EP0798694A2 - Reinigbarer Schalldämpfer (SD) für Kanäle für tiefe Frequenzen - Google Patents

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EP0798694A2
EP0798694A2 EP97104736A EP97104736A EP0798694A2 EP 0798694 A2 EP0798694 A2 EP 0798694A2 EP 97104736 A EP97104736 A EP 97104736A EP 97104736 A EP97104736 A EP 97104736A EP 0798694 A2 EP0798694 A2 EP 0798694A2
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Helmut Dr. Prof. Fuchs
Peter Dipl.-Ing. Brandstätt
Markus Dipl.-Ing. Heizmann
Dietmar Dr. Eckoldt
Norbert Rambausek
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/172—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects

Definitions

  • the invention relates to a cleanable silencer for low frequencies.
  • Chamber silencer e.g. DE 23 21 549 C2
  • porous absorbers are built into these.
  • glass or mineral wool generally expressed as silicate fibrous porous absorbers, or metal wool, mostly stainless steel wool.
  • These porous absorbers lose their acoustic properties in media that contain dirt, because the dirt clogs the protective layers in front of the porous absorber (perforated sheets, nonwovens, glass silk fabric) and / or the porous absorber itself. If the acoustically effective cavities are closed by dirt, the SD loses some of its effectiveness and must be cleaned or replaced.
  • the invention avoids these disadvantages.
  • the object of the invention is therefore to provide an easily cleanable silencer according to the preamble.
  • the SD with the same cross section is installed over a length L or the SD is attached to one end of the channel.
  • the cross-section is generally constant over the entire length of the SD so that the pressure loss of the SD compared to the flowing gas remains as small as possible.
  • the inner channel 2 of the SD that guides the flow is interrupted by channel pieces 3 executed in perforated sheet metal.
  • the geometry of these perforated sheets is an acoustically and aerodynamically relevant parameter of the SD. It can be changed by the size of the perforated plate, the proportion of perforated area, the hole diameter and the material thickness of the perforated plate.
  • hollow chambers 4 Due to the perforated wall of the inner channel, externally attached hollow chambers 4 are acoustically coupled to the inner channel 2, but at the same time are separated from the latter in terms of flow technology.
  • the acoustic parameters of these hollow chambers 4 are their length (in the axial direction) and their thickness (perpendicular to the axial direction). Because the chambers do not absorb broadband due to their geometry, several of them must be arranged one behind the other in the axial direction in such a way that a damping which is adapted to the acoustic requirements is achieved, which can also be broadband.
  • Figure 2 shows an example of the insertion loss determined according to the standard of a 4 m long SD pipe with a 400 mm diameter inner tube.
  • the chambers 4 and the perforated plates 3 can be cleaned.
  • the chamber is not acoustically coupled to the channel conducting the medium via a thin wall with a plurality of openings, but rather via only one opening.
  • the wall can also be thick .
  • the thickness is an acoustic design parameter. Large wall thicknesses can occur, for example, in SD for tunnel exhaust air and supply air systems, in which the ducts can be bricked or made of concrete. The largest wall thickness of 5 mm has so far been made in sheet steel.
  • the openings must be at a distance of one quarter of the wavelength of the frequencies to be attenuated.
  • the cleanable silencer according to the invention differs significantly from the prior art because the spacing of the openings can be freely selected.
  • the cleaning media 8 For cleaning, the cleaning media 8 / air, gas, steam, water, cleaning agent) are fed into the chambers via the outside (as shown in Fig. 1) or in the chambers or in the inner duct. Radially or tangentially or, for example, nozzle-shaped openings 9 flowing out radially or tangentially or at any angle, the cleaning medium 8 can penetrate the chambers evenly or in a targeted manner. Sieve-like outlets instead of nozzles can also be provided as line ends which open into the chambers 4. Movable nozzles can also be arranged at the line ends, for example according to the lawn sprinkler principle or also according to the principle for sprinklers.
  • a disposal line 6 can be dispensed with.
  • the whirled up dust then enters the inner channel through the perforated plates and is transported there with the gas flow out of the area of the SD.
  • the SD is constantly provided with a purge gas via the cleaning line 5 with a slight overpressure in the chambers opposite the inner channel 2, so that there is always a small flow from the outside to the inside in the holes in the perforated plates, so that Dirt particles cannot penetrate into the holes or through them into the chambers 4.
  • the disposal line 6 can only be used in the cases be dispensed with, in which the SD are arranged vertically and the perforated plates 3 are located at the lower ends of the chambers 4, so that the dirty cleaning liquid runs down through the holes into the channel 1 and can be disposed of there.
  • the cleaning of the chambers is carried out either individually for each of the valves 7 or in groups or simultaneously over all the chambers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für Kanäle für tiefe Frequenzen, wobei in dem Kanal gelochte Kanalstücke vorgesehen sind und die Kanalstücke (3) verschieden lang ausgeführt sind, die Kanalstücke mit Kammern, die außen an dem Kanal angeordnet sind, in Verbindung stehen und die Kammern als Schalldämpfer ausgebildet sind. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen reinigbaren Schalldämpfer für tiefe Frequenzen.
    • Stand der Technik
  • Kammer-Schalldämpfer (SD), z.B. DE 23 21 549 C2, sind vom Wirkprinzip her bekannt. Damit eine breitbandige Wirkung der Lambda-Viertel- oder der Helmholtz-Resonatoren-SD erzielt wird, werden in diese poröse Absorber eingebaut. Dem Stand der Technik entsprechend sind das Glas- oder Mineralwollen, allgemein ausgedrückt silikatische faserige poröse Absorber, oder Metallwollen, meist Edelstahlwolle. Diese porösen Absorber verlieren bei Medien, die Schmutz enthalten, ihre akustischen Eigenschaften, weil der Schmutz die Schutzschichten vor dem porösen Absorber (Lochbleche, Vliese, Glasseidengewebe) und/oder den porösen Absorber selbst zusetzt. Wenn die akustisch wirksamen Hohlräume durch Schmutz verschlossen werden, verliert der SD einen Teil seiner Wirkung und muß gereinigt werden bzw. erneuert werden. Die Reinigung ist deshalb problematisch, weil entweder faserförmige Absorber dabei ausgetragen werden oder die Reinigung nicht über die gesamte Absorberdicke erfolgreich verläuft. Erfahrungsgemäß läßt die akustische Wirksamkeit solcher dem Stand der Technik entsprechender SD mit der Betriebsstunden-Zahl (Verschmutzung) und der Zahl der durchgeführten Reinigungen nach. Außerdem gibt es andere (technologische) Nachteile je nach Art der Verschmutzung (z.B. Brand- und Explosionsgefahr).
  • In Kanälen mit rundem oder eckigem Querschnitt werden Medien (Gase) gefördert, die neben Lärm auch Verschmutzungen transportieren. Diese Verschmutzungen reichern sich mit der Zeit an herkömmlichen SD-Einbauten an deren akustisch aktiver Oberfläche und im (porösen) akustisch wirksamen Material (Absorber) so stark an, daß die akustische Wirksamkeit verlorengeht.
  • Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen leicht reinigbaren Schalldämpfer gemäß Oberbegriff zu schaffen.
  • Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch einen Schalldämpfer nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung ist ein von Haus aus gegen Verschmutzung unempfindlicher SD, der keinerlei akustisch wirksames poröses Absorptionsmaterial enthält. Er kann zusätzlich mit einer mit Gas und/oder Flüssigkeit betriebenen Reinigungsanlage versehen werden, ohne daß sich seine akustischen Eigenschaften dadurch verschlechtern. Dabei ist es möglich,
    • a) die einzelnen Teil des SD getrennt zu reinigen,
    • b) die Teile des SD gleichzeitig zu reinigen,
    • c) die Reinigung periodisch durchzuführen oder
    • e) auf eine Reinigung während des Betriebes der Anlage oder während Abstellzeiten im Einbauzustand des SD ganz zu verzichten und diesen bei Bedarf auszubauen, zu reinigen und dabei wieder einzubauen.
  • Anhand von Bild 1 soll die Wirksamkeit des SD erläutert werden:
    In dem (runden oder eckigen) Kanal 1 wird über eine Länge L der SD mit gleichem Querschnitt eingebaut oder der SD wird an ein Kanalende angebaut. Der Querschnitt ist über die gesamte Länge des SD im allgemeinen konstant, damit der Druckverlust des SD gegenüber dem strömenden Gas möglichst gering bleibt. Der innere die Strömung führende Kanal 2 des SD wird durch in Lochblech ausgeführte Kanalstücke 3 unterbrochen. Die Geometrie dieser Lochbleche ist ein akustisch und aerodynamisch relevanter Parameter des SD. Er ist durch die Größe des Lochbleches, den Lochflächenanteil, die Lochdurchmesser und die Materialstärke des Lochbleches veränderbar. Durch die gelochte Wandung des inneren Kanals werden außen angebrachte Hohlkammern 4 akustisch an den inneren Kanal 2 angekoppelt, aber gleichzeitig strömungstechnisch von diesem getrennt. Die akustischen Parameter dieser Hohlkammern 4 sind ihre Länge (in Achsrichtung) und ihre Dicke (senkrecht zur Achsrichtung). Weil die Kammern auf Grund ihrer Geometrie nicht breitbandig absorbieren, müssen mehrere von ihnen so in Achsrichtung hintereinander angeordnet werden, daß eine den akustischen Erfordernissen angepaßte Dämpfung erreicht wird, die auch breitbandig sein kann.
  • Bild 2 zeigt beispielshaft die nach Norm bestimmte Einführungsdämpfung eines 4 m langen Rohr-SD mit 400 mm Durchmesser des Innenrohres.
  • Weil diese Hohlkammern-SD kein Absorptionsmaterial wie der Stand der Technik enthalten, ist eine Reinigung der Kammern 4 und der Lochbleche 3 möglich. Außerdem wird im erfindungsgemäßen reinigbaren SD die Kammer nicht über eine dünne Wand mit mehreren Öffnungen akustisch an den das Medium leitenden Kanal angekoppelt, sondern über nur eine Öffnung. Die Wand kann auch dick sein. Die Dicke ist akustischer Auslegungs-Parameter. Große Wandstärken können z.B. in SD für Tunnel-Abluft- und Zuluftanlagen auftreten, in denen die Kanäle gemauert oder aus Beton hergestellt sein können. In Stahlblech wurde bisher die größte Wand-Dicke mit 5 mm ausgeführt. Weiterhin müssen nach dem Stand der Erfindung die Öffnungen zueinander einen Abstand von einem Viertel der Wellenlänge der zu bedämpfenden Frequenzen haben. Auch hier unterscheidet sich der erfindungsgemäße reinigbare Schalldämpfer wesentlich vom Stand der Technik, weil die Abstände der Öffnungen frei wählbar sind.
  • Für die Reinigung werden die Reinigungsmedien 8 /Luft, Gas, Dampf, Wasser, Reinigungsmittel) den Kammern über außen (wie im Bild 1 dargestellt) oder in den Kammern oder im inneren Kanal liegende Rohrleitungen zugeführt. In den Kammern können radial oder tangential oder in beliebigem Winkel ausströmende, z.B. düsenförmige Öffnungen 9 das Reinigungs-Medium 8 gleichmäßig oder gezielt in die Kammern eindringen lassen. Es können auch siebähnliche Auslässe statt Düsen als Leitungsenden, die in den Kammern 4 münden, vorgesehen sein. An den Leitungsenden können auch bewegliche Düsen angeordnet sein, z.B. nach dem Rasensprengerprinzip oder auch nach dem Prinzip für Sprinkler. Bei gasförmigen Reinigungsmitteln (z.B. Druckluft) und staubförmigen, sich nicht verfestigenden Ablagerungen in den Kammern, kann auf eine Entsorgungsleitung 6 verzichtet werden. Der aufgewirbelte Staub tritt dann durch die Lochbleche in den inneren Kanal ein und wird dort mit dem Gasstrom aus dem Bereich des SD hinausbefördert. Das gleiche gilt, wenn der SD ständig mit einem Spülgas über die Reinigungsleitung 5 mit einem geringen Überdruck in den Kammern gegenüber dem Innen-Kanal 2 versehen wird, so daß in den Löchern der Lochbleche stets eine geringe Strömung von außen nach innen herrscht, so daß Schmutzpartikel nicht in die Löcher oder über diese in die Kammern 4 eindringen können. Werden kondensierender Dampf und/oder Reinigungs-Flüssigkeiten über die Reinigungsleitungen 5 den Kammern 4 zugeführt, kann auf die Entsorgungsleitung 6 nur in den Fällen verzichtet werden, in denen die SD senkrecht angeordnet sind und die Lochbleche 3 sich an den unteren Enden der Kammern 4 befinden, so daß die verschmutzte Reinigungsflüssigkeit durch die Löcher nach unten in den Kanal 1 laufen und dort entsorgt werden kann. Die Reinigung der Kammern wird entweder für jede einzeln über die Ventile 7 oder gruppenweise oder gleichzeitig über alle Kammern vorgenommen.
  • Vorteile des erfindungsgemäßen reinigbaren Kanal-SD sind
    • breitbandige, berechenbare Wirksamkeit, auch bei tiefen Frequenzen, siehe Bild 2,
    • einfacher und kostengünstiger Aufbau. Der SD kann auch nur aus einem Material gefertigt sein, so daß er nach Gebrauch ohne Probleme rückgeführt werden kann.
    • Materialwahl nach den Anforderungen aus dem Medium, z.B. Stahl, Leichtmetall, Edelstahl, Kunststoff, Glas, sowohl für die SD als auch für die Reinigungsanlage.
    • Druckverlust gegenüber der gleich langen Rohrleitung ohne SD ist vernachlässigbar. Im Rohr-SD-Prüfstand des Fraunhofer-Instituts für Bauphyik konnte der Druckverlust des in Bild 2 gezeigten SD wegen Geringfügigkeit nicht bestimmt werden.
    • Anregung der Kammern 4 durch Wirbel-Ablösung zu tonalen Komponenten (Orgelpfeifen-Effekt) wird durch die Lochblech-Abdeckung 3 der Öffnungen zwischen innerem Kanal 2 und den außen angeordneten Kammern 4 vermieden.
    • Die SD können in Kanäle aller Druckstufen eingebaut werden, wenn sie entsprechend dicht gefertigt und als Druckgefäße ausgelegt werden.
    • Die SD können, ähnlich wie Kulissen-SD, nach allen Richtungen zu größeren Einheiten zusammengefügt werden, um entsprechend hohe Gas-Durchsätze zu gewährleisten, oder auch einzeln parallel zueinander betrieben werden.
    • Durch optimierte Düsenanordnung (auch Mehrfachdüsen) läßt sich ein hoher Reinigungsgrad erzielen.
    • Der konstruktiven Vielfalt der Kammer-Anordnungen sind kaum Grenzen gesetzt.
      Bild 3 zeigt, wie bei geringer zur Verfügung stehender SD-Länge die Kammern so angeordnet werden können, daß der SD kurz und dafür dick wird.
    Literatur:
    • 1) Brandstätt, P.; Eckoldt, D.; Heizmann, M.; Rambausek, N.:
      Rohrschalldämpfer für tiefe Frequenzen. IBP-Mitteilungen (Entwurf)
    • 2) Leistner, Ph.; Krüger, J.; Leistner, M.:
      Hybride Schalldämpfer - Hohe Dämpfung bei tiefen Frequenzen. Zur Veröffentlichung vorgesehen in: Heizung Lüftung/Klima Haustechnik.
    • 3) Heizmann, Markus:
      Mineralwollefreier Rohr-Schalldämpfer für tiefe Frequenzen. Diplomarbeit an der Fachhochschule Stuttgart - Hochschule für Technik, 1995.

Claims (10)

  1. Reinigbarer Schalldämpfer für Kanäle (1) für tiefe Frequenzen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß
    - in dem Kanal (1) gelochte Kanalstücke (3) vorgesehen sind und die Kanalstücke (3) verschieden lang ausgeführt sind,
    - die Kanalstücke (3) mit Kammern (4), die außen an dem Kanal (1) angeordnet sind, in Verbindung stehen und die Kammern als Schalldämpfer ausgebildet sind,
    - und feste oder bewegliche Düsen (9) zur Reinigung der Kammern (4) vorgesehen sind,
    - und die Kammern (4) über steuerbare Ventile oder andere Stellglieder (z.B. Drehschieber) (7) mit Reinigungsmittelleitungen (8) in Verbindung stehen.
  2. Reinigbarer Schalldämpfer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kanalstücke (3) einzeln reinigbar ausgeführt sind.
  3. Reinigbarer Schalldämpfer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Reinigung kontinuierlich oder periodisch durchführbar ist.
  4. Reinigbarer Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 - 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kanäle (1) und/oder Kanalstücke (3) aus Blech, Kunststoff oder anderen festen Materialien wie Beton oder Mauerwerk bestehen.
  5. Reinigbarer Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 - 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Wandstärke der Kammern (4) in Abhängigkeit der akustischen Parameter ausgelegt ist.
  6. Reinigbarer Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 - 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Längen der Kammern (4) nach dem Lambda-Viertel-Prinzip oder Helmholtz-Prinzip ausgebildet sind.
  7. Reinigbarer Schalldämpfer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Reinigungsanlagen (5 - 9) fest installiert oder verfahrbar ausgebildet sind.
  8. Reinigbarer Schalldämpfer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kammern (4) über die Reinigungsleitungen (5 und 6) miteinander akustisch verbunden sind.
  9. Reinigbarer Schalldämpfer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Reinigungsleitungen (5 und 6) durch die Stellglieder (7) akustisch verschlossen werden.
  10. Reinigbarer Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 - 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Querschnitte in ihrer Form beliebig sind (rund, rechteckig, vieleckig) und kombinierbar sind, z.B. Kanal (1) und innerer Kanal (2) quadratisch, Kammern (4) außen rund.
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