NO326773B1 - Fremgangsmate og anordning for lydreduksjon i et transportsystem for et gassformig medium og anvendelse av anordningen i et avgassystem for skip - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en anordning og en fremgangsmåte for lydreduksjon i et transportsystem for et gassformig medium av den typen som er beskrevet i innledningen til krav 1. Gasstransportsystemet er primært ment for et ekshaustsystem anordnet i en forbrenningsmotor på et skip, hvor støyen som genereres fra utløpet av ekshaustsystemet skal oppfylle visse forutbestemte krav når det gjelder lyd. Oppfinnelsen kan imidlertid med fordel anvendes også til ventilasjonsanlegg, til ekshaustgassanlegg i f.eks. kjøretøyer med intern forbrenningsmotorer, eller avløpsgass-renseanordninger for anlegg for produksjon av elektrisk kraft.

For det formål å redusere den lyd som avgis fra spesielt åpningen i et ventilasjonssystem eller et ekshaustsystem, er det kjent å anordne en eller flere lydattenuatorer i gasskanalen for systemet. Betegnelse lyd-attenuator betyr vanligvis en anordning med evne til å forbruke lydenergi. Dette kan finne sted ved at lydenergien blir omformet til en annen energiform, så som f.eks. varme, hvilken energi kan avledes og avkjøles. I den følgende tekst betyr betegnelsen motstandsattenuator en anordning i en gasskanal som er i stand til å absorbere lyd, dvs. å omforme lydenergien til en annen energiform. Betegnelsen attenuator, i den følgende tekst, betyr en innretning som er i stand til å redusere lyd, og attenuasjon betyr egenskapen å redusere lyd.

Én typisk utforming av en motstandsattenuator er et rundt eller firkantet rør, hvis sider, utsatt for gasstrømmen, er belagt med et absorberende eller porøst medium av små koplede kaviteter. En vanlig slik lydattenuator som er beregnet for et ventilasjonssystem, er beskrevet i patentdokumentet GB 2 122 256 og i US 4 371 054. Fra patentdokumentet US 2 826 261 er det kjent en annen motstandsattenuator som er beregnet for et ekshaustsystem.

Som ytterligere eksempler på tidligere kjent teknikk kan det henvises til DE 44 12 517 Al, US 2 855 068 A og EP 0 093 923 Al.

Som absorberingsmiddel er det vanligvis brukt mineralull eller glassull omfattende et klebemiddel som forårsaker at absorpsjonsmaterialet har en båndet struktur. Absorpsjonsmaterialet kan også beskyttes med et luftgjennomtrengelig overflatelag, f.eks. en perforert plate, for å oppnå lengre levetid og bedre mekanisk stabilitet ved høye gasshastigheter. En slik motstandsattenuator vil ha en lyddempningsegenskap som dekker et vidt frekvensområde og er avhengig, ved siden av tykkelsen og hastigheten av strømmen over absorpsjonsmaterialet, også av lengden og det indre areal av attenuatoren.

Forholdet mellom absorpsjonsmaterialets tykkelse og lengden av de akustiske bølger som er en del av lyden, er bestemmende for attenuasjonen ved lave frekvenser. En tilfredsstillende attenuasjon oppnås for lydfrekvenser ved hvilke tykkelsen av absorpsjonsmaterialet er større enn en kvart bølgelengde av lyden. Lydattenuasjons-egenskapene avtar da drastisk for lyd av lavere frekvenser som har en større bølgelengde. Selv når forholdet mellom bølgelengden og absorpsjonsmaterialets tykkelse er omkring 1/8, er absorpsjonen bare halvparten så stor, og med forholdet 1/16 er den bare 20 % av den absorpsjon som oppnås med forholdet 1/4. Siden en viss absorpsjonskapasitet fremdeles finnes, kan i mange tilfeller en tilstrekkelig absorpsjon bli oppnådd ved å øke lengden av det totale absorpsjonsmateriale i gasstranspotrsystemet. Også tverrsnittsarealet av gasstransportsystemet er viktig for lydreduksjonen som oppnås, siden reduksjonen i det høye frekvensområdet av lyden avtar med økende tverrsnittsareal.

Et problem med motstandsattenuatoren er således at det absorberende lag må gjøres tykt nok til å være i stand til å absorbere lave frekvenser. Dette betyr et stort volum. En mindre tykkelse av absorpsjonsmaterialet kan imidlertid kompenseres for ved en større total lengde av attenuatoren. Dette fører til en øket kostnad for den lydreduksjon som oppnås. Et annet problem er at trykkreduksjonen i systemet må begrenses. Dette fører til et forholdsvis stort tverrsnittsareal for systemet. Lydreduksjonen i det øvre frekvensområde av lyden blir således redusert. Lydattenueringsegenskapene er også avhengige av hvor i systemet lydattenuatoren plasseres. Det synes ofte som om de egenskaper som er oppnådd i et laboratorium, spesielt ved lave frekvenser, og som er beskrevet i brosjyrer, sjelden oppnås i praksis. Dette fører til en stor overdimensjonering for å sikre en tilstrekkelig lydattenuasjon.

En annen kjent måte å redusere ly demisjonen fra et gasstransportsystem på er å hindre at lyden forplanter seg i kanalen. Dette kan oppnås ved å anordne reaktive hindringer i gasskanalen. Én slik hindring oppnås ved å frembringe en lyd som er ute av fase med lyden i kanalen, slik at svekking oppstår. Denne teknikken brukes fortrinnsvis i forbindelse med såkalt aktiv lydattenuasjon. Den motsatt rettede lyd frembringes da av en høyttaler som er plassert i kanalen. Ekstremt styrbare forhold er imidlertid nødvendige for at et aktivt system skal fungere.

Én ytterligere måte for å redusere lyden som når frem til åpningen er å anordne en hindring for den vandrende akustiske bølge i kanalen. Denne type av lydattenuator forbruker i virkeligheten ingen energi, og er vanligvis kalt en reaktiv attenuator. En reaktiv attenuator virker i hovedsak i henhold til to prinsipper. Den første type er en refleksjonsattenuator. Denne omfatter en økning i tverrsnittsarealet, slik at økningen i arealet forårsaker en reaksjon som forplanter seg i motsatt retning av forplantningen av lyden. Fra et funksjonelt standpunkt kan hindringen anses som en vegg, hvor lyden spretter tilbake. Den andre typen er en resonansattenuator som påvirker forplantningen av lyden i kanalen. I dette tilfellet kan hindringen anses som en fallgruve, som den vandrende lydbølgen faller inn i på sin vei mot åpningen.

Resonans-lydattenuatorer omfatter to hovedtyper, nemlig kvartbølge-attenuatorer og såkalte Helmholtzresonatorer. Sistnevnte er avstemt til bare en frekvens, mens en kvartbølgeattenuator er avstemt til en viss tone, men også påvirker dens odde harmoniske. Kvartbølgeattenuatoren omfatter vanligvis et lukket rør som er forbundet med kanalen og som tilsvarer en kvart bølgelengde av lyden som skal svekkes. Dens svekkingsegenskaper dekker vanligvis et meget smalt frekvensområde. Et problem med en reaktiv attenuator er at volumet må være avstemt til frekvensen av lyden som skal hindres. Et annet, og mye vanskeligere problem å overvinne når det gjelder en reaktiv attenuator, er at den er meget følsom for hvor den er plassert i systemet. Ved å betrakte lyden som noe som forplanter seg i trinn og hindringen som en fallgruve i hvilken den vandrende lyden skal falle ned, er det lett å innse at det er viktig å plassere åpningen av fallgruven korrekt i forhold til lengden av trinnet. En ukorrekt plassert fallgruve medfører at lyden kan skritte over uten motstand. For å oppnå en maksimal attenueringseffekt, må åpningen av kvartbølgeattenuatoren således plasseres i et trykkmaksimum av lydfeltet i kanalen.

Det finnes også et stort antall anordninger som på forskjellige måter kombinerer de fremgangsmåter som er nevnt ovenfor. Problemet er imidlertid vanligvis at de forskjellige komponenter ender på forskjellige steder hvor de ikke er effektive. For å kompensere for de uforutsebare egenskaper, er konvensjonelle lydattenuator-systemer ofte kraftig overdimensjonert, hvilket fører til kostbare, tunge og plasskrevende anlegg med store trykkfall.

Lydattenuatoranordninger i transportsystemer for gass, hvor gassen endrer temperatur, medfører ytterligere komplikasjoner da bølgelengden for lyden endrer seg med temperaturen. Hvis temperaturen på gassen økes fra 20 °C til 900 °C, vil lydhastigheten og derfor bølgelengden dobles. En attenuator som virker godt på normal temperatur vil derfor gjennomgå forringede egenskaper, spesielt ved lave frekvenser når gassen blir oppvarmet. Dette resulterer vanligvis i at lydattenueringsanordninger i transpotrsystemer med varme gasser blir meget omfangsrike. Et ytterligere problem i gasstransportsystemer for varme gasser er risikoen for dannelse av kondensasjon. Lydabsorberingsmiddelet i lydattenuatoren oppviser vanligvis termisk isolasjon. I dette tilfellet blir innsiden av lydattenuatoren så kald at væsker som er oppløst i den varme gassen blir kondensert der. De kondenserte væsker er i stand til å omforme forbrenningsrester som transporteres i gassen, så som svovelsammensetninger og hydrokarboner, til syre som korroderer metall, blant andre ting. Kondensasjon kan også føre til ansamling av partikler i systemet.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å produsere et transportsystem for gass, fira hvilket lydemisjonen er mindre enn fra konvensjonelt kjente systemer, og som ikke lider under de ovennevnte ulemper. Transpotrsystemet skal være enklere, mindre plasskrevende, ha et mindre tverrsnittsareal og være mindre kostbart å fremstille enn tilsvarende systemer som er fremstilt ved bruk av kjente teknikker. Systemet skal ha mindre vekt og oppvise et mindre trykkfall og mindre generering av aerodynamisk lyd inne i kanalen enn konvensjonelle systemer, og være i stand til å omfatte systemkomponenter så som exhaustgasskjele, gnistfanger osv. Den lydreduserende virkning skal kunne avstemmes i forhold til de akustiske grensebetingelser som er til stede i systemet, og være mindre følsom for frekvensvariasjoner. Siden transportgassene ofte er varme, skal systemet omfatte en varmeisolasjon slik at kanalene på utsiden kan kontaktes, men slik at ingen kondensasjon blir dannet på innsiden av systemet. Systemet skal også være enkelt å vedlikeholde og omfatte utskiftbare deler.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved hjelp av et transportsystem, ment for et gassformig medium, med de karakteristiske trekk som er beskrevet i den karakteriserende del av krav 1, og ved hjelp av en fremgangsmåte med de karakteristiske trekk som er beskrevet i den karakteriserende del av krav 7. Fordelaktige utførelser er beskrevet i de karakteriserende deler av de avhengige krav.

Lyd forplanter seg i en gass som en translasjonsbevegelse, hvor molekylene av gassen vekselvis blir tette og tynne. Dette resulterer i relative trykk-maksima og trykkminima. Når en lydkilde bringes til å lyde i et rom, oppstår det et lydfelt som er forårsaket av de akustiske grensebetingelser som karakteriserer rommet. Man kan si at rommet gir en respons på lydkilden. Lydfeltet blir bygd opp av luftmolekyler som i visse posisjoner beveger seg meget kraftig, mens molekylene i andre posisjoner beveger seg meget lite, eller til og med er stasjonære. I de posisjoner hvor molekylene er stasjonære, er det relative lufttrykk høyt, og i de posisjoner hvor hastigheten av molekylene er stor, er det relative luftrykk lavt. For hver lydfrekvens oppstår det et mønster som er mer eller mindre aksentuert avhengig av grensebetingelsene i rommet og hvor sterkt lyden ved vedkommende frekvens blir generert av lydkilden. I den følgende tekst er de ovennevnte trykkminima kalt knutepunkter. Mellom disse knutepunktene inntar lydfeltet en oscillasjonsmodus, for hvilken den oscillerende bevegelse betegnes som amplitude.

I et ekshaustsystem, hvor gasser blir ført gjennom en kanal mot en åpning, oppstår det et lydfelt på samme måte som i et rom, hvilket lydfelt er bestemt ved grensebetingelsene i kanalen. I tillegg er det en klart uttrykt retning for bevegelsen av selve lydenergien, nemlig fra lydkilden til åpningen. De akustiske grensebetingelser som lyden er utsatt for på sin vei mot åpningen, er således bestemt ved egenskapene til de begrensende overflater i kanalen. Ikke minst ved åpningen er de akustiske grensebetingelser kompliserte, siden selve formen på åpningen, såvel som det fenomen at varme gasser som med et høyt trykk slynges ut i luft med normal temperatur og normalt atmosfærisk trykk, påvirker lydgenereringen. Ved åpningen blir den vandrende lyd utsatt for en sterk refleksjon, slik at en del av lydenergien passerer i motsatt retning. Den reflekterte lyd forårsaker et lydfelt med stående bølger i kanalen. I et uattenuert kanalsystem er lydfeltet bestemt nesten utelukkende av disse refleksjonsbølger. Stående bølger med klare knutepunkter og store amplituder blir således overført til det genererte lydfelt.

Ved å innføre attenuasjon i kanalsystemet, blir lydfeltet mindre aksentuert. Eksperimenter har vist at det under slike forhold er mulig å lokalt styre lydfeltet som genereres i kanalen. Hver arealøkning forårsaker en refleksjonsbølge hvor en del av den vandrende lydenergi spretter tilbake. I et attenuert langstrakt kanalsystem betyr dette at ved en slik arealøkning blir et knutepunkt lokalisert i lydfeltet. Den foreliggende oppfinnelsen gjør bruk av dette på en slik måte at knutepunktets posisjon blir brukt for å bestemme en optimal lengde av en refleksjonsattenuator som også kan omfatte motstands-attenuasjonsegenskaper og den beste plassering av åpningen til en reaktiv attenuator.

For å begrense volumet av gasstransportsystemet, er motstandsattenuatorer med moderate absorpsjonsmiddel-tykkelser anordnet i kanalsystemet. En god lyddempning oppnås således for lyd med høye frekvenser. For lyd med lavere frekvens oppnås en god lydattenuator også ved å anordne et antall motstandsattenuatorer, den ene etter den andre. Den dårlige absorpsjonskapasitet er således kompensert for ved en større totallengde av motstandsattenuatorer.

Ved lave frekvenser vil den vandrende bølge tolke en motstandsattenuator mer som en refleksjonsattenuator. Siden kanalsystemet er attenuert, er lydfeltet anordnet slik at en knute i lydfeltet er plassert ved arealovergangen. Følgelig, for å oppnå en god attenuasjonseffekt ved en viss frekvens av lyden, må således en kvartbølgeattenuator plasseres med sin åpning i en posisjon som er en kvart bølgelengde borte fra arealøkningen. Mellom to knutepunkter for en lyd med en viss frekvens er avstanden en halv bølgelengde. Halvveis mellom disse knutepunktene, dvs. en avstand på en kvart bølgelengde fra knutepunktet, er trykkamplituden størst. I denne posisjonen beveger gassmolekylene seg minst, og her plasserer man åpningen for en kvartbølgeattenuator. Fremgangsmåten som er beskrevet gjør det også mulig å anordne kvartbølgeattenuatoren optimalt med en utstrekning som faller sammen med utstrekningen av kanalen.

Med en passende kombinasjon av refleksjons-attenuatorer med motstandsat-tenuasjonsegenskaper og reaktive attenuatorer, har eksperimenter vist at lydfeltet i kanalen kan styres, og at det ved valg av lokalisering kan konstrueres attenuatorer med forutsigbare, optimaliserte attenuasjonsegenskaper. Når man lokaliserer en reaktiv attenuator på den ene eller den andre siden av en refleksjonsattenuator, har eksperimenter vist at det ved lave frekvenser kan oppnås en betydelig attenuasjonseffekt med en båndbredde som tilsvarer et tredje oktavbånd. Et tredje bånd omfatter en tredjedel av en oktav og tilsvarer en båndbredde på omkring 24 % av senterfrekvensen.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares i mer detalj ved en beskrivelse av en utførelse med henvisning til tegningene, hvor figur 1 viser et transportsystem bestående av motstands- og reaktive attenuatorer ifølge oppfinnelsen, figur 2 viser et tverrsnitt av en motstandsattenuator, og figur 3 viser et tverrsnitt av en reaktiv attenuator.

Et transportsystem ifølge oppfinnelsen, ment for et gassformig medium, er vist på figur 1. Det viste transportsystem er et ekshaustsystem for en dieselmotor på et skip. Ekshaustgasser fra motoren (ikke vist) blir ført gjennom et innløpsrør 1, plassert i den nedre del av ekshaustsystemet, via et avløpsgass-rengjøringsanlegg 6, til en varmeveksler 2.1 denne blir en del av overskuddsvarmen fra den varme gassen tatt ut for oppvarming av vann eller olje. Gassene blir ført fra varmeveksleren, videre gjennom en lydreduserende del av ekshaustgasskanalen som omfatter et antall reaktive lydattenuatorer 3 og et antall motstands-refleksjonsattenuatorer 4, som omfatter en eller annen form for lydabsorpsjon. I den øvre del av ekshaustsystemet blir ekshaustgassene ført gjennom en gnistfanger 5 til et utløpsrør 7 som er forbundet med en åpning (ikke vist) omgitt av en skorstein (ikke vist). Gassene som transporteres i kanalen er varme og har vanligvis en temperatur på omkring 400 °C. Med gassene transporteres små forbrenningspartikler som etter kondensasjon av væsker som er oppløst i gassen, danner syrer som kan forårsake korrosjonsskader på blant annet metall.

Den lydattenuerende del av ekshaustsystemet er ifølge oppfinnelsen konstruert med en ytre diameter med ensartet tykkelse. Dette resulterer i et slankt kanalsystem med en ensartet tykkelse, hvilket tillater at ekshaustsystemet kan rommes innenfor et optimalt plassbesparende totalvolum. Motstands-refleksjonsattenuatorene 4 som inngår i systemet er ment å effektivt absorbere lyd i de høye og midlere frekvensområder. Lydabsorpsjonskapasiteten faller så med avtakende frekvens. En tilstrekkelig absorpsjon oppnås imidlertid også for den øvre del av det lavere frekvensområde ved arrangementet av et stort antall motstands-refleksjonsattenuatorer i kanalen. Den lydreduserende effekt av et konvensjonelt, plasskrevende kanalsystem er kompensert, ifølge oppfinnelsen, i stedet med en større total lengde med motstandsattenuasjon.

Ved lave frekvenser fungerer motstands-refleksjonsattenuatorene 4 som bare refleksjonsattenuatorer, i hvilket tilfelle lydenergien for visse frekvenser blir reflektert i en retning som er motsatt av lydforplantningsretningen. Lydfeltet i kanalen tilpasser seg dermed slik at i den posisjon i kanalen hvor tverrsnittsarealet er endret, blir det lokalisert en trykknute i lydfeltet. Dette benyttes ifølge oppfinnelsen på en slik måte at åpningen i en reaktiv attenuator 3 anordnes i en avstand på en kvart bølgelengde fra den således definerte trykknute. Grunnen er at en reaktiv attenuator fungerer best hvis dens åpning er plassert der hvor det akustiske trykk er størst, hvilket er halvveis mellom to knutepunkter, dvs i en avstand på en kvart bølgelengde fra ett av knutepunktene.

For en kvartbølgeattenuator er lengde av attenuatoren den samme som lengden mellom refleksjonsattenuatoren og åpningen i kvartbølgeattenuatoren. Dette tillater at kvartbølgeattenuatoren med fordel gis en utstrekning som er parallell med røret og med dens lukkede ende mot refleksjonsattenuatoren. Ekshaustgasskanalen kan således konstrueres med en ytre diameter med ensartet tykkelse. Lengden av kvartbølge-attenuatoren er således like stor som avstanden mellom kanten av refleksjonsattenuatoren og åpningen i kvartbølgeattenuatoren. Denne lengden vil heretter bli kalt den reaktive lengde, og omfatter således både avstanden av åpningen fra refleksjonsattenuatoren og lengden av kvartbølgeattenuatoren.

En refleksjonsattenuator har en attenuasjonskarakteristikk som gir høy attenuasjon for frekvenser hvis like multipla av en kvart bølgelengde svarer til lengden av attenuatoren. Attenuasjonseffekten avtar så oppover og nedover i frekvensområdet, og nærmer seg null for frekvenser hvis multiplum av en halv bølgelengde svarer til lengden av attenuatoren. Dette mønsteret resulterer i at refleksjonsattenuatoren er effektiv ved en grunnfrekvens hvis bølgelengde er fire ganger lengden av attenuatoren, og ved like harmoniske av denne grunnfrekvens. Ved lave frekvenser er det således refleksjonsegenskapene til motstands-refleksjonsattenuatoren som benyttes. Motstandslengden er derfor identisk med lengden av refleksjonsattenuatoren, og vil heretter bli kalt motstandslengden. Det bør nevnes her at motstandsattenuatoren ved lave frekvenser kan bli likt erstattet med et refleksjonskammer eller en annen enhet i ekshaustsystemet som oppviser en endring i areal.

En resonansattenuator absorberer innenfor et smalt frekvensområde. Attenuasjonsegenskapene til kvartbølgeattenuatoren er relatert til ulike multipla av en kvart bølgelengde av lyden. Attenuasjonseffekten avtar da meget raskt oppover og nedover i frekvensområdet. Én betingelse for at en kvartbølgeattenuator skal gi en attenuasjonseffekt i det hele tatt, er at dens åpning er plassert i systemet slik at resonansbevegelsen startes. Dette gjøres effektivt bare når åpningen er plassert ved et punkt i lydfeltet hvor den aktuelle frekvens har et trykkmaksimum. Kvartbølgeattenuatoren brukes fortrinnsvis for å dempe rene toner i systemet. Hvis den således er plassert en kvart bølgelengde fra refleksjonsattenuatoren, blir denne virkningen optimal. Når man plasserer den før eller etter en motstandsattenuator, kan den lydreduserende kapasitet og båndbredde ved lave frekvenser optimaliseres ved et passende valg av motstandslengde og reaktiv lengde.

Eksperimenter har vist at en modul av tre lydattenuatorenheter oppviser meget effektive lydattenueringsegenskaper i lavfrekvensområdet. Lyd innenfor et ganske bredt frekvensbånd kan på denne måten effektivt attenueres. Ifølge oppfinnelsen anordnes attenuatorene i moduler 8 henholdsvis 9, som omfatter minst en motstands-refleksjonsattenuator 4 og minst en reaktiv attenuator 3. Figur 1 viser to moduler, hver med en motstand-refleksjonsattenuator 4 omgitt av en reaktiv attenuator 3, anordnet på hver side, med åpningen vendt bort fra refleksjonsattenuatoren. Den totale utstrekning A henholdsvis B av en slik modul er tre enhetslengder a hhv. b, hver omfattende tre fjerdedeler av bølgelengden ved senterfrekvensen av det frekvensbånd i hvilket attenuasjonen skal oppnås. Den reaktive attenuator 3b og 3d som er plassert først i strømningsretningen, er tilpasset til å bli avstemt til den nedre grensefrekvens av frekvensbåndet. Den reaktive attenuator 3c hhv. 3e, som er plassert etter motstands-refleksjonsattenuatoren, er tilpasset til å bli avstemt til den øvre grensefrekvens av frekvensbåndet. Motstandslengdene a2 og b2 er tilpasset til å tilsvare en kvart bølgelengde ved den nevnte senterfrekvens. De reaktive bølgelengder al og bl, er tilpasset til å tilsvare en kvart bølgelengde ved den nedre grensefrekvens. Den reaktive lengde ai hhv. bi er tilpasset til å tilsvare en kvart bølgelengde av den øvre grensefrekvens.

I tilfelle man ønsker en attenuasjonsfunksjon som tilsvarer et frekvensbånd av størrelsen av et tredje bånd, er båndbredden omkring 24 % av senterfrekvensen. For å oppnå en slik attenueringsfunksjon, er de reaktive lengder tilpasset til å tilsvare en kvart bølgelengde av de frekvenser som ligger henholdsvis 12 % nedenfor og 12 % ovenfor senterfrekvensen for det tredje oktavbånd. Motstandslengden a2 og b2, som er vist på figur 1, tilsvarer en kvart bølgelengde av senterfrekvensen for det tredje oktavbånd. Den reaktive lengde ai og bi tilsvarer motstandslengden a2 og b2 multiplisert med faktoren 1,14. På en tilsvarende måte, for den øvre grensefrekvens, er den reaktive lengde ai hhv. bi lik motstandslengden a2 hhv. b2 dividert med faktoren 1,14. Eksperimenter har vist at en attenuasjon på omkring 15 dB over et frekvensbånd som omfatter et tredje oktavbånd, oppnås med den modul som er beskrevet. En synergieffekt oppnås når man kopler sammen to moduler, i hvilket tilfelle modulene virker slik at den totale lydreduserende effekt strekker seg over et helt oktavbånd, dvs. tre tredje oktavbånd. Dette oppnås således uten en motstands-refleksjonsattenuator plassert mellom modulene.

En motstand-refleksjonsattenuator 4 som er inkludert i transportsystemet er vist på figur 2. Lydattenuatoren omfatter en sylindrisk beholder 10 med et kjegleformet koplingsstykke 11 anordnet på hver ende, til hvilke det er festet en fortrinnsvis sirkelrund flens 12 for tilkopling til en koplingsenhet i systemet. Beholderen 10, koplingsstykket 11 og flensen 12 er laget av et varmebestandig materiale, så som metall, og fortrinnsvis av rustfritt stål. Et sylindrisk absorpsjonslegeme 14, som danner en passasje som faller sammen med innsiden 13 av flensen 12, er anordnet i beholderen. Mellom innsiden av beholderen og utsiden av absorpsjonslegemet er det anordnet en kanal 15 for passering av gass, hvor kanalen strekker seg i et tverrsnitt langs hele innsiden av beholderen. En temperatur-sikkerhetsbeskyttelsesanordning 27 er anordnet på utsiden av beholderen. Temperatursikkerhetsbeskyttelsesanordningen er passende konstruert som et varmeisolerende belegg med en utvendig smussavstøtende, mekanisk bestandig overflate.

Absorpsjonslegemet 14 omfatter et sylinderlegeme av et varmebestandig lydabsorberende materiale, fortrinnsvis et ullstoff med lange fibre, som er komprimert mellom et indre beskyttelseslag 16 og et ytre beskyttelseslag 17. Det lydabsorberende materiale kan f.eks. være laget av glass eller mineralull, men også andre keramiske eller syntetiske fibre kan brukes. Det indre beskyttelseslag 16 og det ytre beskyttelseslag 17 som omgir absorpsjonsmaterialet, er sammenføyd ved endene ved sirkelrunde endepartier 18. Mellom endeopartiet 18 og den motsatte innerside av koplingsstykket 11 ved den respektive ende av beholderen er det anordnet en åpning og et utløp til kanalen 15. Det beskyttede absorberende materiale er sentrert og festet i beholderen med et antall langsgående avstandspinner 19 som er festet til innsiden av beholderen. De indre og ytre beskyttelseslag er anordnet for delvis å avdekke absorpsjonsmaterialet, og er laget av et varmebestandig materiale. Beskyttelseslagene er fortrinnsvis laget av en perforert rustfri stålplate eller en korrosjonsbestandig netting. Eksperimenter har vist at innføringen av kanalen 15 som gjennomstrømmes av gass ikke medfører noen betydelig forringelse av lydabsorpsjonen. Lydreduserende egenskaper tilsvarende en absorpsjonsmaterial-tykkelse mellom innsiden av beholderen 10 og det indre beskyttende lag 16 av det absorberende materiale kan således forventes.

Oppgaven til kanalen 15 som er anordnet på innsiden av beholderen 10, er å tillate passering av en delmengde av de varme ekshaustgasser som strømmer gjennom lydattenuatoren. Ved denne passering av varme gasser oppnår man en temperatur på 150 °C på innsiden av beholderen, slik at det kan hindres at væsker som er oppløst i gassen blir kondensert på innsiden av beholderen. Innsiden som er oppvarmet på denne måten må varmeisoleres, slik at ingen personskader oppstår etter kontakt med systemet fra utsiden. Man tar derfor sikte på en temperatur på 55 °C. Av denne grunn er temperatur-sikkerhetsbeskyttelsesanordningen 27 anordnet for å oppnå en temperatursikker utside av systemet.

En reaktiv lydattenuator 3 som er inkludert i transportsystemet er vist på figur 3. Lydattenuatoren omfatter en sylindrisk beholder 20 med et kjegleformet koplingsstykke 21 anordnet på hver ende. En fortrinnsvis sirkelrund flens 22 for tilkopling til en forbindelsesenhet i systemet er festet til koplingsstykket. Beholderen 20, koplingsstykket 21 og flensen 22 er laget av et varmebestandig materiale så som metall, og fortrinnsvis rustfritt stål. Et sylindrisk transportrør 24, som danner en passasje som faller sammen med innsiden 23 av flensen 22, er anordnet i beholderen 20. Endene av røret er forbundet med innsiden av flensen 22, slik at et innelukket volum 25 er anordnet mellom beholderen 20 og transportrøret 24. Et antall åpninger 26 som forbinder volumet 25 med gasstransportkanalen, er anordnet ved den ene ende av røret 24.

Åpningene 26 i transportrøret 24 har et totalt åpningsareal av stort sett samme størrelse som det indre tverrsnittsareal av transportrøret. Utstrekningen av åpningene er anordnet i tangentiell retning slik at deres utstrekning i lengderetningen av attenuatoren er begrenset. Forholdet mellom tverrsnittsarealet av transportkanalen og tverrsnittsarealet av volumet 25 av den reaktive attenuator bør være likt. Hvis dette arealet reduseres, blir den lydattenuerende effekt mindre og smalere i forhold til frekvensen. Hvis arealet øker, vil det i stedet oppstå en større og mer bredbåndet effekt. Det er således bare det tillate totalvolum som begrenser den oppnådde effekt. På utsiden av beholderen 20 er det anordnet en temperatur-sikkerhetsbeskyttelsesanordning 27 på samme måte som for motstandsattenuatoren. På innsiden av beholderen, inne i det avstemte volum 25, er det anordnet en varmeisolasjon 28 som også gir en viss lydattenuasjon. Med denne lokalisering er behovet for varmeisolasjon på utsiden redusert mens det samtidig oppstår en mer bredbåndet reaktiv attenuasj onskarakteristikk.

Selv om det er fordelaktig, er kanalsystemet ikke begrenset til å omfatte et kanalsystem med et sirkelsylindrisk tverrsnitt. Oppfinnelsen kan, med like resultater, anvendes på systemer med et mangekantet tverrsnittsareal såvel som systemer med longitudinalt bøyde seksjoner.

Selv om eksperimenter har vist at en modul med en kombinasjon av to reaktive attenuatorer og en motstandsattenuator viser meget gode lydreduserende egenskaper, vil en kombinasjon av en reaktiv attenuator og to motstandsattenuatorer resultere i en betydelig lydreduserende effekt ved lavere frekvenser. Den totale motstandslengde og dermed lengden av refleksjonsattenuatoren blir i dette tilfelle en halv bølgelengde. Refleksjonsattenuatoren oppviser således en attenuasjonskarakteristikk hvor attenuasjonen ved den dimensjonerende frekvens er null, men som øker kraftig oppover og nedover i frekvensretningen. Kvartbølgeattenuatoren som er inkludert i modulen har imidlertid sin attenuasjonseffekt konsentrert ved den dimensjonerende frekvens. Ved samvirke mellom de to attenuatorer oppnås dermed en attenuasjonseffekt som strekker seg over et stort frekvensbånd.

Ved eksperimenter er det også demonstrert at hver kombinasjon av minst en refleksjonsattenuator og minst en reaktiv attenuator gir en god bredbåndet lydreduserende effekt. Det som er bestemmende er forholdet mellom den reaktive lengde og motstandslengden. For den beste virkning skal motstandslengden og den reaktive lengde være tilnærmet like.

Ved åpningen av gasstransportsystemet oppstår det en sterk refleksjonsbølge, slik at et trykk-knutepunkt er plassert her. Denne situasjonen utnyttes ifølge oppfinnelsen for å plassere en reaktiv attenuator 3f med sin åpning vendt bort fra åpningen av systemet. Den reaktive attenuator kan likeledes være anordnet slik at dens åpning er plassert en kvart bølgelengde fra åpningen i systemet, men slik at utstrekningen av attenuatoren er vendt bort fra åpningen i systemet.

Claims (10)

1. Anordning for lydreduksjon i et transportsystem for gassformig medium mellom et innløp som er forbundet med en lydkilde, og et utløp, hvilket transportsystem omfatter et antall sammenkoplede kanaldeler (1 til 7) som danner minst én modul (8, 9) omfattende minst én refleksjonsattenuator (4) med en motstandslengde (a2, b2) og minst en reaktiv attenuator (3) med en reaktiv lengde (ai, a3, bi, b3), karakterisert ved at motstandslengden og den reaktive lengden i det vesentlige er den samme. .

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at minst en modul (8, 9) består av én refleksjonsattenuator (4) og en reaktiv attenuator (3) plassert på hver side av refleksjonsattenuatoren.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at forholdet mellom motstandslengden (a2, b2) og den reaktive lengde (ai, a3, bi, b3) ligger innenfor intervallet fra 0,85 til 1,15.

4. Anordning ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at refleksjonsattenuatoren (4) omfatter en beholder (10) i hvilken et absorpsjonslegeme (14) er anordnet, slik at det mellom beholderen og absorpsjonslegemet er anordnet en kanal gjennom hvilken en del av den transporterte gass strømmer.

5. Anordning ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at den reaktive attenuator (3) omfatter en beholder (20) og et transportrør (24) som er omgitt av beholderen, slik at det mellom beholderen og transportrørets legeme er innesluttet et volum (25) hvis tverrsnittsareal er tilnærmet like stort som tverrsnittsarealet av den gasstransportkanal som er begrenset av transportrøret.

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at det totale areal av åpningene (26) mellom transportrøret (24) og det innelukkede volum (25) er i hovedsak like stort som tverrsnittsarealet av røret (24).

7. Fremgangsmåte for lydreduksjon innenfor et frekvensbånd i et transportsystem for gassformig medium med et antall sammenkoplede kanaldeler (1 til 7), idet minst én modul (8, 9) er anordnet i transportsystemet og omfatter minst én refleksjonsattenuator (4) med en motstandslengde (a2, b2) og minst én reaktiv attenuator (3) med en reaktiv lengde (ai, a3, bi, b3), karakterisert ved at motstandslengden bringes til å utgjøre en kvart bølgelengde av senterfrekvensen av frekvensbåndet, og den reaktive lengde bringes til å utgjøre en kvart bølgelengde av en frekvens mellom de nedre og øvre grensefrekvenser av frekvensbåndet.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at minst én modul (8, 9) er anordnet av en refleksjonsattenuator (4) og en reaktiv attenuator (3), idet refleksjonsattenuatoren gis en motstandslengde på en kvart bølgelengde av senterfrekvensen av frekvensbåndet, og at den reaktive attenuator gis en reaktiv lengde på en kvart bølgelengde av senterfrekvensen av frekvensbåndet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at minst én modul (8, 9) er anordnet av en refleksjonsattenuator (4a, 4b) til den ene ende av hvilken en første reaktiv attenuator (3b, 3d) er tilkoplet, og til den andre ende av hvilken en andre reaktiv attenuator (3c, 3d) er tilkoplet, idet den første reaktive attenuator gis en reaktiv lengde på en kvart bølgelengde av den nedre grensefrekvens av frekvensbåndet, og den andre reaktive attenuator gis en reaktiv lengde på en kvart bølgelengde av den øvre grensefrekvens av frekvensbåndet.

10. Anvendelse av en anordning for lydreduksjon i et transportsystem for gassformig medium ifølge ett av kravene 1-6, eller en fremgangsmåte for å oppnå lydreduksjon innenfor et frekvensbånd for et transportsystem som er ment for gassformig medium, ifølge krav 7-8 i et ekshaustsystem for skip.