JP6335902B2 - 騒音を減少するモーダルアッテネータ - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、制御バルブおよびレギュレータについての騒音減少装置に関し、より具体的にいうと制御バルブまたはレギュレータのための直列したモーダルアッテネータに関する。

液体バルブは、１つの箇所から他の箇所への液体の流れを制御する。液体バルブが閉鎖位置にあるとき、バルブの一方の側の高圧の液体が他の側の低圧の箇所に流れるのを妨げられる。制御バルブの吸込部と排出部の間の圧力の違いは、制御バルブを通る入り組んだ流れの経路とともに、制御バルブの下流で液体の乱流を生じ、それが望まない潜在的に有害な騒音を引き起こす。

騒音を減少する試みで、ケージ全体の圧力を低下し下流の流れを滑らかにするため、いくつかのレギュレータでマルチポートケージまたはトリムが使用されてきた。しかし、これらのケージタイプの騒音抑制器はまたケージを通る液体の流速も低下させ、それがレギュレータの効率を低下するかもしれない。

他のタイプの騒音低減装置は、音波を吸収し音波を熱エネルギーに変換する、流路内に配置された物質を有する。しかし、そのような音を吸収する物質は有効な周波数を限定し、それらはまたその物質を通る液体の流れを減少させる。

最近のいくつかの試みは、レギュレータの下流に位置する低減装置で騒音を減少するようになされてきた。特に、モーダル合致抑制装置が、Ａｌｉ Ｅ．Ｂｒｏｕｋｈｉｙａｎの”Ｔｈｅ Ｍｏｄａｌ Ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ（ＭＣＳＤ） Ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｏｆ Ｎｏｉｓｅ Ｆｒｏｍ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅｓ”（以下“ＭＣＳＤ”）に記載され、この文献は参照により本明細書に組み込まれる。しかし、ＭＣＳＤに開示されたモーダル抑制装置は、非常に重く、組み立てが困難であった。

本発明の１つの例示的な態様によると、モーダルアッテネータは、接続区間により連結された導入区間および導出区間を有するアッテネータ本体と、環状の空間を形成するようアッテネータ本体から離間したアッテネータ本体内に配置された穿孔スクリーンと、穿孔スクリーンとアッテネータ本体の間に配置された複数のリングを有してもよい。液体がモーダルアッテネータを通って流れるとき、音波が穿孔スクリーンを通過し、他の音波を破壊するよう複数のリングによって反響され、それによってモーダルアッテネータ内の液体の騒音を減少する。

本発明の他の例示的な態様によると、パイプを通って流れる液体からの騒音を減少する方法は、アッテネータ本体内に複数の環状リングを配置するステップと、穿孔スクリーンと複数のリングのリング内面の間の距離が環状の空間を形成するように、アッテネータ本体内に穿孔スクリーンを配置するステップと、複数のリングのうちの対向するリングを、特定の周波数の音波の破壊に対応する距離に配置するステップを含んでもよい。

さらに前述の態様のいずれの１つまたは複数によると、モーダルアッテネータ（または
パイプを通って流れる液体からの騒音を減少する方法）はさらに、後述の望ましい形態のいずれの１つまたは複数を有してもよい。

いくつかの望ましい形態で、モーダルアッテネータは、アッテネータ本体の内面に配置され、アッテネータ本体を通る液体の流れの方向に実質的に垂直に伸び、スクリーン本体とアッテネータ本体の間に複数の空洞を形成する複数の壁をさらに有してもよい。他の望ましい形態で、モーダルアッテネータは、複数の空洞のうち体積が異なる少なくとも２つの空洞を有してもよい。さらに他の実施形態で、モーダルアッテネータは、体積が吸込部から接続区間へ増加する空洞を有してもよい。さらに他の望ましい実施形態で、モーダルアッテネータは、体積が接続区間から排出部へ減少する空洞を有してもよい。さらに他の望ましい実施形態で、モーダルアッテネータは、断面で見たとき曲線に近似する複数の空洞を有してもよい。

他の望ましい形態で、モーダルアッテネータは、円錐形の導入区間を有してもよい。なお他の望ましい形態で、モーダルアッテネータは、円錐形の導出区間を有してもよい。さらに他の望ましい形態で、モーダルアッテネータは、第１の端部において第１のフランジ、および第２の端部において第２のフランジを有してもよい。

他の望ましい形態で、穿孔スクリーンは複数の穿孔を有してもよい。さらに他の望ましい形態で、複数の穿孔のうち少なくとも１つの穿孔が、円形の形状であってもよい。

他の望ましい形態で、モーダルアッテネータは、複数のリングのうちの１つのリングと前記アッテネータ本体の吸込部の間に配置されたスプリングを有してもよい。

他の望ましい形態で、穿孔スクリーンは、アッテネータ本体の内径と実質的に同一の内径を有してもよい。

他の望ましい形態で、モーダルアッテネータは、アッテネータ本体内に配置され、アッテネータ本体を通る液体の流れの方向に実質的に垂直に伸びる穿孔板を有してもよい。さらに他の望ましい形態で、モーダルアッテネータは、特定の周波数の音波の破壊に対応する対向するリング間の距離を有してもよい。

モーダルアッテネータの断面斜視図である。 図１のモーダルアッテネータの概略の側面横断面図である。 直線状のパイプとモーダルアッテネータの１つの実施形態の間で、騒音の減少を比較するデータグラフである。 モーダルアッテネータの別の実施形態の側面横断面図である。 モーダルアッテネータの他の実施形態の側面横断面図である。

本明細書に記載されたモーダルアッテネータは、有益にレギュレータまたは制御バルブの下流の騒音を減少し、一方で流れの制限は非常に少ない。よって、開示されたモーダルアッテネータは、騒音の減少に非常に効率的である。開示されたモーダルアッテネータは、現在の騒音減少装置より著しく小さくおよび／または軽くなりうる。よって、開示されたモーダルアッテネータを、より小さいバルブ本体を有するレギュレータまたは制御バルブ内で使用しうる。

また、開示されたモーダルアッテネータ内の穿孔チューブを、穿孔チューブの伝達目盛を調整することにより、特定の使用にカスタマイズしてもよい。また、開示されたモーダ
ルアッテネータを、騒音低減トリムのような多数の従来の騒音抑制装置と組み合わせ、より包括的な騒音減少を達成してもよい。

一般的にいって、本明細書に記載されたモーダルアッテネータは、パイプ内の音波の振幅を壊すまたは減少する音波干渉の使用により、パイプまたはチューブを通る液体の流れの騒音を減少する。開示されたモーダルアッテネータは一連の異なるサイズまたは形状の間隙を使用し、それは異なるパターンの内部のプレートにより形成される。全体の長さおよび／または間隙の間隔を、特定のガスまたは流れの構成に最適化し、特定の音波周波数を目標としてもよい。

別に特定する場合を除いて、本明細書中に開示されるモーダルアッテネータの実施形態のうちのいずれの１つのあらゆる機能または特性を、モーダルアッテネータの他の実施形態の機能または特性と組み合わせてもよい。

ここで図１を参照すると、モーダルアッテネータ１０の１つの例示的な実施形態は、中空のアッテネータ本体１２、中空のアッテネータ本体１２の第１の端部１６における第１の取付フランジ１４、中空のアッテネータ本体１２の第２の端部２０における第２の取付フランジ１８を有する。第１の取付フランジ１４および第２の取付フランジ１８は、プロセスパイプと直列に、または１つの端部でレギュレータと、および他の端部でプロセスパイプと直列に取付可能である。よって、あらゆる他のパイプセグメントのようにレギュレータおよびモーダルアッテネータ１０の取付を交換または変更する必要がないので、開示されたモーダルアッテネータ１０は実質的にあらゆる処理システムで容易に追加導入される。

中空のアッテネータ本体１２は、第１の取付フランジ１４に接合された吸込部２２、および第２の取付フランジ１８に接合された排出部２４を有してもよい。吸込部２２および排出部２４は、実質的に一定の内径を有する実質的に円筒の形状であってもよい。円錐形の導入区間２６を吸込部２２に取り付けてもよく、円錐状の導出区間２８を排出部２４に取り付けてもよい。導入区間２６は吸込部２２近辺でより小さい直径を有してもよく、導出区間２８は排出部２４近辺でより小さい直径を有してもよい。他の方法を述べると、導入区間は分岐してもよく、導出区間２８は合流してもよい。導入区間２６を、実質的に円筒状の接続区間３０により導出区間２８に連結してもよい。

穿孔された中空のスクリーン３２をアッテネータ本体１２内に設置してもよく、スクリーン３２は吸込部２２および／または排出部２４の内径と実質的に同一の内径を有してもよい。スクリーン３２は、複数の穿孔３６を持つ円筒状のスクリーン本体３４を有してもよい。１つの例示的な実施形態で、穿孔３６のうち少なくとも１つは、円形の形状であってもよい。他の実施形態では、穿孔３６は、例えば、正方形、長方形、三角形、多角形、楕円、または一様でない他の形状をとってもよい。他の実施形態では、スクリーン本体３４を、吸音材質で完全にまたは部分的に覆ってもよい。

複数の壁３８を、アッテネータ本体１２の内面に配置してもよい。壁３８は、アッテネータ本体１２の内面とスクリーン本体３４の外面の間の空間を複数のチャンバ４０に分割する。異なる体積を画定する少なくとも２つのチャンバ。図１の実施形態で、チャンバの体積は、アッテネータ本体１２の導入区間２６内で吸込部２２から接続区間３０にかけて増加する。他方で、チャンバ４０の体積は、導出区間２８内で接続区間３０から排出部２４にかけて減少する。壁３８およびチャンバ４０は、モーダルアッテネータ１０を通ってスクリーン本体３４の内部へ戻る液体内の音波を反響するよう配置され、それが、それらがスクリーン本体３４の内部で他の音波とぶつかるとき、音波の破壊または相殺をもたらす。開口部３６は、スクリーン本体３４の内部とチャンバ４０の間を音波が伝搬して行き
来することを可能にする。チャンバ４０の体積および幅を対向するチャンバ間の距離とともに制御することにより、音波の特定の周波数を破壊目標にしてもよい。それぞれのチャンバ４０は、スクリーン本体３４とアッテネータ本体１２の間に環状の空間４６を形成する。それぞれの環状の空間４６は、幅４７および高さ４９を有する。幅および高さは、チャンバ４０からチャンバ４０への間で変わりうる。

ここで図２を参照すると、アッテネータ本体１２が長手方向の断面で概略的に示される。図２で、斜線の区間４１は中空の空洞またはチャンバ４０を示す。チャンバ４０は、吸込部２２および排出部２４近辺から接続区間３０近辺へ体積が増加する。体積の増加および減少は、曲線５１に近似する。曲線５１を、楕円に関する数式により形成してもよい。

曲線５１を特定の音波の周波数を目標とするよう調整してもよく、よってあらゆる特定の適用にカスタマイズしてもよい。

図３は、一般的な直線状パイプの騒音レベル１００とモーダルアッテネータの騒音レベル１０１のグラフでの比較である。垂直軸はｄＢ単位の内部の騒音レベルで、水平軸はＨｚ単位の１／３オクターブの穏やかな中心周波数である。示されるように、約１０００Ｈｚを超える周波数で、モーダルアッテネータの騒音レベルは明らかに減少された。

図４は、モーダルアッテネータ１１０の他の実施形態の縦断面図である。図４で、×で示された区間は固体のリング１８０を示す。図４の実施形態で、アッテネータ本体１１２は実質的に円筒の形状であり、スクリーン本体１３４がアッテネータ本体１１２内に配置される。複数のリング１８０が、アッテネータ本体１１２とスクリーン本体１３４の間に配置される。複数のリング１８０のうちの少なくとも２つのリング１８０は、異なる環状の厚さを有する。リング１８０は、リング１８０とスクリーン本体１３４の間に環状の空間１８２をつくるよう、スクリーン本体１３４から離間する。前述の実施形態のように、環状の空間１８２は曲線に近似し、スクリーン本体１３４の１つの端部（吸込部１２２近辺）からアッテネータ本体１１２の中央部へサイズが増大し、それからアッテネータ本体１１２の中央部から排出部１２４へサイズが縮小してもよい。また、スプリング１８４を、第１のリング１８０ａとアッテネータ本体１１２の第１の端部１１６の間に配置してもよい。

図５で示されたモーダルアッテネータ２１０の例示的な実施形態は、図４の実施形態に類似している。図５で、×で示された区間は固体リング２８０を示す。モーダルアッテネータ２１０は、アッテネータ本体２１２、およびアッテネータ本体内に配置され環状の空間２８２を形成するスクリーン本体２３４を有する。複数のリング２８０もまた、環状の空間２８２を形成する。しかし、モーダルアッテネータ２１０は、穿孔板２９０の形態で事前低減装置を有する。穿孔板２９０は、アッテネータ本体２１２の内部を横切り、矢印で示された液体の流れの方向に実質的に垂直に伸びてもよい。１つの実施形態では、穿孔板２９０は複数の穿孔２９２を有してもよく、それがモーダルアッテネータ２１０を通して流れる液体内の音波を破壊する。穿孔板２９０は、モーダルアッテネータ２１０の残りの騒音と異なる周波数を目標としてもよい。いくつかの実施形態では、穿孔板２９０を、吸音材質で部分的にまたは完全に覆ってもよい。また、モーダルアッテネータ２１０の残りの騒音減少特性を最適化できるように、穿孔板２９０はスクリーン本体２３４に到達する前に液体の流れを特徴付けてもよい。

第１の距離２９１を騒音の第１の周波数の破壊に対応するよう計算してもよく、第２の距離２９３を騒音の第２の周波数の破壊に対応するよう計算してもよい。環状の空間２８２を騒音の異なる周波数に対応する異なる距離に設計することにより、モーダルアッテネータを特定の運用面の環境に存在する特定の周波数の騒音を目標とするように適応しても
よい。

パイプを通って流れる液体内の騒音を減少する方法は、モーダルアッテネータの前述の開示された実施形態のいずれかの製造および設計、および処理システム内のモーダルアッテネータの設置を含んでもよい。より具体的にいうと、方法は、アッテネータ本体内の複数の環状リングの配置、穿孔スクリーンと複数のリングのリング内面の間の距離が環状の空間を形成するようにアッテネータ本体内に穿孔スクリーンを配置すること、および、複数のリング内の対向するリングを特定の周波数の音波の破壊に対応する距離に配置することを含んでもよい。

他の実施形態では、音波が装置内で反響される方法を変更するよう、プレートを異なる材質で製造することにより、またはプレートを異なる方法または異なる材質でコーティング／仕上げをすることにより、本明細書に記載されたモーダルアッテネータを特定の使用にカスタマイズしてもよい。プレートおよび／またはコーティングの混合は、音波の破壊を向上するおよび／または特定の周波数を目標とする特定の方法で、音波を向ける１つまたは複数の音レンズを効果的に生成する。

本開示の教示による特定のモーダルアッテネータを本明細書に記載したが、添付の請求項の範囲はこれらに限定されない。反対に、請求項は許容される均等物の範囲内に適正に入るこの開示の教示の全ての実施形態に及ぶ。

Claims (21)

1. 接続区間により連結された導入区間および導出区間を有するアッテネータ本体と、
   前記アッテネータ本体内に配置され、前記アッテネータ本体から離間した穿孔スクリーンと、
   複数のリングであって、前記複数のリングのうち少なくとも２つは異なる環状の厚さを有し、前記穿孔スクリーンと前記複数のリングとの間に環状の空間を形成するように前記穿孔スクリーンと前記アッテネータ本体との間に配置された複数のリングと、
   を備え、
   音波が前記穿孔スクリーンを通過し、他の音波を破壊するよう前記複数のリングによって反響され、それによってモーダルアッテネータ内の騒音を減少する、
   パイプを通って流れる液体を有する処理システム内の騒音を減少するモーダルアッテネータ。
2. 前記アッテネータ本体が、第１の端部において第１のフランジ、および第２の端部において第２のフランジを有する、請求項１に記載のモーダルアッテネータ。
3. 前記穿孔スクリーンが複数の穿孔を有する、請求項１に記載のモーダルアッテネータ。
4. 前記複数の穿孔のうち少なくとも１つの穿孔が、円形の形状である、請求項３に記載のモーダルアッテネータ。
5. スプリングが、前記複数のリングのうちの１つのリングと前記アッテネータ本体の吸込部との間に配置された、請求項１に記載のモーダルアッテネータ。
6. 前記穿孔スクリーンが、前記アッテネータ本体の内径と実質的に同一の内径を有する、請求項１に記載のモーダルアッテネータ。
7. 前記アッテネータ本体内に配置され、前記アッテネータ本体を通る液体の流れの方向に実質的に垂直に伸びる穿孔板をさらに備える、請求項１に記載のモーダルアッテネータ。
8. 対向する前記リング間の距離が、特定の周波数の音波の破壊に対応する、請求項１に記載のモーダルアッテネータ。
9. 前記環状の空間のサイズが、前記アッテネータ本体の第１の端部から前記アッテネータ本体の中央部へ増大し、前記アッテネータ本体の前記中央部から前記アッテネータ本体の前記第１の端部の反対の第２の端部へ縮小する、請求項１に記載のモーダルアッテネータ。
10. 接続区間により連結された導入区間および導出区間を有するアッテネータ本体と、
    前記アッテネータ本体内に配置され、前記アッテネータ本体から離間した穿孔スクリーンと、
    前記アッテネータ本体の内面に配置され、前記アッテネータ本体を通る液体の流れの方向に実質的に垂直に伸びる複数の壁と、を備え、
    前記複数の壁と前記アッテネータ本体が、前記穿孔スクリーンと前記アッテネータ本体との間に複数の空洞を形成し、前記複数の空洞の体積が、吸込部から前記接続区間に向けて増加し、前記接続区間から排出部に向けて減少し、
    音波が前記穿孔スクリーンを通過し、他の音波を破壊するよう前記アッテネータ本体によって反響され、それによってモーダルアッテネータ内の騒音を減少する、
    パイプを通って流れる液体を有する処理システム内の騒音を減少するモーダルアッテネータ。
11. 前記複数の空洞が、断面で見たとき曲線に近似する、請求項１０に記載のモーダルアッテネータ。
12. 前記導入区間が、円錐形である、請求項１０に記載のモーダルアッテネータ。
13. 前記導出区間が、円錐形である、請求項１２に記載のモーダルアッテネータ。
14. 前記アッテネータ本体が、第１の端部において第１のフランジ、および第２の端部において第２のフランジを有する、請求項１０に記載のモーダルアッテネータ。
15. 前記穿孔スクリーンが複数の穿孔を有し、前記複数の穿孔のうち少なくとも１つの穿孔が、円形の形状である、請求項１０に記載のモーダルアッテネータ。
16. 前記穿孔スクリーンが、前記アッテネータ本体の内径と実質的に同一の内径を有する、請求項１０に記載のモーダルアッテネータ。
17. アッテネータ本体内に複数の環状リングを配置することと、
    前記アッテネータ本体内に穿孔スクリーンを配置し、前記穿孔スクリーンと前記複数のリングのリング内面との間の距離が環状の空間を形成して、音波が前記穿孔スクリーンを通過し、他の音波を破壊するよう前記複数の環状リングによって反響され、それによってモーダルアッテネータ内の騒音を減少することと、
    前記複数のリングのうちの対向するリングを、特定の周波数の音波の破壊に対応する距離に配置することと
    を含み、
    前記複数の環状リングのうち少なくとも２つの環状リングは異なる環状の厚さを有する、
    パイプを通って流れる液体からの騒音を減少する方法。
18. 前記アッテネータ本体内に穿孔板を配置し、前記穿孔板は前記アッテネータ本体を通る
    液体の流れの方向に実質的に垂直に伸びることをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記穿孔板を第１の吸音コーティングで覆うことをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記穿孔スクリーンを吸音コーティングで覆うことをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
21. 前記環状の空間のサイズが、前記アッテネータ本体の第１の端部から前記アッテネータ本体の中央部へ増大し、前記アッテネータ本体の前記中央部から前記アッテネータ本体の前記第１の端部の反対の第２の端部へ縮小する、請求項１７に記載の方法。

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