FI56578C - Ljuddaempare foer avgaser - Google Patents

Description

- Γ„, KUULUTUSJULKAISU -Λ,„Α Β (11) UTLÄGGN I NGSSKRIFT 56S78 C (45) Patentti nyönne-tty II 12 1980 Patent ceddelat ’ (51) Ky.lk.*/lnt.CI.* P 01 N 1/24 §UQ|^||__p||q^^|qQ (21) Pittnttlhakemu* — Ratencansttlmlng 1739/7^ (22) Hakamlapilvi — Ansöknlngsdag 06.06.7^ (FI) (23) Alkupllvi—Giltlghetsdag 06.06.7^ (41) Tullut Julkiseksi — Bllvlt offantllg 15.12.7k

Patentti· ja rekliterihallitus Nihtivlkslpanon ]a kuul.Julkaliun pvm. —

Patent· och registentyrelten ' Ansökan utlagd och utl.skriften publlcerad 31 10.79 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikau* —Begird prloritet lU. 06.73

Kanada(CA) 17^021 (71) Sherritt Gordon Mines Limited, 2800 Commerce Court West, Toronto,

Ontario, Kanada(CA) (72) Peter Postma, Fort Saskatchewan, Alberta, Kanada(CA) (7*0 Oy Kolster Ab (5I+) Pakokaasun äänenvaimennin - Ljuddämpare för avgaser Tämän keksinnön kohteena on pakokaasun äänenvaimennin, johon kuuluu pitkänomainen runko, jossa on suljettu pää ja avoin pää, tulojohto, joka ulottuu runkoon ja jota rungossa oleva ontto sylinteri ympäröi, ja äänenvaimennusainetta rungon sisäpinnalla.

Teollisuusympäristössä koneistot ja muut teollisuuden järjestelmät ja prosessit kehittävät jatkuvasti melua. Tämä melu voi vahingoittaa niiden työntekijöiden kuuloaistia, jotka joutuvat olemaan kauan melulle alttiina. Vahinko voi olla pysyvä tai tilapäinen riippuen yksilön kuulokynnyksestä ja sietokyvystä.

Äänen voimakkuus riippuu äänen energiasta ja sen äänen paine mitataan tavallisesti desibeleinä (dB), joka on hetkellisen äänen paineen tehollisen arvon mitta suhteessa äänen vertauspaineeseen. Äänen paineen yksikkö on mikrobari tai dyne neliösenttimetriä kohti. Äänen vakiovertauspaine on 0,0002 mikrobaria. Eri taajuuksilla esiintyvät äänet kehittävät eri paineita. Normaalisti ihminen kuulee ja erottaa äänen taajuusalueella 60-15000 jaksoa sekunnissa. Ympäristön äänen painetaso mitataan oktaavitaajuuskaistoina tämän kuuluvan taajuusalueen sisällä sen voimakkuuden määrittämiseksi. On todettu, että äänen painetason turvallinen kynnys 2 56578 millä tahansa kriitillisellä äänen taajuuskaistalla on suunnilleen 85 dB suhteessa 0,0002 mikrobarin vertauspaineeseen. Teollisuuslaitoksissa voivat monet suurpaine-pakokaasut kehittää sietämättömän kovaa ääntä ilman suuren värähtelyn takia, kun se puretaan pakoputken tai -järjestelmän kautta. On ollut tunnettua kiinnittää äänenvaimennin pakoputkeen melun vaimentamiseksi hyväksyttävälle tasolle, alle 85 dB. Äänen vaimentaminen voidaan aikaansaada vaimentimessa heijastamalla energian takaisin lähteeseen tai absorboimalla energiaa energian absorboivilla rakenteilla. Tunnettujen vaimentimien rakenne on kuitenkin monimutkainen ja niiden valmistus on kallis.

Tunnetuilla vaimentimilla on myös umpinainen rakenne, jossa vaimennin on täysin suljetun rungon muodossa. Rungon sisätila on jaettu useiksi monimutkaisiksi, sokkeloina!siksi osiksi, jotka sisältävät ääntä eristävät ja heijastavat rakenteet. Rungon ulosmenopää on tavallisesti suljettu ääntä absorboivalla aineella, niin että rungon sisälle ei pääse korjausta ja/tai osien vaihtoa varten. Joissakin äänenvaiment imi s s a, esim. autojen äänenvaimentimissa, on hieman avoin ulosmenopää. Alue, johon pääsee käsiksi avoimen ulosmenopään kautta, on kuitenkin täysin eristetty muista sisärakenteista, ja tällaisen ulosmenopään koko on tavallisesti äärimmäisen pieni, jotta saataisiin aikaan pakokaasun mahdollisimman suuri heijastuminen takaisin runkoon. Se on tämän vuoksi oleellisesti umpinainen rakenne. Tunnettujen äänenvaimentimien umpinaisenrakenteen eräänä haittana on se, että lauhde ja pakokaasun mukanaan kuljettamat hiukkaset tukkivat vaimentimen sisätilan tehden sen tehottomaksi ja lopulta toimimattomaksi. Vaimentmen sisätila on usein hyvässä rakenteellisessa kunnossa, mutta umpinaisen rakenteen vuoksi tällaisten umpinaisten vaimentimien korjaaminen vie aikaa ja on epätaloudellista. Se on siksi vaihdettava kokonaisena.

Eräs tunnettu äänenvaimennin on esitetty ruotsalaisessa patentissa 386 9^6· Tämä laite toimii vastapaineperiaatteella, koska sisäsylinteri on oleellisesti umpinainen rakenne. Kun meluisat kaasut tulevat tuloputkesta sisäsylinteriin, ne palaavat osaksi takaisin tuloputkeen, jolloin sisäsylinterin absorptiovuoraus' absorboi osan melusta. Jäljellä olevat meluisat kaasut kulkevat sisäsylinterin ja ulkosylinterin kapean välin kautta niin, että ulkosylinterin sisäpinnan ja sisäsylinterin ulkopinnan absorptiovuoraukset absorboivat edelleen kaasujen melua. Laitteen toiminta perustuu siis äänen heijastukseen ja äänen absorptioon.

Saksalaisessa patentissa 2 129 981 esitetään samoin äänenheijastusperiaatteella toimiva äänenvaimennuslaite. Se on lisäksi suljettu laite, koska runko peittää poistoaukon. Tällaisten suljettujen laitteiden puhdistus on vaikeaa, jopa mahdotonta, samoin osien vaihto niihin, joten niitä ei useinkaan korjata, vaan ne poistetaan käytöstä.

Olennaisesti vastaavanlaiset äänenvaimentimet on myös esitetty ranskalaisessa 3 56578 patentti julkaisussa 1 22h 1+00 ja amerikkalaisessa patenttijulkaisussa 2 058 932.

Keksinnön eräänä päämääränä on kehittää äänenvaimennin, joka tehokkaasti vaimentaa pakoilman melun alle 83 dB:n äänen painetasolle.

Keksinnön päämääränä on lisäksi kehittää äänenvaimennin, jonka rakenne on yksinkertainen.

Keksinnön päämääränä on lisäksi kehittää äänenvaimennin, jonka rakenne on avoin, niin että vaimentimen sisälle pääsee hyvin suorittamaan huoltoa.

Tässä kuvauksessa käytetyllä nimityksellä "ilma" tarkoitetaan kaasua ja kaasumaista purkausta, joka purkautuu pakotien kautta ja voi sisältää kosteutta ja/tai hiukkassuspension.

Keksinnön mukaiselle äänenvaimentimelle on tunnusomaista se, että sylinteri on poikkileikkaukseltaan oleellisesti suurempi kuin tulojohto, mutta oleellisesti pienempi kuin runko, että sylinterin toinen pää on kiinnitetty irrotettavasti rungon suljettuun päähän, että sylinterin toinen pää sijaitsee huomattavan välimatkan päässä sisäänpäin rungon avoimesta päästä, että huokoisen osan sisältävä suodatuskansi on kiinnitetty irrotettavasti sylinterin toiseen päähän, että sylinterissä on reikiä ja että suodatuskansi ja sylinteri muodostavat johdon sisäpäästä poistuvan kaasun alku-laajenemiskammion, niin että tulojohdon sisäpäästä poistuva kaasu kulkee huokoisen osan tai sylinterin reikien läpi, ennen kuin se osuu rungon sisäpinnalla olevaan sinänsä tunnettuun äänenvaimennusaineeseen.

Verrattuna tunnettuun tekniikkaan keksinnön mukainen äänenvaimennin toimii meluisien pakokaasujen nopeuden alentamisen periaatteella. Sisäsylinteri on täynnä reikiä, niin että meluisien kaasujen kulkiessa sylinterin kautta vaimentimen runkoon ne jakautuvat moneksi osavirraksi, joilla on oleellisesti alentuneet nopeudet, jolloin ääni vaimenee. Kun lisäksi alhaisemman nopeuden omaavat osavirrat joutuvat kooltaan huomattavasti suurempaan runkoon, niin nopeus yhä alenee äkillisestä laajenemisesta johtuen, jolloin ääni yhä edelleen vaimenee. Hitaissa vaimennetuissa virroissa mahdollisesti jäljellä oleva ääni hajoaa, sen jälkeen joko nopeuden alenemisesta johtuen niiden kulkiessa ylöspäin vaimentimen rungon suhteellisen suuren tilan läpi tai siten, että rungon seinän äänenvaimennusvuoraus absorboi äänen.

Seuraavassa kuvataan keksinnön erästä toteutusmuotoa oheisiin piirustuksiin verraten, joissa: kuvio 1 esittää pystyleikkauskuvantoa sivulta pakoilman äänenvaimentimesta’, kuvio 2 esittää ylhäältä pystyleikkauskuvantoa pakoilman äänenvaimentimesta pitkin kuvion 1 viivaa I-Ii ja kuvio 3 esittää graafista kuvantoa vaimentimen tehosta tämän muuttaessa ääntä kuuluvalla taajuusalueella.

Valmentaja käsittää rungon 10. Rungon poikkileikkausmuoto voi olla pyöreä tai muunlainen ja siinä on suljettu pää 11 ja avoin pää 12. Tulojohto 13 on asennettu k 66578 rungolle 10 suljetun pään 11 keskustan kautta. Tulojohdon pään lyhyt osa ulottuu runkoon kuvion 1 mukaisesti. Rungon poikkileikkausläpimitta on oleellisesti suurempi kuin tulojohdon poikkileikkausläpimitta. Rungon läpimitta on esim. 25,1* cm ja tulojohdon noin 2,5** cm. Tulojohdon voi hitsata rungon suljettuun päähän kohdassa 1U. Tulojohdon voi kiinnittää meluisan kaasun tai ilman pakoputkeen 15· Pakokaasun kehittämä melu voi johtua siitä, että putken kautta purkautuu hyvin nopeaa kaasua, mikä saa kaasuväliaineen värähtelemään voimakkaasti. Säätöruuvilla, esim. L-muotoisella kiinnitysruuvilla 16, voidaan kiinnittää johto ilman pako-putkeen, tai laippakytkennän avulla voidaan asentaa tulojohto ilman pakoputkeen hyvin tunnetulla tavalla.

Ontto sylinteri 17 sijaitsee rungon 10 sisällä ja ympäröi tulojohtoa tästä välimatkan päässä. Onton sylinterin 17 koko on oleellisesti suurempi kuin tulo-johdon. Tulojohdon läpimitan ollessa 2,5** cm, kuten edellä, voi onton sylinterin läpimitta olla 15,2^ cm. Onton sylinterin 17 seinämä on rei'itetty useilla aukoilla 18. Onton sylinterin 17 toinen pää on kiinnitetty irrotettavasta rungon 10 suljettuun päähän vaamaruuveilla 20 ja muttereilla 21. Onton sylinterin toinen pää sijaitsee suunnilleen samalla korkeudella ja mieluiten hieman alempana kuin tulo-johdon pää. Huokoinen osa, esim. paksu harsotuppo 22, on asennettu suoraan vastapäätä tulojohdon 13 pään aukkoa metallilankaverkolla 23 kannen muodossa, joka on asennettu irrotettavaati onton sylinterin pään reunalle esim. ruuveilla 2U. Metallilankaverkko 23 ja harsotuppo 22 muodostavat suodatuskannen, joka toimii yhdessä onton sylinterin 17 ja rungon 10 suljetun pään kanssa suodatuskotelon muodostamiseksi, joka ympäröi tulojohtoa ylhäältä ja ympäri rungossa.

Rungon 10 sisäseinämät on vuorattu ääntä absorboivalla aineella 25, jolla on ääntä läpäisevä kennorakenne, kuten lasikuiduilla, metalliharsolla tai sorvin lastuilla. Ääntä absorboivan aineen voi kiinnittää rungon sisäseinämille, tai vaihtoehtoisesti voidaan käyttää jäykkää, huokoista pidätintä, esim. galvanoitua metallilankaverkkoa 26, joka pitää ääntä absorboivan aineen irrotettavasti paikallaan. Rungon 10 avoimeen päähän on kiinnitetty katkokartion muotoinen, divergoiva ripa 28. Ainakin yksi reikä 27 voidaan muodostaa suljetussa päässä onton sylinterin 17 ja ääntä eristävän vuorauksen 25 välisessä tilassa, jotka reiät toimivat poisto-reikinä nestemäisen lauhteen tai aineen poistamiseksi rungosta. Tällaiset poisto-reiät sijoitetaan tasaisin välein ympäri suljettua päätä.

Purkautuva kaasu menee runkoon tulojohdon 13 kautta. Purkautuva kaasu kantaa mukanaan energian, joka voi aikaansaada äänivärähtelyjä. Kun kaasu menee onttoon sylinteriin tulojohdon kautta, se iskee suoraan harsotuppoon 22 poistuessaan tulo-johdon pään aukosta. Kaasuvirtaus jakaantuu useiksi pieniksi suihkuiksi, jotka kulkevat harsotupon paljon suuremman pinta-alan ja metallilankaverkon 23 monien 56578 5 ilmatilojen kautta, ennen kuin kaasu menee vaimentimen runkoon. Tämä pienentää kaasun nopeuden jyrkästi niin paljon, että se vapauttaa energian, joka panee ympäröivän kaasumassan värähtelemään. Mikäli epäpuhtaudet tilkkivät verkon tai harso-tupon, on kaasun pakko kulkea useiden aukkojen 18 kautta, jotka on tehty onton sylinterin seinämissä. Aukot pienentävät vuorostaan kaasun nopeutta ja ne toimivat siten ääntä vaimentavina suodattimena, jotka absorboivat äänienergian, kun purkautuva kaasu kulkee niiden läpi.

Harsotuppo ja ontto sylinteri muuttavat myös pakokaasun suunnan, niin että kun harsotuppo ja onton sylinterin aukot ovat suodattaneet kaasun, tulee kaasu hajotetuksi eri osiksi, jotka menevät runkoon eri säteissuunnissa. Pakoputkesta tulevan ääniaallon suunnan hajottaminen pienentää edelleen pakokaasun äänienergiaa. Runkoon tulevat, hajotetut kaasuosat iskevät ääntä absorboivaan aineeseen tai vuoraukseen eri säännöttömissä suunnissa ja ääntä absorboiva aine absorboi täten näissä kaasuosissa vielä jäljellä olevan äänienergian.

Kaasuosista voi pieni määrä kuljettuaan harsotupon ja verkon 23 läpi kulkea suoraan kohti avointa päätä iskemättä rungon päätä absorboivaan aineeseen. Tässä suunnassa liikkuvilla kaasuosilla on kuitenkin äärimmäisen pieni nopeus ja ääni-energia, koska harsotuppo ja metallilankaverkko ovat jakaneet ne ja suuri osa äänienergiasta on hajaantunut rungon tilassa, kun ne saapuvat avoimeen päähän.

Edellä olevasta kuvauksesta käy ilmi, että purkautuvan kaasun nopeus pienenee paljon kaasun kulkiessa harsotupon, metallilankaverkon ja onton sylinterin aukkojen kautta. Kaasun nopeuden pieneneminen eliminoi kaasuväliaineen värähtelyn, joka kehittää ääntä. Rungon avoimessa päässä oleva, katkokartion muotoinen ripa 28 toimii laajentimena, joka hidastaa kaasuosia, jotka voivat saapua rungon avoimeen päähän ja suuntaa mahdollisesti kehittyvän äänen ylöspäin. Kerrotulla tavalla äänenvaimennin pienentää jyrkästi pakoputkesta tulevan, meluisan pakoilman tai -kaasun nopeuden, niin että ääntä ei enää kehity ja vaimentimen eri ääntä absorboivat rakenteet ja osat absorboivat pakoilmassa tai -kaasussa olevan äänienergian.

Kuvio 3 esittää graafista kuvantoa keksinnön mukaisen äänenvaimentajan tehokkuudesta. Mittauksen suorittaa äänen analysointikoje, joka sijaitsee noin 1,83 m päässä metaanikaasun poistoputkesta vetytehtaassa ja tässä mitataan melun äänienergian taso oktaavikaistoilla 63-8000 sentipoisin taajuusalueella. Tulokset osoittavat, että vaimennin vaimentaa tehokkaasti kaiken äänienergian eri taajuuskaistoilla paljon alemmaksi kuin suurin hyväksyttävä 85 dB:n taso. Käyrä, joka on mitattu valmentajan ollessa kiinnitettynä pakoputkeen, putoaa miltei tarkalleen ympäristön melun käyrälle, joka on mitattu pakoputken ollessa kokonaan suljettu.

Lienee ilmeistä, että puheena olevan keksinnön mukaisella äänenvaiment»niellä on yksinkertainen rakenne ja sen avoimen rakenteen ansiosta voidaan· osien vaihto ja 6 S6578 puhdistus suorittaa helposti ja nopeasti.

Joskin edellä on näytetty ja esitelty keksinnön eräs parhaana pidetty toteutusmuoto , alan asiantuntijat ymmärtävät, että siinä voidaan tehdä muodon ja yksityiskohtien osalta eri muutoksia keksinnön hengen ja suojapiirin asettamissa puitteissa.

*

Claims (1)

1. 56578 7 Patenttivaatimus: Pakokaasun äänenvaimennin, johon kuuluu pitkänomainen runko (10), jossa on suljettu pää (11) ja avoin pää (12), tulojohto (1U), joka ulottuu runkoon ja jota rungossa (1) oleva ontto sylinteri (17) ympäröi, ja äänenvaimennusainetta (25) rungon (10) sisäpinnalla, tunnettu siitä, että sylinteri (17) on poikkileikkaukseltaan oleellisesti suurempi kuin tulojohto (1U), mutta oleellisesti pienempi kuin runko (10), että sylinterin (17) toinen pää on kiinnitetty irro-tettavasti rungon (10) suljettuun päähän (il), että sylinterin toinen pää sijaitsee huomattavan välimatkan päässä sisäänpäin rungon (10) avoimesta päästä (12), että huokoisen osan (22) sisältävä suodatuskansi (23) on kiinnitetty irrotettavaa ti sylinterin (17) toiseen päähän, että sylinterissä (17) on reikiä (18) ja että suodatuskansi (23) ja sylinteri (17) muodostavat johdon (1U) sisäpäästä poistuvan kaasun alkulaajenemiskammion, niin että tulojohdon (1M sisäpäästä poistuva kaasu kulkee huokoisen osan 22 tai sylinterin 17 reikien 18 läpi, ennen kuin se osuu rungon (10) sisäpinnalla olevaan sinänsä tunnettuun äänenvaimennus-aineeseen (25)·