JP5419919B2

JP5419919B2 - 流体機械用パイプマフラー

Info

Publication number: JP5419919B2
Application number: JP2011094898A
Authority: JP
Inventors: リヒャルト・ビュッソー
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2031-04-21
Also published as: DE102010028089B4; JP2011226488A; US8307947B2; DE102010028089A1; US20110259667A1; CN102235205A; EP2381154B1; CN102235205B; EP2381154A1

Description

本発明は、流体機械用、特に圧縮機用のパイプマフラーに関する。
流体機械の駆動時には、頻繁に振動が発生し、当該振動は、例えば流体内での圧力変動あるいは機械の周期的な励振などによって現れ、特に好ましくない騒音放射に至る。騒音の伝導と放射とを削減するために、流体が貫流しかつ騒音伝播を減少するパイプマフラーを、流体機械あるいはその段に前置および／あるいは後置することが知られている。

社内での実践から、そのために、その内部で流体が、ハウジングに受容されているマフラーバッフルを環流するパイプマフラーが知られている。これらのマフラーバッフルはしばしば、透過性のある繊維材質、例えばグラスウールなどから成り、繊維損失の危険があり、その結果限られた流速しか可能ではなく、充分に長い沈静化距離と大きな断面とが必要である。

本発明の課題は、流体機械用、特に圧縮機用の改良されたパイプマフラーを提供し、さらに、フレキシブルに使用可能で、様々な周波数スペクトル用に製造可能かつ従来技術の欠点を回避するそのようなパイプマフラーを取り付けるための方法を提供することである。
この課題を解決するために、請求項１のおいて書きに記載のパイプマフラーが、請求項１の特徴によってさらに規定されており、従属請求項は有利なさらなる形態に関する。

請求項１３は本発明に係るパイプマフラーを取り付けるための方法を保護し、従属請求項はさらなる有利な形態に関する。
本願発明は、従来技術に比べて以下のような利点を備える。
すなわち、減衰させるための繊維材質を用いないので、より大きな流速と始動距離とを必要とせず、導管系の設計における自由度が大きくなる。

自由な流路断面をあまり阻害しない細い構造形態を有しており、それによって管を拡張させる必要がほとんど無いか又は全く無いので、コストを節約することができる。

驚いたことに明らかとなったのは、パイプマフラーにおいて、それ自体が既知である音響ライナーを用いることによって、構造高さが低くても大きな減衰を達成できるということである。これらのライナーは、例えばチャンバと有孔板から成る覆いとから成っており、これによってヘルムホルツ共振器効果がもたらされる。音を減衰させる金属によってチャンバを覆えば、ヘルムホルツ共振器効果はλ／４共振器に移る。
チャンバは、マフラーバッフル内部の互いにはめ込まれた薄い板（ストリンガー）によって、かつ音を反射する円周側の背壁を使用することによって形成され、それによってハニカム状のマフラーバッフルができる。

本発明の基本的な考えは、導管系において音を減衰させるための音響ライナーを最適に配置することに基づいている。

本発明に係るパイプマフラーは、流体機械用に意図されており、その作動メカニズムによって強い周期的な振動の励振を受ける圧縮機に、特に有利に用いられる。当該パイプマフラーは、流体機械のパイプ構造体に取り付けるためのフランジおよびハウジングと、音を反射するハウジング内壁と、１つあるいは好ましくは複数のマフラーバッフルと、複数のマフラーバッフルの場合には支持要素と、音を吸収する軸方向かつ円周側の音響ライナー（ストリンガー）と、音を減衰させる金属要素と、音を反射する中間内壁と、遮断板と、流体機械の流体、例えばプロセスガスあるいは液体などを運ぶための要素と、個々のパイプマフラー要素を分離可能に固定するための中央テンションアンカーと、流れの周囲に最適に取り付けるための要素とを備えている。

パイプマフラーは自ら突出しており、ほぼ上述の構成部材から成る。
外側マフラーバッフルのみを形成するための本発明の好ましい態様に従えば、音を反射する背壁は端面側で遮断板と接続されている。ハニカム状のマフラーバッフルの形成は、パイプマフラーの長手に沿って、音を反射する背壁と、流体を運ぶ断面に対してある、音を減衰させる金属との間にある軸方向ストリンガーと円周方向ストリンガーとを介して行われる。

外側マフラーバッフルと関連する付加的な中央マフラーバッフルを形成するための、本発明のさらなる態様に従えば、内側支持クロス部が、端面側の内側遮断板と接続されている。マフラーバッフルは、パイプマフラーの長手に沿って、音を減衰させる金属と内側で接続している軸方向ストリンガーと円周方向ストリンガーとを介して形成されている。内側支持クロス部と外側マフラーバッフルとは、その外側遮断板を介して接続している。
中央マフラーバッフルと外側マフラーバッフルとに関連する付加的な内側マフラーバッフルを形成するための、本発明のさらなる態様に従えば、内側支持クロス部が、外周で内側遮断板と接続されている。マフラーバッフルは、軸方向ストリンガーと円周方向ストリンガーとを介して形成されており、軸方向ストリンガーは、音を減衰させる金属と外側でパイプマフラーの長手方向に沿って接続しており、音を減衰させるさらなる外側の金属によってハニカム状の内側マフラーバッフルを形成している。必要な内側支持クロス部と外側クロス部と内側マフラーバッフルとが、外側マフラーバッフルの遮断板と中央マフラーバッフルの遮断板とを介して接続されている。好ましい実施形態においては、マフラーバッフルが両側に設けられており、その結果、内周側の吸音金属と外周側の吸音金属との間に、音を反射するもう一つの背壁があり、それによって、音を反射する背壁によって分けられて、軸方向ストリンガーと円周方向ストリンガーとの配置および音を減衰させる金属の配置が、二重になっている。
音を減衰させる金属と、軸方向ストリンガーと、円周方向ストリンガーとは、好適には板状に形作られており、わずかな厚み（約０．５ｍｍ−１．５ｍｍ）を有し、かつ差込み接続と固定式接続とによって互いに上下に保持される。
極めて多様な長さでかつ極めて多様な要求のためのパイプマフラーをコスト的に有利に製造できるようにするために、より長さのあるパイプマフラーは好適には、組み立てられかつ予め作られたパイプマフラー要素から成る。これらの個々の要素の接続は、支持クロス部のピンを介して、かつ中心では、中央マフラーバッフルの中心部に設けられているテンションアンカーによって行われる。
中央マフラーバッフルと中間のマフラーバッフルとはブローキャップによって覆われており、これには流体技術的な利点があって、マフラーバッフルの内部を保護する。
音を減衰させる金属と軸方向ストリンガーと円周方向ストリンガーとの材料の選択においては、様々な環境の要求と、所与の周波数領域のための騒音伝導特質とが特に考慮され、既定され得る。
非常に小さいパイプマフラーでは、中央マフラーバッフルと中間のマフラーバッフルとがなくなり、それによってリング状の外側マフラーバッフルのみが存在するということが考えられ得る。１つあるいは複数の支持クロス部は、単に静力学上の必要性で備えられている。
小さめもしくは中くらいの直径のパイプマフラーでは、中間のマフラーバッフルがなくなり、それによって中央マフラーバッフルとリング状の外側マフラーバッフルのみが存在するということが考えられ得る。
大きめの直径のパイプマフラーでは、中央マフラーバッフルと外側マフラーバッフルに加えて、２つあるいはそれ以上の中間マフラーバッフルが存在するということが考えられ得る。
パイプマフラーの取り付けを容易にするために、かつ流体機械の供給管と排出管の非円形の流れ断面に取り付けるのを保証するために、一方ではパイプマフラーの円周には補償板および／あるいはパイプマフラー要素の端部にはボールローラが考えられ得る。

本発明の実施例は、図に基づいて説明される。図で示されるのは以下である。

本願発明の実施形態に従ったパイプマフラーの縦断正面図である。本願発明の実施形態に従ったパイプマフラーの縦断側面図である。本願発明の実施形態に従ったパイプマフラーの縦断部分側面図（詳細図“ｘ”）である。本願発明の実施形態に従った軸方向ストリンガーの側面図である。本願発明の実施形態に従った遮断板の正面図である。本願発明の実施形態に従った円周方向ストリンガーの正面図である。本願発明の実施形態に従った遮断板を配置するための縦断部分側面図（詳細図“ｙ”）である。本願発明の実施形態に従ったボールローラを配置するための縦断部分側面図である。

本願発明の実施例に従ったパイプマフラーは、添付の図に関連して記述される。

図１から図６は、パイプマフラー（１）全体と、マフラーバッフル（２；３；４）を形成するための付属の要素とを示しており、それに従えば流体管は符号１００が付けられており、当該流体管にパイプマフラー（１）が挿入され、フランジ（２９；１０１）を介して互いに分離可能に接続される。
本願発明の実施例では、パイプマフラー（１）は３つの主要要素から成り、これらは長手に沿って、ピン（２６）と中央テンションアンカー（１９）とを介して分離可能に互いに接続される。

すべてのパイプマフラー要素はそれらの原則的な構造においては同じであり、ただ組立ての際にのみ、取り付け状態に適合される。

パイプマフラー要素は本質的に、中央マフラーバッフル、内側マフラーバッフル、外側マフラーバッフル（２；３；４）から成り、これらはそれぞれ、中央遮断板、内側遮断板、外側遮断板（９；１０；１１）を介して、内側支持クロス部および外側支持クロス部（５；６）と互いに接続される。

中央マフラーバッフル（２）は、リング状にパイプマフラー（１）の中央に設けられており、流れのない円周側で、音を反射する背壁（２４）に囲まれており、この背壁は中央遮断板（１１）と接続されている。自由な流れ断面に対して、マフラーバッフル（２）は、音を減衰させる中央の金属（２３）によって画定される。マフラーバッフル（２）は、パイプマフラーの長手全体にわたって円周側で３０度ずつ延伸する中央軸方向ストリンガー（１４）と、中央円周方向ストリンガー（１８）と、端面側に据え付けられた中央遮断板（１１）とによって形成され、これらは互いにはめ込まれて互いに接続される。中央遮断板（１１）は端面側に、スリット状の凹部（１１．１）を含み、この凹部に、中央軸方向ストリンガー（１４）の端部側突起部（１４．１）が係合し、その結果この突起部は軸方向に固定されている。中央軸方向ストリンガー（１４）は、端部側突起部（１４．１）の他にも、長手にわたって分割されている突起部（１４．２）とスリット（１４．３）も有し、この場合突起部（１４．２）は音を減衰させる中央の金属（２３）に当接し、スリット（１４．３）は中央円周方向ストリンガー（１８）のための係合箇所として用いられる。中央円周方向ストリンガー（１８）は同様に、中央軸方向ストリンガー（１４）に係合するためのスリット（１８．１）を有する。

内側マフラーバッフル（３）は、リング状にパイプマフラー（１）の内側に設けられており、流れのない円周側で、音を反射する背壁（１５）に囲まれており、この背壁は内側遮断板（９）と接続されている。自由な２つの流れ断面に対して、マフラーバッフル（３）は、音を減衰させる内側の金属（２２ａ；２２ｂ）によって画定される。マフラーバッフル（３）は、パイプマフラー要素の長手全体にわたって円周側で３０度ずつ延伸する内側軸方向ストリンガー（１３ａ；１３ｂ）と、内側円周方向ストリンガー（１６ａ；１６ｂ）と、端面側に据え付けられた内側遮断板（９）とによって形成され、中央マフラーバッフル（２）の場合とは異なって、リング状のマフラーバッフル（３）の円周側での分割は、音を反射する内側の背壁（１５）によって行われる。中央マフラーバッフル（２）の場合のように、内側軸方向ストリンガー（１３）と内側円周ストリンガー（１６）と内側遮断板（９）とは、互いにははめ込まれる。内側遮断板（９）は端面側に、スリット状の凹部（９．１）を含み、この凹部に、内側軸方向ストリンガー（１３ａ；１３ｂ）の端部側突起部が係合し、その結果この突起部は軸方向に固定されている。内側軸方向ストリンガー（１３ａ；１３ｂ）は、端部側突起部（１３．１）の他にも、長手にわたって分割されている突起部（１３．２）とスリット（１３．３）も有し、この場合突起部（１３．２）は音を減衰させる内側の金属（２２ａ；２２ｂ）に当接し、スリット（１３．３）は内側円周方向ストリンガー（１６ａ；１６ｂ）のための係合箇所として用いられる。内側円周方向ストリンガー（１６ａ；１６ｂ）は同様に、内側軸方向ストリンガー（１３ａ；１３ｂ）に係合するためのスリット（１６．１）を有する。

外側マフラーバッフル（４）は、リング状にパイプマフラー（１）の外側に設けられており、流れのない円周側で、音を反射する背壁（２５）に囲まれており、この背壁は外側遮断板（１０）と接続されている。自由な流れ断面に対して、マフラーバッフル（４）は、音を減衰させる外側の金属（２１）によって画定されている。マフラーバッフル（４）は、パイプマフラーの長手全体にわたって円周側で３０度ずつ延伸する外側軸方向ストリンガー（１２）と、外側円周方向ストリンガー（１７）と、端面側に据え付けられた外側遮断板（１０）とによって形成され、これらは互いにはめ込まれて互いに接続される。外側遮断板（１０）は端面側に、スリット状の凹部（１０．１）を含み、この凹部に、中央軸方向ストリンガー（１２）の端部側突起部（１２．１）が係合し、その結果この突起部は軸方向に固定されている。中央軸方向ストリンガー（１２）は、端部側突起部（１２．１）の他にも、長手にわたって分割されている突起部（１２．２）とスリット（１２．３）も有し、この場合突起部（１２．１）は音を減衰させる外側の金属（２１）に当接し、スリット（１２．３）は外側円周方向ストリンガー（１７）のための係合箇所として用いられる。外側円周方向ストリンガー（１７）は同様に、外側軸方向ストリンガー（１２）に係合するためのスリット（１７．１）を有する。

パイプマフラー（１）が例えば３つのパイプマフラー要素から形成されるならば、これらはまず、ピン（２６）によって互いに固定され、それから中央テンションアンカー（１９）によって固定されて互いに接続される。このテンションアンカー（１９）は、中央マフラーバッフルの内部にあり、中央遮断板（１１）に接合点を有し、かつ溝付ナット（２０）を締めることによってパイプマフラー要素を互いに接続する。

中央マフラーバッフルと内側マフラーバッフル（２；３）はブローキャップ（７；８）によって覆われ、このことには流体技術的利点があり、マフラーバッフル（２；３）の内部を損傷から保護する。
パイプマフラー（１）を、流体機械の下流あるいは上流に設けられた流体管（１００）に取り付けるために、パイプマフラー（１）の端部に、流体管（１００）のフランジ（１０１）に据え付けるためのフランジ（２９）が備えられている。フランジ（２９）は、ガセット板（３３）を介して、リング状の外側遮断板（１０）と接続されている。
図７から分かるように、パイプマフラー（１）を流体管（１００）内で最適に整合させるために、音を反射する背壁（２５）の外周に、補償板（２８ａ；２８ｂ；２８ｃ）が、ブラインドリベット（２７）によって、パイプマフラー（１）の外周に分割されて据え付けられている。補償板（２８）の数は、流体管（１００）の真円度に応じて、様々であってよい。
図８から分かるのは、外周に分割されて、パイプマフラー要素の端部にはさらに、バネ要素（３１）を有するボールローラ（３０）がスリーブに備えられていることによって、流体管（１００）内でのパイプマフラー（１）の最適な取り付けをどのようにして達成できるかということである。流体管（１００）の内壁の方向に垂直に予応力がかけられたバネ要素（３１）によって、パイプマフラー要素は支持される。さらに振動を減結合し、その結果振動はあまり伝達されず、音の減衰にポジティブな影響を及ぼす。

１パイプマフラー
２中央マフラーバッフル
３内側マフラーバッフル
４外側マフラーバッフル
５外側支持クロス部
６内側支持クロス部
７中央ブローキャップ
８内側ブローキャップ
９ａ／９ｂ内側遮断板
９．１内側遮断板のスリット
１０外側遮断板
１０．１外側遮断板のスリット
１１中央遮断板
１１．１中央遮断板のスリット
１２外側軸方向ストリンガー
１２．１外側軸方向ストリンガーの端部側突起部
１２．２外側軸方向ストリンガーの長手側突起部
１２．３外側軸方向ストリンガーのスリット
１３ａ／１３ｂ内側軸方向ストリンガー
１３．１内側軸方向ストリンガーの端部側突起部
１３．２外側軸方向ストリンガーの長手側突起部
１３．３外側軸方向ストリンガーのスリット
１４中央軸方向ストリンガー
１４．１中央軸方向ストリンガーの端部側突起部
１４．２外側軸方向ストリンガーの長手側突起部
１４．３外側軸方向ストリンガーのスリット
１５音を反射する内側の背壁
１６ａ／１６ｂ内側円周方向ストリンガー
１６．１内側円周方向ストリンガーのスリット
１７外側円周方向ストリンガー
１７．１外側円周方向ストリンガーのスリット
１８中央円周方向ストリンガー
１８．１中央円周方向ストリンガーのスリット
１９テンションアンカー
２０溝付ナット
２１音を減衰させる外側の金属要素
２２ａ／２２ｂ音を減衰させる内側の金属要素
２３音を減衰させる中央の金属要素
２４音を反射する中央の背壁
２５音を反射する外側の背壁
２６ピン
２７ブラインドリベット
２８ａ／２８ｂ／２８ｃ補償板
２９パイプマフラーのフランジ
３０ボールローラ
３１バネ要素
３２接続スリーブ
３３ガセット板
８０流入断面
９０流出断面
１００流体管
１０１圧縮機のフランジ

Claims

流体機械特に圧縮機のための、音波を意図的に減少させるためのパイプマフラーであって、
水平に延在する、音を反射する少なくとも一つの背壁（１５；２４；２５）と少なくとも一つの端面側の遮断板（９；１０；１１）とから成るハウジングと、
音を減少させる少なくとも一つのマフラーバッフル（２；３；４）によって囲まれており、かつ流入口と流出口（８０；９０）とによって互いに接続された少なくとも一つの流体通路（８０．１；９０．１）とを有するパイプマフラーにおいて、
前記マフラーバッフル（２；３；４）が、水平の軸方向ストリンガー（１２；１３；１４）と、円周方向ストリンガー（１６；１７；１８）と、端面側の前記遮断板（９；１０；１１）と、流体を運ぶ断面に対して水平に延在する、音を減衰させる少なくとも一つの金属要素（２１；２２；２３）と、音を反射する前記背壁（１５；２４；２５）とから成り、
流体機械の下流あるいは上流に設けられた流体管（１００）において前記パイプマフラー（１）を支持するために、パイプマフラー要素の流れ側の端部には、音を反射するその背壁（２５）に、バネ力（３１）下にある少なくとも一つのボールローラ（３０）が、外周側に据え付けられていることを特徴とするパイプマフラー。
音を減衰させる前記金属要素（２１；２２；２３）の代わりに、有孔板が用いられることを特徴とする請求項１に記載のパイプマフラー。
軸方向ストリンガー（１２；１３；１４）と、円周方向ストリンガー（１６；１７；１８）と、遮断板（９；１０；１１）とは、差込み接続によって互いに接続されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のパイプマフラー。
軸方向ストリンガー（１２；１３；１４）と、円周方向ストリンガー（１６；１７；１８）と、遮断板（９；１０；１１）とはそれぞれ、突起部とスリットとによって互いに差し込み可能であることを特徴とする請求項２に記載のパイプマフラー。
１つの外側マフラーバッフル（４）のみを含んでいることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のパイプマフラー。
１つの外側マフラーバッフルと１つの中間のマフラーバッフル（４；３）とを含んでいることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のパイプマフラー。
前記外側マフラーバッフルと前記中間のマフラーバッフル（４；３）とが、少なくとも流入端部と流出端部とで、支持クロス部（６）と固定されて接続されていることを特徴とする請求項５に記載のパイプマフラー。
１つの外側マフラーバッフルと１つの中間のマフラーバッフルと１つの中央マフラーバッフル（２；３；４）とを含んでいることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のパイプマフラー。
前記外側マフラーバッフルと前記中間のマフラーバッフルと前記中央マフラーバッフル（４；３；２）とが、少なくとも流入端部と流出端部とで、前記支持クロス部（５；６）と固定されて接続されていることを特徴とする請求項７に記載のパイプマフラー。
前記支持クロス部（５；６）が、音を減衰させる前記金属要素（２１；２２；２３）と固定されて接続されていることを特徴とする請求項１から９に記載のパイプマフラー。
前記マフラーバッフル（３）が二重に形成されており、かつ音を反射する背壁（１５）によって分けられて、付加的な軸方向ストリンガー（１３ｂ）と付加的な円周方向ストリンガー（１６ｂ）とが、第２の平行するマフラーバッフル（３）を形成することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のパイプマフラー。
音を反射する前記背壁（１５；２４；２５）が、前記遮断板（９；１０；１１）と固定されて接続されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のパイプマフラー。
非円形の流体管（１００）を補償するために、音を反射する前記背壁（２５）の外周に少なくとも一つの補償板（２８）が据え付けられていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の流体機械の流体管（１００）にパイプマフラー（１）を取り付けるための方法。
前記流体管（１００）において前記パイプマフラー（１）を支持するために、パイプマフラー要素の流れ側の端部には、音を反射するその背壁（２５）に、バネ力（３１）下にある少なくとも一つのボールローラ（３０）が、外周側に据え付けられていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の流体機械の流体管（１００）にパイプマフラー（１）を取り付けるための方法。
前記バネ力（３１）は、前記流体管（１００）の内側内壁の方向にほぼ垂直に作用することを特徴とする請求項１３に記載の流体機械の流体管（１００）にパイプマフラー（１）を取り付けるための方法。