EP2677082B1 - Verfahren zum Dämpfen von Unterwasserschall - Google Patents

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EP2677082B1
EP2677082B1 EP13173106.9A EP13173106A EP2677082B1 EP 2677082 B1 EP2677082 B1 EP 2677082B1 EP 13173106 A EP13173106 A EP 13173106A EP 2677082 B1 EP2677082 B1 EP 2677082B1
Authority
EP
European Patent Office
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membrane
pressure
pressure line
compressed air
air
Prior art date
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Active
Application number
EP13173106.9A
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English (en)
French (fr)
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EP2677082A1 (de
Inventor
Tanja-Katrin Grießmann
Jörg Rustemeier
Raimund Rolfes
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cay Grunau Hydrotechnik Ingenieurbuero Grunau Ek
Original Assignee
Cay Grunau Hydrotechnik Ingenieurbuero Grunau Ek
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Publication date
Application filed by Cay Grunau Hydrotechnik Ingenieurbuero Grunau Ek filed Critical Cay Grunau Hydrotechnik Ingenieurbuero Grunau Ek
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B1/00—Equipment or apparatus for, or methods of, general hydraulic engineering, e.g. protection of constructions against ice-strains
    • E02B1/003—Mechanically induced gas or liquid streams in seas, lakes or water-courses for forming weirs or breakwaters; making or keeping water surfaces free from ice, aerating or circulating water, e.g. screens of air-bubbles against sludge formation or salt water entry, pump-assisted water circulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/231—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids by bubbling
    • B01F23/23105—Arrangement or manipulation of the gas bubbling devices
    • B01F23/2312—Diffusers
    • B01F23/23124—Diffusers consisting of flexible porous or perforated material, e.g. fabric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/231—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids by bubbling
    • B01F23/23105—Arrangement or manipulation of the gas bubbling devices
    • B01F23/2312—Diffusers
    • B01F23/23126—Diffusers characterised by the shape of the diffuser element
    • B01F23/231265—Diffusers characterised by the shape of the diffuser element being tubes, tubular elements, cylindrical elements or set of tubes

Definitions

  • the invention relates to a method for damping underwater noise.
  • a disadvantage of known bubble generation devices is the relatively low damping of the Rammschalls. If, for example, a single mast, which is also referred to as monopile, are rammed, it must be rammed with such a large impulse that the resulting ramming noise can not be shielded sufficiently adequately by a single bubble vaicing device according to the prior art. It must then be built at least two bubble curtain, which is expensive.
  • a ventilation device is known, by means of which air can be introduced into a liquid.
  • the pressure pipe is surrounded by a membrane.
  • the membrane is slotted so that the slot is at an angle to the normal. The ambient pressure closes the slot safely.
  • the invention has for its object to improve the sound insulation.
  • the invention solves the problem by a method according to claim 1.
  • An advantage of the invention is that a particularly high noise reduction can be achieved.
  • Recent research shows that, unlike what is expected, a bubble veil of a variety of small bubbles is more effective than a bubble veil of large bubbles.
  • One possible reason for this is that small bubbles rise more slowly. For a given length-specific flow rate of compressed air, a higher air density in the bubble curtain can thus be achieved. The ram sound therefore sees a larger number of objects that make it difficult to pass through the bubble curtain, which improves the reduction of the sound.
  • Another advantage is that the large number of small bubbles lead to more scattering of the sound waves of the Rammschalls and to a stronger reflection of the Rammschalls. It has surprisingly been found that by scattering and reflection of the Rammschall can be more effectively prevented from passing through the bubble curtain than by resonant absorption in large air bubbles.
  • Another advantage of the invention is that when the air supply is cut off (for example, by switching off the compressors), the pores of the membrane close and thus no water and sediment can enter the system. This reduces the start-up time (time until the bubble curtain is fully developed) when the system is restarted (switching on the compressors). In previous systems, sediment can penetrate into the pressure line, with the risk of clogging of the nozzles. Thus, the reliability is increased by the invention.
  • Another advantage is the low consumption of compressed air, since, as already stated above, the rate of rise of the air bubbles is particularly low due to their small size.
  • the pressure line is understood to mean, in particular, a flexible pressure line which can be made of plastic, for example. It is favorable if the pressure line only has a cross section of at least 50 mm, so that the pressure loss due to internal friction is as low as possible.
  • the membrane Under the pores are understood in particular recesses defined shape in the membrane, which have been introduced, for example, mechanically or by laser. It is favorable if the membrane has a multiplicity of pores. According to a preferred embodiment, the membrane has at least 1000, in particular at least 5000, and particularly preferably at least 10000 pores per meter of continuous metering line.
  • the bubble curtain is preferably closed. That is, the bubble curtain has no regions in which the bubble density is so low that sound can pass substantially unattenuated.
  • the apertures in the pressure line have a circular cross-section. It is also possible that the openings are, for example, slit-shaped. It is important that they provide a sufficiently high flow resistance to the escaping compressed air, so that the pressure difference between the interior and the surrounding water drops by no more than 20% above the membrane.
  • the pressure line is in particular a pipe or a hose understood, that is, the pressure line can also be flexibly formed as a tube, whereas training as a flexible hose is particularly advantageous because it facilitates laying the bubble curtain generating device.
  • the membrane Under the membrane is in particular a slit film, in particular a slotted rubber hose understood.
  • the membrane is designed so that the apertures open only when an air bubble emerges, wherein they remain closed when no bubble escapes, so that no water can penetrate into the membrane.
  • sound attenuation is understood to mean, in particular, a reduction of the sound at a location under water outside the bubble curtain. Under the steaming so in particular not only a dissipation of sound energy is understood, but also a scatter, provided that it reduces the sound. In addition to damping, so reducing, Rammlärm the invention is for example also suitable for reducing explosion noise. It can therefore also be spoken of a method for noise protection in sound-intensive construction work in waters. Since the reduction of sound underwater is relevant, could also be spoken of a method for reducing underwater noise.
  • the pressure line extends at least in sections along a longitudinal direction of the pressure line and the membrane is connected to the pressure line such that propagation of compressed air in a gap formed between the pressure line and the membrane is prevented along the longitudinal direction for more than a predetermined distance.
  • the predetermined distance has a length of at most 5 m. In other words, it is not possible for an imaginary air volume to move more than this predetermined distance along the longitudinal direction along the pressure line. This ensures that the bubble curtain generator can also be used on uneven seabed. An uneven seabed causes the pressure line on its outer side depending on the position experiences different high water pressure. By attaching the membrane to the pressure line ensures that these different water pressures do not cause the air bubbles emerge only at the point with the lowest water pressure.
  • the bubble curtain generating device includes a plurality of pressing members connecting the diaphragm to the pressure line.
  • the pressing elements are formed by hose clamps. This has the advantage that a tubular membrane can be used. By means of the pressing elements, this tubular membrane is then connected to the pressure line so that the distance between the two pressing elements is smaller than the predetermined distance. As described above, it is then ensured that a substantially uniform release of air takes place along the longitudinal direction of the bubble curtain generating device.
  • the pressing elements in the form of hose clamps are particularly simple, so that the bubble curtain generating device is easy to produce.
  • the pressure line is flexible, in other words, the pressure line is preferably a pressure hose.
  • the pressure hose can be reinforced, for example by means of fibers. It is also possible that the pressure hose is stabilized against radial forces and / or transverse forces, so that a safer Discharge of air bubbles over the entire length of the pressure line is ensured.
  • the pressure line has a length of at least 10 meters, in particular 40 meters, preferably at least 100 meters.
  • Support tubes encased in a membrane are known for aerating, for example, clarifiers, but these always have only short lengths in order to keep the pressure loss along their length sufficiently small.
  • the carrier tubes serve to secure the position of the membrane and not the transport of compressed air over long distances. Also, only low air pressures (water pressure + 0.1 MPa maximum) are used. They are therefore not suitable for use as a bubble curtain generating device.
  • a ramming method according to the invention is carried out in particular by producing the bubble curtain by means of a bubble curtain generating device described above, wherein the pressure line is supplied with an air pressure of at least 0.5 MPa, in particular at least 1 MPa, and wherein a pressure of at most 0, 3 MPa drops.
  • a pressure line with small breakthroughs of, for example, 1 mm is produced.
  • the membrane is raised, which contains a predetermined number of pores.
  • the bubble curtain generator is then brought to the depth of water in which it is to be used to reduce the sound.
  • compressed air is fed into the pressure line and the air pressure at, for example, three equidistant points over the length of the pressure line measured both in the pressure line and between the pressure line and the membrane.
  • the total decreasing air pressure is the pressure difference between the air pressure in the pressure line and the water pressure immediately outside the membrane. If the pressure difference between the membrane pressure and the water pressure is more than the specified percentage, either the number of pores is increased or the breakthrough cross sections are reduced until the requirement is met.
  • the number of pores can be increased.
  • the air pressure in the pressure line can be increased.
  • the adaptation of the breakthrough cross sections is carried out as indicated above. It is beneficial if all breakthrough cross sections are the same.
  • a cross section of the pressure line, the air pressure and the breakthrough cross sections are selected such that the air pressure at an air pressure introduction point of the compressed air into the pressure line is at most twice the air pressure at the point furthest from the Compressed air inlet point is spaced.
  • FIG. 1 shows a bubble curtain generating device 10 having a pressure line 12 for conducting compressed air.
  • the pressure line 12 is shown schematically as a loop which surrounds a pile 14 to be rammed, which is rammed into a seabed 16.
  • the pressure line 12 is from a compressed air source 18, for example on board a ship 19, supplied with compressed air.
  • the pressure pipe 12 extends along a longitudinal direction L formed by the tangent at each point.
  • the pressure line 12 is what's in FIG. 1 is not visible, surrounded by a membrane through which small air bubbles 20 are discharged.
  • the membrane is chosen so that the air bubbles have an air bubble size distribution whose average diameter is between 0.1 mm and 10 mm near the membrane.
  • the air bubbles 20 form a bubble curtain 22, which is shown only in sections.
  • FIG. 2 shows a part of the pressure line 12. It can be seen that this pressure line 12 has a wall 24 which surrounds an interior 26.
  • the wall 24 has a plurality of openings 28.1, 28.2,..., Through which compressed air 30 can escape into a gap 32.
  • the space 32 is formed between the outside of the wall 24 and a membrane 34.
  • the membrane 34 is formed in this case by a slotted rubber hose and has a plurality of pores 36.1, 36.2, ... on. Through these pores, the compressed air 30 can escape into the environment 38.
  • FIG. 2 shows that the membrane 34 is connected by means of a plurality of pressing elements 40.1, 40.2, ... with the pressure line 12, so that diaphragm sections 42.1, 42.2, ... between the individual pressing elements 40 (reference numerals without Zählsuffix the object respectively such).
  • the pressing elements 40 are designed so that a transfer of compressed air is prevented from one membrane section in the next.
  • the membrane 34, the pressure line 12 and the pressing elements 40 are part of a membrane aerator 43.
  • the breakthrough cross sections have respective breakthrough cross sections Q. These breakthrough cross sections are selected in comparison to the pore sizes such that, with respect to a position x along the longitudinal direction L, an air pressure p 26 in the interior 26 and a pressure p 32 present in the interspace 32 form; for which the following relationship applies: p 32 - p Surroundings p 26 - p Surroundings ⁇ 0 .
  • the air pressure of the compressed air drops to at most 30% across the membrane, the rest of the pressure drops over the wall 24 of the pressure line.
  • p 26 ⁇ 2 ⁇ p environment that is, the air pressure p 26 in the interior is at least twice the ambient pressure, that is, the water pressure. It is favorable if the relationship of 0.03 MPa ⁇ p 34 ⁇ 0.06 MPa is satisfied, that is to say that a pressure of between 0.3 bar and 0.6 bar drops across the membrane.
  • the membrane 34 is, as stated above, a slotted rubber hose, wherein the slots may have between 0.6 and 2 mm slots. Although larger or smaller slots are possible, it has been found that slots produce a particularly advantageous effect in this interval. It is possible, but not necessary, for all slots to be the same length.
  • the individual membrane sections 42 have a respective length I, which corresponds to a predetermined distance.
  • this predetermined distance is shorter than 5 meters.
  • the pile 14 is turned from one into one FIG. 1 not shown in detail piling device driven into the seabed 26.
  • the bubble curtain generation device 10 By means of the bubble curtain generation device 10 according to the invention, the bubble curtain 20 is produced.
  • a cross section, in particular a diameter d of the pressure line 12 is selected so that, conveniently, a pressure drop between a point of maximum pressure p 26 and a point of minimum pressure p 26 is at most 50% of the maximum pressure.
  • FIG. 1 is the point at most pressure, the point of feed, in which compressed air is fed via a feed line 44 in the pressure line 12 on the one hand, and the opposite point.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dämpfen von Unterwasserschall.
  • Beim Bau von Offshore-Windparks müssen die Türme der zu errichtenden Windkraftanlagen mit dem Meeresboden verbunden werden. Dazu werden diese regelmäßig in den Erdboden gerammt. Beim Rammen entsteht beträchtlicher Rammlärm, der eine potentielle Gefährdung, insbesondere für Meeressäugetiere wie Schweinswale darstellt.
  • Bekannt ist aus der DE 10 2008 017 418 B4 und der EP 2 441 892 A2 , den Rammlärm mittels eines Blasenschleiers zu dämpfen. Ein derartiger Blasenschleier wird erzeugt, indem Druckluft in eine Ringleitung eingespeist wird, wobei die Ringleitung Öffnungen aufweist. Durch die Öffnungen strömt Luft aus und erzeugt so Blasen. Es wird derzeit davon ausgegangen, dass die Blasendurchmesser möglichst groß sein müssen, damit die erste omnidirektionale Eigenfrequenz der Blasen der Frequenz des Ramm-Schalls entspricht. Es kommt dann zur Resonanz der Schallwellen in den Blasen, was zu einer besonders hohen Dämpfung führt.
  • Nachteilig an bekannten Blasenschleiererzeugungsvorrichtungen ist die relativ geringe Dämpfung des Rammschalls. Soll beispielsweise ein Einzelmast, der auch als Monopile bezeichnet wird, gerammt werden, muss mit einem solch großen Impuls gerammt werden, dass der entstehende Rammlärm durch eine einzige Blasenschleiererzeugungsvorrichtung nach dem Stand der Technik nicht hinreichend stark abgeschirmt werden kann. Es müssen dann zumindest zwei Blasenschleier aufgebaut werden, was aufwändig ist.
  • Aus der JP 2011-125781 , der EP 2 476 653 A1 , der US 2010/0224541 A1 , DE 90 13 851 U1 , der US 2007/0096346 A1 , der DE 84 15 461 U1 und der US 2012/0061 862 A1 sind Membranbelüfter zum Einbringen von Luftsauerstoff in Wasser bekannt. Bei diesen Systemen werden besonders kleine Luftblasen angestrebt, um einen besonders großen Diffusionsstrom an Sauerstoff ins Wasser zu erreichen, Aspekte des Schallschutzes spielen keine Rolle.
  • Aus der JP 2011 125 781 ist eine Belüftungsvorrichtung bekannt, mittels der Luft in eine Flüssigkeit eingebracht werden kann. Um ein Eindringen von Schlamm in das Rohr zu verhindern, wenn die Zufuhr von Druckluft beendet wird, ist das Druckrohr mit einer Membran umgeben. Die Membran ist so geschlitzt, dass der Schlitz unter einem Winkel zur Normalen verläuft. Der Umgebungsdruck verschließt den Schlitz sicher.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schallschutz zu verbessern.
  • Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
  • Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass eine besonders hohe Schallminderung erreichbar ist. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass - anders als erwartet, ein Blasenschleier aus einer Vielzahl an kleinen Blasen effektiver ist als ein Blasenschleier aus großen Blasen. Ein möglicher Grund dafür ist, dass kleine Blasen langsamer aufsteigen. Bei gegebener längenspezifischer Durchflussmenge an Druckluft ist somit eine höhere Luftdichte im Blasenschleier erreichbar. Der Rammschall sieht daher eine größere Anzahl an Objekten, die den Durchtritt durch den Blasenschleier erschweren, was die Minderung des Schalls verbessert.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass die Vielzahl an kleinen Blasen zu mehr Streuung der Schallwellen des Rammschalls und zu einer stärkeren Reflexion des Rammschalls führen. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass durch Streuung und Reflexion der Rammschall effektiver an einem Durchtritt durch den Blasenschleier gehindert werden kann als durch resonante Absorption in großen Luftblasen.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass beim Unterbrechen der Luftzuführung (z.B. durch Ausschalten der Kompressoren) sich die Poren der Membran verschließen und somit kein Wasser und Sediment ins System eindringen kann. Dadurch wird bei Wiederinbetriebnahme des Systems (Einschalten der Kompressoren) die Anlaufzeit (Zeit bis der Blasenschleier voll ausgebildet ist) reduziert. Bei bisherigen Systemen kann Sediment in die Druckleitung eindringen, wobei die Gefahr des Verstopfens der Düsen besteht. Durch die Erfindung wird also die Zuverlässigkeit erhöht.
  • Vorteilhaft ist zudem der geringe Verbrauch an Druckluft, da, wie oben bereits ausgeführt, die Steiggeschwindigkeit der Luftblasen aufgrund ihrer geringen Größe besonders gering ist.
  • Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter der Druckleitung insbesondere eine flexible Druckleitung verstanden, die beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein kann. Günstig ist es, wenn die Druckleitung nur einen Querschnitt von zumindest 50 mm hat, damit der Druckverlust aufgrund von innerer Reibung möglichst gering ist.
  • Unter den Poren werden insbesondere Ausnehmungen definierter Gestalt in der Membran verstanden, die beispielsweise mechanisch oder mittels Laser eingebracht worden sind. Es ist günstig, wenn die Membran eine Vielzahl an Poren aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Membran zumindest 1000, insbesondere zumindest 5000 und besonders bevorzugt zumindest 10000 Poren pro laufendem Meter Druckleitung.
  • Der Blasenschleier ist vorzugsweise geschlossen. Das heißt, dass der Blasenschleier keine Regionen aufweist, in denen die Blasendichte so gering ist, dass Schall im Wesentlichen ungedämpft durchtreten kann.
  • Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass die Durchbrüche in der Druckleitung einen kreisförmigen Querschnitt haben. Es ist auch möglich, dass die Durchbrüche beispielsweise schlitzförmig sind. Wichtig ist, dass sie der austretenden Druckluft einen hinreichend hohen Strömungswiderstand entgegensetzen, sodass die Druckdifferenz zwischen Innenraum und umgebendem Wasser höchstens zu 20 % über der Membran abfällt.
  • Unter der Druckleitung wird insbesondere ein Rohr oder ein Schlauch verstanden, das heißt, dass die Druckleitung auch flexibel als Rohr ausgebildet sein kann, wohingegen eine Ausbildung als flexibler Schlauch besonders vorteilhaft ist, da es ein Verlegen der Blasenschleiererzeugungsvorrichtung erleichtert.
  • Unter der Membran wird insbesondere eine geschlitzte Folie, insbesondere ein geschlitzter Gummischlauch verstanden. Insbesondere ist die Membran so ausgebildet, dass sich die Durchbrüche nur öffnen, wenn eine Luftblase austritt, wobei sie geschlossen bleiben, wenn keine Luftblase austritt, so dass kein Wasser in die Membran eindringen kann.
  • Unter dem Dämpfen von Schall wird insbesondere ein Vermindern des Schalls an einer Stelle unter Wasser außerhalb des Blasenschleiers verstanden. Unter dem Dämpfen wird also insbesondere nicht nur eine Dissipation von Schallenergie verstanden, sondern auch eine Streuung, sofern diese den Schall mindert. Neben dem Dämpfen, also Vermindern, von Rammlärm ist die Erfindung beispielsweise auch zum Vermindern von Explosionslärm geeignet. Es kann daher auch von einem Verfahren zum Lärmschutz bei schallintensiven Bauarbeiten in Gewässern gesprochen werden. Da das Vermindern des Schalls unter Wasser relevant ist, könnte auch von einem Verfahren zum Mindern von Unterwasserschall gesprochen werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Druckleitung zumindest abschnittsweise entlang einer Längsrichtung der Druckleitung und die Membran ist so mit der Druckleitung verbunden, dass eine Ausbreitung von Druckluft in einem Zwischenraum, der zwischen Druckleitung und Membran gebildet ist, entlang der Längsrichtung über mehr als eine vorgegebene Strecke unterbunden ist. Insbesondere hat die vorgegebene Strecke eine Länge von höchstens 5 m. In anderen Worten ist es einem gedachten Luftvolumen nicht möglich, sich um mehr als diese vorgegebene Strecke entlang der Längsrichtung entlang der Druckleitung zu bewegen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Blasenschleiererzeugungsvorrichtung auch auf unebenem Meeresboden eingesetzt werden kann. Ein unebener Meeresboden führt dazu, dass die Druckleitung an ihrer Außenseite je nach Position unterschiedlich hohen Wasserdruck erfährt. Durch die Befestigung der Membran an der Druckleitung ist sichergestellt, dass diese unterschiedlichen Wasserdrücke nicht dazu führen, dass die Luftblasen lediglich an der Stelle mit dem geringsten Wasserdruck austreten.
  • Vorzugsweise umfasst die Blasenschleiererzeugungsvorrichtung eine Mehrzahl an Anpresselementen, die die Membran mit der Druckleitung verbinden. Beispielsweise sind die Anpresselemente durch Schlauchschellen gebildet. Das hat den Vorteil, dass eine schlauchförmige Membran verwendet werden kann. Mittels der Anpresselemente wird diese schlauchförmige Membran dann so mit der Druckleitung verbunden, dass der Abstand zwischen den beiden Anpresselementen jeweils kleiner ist als die vorgegebene Strecke. Wie oben beschrieben, ist dann sichergestellt, dass entlang der Längsrichtung der Blasenschleiererzeugungsvorrichtung eine im Wesentlichen gleichförmige Luftabgabe erfolgt. Die Anpresselemente in Form von Schlauchschellen sind besonders einfach, so dass die Blasenschleiererzeugungsvorrichtung leicht herstellbar ist.
  • Vorzugsweise ist die Druckleitung flexibel, in anderen Worten handelt es sich bei der Druckleitung vorzugsweise um einen Druckschlauch. Der Druckschlauch kann beispielsweise mittels Fasern verstärkt sein. Es ist zudem möglich, dass der Druckschlauch gegen radiale Kräfte und/oder Querkräfte stabilisiert ist, so dass ein sicherer Austrag von Luftblasen über die gesamte Länge der Druckleitung gewährleistet ist.
  • Vorzugsweise hat die Druckleitung eine Länge von zumindest 10 Metern, insbesondere 40 Metern, vorzugsweise mindestens 100 Metern. Mit einer Membran umhüllte Trägerrohre sind zum Belüften beispielsweise von Klärbecken bekannt, diese haben aber stets nur geringe Längen, um den Druckverlust entlang ihrer Länge hinreichend klein zu halten. Die Trägerrohre dienen der Lagesicherung der Membran und nicht dem Transport von Druckluft über lange Strecken. Auch werden nur geringe Luftdrücke (Wasserdruck + maximal 0,1 MPa) verwendet. Sie sind daher für den Einsatz als Blasenschleiererzeugungsvorrichtung nicht geeignet.
  • Ein erfindungsgemäßes Rammverfahren wird insbesondere dadurch durchgeführt, dass der Blasenschleier mittels einer oben beschriebenen Blasenschleiererzeugungsvorrichtung erzeugt wird, wobei der Druckleitung mit einem Luftdruck von zumindest 0,5 MPa, insbesondere zumindest 1 MPa, zugeführt wird und wobei über der Membran ein Druck von höchstens 0,3 MPa abfällt.
  • Um die Durchbruch-Querschnitte so zu ermitteln, dass die Forderung erfüllt ist, dass höchstens der angegebene Prozentsatz des 30% des Luftdrucks über die Membran abfällt, wird zunächst eine Druckleitung mit kleinen Durchbrüchen von beispielsweise 1 Millimeter hergestellt. Auf diese wird die Membran aufgezogen, die eine vorgegebene Anzahl an Poren enthält. Die Blasenschleiererzeugungsvorrichtung wird dann auf die Wassertiefe gebracht, in der sie zum Vermindern des Schalls eingesetzt werden soll. Nachfolgend wird Druckluft in die Druckleitung eingespeist und der Luftdruck an, beispielsweise drei, äquidistanten Stellen über die Länge der Druckleitung sowohl in der Druckleitung als auch zwischen der Druckleitung und der Membran gemessen.
  • Der gesamt abfallende Luftdruck ist die Druckdifferenz zwischen dem Luftdruck in der Druckleitung und dem Wasserdruck unmittelbar außerhalb der Membran. Beträgt die Druckdifferenz zwischen dem Druck zwischen Membran und dem Wasserdruck mehr als die angegebene Prozentzahl, so wird entweder die Zahl der Poren so lange erhöht oder die Durchbruch-Querschnitte werden so lange verringert, bis die Forderung erfüllt ist.
  • Um die Dichte der Luftblasen im Blasenschleier zu erhöhen, kann die Zahl der Poren vergrößert werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Luftdruck in der Druckleitung erhöht werden. Die Anpassung der Durchbruch-Querschnitte erfolgt wie oben angegeben. Es ist dazu günstig, wenn alle Durchbruch-Querschnitte gleich sind.
  • Besonders günstig ist es, wenn ein Querschnitt der Druckleitung, der Luftdruck und die Durchbruch-Querschnitte so gewählt sind, dass der Luftdruck an einer Luftdruck-Einleitstelle der Druckluft in die Druckleitung höchstens das Doppelte eines Luftdrucks an dem Punkt beträgt, der am weitesten von der Druckluft-Einleitstelle beabstandet ist.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
    • Figur 1
    eine schematische Ansicht einer Blasenschleiererzeugungsvorrichtung beim Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
    Figur 2
    eine Teilansicht einer Blasenschleiererzeugungsvorrichtung zum Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Figur 1 zeigt eine Blasenschleiererzeugungsvorrichtung 10, die eine Druckleitung 12 zum Leiten von Druckluft aufweist. Die Druckleitung 12 ist schematisch als Ringleitung gezeigt, die einen zu rammenden Pfahl 14 umgibt, der in einen Meeresboden 16 eingerammt wird. Die Druckleitung 12 wird von einer Druckluftquelle 18, beispielsweise an Bord eines Schiffes 19, mit Druckluft versorgt. Die Druckleitung 12 erstreckt sich entlang einer Längsrichtung L, die durch die Tangente im jeweiligen Punkt gebildet ist.
  • Die Druckleitung 12 ist, was in Figur 1 nicht zu erkennen ist, mit einer Membran umgeben, durch die kleine Luftblasen 20 abgegeben werden. Insbesondere ist die Membran so gewählt, dass die Luftblasen eine Luftblasengrößenverteilung haben, deren mittlerer Durchmesser zwischen 0,1 mm und 10 mm nahe der Membran liegt. Die Luftblasen 20 bilden einen Blasenschleier 22, der lediglich abschnittsweise eingezeichnet ist.
  • Figur 2 zeigt einen Teil der Druckleitung 12. Es ist zu erkennen, dass diese Druckleitung 12 eine Wand 24 besitzt, die einen Innenraum 26 umgibt. Die Wand 24 weist eine Mehrzahl an Durchbrüchen 28.1, 28.2, ... auf, durch die Druckluft 30 in einen Zwischenraum 32 entweichen kann.
  • Der Zwischenraum 32 ist gebildet zwischen der Außenseite der Wand 24 und einer Membran 34. Die Membran 34 ist im vorliegenden Fall durch einen geschlitzten Gummischlauch gebildet und weist eine Vielzahl an Poren 36.1, 36.2, ... auf. Durch diese Poren kann die Druckluft 30 in die Umgebung 38 entweichen.
  • Figur 2 zeigt, dass die Membran 34 mittels einer Mehrzahl von Anpresselementen 40.1, 40.2, ... mit der Druckleitung 12 verbunden ist, so dass sich Membranabschnitte 42.1, 42.2, ... zwischen den einzelnen Anpresselementen 40 (Bezugszeichen ohne Zählsuffix bezeichnen das Objekt jeweils als solches) bilden. Die Anpresselemente 40 sind so ausgebildet, dass ein Übertritt von Druckluft von einem Membranabschnitt in den nächsten unterbunden wird. Die Membran 34, die Druckleitung 12 und die Anpresselemente 40 sind Teil eines Membranbelüfters 43.
  • Die Durchbrüche besitzen jeweilige Durchbruch-Querschnitte Q. Diese Durchbruch-Querschnitte sind im Vergleich zu den Porengrößen so gewählt, dass sich bezüglich einer Position x entlang der Längsrichtung L ein Luftdruck p26 im Innenraum 26 und ein im Zwischenraum 32 anliegender Druck p32 ausbildet, für die die folgende Beziehung gilt: p 32 − p Umgebung p 26 − p Umgebung ≤ 0 , 3.
    Figure imgb0001
  • In anderen Worten fällt der Luftdruck der Druckluft zu höchstens 30 % über die Membran ab, der Rest des Drucks fällt über die Wand 24 der Druckleitung ab.
  • Vorzugsweise gilt p 26 ≥ 2 · pUmgebung , das heißt, dass der Luftdruck p26 im Innenraum zumindest das Doppelte des Umgebungsdrucks, das heißt des Wasserdrucks beträgt. Günstig ist es, wenn die Beziehung 0,03MPa ≤ p 34 ≤ 0,06MPa erfüllt ist, das heißt, dass über die Membran ein Druck zwischen 0,3 bar und 0,6 bar abfällt.
  • Die Membran 34 ist, wie oben bereits ausgeführt, ein geschlitzter Gummischlauch, wobei die Schlitze zwischen 0,6 und 2 mm Schlitze aufweisen können. Zwar sind größere oder kleinere Schlitze möglich, es hat sich aber herausgestellt, dass Schlitze in diesem Intervall eine besonders vorteilhafte Wirkung erzeugen. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass alle Schlitze die gleiche Länge haben.
  • Die einzelnen Membranabschnitte 42 haben eine jeweilige Länge I, die einer vorgegebenen Strecke entspricht. Insbesondere ist diese vorgegebene Strecke kürzer als 5 Meter.
  • Zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahren zum Dämpfen von Schall im Wasser in Form eines Rammverfahrens wird der Pfahl 14 von einer in Figur 1 nicht näher eingezeichneten Rammvorrichtung in den Meeresboden 26 getrieben. Mittels der erfindungsgemäßen Blasenschleiererzeugungsvorrichtung 10 wird der Blasenschleier 20 erzeugt. Ein Querschnitt, insbesondere ein Durchmesser d der Druckleitung 12 ist so gewählt, dass günstigerweise ein Druckabfall zwischen einem Punkt maximalen Drucks p26 und einem Punkt minimalen Drucks p26 höchstens 50 % des maximalen Drucks beträgt. In Figur 1 ist der Punkt höchstens Druckes der Punkt der Einspeisung, in dem Druckluft über eine Zuleitung 44 in die Druckleitung 12 eingespeist wird einerseits, und dem gegenüberliegenden Punkt.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Blasenschleiererzeugungsvorrichtung
    12
    Druckleitung
    14
    Pfahl
    16
    Meeresboden
    18
    Druckluftquelle
    19
    Schiff
    20
    Luftblasen
    22
    Blasenschleier
    24
    Wand
    26
    Innenraum
    28
    Durchbruch
    30
    Druckluft
    32
    Zwischenraum
    34
    Membran
    36
    Poren
    38
    Umgebung
    40
    Anpresselement
    42
    Membranabschnitt
    43
    Membranbelüfter
    44
    Zuleitung
    Q
    Durchbruch-Querschnitt
    L
    Längsrichtung
    d
    Durchmesser
    I
    Abstand zwischen Anpresselementen

Claims (5)

  1. Verfahren zum Dämpfen von Schall im Wasser, wobei ein Blasenschleier (22) mittels einer Blasenschleiererzeugungsvorrichtung mit
    (a) einer Druckleitung (12) zum Leiten von Druckluft (30),
    - die eine Wand (24) besitzt, die einen Innenraum (26) umgibt,
    - wobei die Wand (24) eine Mehrzahl an Durchbrüchen (28) aufweist, die jeweilige Durchbruch-Querschnitte (Q) besitzen,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Blasenschleiererzeugungsvorrichtung
    (b) einer Membran (34) hat, die
    - eine Vielzahl an Poren (36) mit jeweiligen Porengrößen aufweist und
    - so ausgebildet ist, dass Druckluft (30) durch die Membran (34) in Form von Bläschen (20) durch die Poren (36) in umgebendes Wasser abgebbar ist,
    (c) wobei die Wand (24) zumindest in der Umgebung der Durchbrüche (28) von einer Membran (34) umgeben ist, die so ausgebildet ist, dass Druckluft (30) aus dem Innenraum (26) durch die Durchbrüche (28) und danach durch die Membran (34) in Form von Bläschen (20) und danach durch die Poren (36) in umgebendes Wasser (38) abgebbar ist,
    (d) wobei die Durchbruch-Querschnitte (Q) und die Porengrößen so gewählt sind, dass sich ein Luftdruck (p26) im Innenraum (26) und ein in einem Zwischenraum (32) zwischen Druckleitung (12) und Membran (34) anliegender Druck (p32) ausbildet, für die gilt: p 32 − p Umgebung p 26 − p Umgebung ≤ 0 , 3 ,
    Figure imgb0002
     wobei pUmgebung der Umgebungsdruck ist,
    erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftdruck (p) in einer Druckleitung (12) der Blasenschleiererzeugungsvorrichtung zumindest 0,3 MPa beträgt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Druckleitung (12) Druckluft (30) mit einem Luftdruck (p) von zumindest 0,5 MPa, insbesondere zumindest 1 MPa zugeführt wird, und
    - über der Membran (34) ein Druck von höchstens 0,3 MPa abfällt.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckleitung (12) eine Länge von zumindest 10 Metern, insbesondere 40 Metern hat.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (34) so mit der Druckleitung (12) verbunden ist, dass eine Ausbreitung von Druckluft (30) in dem Zwischenraum (32) zwischen Druckleitung (12) und Membran (34) entlang der Länge (L) des Systems über mehr als eine vorgegebene Strecke (I) unterbunden ist.
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