellte Schwebstoffilter-Schalldämpfer wird mit einem Anschlußstutzen 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 Drallköiper 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 mitgeführten Schwebstoffe (hauptsächlich 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 α zur Achsebene höchstens 45° betragen soll. Die Länge L des Drallkörpers soll mindestens so groß sein wie sein Außendurchmesser bzw. der damit übereinstimmende Innendurchmesser D des Röhrst:" L-kes 1. Die an den Drallkörper 2 anschließende Drallstrecke .SV im Inneren des Rohrstückes 1 muß eine für die Abscheidung des Öls an der Rohrwand ausreichende Länge (S/ > 3D) 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 Rohrstückerides einen Ringspalt 3, durch den das an der Wand der Drallstrecke abgeschiedene öl einschließlich der in diesem enthaltenen fesien Partikel (Staub, Dichtungsabrieb) durch Schub- und Druckkräfte des Luftstromes gefördert und dadurch vom Hauptluftstrom getrennt wird. Damit auch d;is an den Flügeln 14 des Drallkörpers 1 abgeschiedene Öl an die Wand des Rohrstückes 1 gelangt, sind die Flügel 14 nach hinten gepfeilt.

Durch den Kingspalt 3 gelangt das Öl über einen Ringkanal 5 in einen Abscheideraum 6, der das Rohrstück 1 ringförmig umgibt. Im unteren Wandteil des Abscheideraumes sind öffnungen 7 angebracht, durch welche das öl und ein ebenfalls den Ringspalt 3 passierender geringer Nebenluftstrom abgeleitet werden.

In Verlängc.-üPg des Rohrstückes 1 ist, koaxial zu daesem, ein hohlzyiindrischer Schalldämpferkörper 8 aus porösem Material angeordnet, der von dem gereinigten Hauptluftstrom von innen nach außen durchströmt wird. Der Schalldämpfer körper 8 muß so bemessen sein, daß er bei zulässigem Druckverlust eine ausreichende Schalldämpfung bewirkt.

Der Zusammenhalt der Komponenten des ölabscheider erfolgt durch die rohrförmige Außenwand des Abscheideraumes 6, die auf flanschartigen Teilen 15 bzw. 16 des Rohrstückes 1 und des Tauchrohres 4 /.entricri ist. Der hohlzylindrische Schalldämpferkörper 8 ist an dem Flansch 16 des Tauchrohres 4 über eine die Bohrung 9 des Körpers 8 verschließenden Deckplatte 10 und Spannschrauben 17 befestigt. Die gesamte Baueinheit des aus dem Drallabscheider und dem Drosselsihalldämpfer zusammengesetzten Schwebstoffiiier-Schalldämpicr bildet somit einen langgestreckten zylindrischen Körper, der bei einem ausgeführten Prototyp eine Lange von 140 mm. einen Außendurchmesser von 40 mm, einen Bohrungsdurchmesser von 16 mm und einen Anschluß mit R V₂" Rohrgewinde aufweist.

Die Fig. 2 zeigt eine auf den Gewindestutzen 13 gerichtete Stirnansicht des Filterschalldämpfers nach der F i g. 1. Aus der F i g. 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 Anordnungen nach F i g. 1 und 2 als reine Drallabscheider zu verwenden.

In der eine andere Ausführungsform des Schwebstoffilter-Schalldämpfers darstellenden F i g. 3 tragen die mit der F i g. 1 übereirstimmenden Teile dieselben Bezugszeichen. Für gleichartige aber anders gestaltete Bauteile sind dieselben Bezugszahlen mit einem Beistrich versehen.

Der Schwebstoffilter-Schalldämpfer nach der F i g. 3 unterscheidet sich von dem zu den Fig. I 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 !6' des Tauchrchres 4' nr.d durch eine Abschiußkappe J2 verlaufen. Zwischen dem Taucnrohrflansch 16, einem hinteren Flansch 19 des Rohrstückes Γ 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 Γ mit radialem Abstand umgibt. Bei etwa gleichen Leistungen kann durch die in Fig.3 dargestellte Konstruktion eine geringe Länge der Baueinheit verwirklicht werden.

In der schematischen Skizze gemäß der F i g. 4 eines hohlzyündrischen, porösen Drossclschalldämpfers, wie er bei den Schwebstoffilter-Schalldämpfern nach den F i g. 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. L_pmj, = 70dß. Dabei ist meist auch eine obere Grenze für den Druckverlust im Schalldämpfer vorgegeben, um eine einwandfreie Funktion der drucklufttechnischen Anlage zu gewährleisten, z. B. Ap_max = 350 mbar.

Aufgrund dieser Voraussetzungen ergeben sich beispielsweise aus dem Kennliniendiagramm nach der F i g. 5. das auf der Gleichung gemäß dem Patentanspruch 2 bei Annahme bestimmter konstanter Werte für q,_h R, O=const (in der Figur angegeben) folgende Abmessungen des Schalldämpferkörpers:
Innenradiu5r=9,5 mm. Schichtdicke d=R—r= 10,5 mm, Länge/=56,5 mm.

Eine genauere Interpolation zwischen den Kurven ist mit der dreidimensionalen Darstellung gemäß der F i g. 6 möglich, deren Randbedingungen mit denen der F i g. 5 übereinstimmen.

Bei dem in der F i g. 1 dargestellten, erfindungsgemäßen Schwebstoffilter-Schalldämpfer waren die folgenden Ausgangsbedingungen gegeben:

q„ = 90 mVh, L_p< 85 dB. p_mj, = 500 mbar, R = 20 mm.

Die ausgeführte Gesamtanordnung weist einen Druckverlust von /Ipcn"560 mbar auf. Der Druckverlust

über dem Drosselschalldämpferteil beträgt (ähnlich wie bei dem vorhergehenden Beispiel) ,φ=330 mbar. Bei einer Baulänge des Schalldämpferkörpers 8 von /=50 mm und einer Porosität von σ=0,88 ergibt die Berechnung des Schallpegels einen Wert von Z,_p = 70dB. Die experimentelle Überprüfung erbrachte eine Abweichung von nur +2 dB.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schwebstoffilter-Schalldämpfer für drucklufttechnische Anlagen zum Anschluß an deren Abluftöffnungen, bestehend aus einem Ölabscheider sowie aus einem diesem nachgeschalteten Drosselschaüdämpfer, mit

einem von der gereinigten Hauptluft durchströmten, porösen Schalldämpferkörper, wobei der ölabscheider

aus einem geraden Rohrstück besteht, das am Umfang seines anderen Endes einen achsparallelen Ringspalt aufweist, der durch die Innenfläche des Rohrstückendes und durch ein in dieses mit geringem radialen Abstand eingesetztes Tauchrohr gebildet ist und in einen Abscheideraum mit öffnungen für die Ableitung des Öles und eines Nebenluftstromes mündet, und wobei der Ölabscheider und der Drosselschalldämpfer mit ίο dem Ölabscheider eine Baueinheit bilden, wobei poröses Material so angeordnet ist, daß es die gereinigte

Hauptluft durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß