DE60214419T2

DE60214419T2 - Gasexpansionsschalldämpfer

Info

Publication number: DE60214419T2
Application number: DE60214419T
Authority: DE
Inventors: Claude Friou
Original assignee: Bertin Technologies SAS
Current assignee: Bertin Technologies SAS
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2022-10-26
Also published as: ATE338196T1; US7416050B2; WO2003040527A1; FR2832181A1; PT1451451E; EP1451451B1; DK1451451T3; FR2832181B1; DE60214419D1; ES2271379T3; US20040256174A1; EP1451451A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasexpansionsschalldämpfer, mit einem röhrenförmigen Ansatzstück zum Anschluss an eine Zuleitung von Druckgas, das mit Unterschallgeschwindigkeit strömt, und einer Niederdruckstufe, die mit dem Ansatzstück durch Löcher zur Gasdurchströmung mit Schallgeschwindigkeit verbunden ist und die an ihrem dem Ansatzstück entgegengesetzten Ende Öffnungen zum Gasaustritt mit Unterschallgeschwindigkeit aufweist, wobei die Niederdruckstufe vollständig mit einer porösen Metallpackung gefüllt ist.
Ein derartiger Schalldämpfer ist in dem Dokument EP-A-0 404 801 beschrieben und als Einspritz- oder Strahldüse zur Expansion eines Gases insbesondere in einer Gebläsevorrichtung verwendbar, die eine Reihe dieser Schalldämpfer umfasst, denen zum Enteisen von Lufteintrittsfiltern großer Kompressoren oder großer Gasturbinen Warmluft zugeführt wird. Er ermöglicht ein Dämpfen des Lärms, der durch eine unmittelbare Schallexpansion im Freien erzeugt würde, um etwa 25 bis 45 dB bei gleichem Austrittsquerschnitt der Warmluft und weist zahlreiche Vorteile bezüglich konkurrierender Vorrichtungen nach dem Stand der Technik auf, wie in dem oben genannten Dokument EP-A-0 404 801 beschrieben, auf das erforderlichenfalls verwiesen werden kann und dessen Inhalt unter Verweis darauf hier mit einbezogen ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Weiterbildungen dieses Schalldämpfers, die es erlauben, seinen Wirkungsgrad und seine Leistungsfähigkeit noch zu erhöhen.
Hierzu schlägt sie einen Gasexpansionsschalldämpfer der vorstehend beschriebenen Art vor, mit einem röhrenförmigen Ansatzstück zum Anschluss an eine Zuleitung von Druckgas, das mit Unterschallgeschwindigkeit strömt, und einer Niederdruckstufe, deren eines Ende mit dem Ansatzstück durch eine Reihe von Eintrittslöchern zur Durchströmung von Gas mit Schallgeschwindigkeit kommuniziert und deren anderes Ende Öffnungen zum Gasaustritt mit Unterschallgeschwindigkeit aufweist, wobei die Niederdruckstufe vollständig mit einer porösen Metallpackung gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckstufe wenigstens zwei miteinander kommunizierende, axial aneinander stoßend montierte zylindrische Teile unterschiedlichen Durchmessers aufweist, wobei der Teil mit kleinerem Durchmesser mit dem oben genannten Ansatzstück verbunden ist und der Teil mit größerem Durchmesser die Gasaustrittsöffnungen umfasst, wobei die axialen Längen der zylindrischen Teile der Niederdruckstufe so festgelegt sind, dass das Ende des Teils mit kleinem Durchmesser, das mit dem Ende des Teils mit großem Durchmesser verbunden ist, zwischen den Eintrittslöchern und den Austrittsöffnungen eine Abschirmung bildet.
Dank dieser Merkmale der Niederdruckstufe wird ein Abschirm- oder Ablenkeffekt zwischen den Gaseintrittslöchern und den Austrittsöffnungen erzeugt, wobei dieser Abschirm- oder Ablenkeffekt eine zusätzliche Schalldämpfung des aus der Schallexpansion des Gases in den Eintrittlöchern resultierenden Lärms bewirkt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Austrittsöffnungen in der zylindrischen Wand des Teils mit großem Durchmesser gebildet und werden durch eine im Wesentlichen radiale Gasströmung gespeist.
Auf diese Weise wird der oben genannte Ablenkeffekt verstärkt, da die Gasaustrittsöffnungen den Eintrittslöchern nicht unmittelbar gegenüberliegen.
Die radiale Gasströmung zu den Austrittsöffnungen erlaubt zudem eine im Wesentlichen gleichmäßige Beaufschlagung dieser Öffnungen, so dass die Austrittsgeschwindigkeit des Gases in diesen Öffnungen im Wesentlichen konstant ist. Es werden somit Übergeschwindigkeiten vermieden, die geeignet sind, Lärm am Ausgang der Niederdruckstufe zu erzeugen.
Vorteilhafterweise können die Austrittsöffnungen, die in dem zylindrischen Teil mit größerem Durchmesser ausgebildet sind, entlang einer einzigen Kreislinie verteilt sein, wodurch die Gleichmäßigkeit ihrer Beaufschlagung noch verbessert wird.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung weist die Niederdruckstufe wenigstens einen dritten zylindrischen Teil auf, der den Teil mit kleinerem Durchmesser mit dem Teil mit größerem Durchmesser verbindet und einen Durchmesser hat, der zwischen dem vorstehend genannten kleineren und größeren Durchmesser liegt.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Ein- oder Ausblasen von Gas, mit einer Vielzahl von Schalldämpfern, die über parallele, an einen Zuleitungsverteiler angeschlossene Rampen versorgt werden, wobei sich die Vorrichtung dadurch auszeichnet, dass die Schalldämpfer vom vorstehend beschriebenen Typ sind.
Allgemein erlaubt die Erfindung eine stärkere Schalldämpfung des durch die Schallexpansion des Gases erzeugten Lärms, wobei diese Schalldämpfung gegenüber dem Lärm, der bei gleichem Austrittsquerschnitt durch eine unmittelbare Schallexpansion des Gases im Freien entstehen würde, bei etwa 35 bis 55 dB liegt.
Man gewinnt demnach etwa zwischen 5 und 10 dB gegenüber dem in dem vorstehend genannten Dokument EP-A-0 404 801 beschriebenen Schalldämpfer.
Durch die nachfolgende Beschreibung, die beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung angeführt ist, die eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers im axialen Teilschnitt zeigt, wird die Erfindung verständlicher und es werden weitere Merkmale, Details und Vorteile der Erfindung deutlich.
Der in der Zeichnung dargestellte Schalldämpfer 10 umfasst ein röhrenförmiges Ansatzstück 12, das aus einem Massivteil aus zum Beispiel nichtrostendem Stahl gebildet ist und einen axialen zylindrischen Durchlass 14 aufweist, von dem ein offenes Ende dazu bestimmt ist, an eine Zuleitung A von mit Unterschallgeschwindigkeit strömendem Gas angeschlossen zu werden, und dessen entgegengesetztes Ende durch eine quer verlaufende Bodenwand 18 verschlossen ist, in der zum Beispiel durch Bohren Löcher 20 parallel zur Achse ausgebildet sind, bei denen es sich um die Löcher zum Gaseintritt in eine Niederdruckstufe 22 handelt.
Diese Niederdruckstufe 22 weist eine Metallummantelung auf, die aus zwei zylindrischen Teilen 24, 26 unterschiedlichen Durchmessers gebildet ist, von denen der Teil 24 mit kleinerem Durchmesser mit dem Zuleitungsansatzstück 12 verbunden ist und der Teil 26 mit größerem Durchmesser mit dem Teil 24 verbunden ist und Öffnungen 28 zum Gasaustritt in die Umgebung aufweist.
Die Öffnungen 28 sind in einer zylindrischen Wand des Teils 26 mit größerem Durchmesser ausgebildet und hier entlang einer einzigen Kreislinie verteilt. Alternativ könnten diese Öffnungen 28 auch entlang mehrerer Kreislinien verteilt und von einer Kreislinie zur anderen versetzt angeordnet sein.
Die beiden Teile 24, 26 sind miteinander durch eine quer verlaufende Wand 30, die zum Beispiel durch Schweißen befestigt ist, dicht verbunden und kommunizieren über ihre Innenräume. Das Ende des zylindrischen Teils 26 mit größerem Durchmesser, das auf der dem Teil 24 mit kleinerem Durchmesser abgewandten Seite liegt, ist durch eine quer verlaufende Bodenwand 32 dicht verschlossen, die auf die zylindrische Wand des Teils 26 zum Beispiel geschweißt ist.
Die durch die zylindrischen Teile 24 und 26 gebildete Niederdruckstufe ist von ihrem mit dem Ansatzstück 12 verbundenen Ende bis zu der den Teil 26 mit größerem Durchmesser verschließenden Bodenwand 32 vollständig mit einer porösen Metallpackung 34 gefüllt.
Wie in dem vorstehend genannten früheren Dokument angegeben, kann es sich bei dieser Metallpackung um einen offenzelligen Metallschaum, der eine Porosität von über 50% hat, oder ein Metallgewirk, das geprägt und zum Bilden eines Zylinders dicht zusammengerollt ist, oder auch ein Maschendrahtgewebe, das zum Bilden einer engen zylindrischen Rolle zusammengerollt ist, handeln. Vorzugsweise liegt die Porosität der Metallpackung 34 etwa zwischen 85 und 95%.
Der erfindungsgemäße Schalldämpfer ist aus einfachen Elementen gebildet, die kostengünstig und leicht zu montieren sind. Wie in der Zeichnung dargestellt, ist der zylindrische Teil 24 mit kleinerem Durchmesser mit seinem Ende auf einen Absatz 36 des Umfangs der Bodenwand 18 des Ansatzstücks 12 gesteckt und an dieser Bodenwand zum Beispiel durch Schweißen befestigt.
Die axialen und radialen Maße der Teile 24, 26 der Niederdruckstufe 22 sind derart, dass die Austrittsöffnungen 28 den Eintrittslöchern 20 nicht unmittelbar gegenüberliegen, was auf die Gasströmung in der Niederdruckstufe einen Ablenk- oder Abschirmeffekt hat. Dieser Ablenk- oder Abschirmeffekt bewirkt eine zusätzliche Reflexion der akustischen Wellen und verstärkt die Dämpfung des durch die Schallexpansion des Gases in den Eintrittslöchern 20 erzeugten Lärms.
Durch diesen Ablenkeffekt werden die Austrittsöffnungen zudem durch eine im Wesentlichen radiale Gasströmung beaufschlagt, die gleichmäßiger und gleichförmiger ist als in dem vorstehend genannten früheren Dokument. Übergeschwindigkeiten in den Austrittsöffnungen 28 werden somit vermieden, ebenso wie die Geräusche, die durch diese Übergeschwindigkeiten erzeugt würden.
Das Verhältnis zwischen der Summe der Querschnitte der Austrittsöffnungen 28 zur Summe der Querschnitte der Eintrittslöcher 20 liegt bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer etwa zwischen 5 und 500, wodurch eine Gasströmung mit geringer Unterschallgeschwindigkeit in den Austrittsöffnungen 28 gewährleistet wird.
In einer Ausführungsvariante kann der erfindungsgemäße Schalldämpfer in der Niederdruckstufe 22 mehr als zwei zylindrische Teile unterschiedlichen Durchmessers umfassen, zum Beispiel wenigstens drei zylindrische Teile, deren Durchmesser zwischen dem Zuleitungsansatzstück 12 und den Öffnungen zum Gasaustritt in die Umgebung zunehmend abgestuft sind.
Der erfindungsgemäße Schalldämpfer ist vorteilhafterweise aus nichtrostendem Stahl ausgeführt und mit korrosiven Gasen oder Gasen mit hohen Temperaturen (zum Beispiel bis etwa 600°C) verwendbar, die mit einem Druck zugeführt werden, der etwa 50 bar erreichen kann. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel hat der Teil 24 einen Außendurchmesser von etwa 90 mm, der Teil 26 einen Außendurchmesser von etwa 170 mm, die Gesamtlänge beträgt etwa 230 mm und der Gasdurchfluss (Luft, Wasserdampf oder sonstiges) kann zwischen etwa 50 und 300 g/s schwanken.
Bei einigen Anwendungen kann alternativ der Teil 26 durch ein perforiertes Blech oder ein Gitter begrenzt sein. Umgibt ein Gitter die poröse Metallpackung 34, so bestimmt die Porosität Letzterer den Austrittsquerschnitt des expandierten Gases.

Claims

Gasexpansionsschalldämpfer, mit einem röhrenförmigen Ansatzstück (12) zum Anschluss an eine Zuleitung von Druckgas, das mit Unterschallgeschwindigkeit strömt, und einer Niederdruckstufe (22), die mit dem Ansatzstück (12) durch eine Reihe von Löchern (20) zum Eintritt von mit Schallgeschwindigkeit strömendem Gas kommuniziert und die Öffnungen (28) zum Gasaustritt mit Unterschallgeschwindigkeit aufweist, wobei die Niederdruckstufe vollständig mit einer porösen Metallpackung (34) gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckstufe (22) wenigstens zwei miteinander kommunizierende zylindrische Teile (24, 26) unterschiedlichen Durchmessers aufweist, wobei der Teil (24) mit kleinerem Durchmesser mit dem oben genannten Ansatzstück (12) verbunden ist und der Teil (26) mit größerem Durchmesser die Gasaustrittsöffnungen umfasst, wobei der Teil mit kleinem Durchmesser (24) mit dem Teil mit großem Durchmesser (26) durch eine Krümmung verbunden ist, die zwischen den Eintrittslöchern (20) und den Austrittsöffnungen (28) eine Abschirmung bildet.
Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (28) in einer zylindrischen Wand des Teils mit großem Durchmesser (26) gebildet sind und durch eine im Wesentlichen radiale Gasströmung gespeist werden.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (28) entlang einer einzigen Kreislinie verteilt sind.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckstufe (22) wenigstens einen dritten zylindrischen Teil aufweist, der den Teil mit kleinerem Durchmesser (24) mit dem Teil mit größerem Durchmesser (26) verbindet und einen Durchmesser hat, der zwischen dem kleineren und dem größeren Durchmesser liegt.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Summe der Querschnitte der Aus trittsöffnungen (28) zur Summe der Querschnitte der Eintrittslöcher (20) etwa zwischen 5 und 500 liegt.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpackung (34) eine Porosität von etwa 85–95% hat.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oben genannte Ansatzstück einstückig ausgebildet ist und einen zylindrischen Durchlass (14) aufweist, von dem ein offenes Ende dazu bestimmt ist, an die Druckgaszuleitung angeschlossen zu werden, und dessen entgegengesetztes Ende durch eine quer verlaufende Bodenwand (18) geschlossen ist, in der die Eintrittslöcher (20) ausgebildet sind.
Schalldämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Niederdruckstufe mit kleinerem Durchmesser (24) mit seinem zylindrischen Ende auf einen Absatz (36) der Bodenwand (18) des Ansatzstücks gesteckt ist und zum Beispiel durch Schweißen auf diesem Absatz befestigt ist.
Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil (26) mit großem Durchmesser durch ein perforiertes Blech oder ein Gitter begrenzt ist.
Vorrichtung zum Ein- oder Ausblasen von Gas, mit einer Vielzahl von Schalldämpfern (10), die über parallele, an einen Zuleitungsverteiler angeschlossene Rampen versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalldämpfer (10) von dem in einem der vorhergehenden Ansprüche beschriebenen Typ sind.