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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine schallgedämpfte Blasdüse zum Abstrahlen eines Gasmediums,
insbesondere Luft, unter hohem Überdruck.
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Beschreibung
des technischen Hintergrunds
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Für viele
Jahre sind in der Maschinenbauindustrie Blasdüsen eines so genannten „leisen
Typs" verwendet
worden, d. h. Blasdüsen,
die für
eine gegebene Blaskraft bzw. -Stärke
beträchtlich
leiser sind als entsprechende Standard-Blasdüsen. Zu dieser Gruppe von Blasdüsen gehören konisch
zulaufende Schlitzdüsen
vom Typ Silvent® 511
und 512, Düsen mit
gekröpften
Löchern
(cupped hole nozzles) vom Typ Silvent® 208
und 209 und Blasdüsen
mit flachen Enden, Typ Silvent® 701–720. Diese Blasdüsen werden
für niedrige
und mittlere Blasstärken
und Blasentfernungen verwendet. So genannte „große Gebläse" werden verwendet, wo große Blasstärken über lange
Strecken erforderlich sind. Zu dieser Gruppe gehören Aggregate, die aus einer
großen
Anzahl von zusammenwirkenden Lochdüsen bestehen, die zu der Silvent® 1100
und 1200 Serie des gleichen Anmelders gehören. Diese Werkzeuge werden
zum Beispiel für
Anwendungen in Stahlwerken, Papiermühlen und Gießereien
zum Reinigen, Kühlen, Trocknen
etc. verwendet.
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Jedoch
werden in bestimmten Fällen
innerhalb der Zellstoff- und Papierindustrie Blasdüsen mit noch
höheren
Luftströmen
verwendet, die aufgrund der Expansion des Luftstroms, nachdem er
die Düse verlassen
hat, extrem hohe Lärmpegel
erzeugen. Der Bediener kann einem Niveau von annähernd 115 dB (A) ausgesetzt
sein, und für
anderes Personal in der Nähe
der Entladung ist es in dem Bereich von 100–110 dB (A) nicht ungewöhnlich.
Da die Düse häufig für plötzliche
Unterbrechungen in der Herstellung in der Fabrik erforderlich ist,
z. B. wenn eine Papierbahn aus der Bahn gerät, werden hohe Anforderungen
für sofortiges
Handeln an das Personal gestellt. Häufig hat man einfach nicht
die Zeit, einen Gehörschutz aufzusetzen,
was in unglücklichen
Fällen nach
nur einigen wenigen Sekunden, in denen man dem ausgesetzt ist, einen
dauerhaften Hörschaden bedeuten
kann.
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Man
kann sagen, dass die kraftvollen Luftdüsen, die in der Zellstoff-
und Papierindustrie verwendet werden, zwei Bereiche der Anwendung
haben. In einem Fall wird die Luft im Zusammenhang mit dem Start
der Papiermaschine als eine Trageoberfläche für die Papierbahn verwendet, „zieht
das Vorderende".
In diesem Fall muss die Luft als eine Führung arbeiten und helfen,
das Papier zwischen Rollen in die Papiermaschine zu lenken. In diesem
Fall ist es angebracht, dass der Fluss mittelmäßig groß ist und dass er über eine
große
Fläche
verteilt ist. Der andere Fall ist, wenn die Papierbahn gerissen
ist und eine schnell anwachsende Menge an Papier sofort von der
Maschine weggeblasen werden muss, wobei gleichzeitig das vordere
Ende in die korrekte Stellung gelenkt werden muss. Zum Reinigen
ist ein sehr starker, konzentrierter Luftstrom erforderlich, der
dazu neigt, die Bahn auch auf große Entfernungen von der Düse selbst
auseinander zu reißen;
die Entfernung kann bis zu 10 m erreichen! Andere Vorrichtungen zum
Erfüllen
dieser Ansprüche
sind in der bekannten Technologie nicht verfügbar. Bestimmte begrenzte Aufgaben
können
durch Blasdüsen
mit einer festen Installation gehandhabt werden, aber in jeder wesentlichen
Arbeit ist die per Hand geregelte Blasdüse, welche extrem hohe Lärmpegel
erzeugt, notwendig, um die erforderliche Flexibilität in der
Verwendung zu ergeben.
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Kurze Offenbarung
der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine effiziente Blasdüse anzubieten,
mit der eine deutlich höhere
und/oder leisere Blaskraft für
eine gegebene Frontfläche
erreicht werden kann als mit entsprechenden bekannten Düsen.
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Die
Erfindung ist speziell entwickelt worden, um die vorstehend genannten
Probleme zu lösen
und Anforderungen in der Zellstoff- und Papierindustrie zu erfüllen, und
zielt hierdurch darauf, eine Blasdüse anzubieten, die sehr große Blasstärken bei
deutlich niedrigeren Lärmpegeln
als bei vergleichbaren herkömmlichen
Düsen erzeugen
kann. Andere Gebiete in denen diese Düsen verwendet werden können, sind
z. B. Stahlwerke, Gießereien
etc. Die Prinzipien der Erfindung können jedoch auch auf Düsen für kleine
oder mittlere Blasstärken
angewendet werden, bei denen die Düse gemäß der Erfindung herkömmliche oder
schallgedämpfte
Blasdüsen
ersetzen kann, die in der Maschinenbauindustrie eingesetzt werden.
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Um
die erwünschten
Blasstärken
zu erreichen, umfasst die Düse
gemäß der Erfindung
zumindest eine erste Entladungsöffnung
in einem zentralen Teil der Düse,
wobei die erste Entladungsöffnung
divergiert, geeignet als Lavaldüse
gebildet ist, um dem entladenen Gas, normalerweise Luft, bei dem
Druck, der direkt hinter der Entladung vorherrscht, Überschallgeschwindigkeit
zu verleihen. Für
eine korrekt geformte Lavaldüse
wird der Druck der Luft/des Gases vollständig in kinetische Energie
umgewandelt, was bedeutet, dass der Gasstrom nicht seitwärts expandiert,
nachdem er die Düse
verlassen hat, wie es bei herkömmlichen
Düsen der
Fall ist, bei denen die Expansion intensiven Lärm erzeugt. Ein starker Lärm tritt
dennoch auf, wenn Gas mit Überschallgeschwindigkeit
aus einer korrekt bemessenen Lavaldüse fließt. Es wird angenommen, dass
dies erzeugt wird durch eine heftige Turbulenz, die in dem Grenzbereich
zwischen dem Luft/Gasstrom, der mit einer sehr hohen Geschwindigkeit
vorwärts
strömt,
und der umgebenden Luft. Die Erfindung zielt darauf, dieses Problem
zu lösen.
Gemäß der Erfindung
wird die Wirbelbildung in einem Gas, das mit Überschallgeschwindigkeit in
einem Kernstrom nahe der ersten Entladungsöffnung austritt, und damit
die Erzeugung eines hochfrequenten Geräuschs innerhalb des hörbaren Bereichs
derart unterdrückt,
dass der Kernstrom von einem Gasstrom umgeben ist, der in die Richtung
des Kernstroms gerichtet ist, und der die Wirbelbildung des Kernstroms
nahe der Entladungsöffnung
verhindert oder deutlich verringert, wodurch der anfänglich hauptsächlich laminare
Charakter des Kernstroms in hohem Maße aufrechterhalten wird, zumindest
in einem kritischen Bereich nahe der Entladung, wo die Geschwindigkeit
des Kernstroms am größten ist.
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Die
Erfindung basiert daher auf dem Zusammenwirken von zwei Prinzipien:
- 1. Der Kernstrom wird so gebildet bzw. geformt, dass
die Arbeitskapazität
davon maximal wird, dadurch dass der Kernstrom, der durch eine sich
erweiternde (divergierenden) Ausgangs(Entladungs)-Öffnung abgestrahlt
wird, die so geformt ist – bevorzugt
in der Form einer Lavaldüse – dass die
innere Energie des Gases unter dem Einfluss des Drucks, der direkt
hinter der Ausgangsöffnung
vorherrscht, fast vollständig
in Geschwindigkeit umgewandelt wird. Für die Bemessungsbereiche, die
für die
Erfindung spezifisch sind, liegt die Geschwindigkeit in dem Entladungsabschnitt
der Düse
weit oberhalb der Schallgeschwindigkeit.
- 2. Die Bildung einer Turbulenz um den schnell ausströmenden Kernstrom
wird dadurch verringert, dass der Kernstrom von einem schützenden Gasstrom
umgeben ist, der in die Richtung des Kernstroms gerichtet ist. Die
Geschwindigkeit des umgebenden Flusses soll niedriger sein als die des
Kernstroms. Der schützende
Gasstrom wird von einer großen
Anzahl von kleineren Ausgangs(Entladungs)-Öffnungen freigesetzt, die um den
Kernstrom herum gelegen sind – dies
dient dazu, eine Wirbelbildung aufgrund des Zusammenwirkens mit
der umgebenden Luft zu verhindern, und dadurch ebenso die Erzeugung
von Geräuschen
innerhalb des hörbaren
Bereichs zu unterdrücken.
Die am meisten bevorzugte Bedingung wird erreicht, wenn die Geschwindigkeit
des schützenden
Gasstroms mit zunehmender Entfernung von der Mittellinie nach und
nach abnimmt.
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Akustisch
bedeutet die Kombination dieser Prinzipien, dass die Geräuscherzeugung
vergleichsweise niedrig wird, dadurch, dass die Turbulenz des Kernstroms
in einem Bereich stromabwärts
der Entladungsmündung
unterdrückt
wird, in dem anderenfalls eine starke Erzeugung eines hochfrequenten Geräuschs innerhalb
des hörbaren
Bereichs stattfindet.
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Mechanisch
bedeutet die Kombination eine Düse
mit einem sehr hohen Grad an Effizienz, da der umgebende Gasstrom
in dem kritischen Bereich nach der Mündung durch die umgebende stationäre Luft
eine unbedeutende Verlangsamung der Geschwindigkeit des Kernstroms
bewirkt, da das meiste der mechanischen Arbeit beim Beschleunigen
der stationären
Luft in der Richtung des Kernstroms von dem umgebenden Gasstrom
ausgeführt
wird.
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Das
außerordentliche
Merkmal der Erfindung ist daher, dass die Blasdüse in einem zentralen Teil
davon mindestens eine erste Ausgangs(Entladungs)-Öffnung aufweist,
die geformt ist, um einen Kernstrom von Gas mit Überschallgeschwindigkeit zu
erzeugen, und dass der zentrale Teil von einem umfänglicheren
Teil umgeben ist, der eine Anzahl zweiter Entladungsöffnungen
in einer Entfernung voneinander und von der/den ersten Entladungsöffnungen)
enthält,
wobei die zweiten Entladungsöffnungen
geformt sind, um einen Gasstrom mit niedrigerer Geschwindigkeit
als der des Kernstroms zu erzeugen, bevorzugt eine Geschwindigkeit
gleich der Schallgeschwindigkeit, wobei der Gasstrom den Kernstrom
umgibt und die gleiche Richtung aufweist.
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Die
erste Entladungsöffnung
kann an dem schmalsten Abschnitt einen Durchmesser von bis zu zwischen
2 und 20 mm aufweisen, bevorzugt bis zu zwischen 4 und 10 mm, bevorzugt
maximal 7 mm und am meisten bevorzugt bis zu zwischen 5 und 6 mm.
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Die
zweiten Entladungsöffnungen,
insbesondere wenn diese in dem Umfang bzw. der Peripherie der Blasdüse angeordnet
sind, können
vorteilhaft als dünne
Schlitzöffnungen
geformt sein, die sich radial über
die projizierte Endfläche
der Düse
erstrecken, senkrecht zu der longitudinalen Achse davon. Eine Blasdüse mit solchen
schlitzförmigen,
radial ausgerichteten Entladungsöffnungen
in dem Umfang der Düse
zu bilden, ist per se aus z. B.
EP
0224555 bekannt, und das Prinzip wird in der 700er Serie
von Silvent AB angewendet, siehe oben, hat aber gemäß der Erfindung
zumindest zwei Funktionen in der Düse. Erstens wirken die umfänglichen
Entladungsöffnungen
so, dass die Blasstärke
ein hohes Maß an
Effizienz auch bei großen
Entfernungen erreicht, zweitens dämpft der Gasstrom, der durch
die umfänglichen Öffnungen
ausströmt
und den zentralen Gasstrom umgibt, der mit Überschallgeschwindigkeit ausströmt, das
anderenfalls starke Geräusch,
das sich durch das Zusammenwirken des zentralen Gasstroms mit Überschallgeschwindigkeit
und der umgebenden Luft bildet, indem die Turbulenz des Kernstroms
in einem kritischen Bereich unterdrückt wird. Daher ist der Lärm bei Versuchen,
die mit Blasdüsen gemäß der Erfindung
ausgeführt
wurden, und im Vergleich mit einer herkömmlichen Düse in der Papierindustrie,
bei einem Arbeitsdruck von 500 kPa, von 115 dB (A) für die herkömmliche
Düse auf
100 dB (A) für die
neue Düse
verringert worden, und dies mit beibehaltener oder verstärkter Blaskraft.
Diese außergewöhnlich wirksame
Verringerung im Lärm
kann eingesetzt werden, um bei vorhandener Druckluftausrüstung die
Arbeitsbedingungen deutlich zu verbessern und/oder um neue Ausrüstung deutlich
weniger kostenintensiv zu machen.
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Beginnend
mit der Theorie, dass eine gute Verringerung beim Lärm durch
eine sukzessiv abnehmende Differenz in der Entladungsgeschwindigkeit
von dem zentralen Kernstrom zu der umgebenden Luft begünstigt wird,
kann man ebenso in Betracht ziehen, dass weitere Entladungsöffnungen – tertiäre, vierte,
etc. – zwischen
den ersten und den zweiten Entladungsöffnungen angeordnet werden, wodurch
diese zwischenliegenden (interjacent) Entladungsöffnungen so geformt werden
können,
dass das Gas, welches aus diesen Öffnungen strömt, ebenso Überschallgeschwindigkeit
erreicht, obwohl nicht so hoch wie die Überschallgeschwindigkeit des zentralen
Stroms. Mit dieser Entwicklungs-Ausführungsform sollten die tertiären Entladungsöffnungen, die
um die erste(n) Entladungsöffnungen)
angeordnet sind, daher so geformt werden, um eine Luftgeschwindigkeit
zu ergeben, die nur etwas geringer ist als die Geschwindigkeit in
dem Kernstrom, während, wenn
noch weitere Entladungsöffnungen,
hier als vierte Entladungsöffnungen
bezeichnet, zwischen den tertiären
und zweiten Entladungsöffnungen
angeordnet sind, die vierten Endladungsöffnungen so geformt werden,
dass sie eine Luftgeschwindigkeit ergeben, die etwas höher ist
als Schallgeschwindigkeit, allerdings niedriger als die Geschwindigkeit
von den tertiären
Entladungsöffnungen,
und so weiter.
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Die
möglicherweise
auftretenden tertiären, vierten
etc. Entladungsöffnungen
können
ebenfalls als Lavaldüsen
geformt werden, um Überschallgeschwindigkeit
möglich
zu machen, um aber nicht die maximal mögliche Überschallgeschwindigkeit zu
ergeben, sollte eine Form von Druckminderer, z. B. ein Drosselflansch
oder eine ähnliche
Verengung in den Einlassleitungen angeordnet werden.
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Da
hohe Tonfrequenzen leichter zu dämpfen sind
als tiefe ist es akustisch vorteilhaft, einen großen Entladungsauslass
durch mehrere kleine zu ersetzen. Dieses Prinzip ist für Düsen verwendet
worden, die bei Entladungsgeschwindigkeiten gleich der Schallgeschwindigkeit
arbeiten, kann aber ebenso auf Lavaldüsen angewendet werden. Für einen
kreisförmigen Entladungsauslass
tritt die maximale Tonerzeugung bei einer Frequenz fmax auf,
die dem Durchmesser des Auslasses d und der Entladungsgeschwindigkeit
w proportional ist. Es kann daher vorteilhaft sein, in einem zentralen
Teil der Blasdüse mehrere
Lavaldüsen
zu verwenden anstelle von einer großen Düse. Eine Ausführungsform
der Erfindung ist durch eine solche Anordnung gekennzeichnet.
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Der
Energieinhalt des Geräuschs,
der von den zweiten, umfänglichen
Entladungsöffnungen
erzeugt wird sollte ein Maximum bei einer Frequenz oberhalb von
20 kHz aufweisen, das heißt
oberhalb der normalen oberen Grenze für das menschliche Hören. Dies
kann erreicht werden, indem die Entladungsöffnungen so schmal wie möglich gemacht werden
ohne die Gefahr einer Verstopfung aufgrund einer Verschmutzung der
Druckluft. Gleichzeitig sollten die Entladungsfläche und dadurch der Gasstrom ausreichend
sein, die Bildung von Wirbeln zu einem gewünschten Grad an Signifikanz
zu unterdrücken, was
erreicht wird durch eine ausreichende Anzahl von zweiten Entladungsöffnungen.
Genauer, die gesamte Entladungsfläche der zweiten Entladungsöffnungen
sollte 1 bis 4 mal, bevorzugt 1,5 bis 3 mal so groß wie die
gesamte Entladungsfläche
der ersten Entladungsöffnungen)
sein, betrachtet in dem schmalsten Bereich der Öffnungen, geeigneterweise etwa
2 mal so groß.
Mit dieser Aufteilung ist eine große Blasstärke bei einem niedrigen Geräuschniveau erreicht
worden.
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Allgemein
kann weiter gesagt werden, dass die Entfernung zwischen benachbarten
Entladungsöffnungen
in jeder konzentrischen Gruppe von Entladungsöffnungen, das heißt innerhalb
der zentralen Gruppe bestehend aus mehreren ersten Entladungsöffnungen,
möglicherweise
tertiären
und vierten etc., ebenso wie den zweiten Entladungsöffnungen,
2 bis 5 mal den äquivalenten
Durchmesser der Öffnungen erreichen
sollten, welcher die Quadratwurzel der Mündungsfläche der Öffnungen ist, wenn die Öffnungen
schlitzförmig
oder anderweitig nicht rund sind.
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Der äußere Radius
der Düse
kann 2,5 bis 5 mal, bevorzugt etwa 3 mal der Durchmesser des schmalsten
Bereichs in der ersten Entladungsöffnung sein, wenn diese aus
einer einzelnen zentralen Lavaldüse
zusammengesetzt ist. Weiter sollten die radiale Entfernung zwischen dem
innersten Teil der zweiten Entladungsöffnungen und dem Punkt auf dem
Umfang der ersten Entladungsöffnungen)
in der Mündung
mindestens ein Drittel des Radius der Düse betragen, wobei der Radius
als die Entfernung von dem Mittelpunkt bis zu dem äußeren Punkt
der zweiten Entladungsöffnungen
definiert ist, und wobei keine Entladungsöffnungen zwischen den ersten
und zweiten Entladungsöffnungen
angeordnet sind.
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Weitere
Merkmale und Aspekte der Erfindung werden aus den Patentansprüchen deutlich, ebenso
wie aus der folgenden Beschreibung einer Anzahl von denkbaren Ausführungsformen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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In
der folgenden Beschreibung von einigen denkbaren Ausführungsformen
der Erfindung wird auf die begleitende Zeichnung Bezug genommen, bei
der
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1 eine
Endansicht einer Düse
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 einen
longitudinalen Schnitt entlang der Linie A-A in 1 zeigt: 3 eine
Seitenansicht der gleichen Düse
zeigt; und
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4 perspektivisch
eine kreisförmige
Düse gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung von Ausführungsformen
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Zuerst
mit Bezug auf 1–3 ist eine Blasdüse allgemein
durch die Bezugsziffer 1 bezeichnet. Sie besteht aus einem
rohrförmigen
Gehäuse 2 mit
innerem Gewinde 3 in einem hinteren Ende und ebenso einem äußeren und
einem inneren Düsenkörper 5 bzw. 6 in
dem vorderen Ende des Gehäuses,
wobei das vordere Endteil 4 zu einer konischen Form abgeschrägt ist.
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Das
Gehäuse 2 kann
mittels des Gewindes 3 mit einer Druckluftleitung verbunden
werden, nicht gezeigt, welche die Düse 1 mit einer Druckluftquelle verbindet,
so dass ein Überdruck
von mindestens 200 kPa in einer Düsenkammer 7 direkt
hinter den Düsenkörpern 5 und 6 aufrechterhalten
werden kann. Der äußere Düsenköper 5 wird
durch Pressbefestigung in dem Gehäuse 2 angebracht.
Er ragt über den
vorderen Teil 4 des Gehäuses
vor, und sein hinteres Ende liegt an einem Klemmring 8 an.
Die äußeren und
zentralen Düsenteile 5, 6 sind
als eine passende Schraube und Mutter ausgeführt, von denen der zentrale
Düsenteil 6 in
den äußeren Düsenteil 5 geschraubt
ist. Es wird wahrgenommen, dass dies die Möglichkeit zum Austauschen des
zentralen Düsenteils
bietet.
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Gemäß der Ausführungsform
weist die Düse 1 zwei
separate Entladungssysteme auf, die sich parallel zu der longitudinalen
Achse 10 der Düse
erstrecken, nämlich
ein zentrales oder erstes System und ein umfängliches oder zweites System.
Das erste System schließt
eine erste Entladungsöffnung 11 in dem
zentralen Düsenkörper 6 ein.
Diese zentrale Entladungsöffnung 11 ist
als eine Expansions- oder Lavaldüse
geformt, die bei dem vorherrschenden hohen Druck in der Kammer 7 eine
Luftentladungsgeschwindigkeit oberhalb der Schallgeschwindigkeit
ermöglicht.
Die maximale Geschwindigkeit wmax eines Gases,
das aus einer korrekt ausgeführten
Lavaldüse
strömt,
kann ausgedrückt
werden als wmax = w* x + 1 wobei w* die kritische Geschwindigkeit
für das
betreffende Gas ist, die wiederum gleich der lokalen Schallgeschwindigkeit
ist, und wobei x eine Konstante für das vorliegende Gas ist.
Für Luft
ist x = 1,4. Es folgt, dass wmax = w* 2,4 = 2,45 w*. Bei 20°C beträgt die Geschwindigkeit/Schnelligkeit
von Schall 314 m/s, was bedeutet, dass die maximale Blas/Entladungsgeschwindigkeit
bei einer Temperatur von 20°C
769 m/s betragen sollte.
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Ungeachtet
dessen, ob die Fähigkeit
der Lavaldüse,
einen Strom von Luft oder einem anderen Gas mit dem theoretischen
Maximum oder einer anderweitig sehr hohen Entladungsgeschwindigkeit
voll ausgenutzt wird oder nicht ist der Geräuschpegel von einem solchen
Strom normalerweise sehr hoch. Um den Lärm zu dämpfen ist die Düse
1 daher
auch mit dem zweiten oder umfänglichen
Entladungssystem ausgerüstet
worden, welches gemäß der Ausführungsform
mehrere Schlitzöffnungen
13 einschließt, die
gleichmäßig entlang
dem Umfang der Düse
1 verteilt
sind. Auch kreisförmige Öffnungen
in dem zweiten System sind denkbar, ebenso wie alle Übergangsformen
zwischen kreisförmig
und schlitzförmig, z.
B. keilförmig
mit der Spitze des Keils in Richtung der Mitte gerichtet. Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
sind die Öffnungen
jedoch schlitzförmig, wobei
jede zweite Öffnung
m Radius kürzer
ist als die benachbarten Schlitzöffnungen.
Genauer, die Öffnungen
13 sind
gemäß den in
dem genannten
EP 0224555 beschriebenen
Prinzipien gebildet, dessen Offenbarung hiermit durch Bezugnahme
in dieser Patentanmeldung aufgenommen ist. Durch die Öffnungen
13,
die in den folgenden Patentansprüchen
als zweite Entladungsöffnungen
bezeichnet sind, strömt Luft
aus mit einer Geschwindigkeit, die gleich der Schallgeschwindigkeit
bei dem vorherrschenden Druck in der Kammer
7 ist.
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Die
Gasstrahlen, die durch die Entladungsöffnungen 13 ausströmen, bilden
eine mehr oder weniger integrierte, kontinuierliche Abschirmung,
welche den zentralen Kernstrahl, der mit Überschallgeschwindigkeit aus
der Lavaldüse 11 ausströmt, mit Schallgeschwindigkeit
umgibt, und dadurch das abgestrahlte Geräusch dämpft. Für einen ausreichenden Effekt
in Bezug auf die Kapazität
zum Unterdrücken
von Turbulenz in dem Kernstrahl, und dadurch ebenso der Unterdrückung unerwünschter
Abbremsung des Kernstrahls wie Geräuscherzeugung innerhalb eines
kritischen Bereichs wird angenommen, dass es angemessen ist, wenn
die gesamte Entladungsfläche
der umfänglichen
Entladungsöffnungen 13 größer ist
als die Öffnungsfläche in dem
zentralen System, egal ob es das zentrale System beinhaltend eine
einzelne Lavalöffnung 11 oder
mehrere ist, alles in dem schmalsten Abschnitt der Öffnungen
betrachtet. Die Entladungsfläche
des äußeren Systems
sollte bevorzugt 1–4
mal, geeigneterweise 1,3 bis 3 mal oder etwa die doppelte Öffnungsfläche in dem
zentralen System sein.
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Gleichzeitig
erzeugen die umfänglichen
Entladungsöffnungen 13 selber
einen Gasstrom mit vergleichsweise hohem Geräuschniveau, wobei es wesentlich
ist, dass die umfänglichen
Gas/Luftstrahlen die Möglichkeit
zum Mitausstoßen
bzw. Mitreißen (co-ejecting)
von Luft aus der Umgebung haben. Die schlitzförmigen Öffnungen 13 in der
Düse 1 liegen daher
nahe an den äußeren Kanten
bzw. Rändern
in der Vorderseite der Düse 1,
wobei gleichzeitig der Düsenkörper 5 von
dem Gehäuse 2 vorragt,
zum Mitausstoßen
von Luft, welche die Düse
umgibt.
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4 stellt
eine denkbare Ausführungsform zum
Erzeugen von extrem großen
Blaskräften
dar. Diese Ausführungsform
ist gleichzeitig ein Beispiel der Anwendung des erwünschten
Prinzips, dass die Entladungsgeschwindigkeit des Gasstroms mit wachsender
Entfernung von dem Kernstrahl nach und nach abnimmt. In der Figur
werden für
Details, die eine Entsprechung in 1–3 haben,
die gleichen Bezugsziffern verwendet. Gemäß der Ausführungsform ist ein zwischenliegender
Düsenkörper 15 zwischen
dem äußeren Düsenkörper 5 und
dem zentralen Düsenkörper 6 vorhanden.
Innerhalb des zentralen Düsenkörpers 6 sind
drei Entladungsöffnungen 11 angeordnet,
ausgeführt
als Lavaldüsen, und
in dem zwischenliegenden Düsenkörper 15 eine große Anzahl
von Entladungsöffnungen 16,
in den anhängenden
Patentansprüche
als tertiäre
Entladungsöffnungen
bezeichnet, wobei alle als eine Lavaldüse ausgeführt sind. Gemäß der Ausführungsform
sind acht solche tertiären
Lavaldüsen 16 in
dem zwischenliegenden Düsenkörper 15 angeordnet.
In dem äußeren Düsenkörper 5 sind
schlitzförmige
Entladungsdüsen 13 in
der gleichen Weise wie in der vorigen Ausführungsform angeordnet, jedoch
in deutlich größerer Anzahl
als in der vorigen Ausführungsform.
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Die
zentralen, ersten Entladungsöffnungen 11 sind
in der Ausführungsform
gemäß 4 ausgelegt,
Luftströme
zu erzeugen, welche die Schallgeschwindigkeit deutlich überschreiten.
Sogar die tertiären
Entladungsöffnungen 16 in
den zwischenliegenden Düsenkörpern 15 sind
ausgelegt, um Luftströme mit
einer Geschwindigkeit größer als
Schallgeschwindigkeit zu erzeugen. Nichtsdestotrotz können hier
die Öffnungen 16 geformt
werden, um Luftströme
zu erzeugen, die mit Sicherheit eine größere Geschwindigkeit aufweisen
als Schallgeschwindigkeit, aber niedriger als die Geschwindigkeit
der Luftströme von
den zentralen Öffnungen 11.
Die niedrigere Geschwindigkeit der Luftströme von den zwischenliegenden
tertiären
Entladungsöffnungen 16 kann ebenso
durch einen Druckminderer erreicht werden, der hinter den Entladungsöffnungen 16 angeordnet ist
oder in einer anderen Weise. Wenn die Geschwindigkeit von den zwischenliegenden
Entladungsöffnungen 16 niedriger
ist als die Geschwindigkeit von den zentralen Entladungsöffnungen 11,
und andererseits ähnliche
Bedingungen zutreffen, besonders in Bezug auf die Tonfrequenz, dann
wird das Niveau des Lärms
von den zwischenliegenden Entladungsöffnungen niedriger werden als
von den zentralen Entladungsöffnungen 11.
Weiter weisen die äußeren Entladungsöffnungen 13 eine
gesamte Durchflussfläche
auf, die größer ist
als die Durchflussfläche
der zwischenliegenden tertiären
Entladungsöffnungen 16,
welche wiederum eine größere gesamte
zwischenliegenden aufweisen, berücksichtigt
in dem schmalsten Abschnitt, als die Durchflussfläche der zentralen
Entladungsöffnungen 11.
Z. B. kann die Flächenbeziehung
zwischen den Düsenöffnungen 13/16/11
9/3/1 oder z. B. 4/2/1 oder allgemeiner 4–9/2–3/1 sein.
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Es
sollte verstanden werden, dass das Gas, welches aus den verschiedenen
Düsenöffnungen strömt, Luft
oder ein anderes Gas sein kann. Die Tatsache, dass Luft in bestimmten
Fällen
genannt ist, soll daher keine Beschränkung in Bezug auf die Anwendbarkeit
der Düsen
darstellen. Beispiele von Gasen außer Luft schließen Sauerstoffgas
und inerte Schutzgase ein. Kombinationen sind ebenso denkbar, z.
B. kann der Kernstrom einen Sauerstoffgasstrom umgeben von einem
umfänglichen
Strom von Inertgas umfassen.