SE512027C2 - Ljuddämpat blåsmunstycke - Google Patents

Description

512 027 10 15 20 30 koncentrerad lufistråle, som förmår att slita sönder banan även på stort avstånd från själva munstycket; avståndet kan uppgå till upp emot 10 m! Några andra hjälpmedel för att klara de nämnda uppgifiema finns inte inom känd teknik. Vissa begränsade uppgifter kan klaras med fasta blåsmunstycken, men i allt väsentligt är handreglerade blås- munstycken, vilka genererar utomordentligt höga bullernivåer, nödvändiga för att ge nödvändig flexibilitet i användningen.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett effektivt munstycke, med vilket kan uppnås en betydligt större och/eller tystare blåskrafi för en given frontarea än med motsvarande kända munstycken.

Uppfinningen har utvecklats speciellt for att lösa ovan nämnda problem och behov inom pappers- och cellulosaindustrin och syfiar härvid till att erbjuda ett munstycke, som kan generera mycket stora blåskrafter vid väsentligt lägre ljudnivåer än vid jämförbara, konventionella munstycken. Andra områden där dessa munstycken kan användas är tex. stålverk, gjuterier etc. Uppfinningens principer kan emellertid appliceras även på mun- stycken för små eller moderata blåskrafier, varvid munstycket enligt uppfinningen kan ersätta vissa av de konventionella eller ljuddämpade blåsmunstycken som används inom verkstadsindustrin.

För att åstadkomma önskad blåskrafi innefattar munstycket enligt uppfinningen åtminstone en första utloppsöppning i ett centralt parti av munstycket, vilken första utloppsöppning är divergerande, lämpligen utformad som ett Lavalmunstycke, för att ge utströmningsgasen, normalt lufi, överljudshastighet vid rådande tryck närmast bakom utloppet. Vid ett korrekt utformat Lavalmunstycke omsätts trycket hos luften/gasen helt i rörelseenergi, vilket innebär att gasstrålen inte expanderar i sidled då den lämnat munstycket så som är fallet vid konventionella munstycken, där expansionen orsakar det krafiiga bullret. Icke desto mindre uppstår kraftigt ljud även då gas strömmar ut med överljudshastighet ur ett korrekt dimensionerat Lavalmunstycke. Detta antas ha sin grund i att krafiig turbulens uppstår i gränsskiktet mellan den med mycket hög hastighet framrusande gas/luftstrålen och omgivande luft. Uppfinningen tar sikte på detta problem.

Enligt uppfinningen motverkas sålunda virvelbildningen hos en med överljudshastighet utströmmande gas i en kämstråle nära nämnda första utloppsöppning, och därmed genereringen av högfrekvent ljud inom det hörbara området, genom att kärnstrålen omges med ett gasflöde riktat i kärnstrålens riktning, vilket förhindrar eller väsentligt reducerar virvelbildning hos kämstrålen nära dess utloppsöppning, varigenom 10 15 20 25 30 35 3 i Pizis 512 027 kämstrålens initialt huvudsakligen larninära karaktär i hög grad bevaras åtminstone inom ett kritiskt område nära utloppet, där kärnstrålens hastighet är som störst.

Uppfinningen bygger sålunda på samverkan mellan två principer: l. Kämstrålen utformas så att dess arbetsförmåga blir maximal genom att den avgår via en expanderande (divergerande) utloppsöppning som är så utformad - företrädesvis i form av ett Lavalmunstycke - att gasens inre energi nära nog fiillständigt omsätts i hastighet under inverkan av det tryck som råder omedelbart bakom utloppet. För de dimensionsområden som här är aktuella ligger hastigheten i munstyckets utlopps- sektion långt över ljudhastigheten. 2. Turbulensbildningen utmed den snabbt framrusande kämstrålen minskas genom att kämstrålen omges av ett skyddande gasflöde riktat i kämstrålens riktning Hastigheten hos detta omgivande flöde skall vara lägre än kämstrålens. Det skyddande gasflödet avges via ett större antal mindre utloppsöppningar placerade runt kämstrålen - detta för att undertrycka virvelbildning på grund av interaktion med omgivande lufi och därmed även motverka ljudalstringen inom det hörbara området. Gynnsammast förhållande nås om skyddsgasflödets hastighet gradvis avtar med ökat avstånd från centrumlinjen.

Akustiskt innebär kombinationen av dessa principer att ljudalstringen blir förhållandevis låg genom att kärnstrålens turbulens motverkas i ett område nedströms från utlopps- mynningen inom vilket krafiig alstring av högfrekvent ljud inom det hörbara området eljest genereras.

Mekaniskt innebär kombinationen ett munstycke med mycket hög verkningsgrad, då det omgivande gasflödet medför att kämstrålen i det kritiska området efter mynningen icke väsentligen bromsas upp av omgivande, stillastående lufi i det att merparten av det mekaniska arbetet att accelerera den stillastående luften i kärnstrålens riktning utförs av det omgivande gasflödet.

Utmärkande för uppfinningen är sålunda att blåsmunstycket i ett centralt parti därav har åtminstone en första utloppsöppning utformad att generera en kämstråle av gas med överljudshastighet och att det centrala partiet omges av ett mer perifert parti innehållande ett antal andra utloppsöppningar på avstånd från varandra och från nämnda första utloppsöppningar, vilka andra utloppsöppningar är utformade att generera ett gasflöde 10 20 30 4 Pl3lÉ 512 027 med lägre hastighet än kämstrålen, företrädesvis en hastighet lika med ljudhastigheten, vilket gasflode omger kämstrålen och har samma riktning som denna.

Nämnda forsta utloppsoppning kan ha en diameter i sin trängsta sektion uppgående till mellan 2 och 20 mm, företrädesvis till mellan 4 och lO mm, företrädesvis max 7 mm, och allra helst till mellan 5 och 6 mm.

De andra utloppsöppningama, i syrmerhet då dessa är anordnade i munstyckets periferi, kan fördelaktigt vara utformade som smala spaltoppningar som sträcker sig radiellt över munstyckets, vinkelrätt mot dess längdaxel, projicerade ändyta. Att utforma ett blås- munstycke med sådana spaltforrniga, radiellt orienterade utloppsoppningar i munstyckets periferi är i och för sig känt genom tex. EP 0 224 555 och principen praktiseras i Silvent AB's 700-serie, se ovan, men har i munstycket enligt uppfinningen åtminstone två uppgifter. Dels medverkar de perifera utloppsoppningama till att blåskraften får en hog verkningsgrad även på långa avstånd, dels motverkar den gasström som strömmar ut genom de perifera munstyckena och som omger den centrala gasström som strömmar ut med overljudshastighet, att det eljest mycket krañiga ljudet från den centrala luñ- strömmen med overljudshastighet uppstår genom interaktion med omgivande luft, genom att undertrycka turbulensen hos kämstrålen i ett kritiskt område. Sålunda har, vid försök gjorda med blåsmunstycken enligt uppfinningen och jämforda med ett i pappersindustrin konventionellt munstycke, bullret, vid ett arbetstryck av 500 kPa, kunnat reduceras från 115 dB(A) vid det konventionella munstycket till 100 dB(A) vid det nya munstycket och detta med bibehållen eller forstärkt blåskrafi. Denna utomordentligt krafiiga buller- reducering kan utnyttjas for att väsentligt forbättra rniljoforhållandena vid befintliga trycklufiarrläggriingar och/eller for att gora nya anläggningar väsentligt billigare.

Utgående från teorin att en god bullerreducering gynnas av en successivt avtagande skillnad i utloppshastighet från den centrala kärnstrålen till omgivande luft, kan man även tänka sig att ytterligare utloppsoppningar - tredje, fjärde etc - anordnas mellan nämnda forsta och andra utloppsoppningar, varvid dessa mellanliggande utloppsoppningar eventuellt kan vara utformade så att även den ur dessa öppningar utströmmande gasen får overljudshastighet, dock inte så stor som overljudshastigheten hos den centrala strålen. Vid denna utvecklingsfonn skulle sålunda de tredje utloppsoppningar som anordnas omkring den eller de första utloppsöppningama vara utformade så att de ger en lufthastighet endast något lägre än hastigheten i kämstrålen, medan, om även ytterligare utloppsoppningar, här benämnda fiärde utloppsoppningar, anordnas mellan nämnda tredje och andra utloppsoppningar, nämnda fjärde utloppsoppningar utformas så att de 10 15 20 25 5 Pl3l3 512 027 tredje och andra utloppsöppningar, nämnda fjärde utloppsöppningar utformas så att de ger en lutthastighet som är något högre än ljudhastigheten, dock lägre än hastigheten från de tredje utloppsöppningarna, osv. Även nämnda, eventuellt förekommande tredje, fiärde etc utloppsöppningar kan utformas som Laval-munstycken för att möjliggöra överljudshastighet, men för att icke ge maximalt möjliga överljudshastighet kan någon form av tryckreducerare, tex. strypfläns eller liknande förträngning, anordnas i tilloppsledningama.

Då höga ljudfrekvenser är lättare att dämpa än låga är det akustiskt fördelaktigt att ersätta ett enda stort utlopp med flera mindre. Denna princip har utnyttj ats vid mun- stycken som arbetar med utloppshastigheter lika med ljudhastigheten men kan tillämpas även på Laval-munstycken. För ett cirkulärt utlopp sker maximal ljudalstring vid en frekvens fmx som är proportionell mot utloppets diameter d och utloppshastighet w. Det kan därför vara gynnsamt att använda flera Laval-munstycken i ett centralt parti av blåsmunstycket i stället för ett enda större munstycke. En utföringsfomi av uppfinningen kännetecknas av ett sådant arrangemang.

Energiinnehållet hos det ljud som genereras från de andra, perifera utloppsöppningarna bör ha sitt maximum vid en frekvens över 20 kHz, dvs över den normala övre gränsen för människans hörsel. Detta kan uppnås genom att göra utloppsöppningama så smala som är möjligt utan risk för igensättning på grund av föroreningar i tryckluften. Samtidigt skall utloppsarean och därmed gasflödet vara tillräckligt för att i önskvärd, signifikant grad motverka närrmda virvelbildning, vilket uppnås genom ett tillräckligt antal andra utloppsöppningar. Mer bestämt bör de andra utloppsöppningamas totala utloppsarea vara l-4 gånger, företrädesvis 1.5-3 gånger så stor som den totala utloppsarean hos nämnda första utloppsöppningar/ar räknat i öppningamas trängsta sektion, lämpligen ca 2 gånger så stor. Med denna uppdelning har en hög blåskrafi uppnåtts vid låg ljudnivå.

Generellt kan vidare sägas att avståndet mellan närliggande utloppsöppningar i varje koncentrisk grupp av utloppsöppningar, dvs inom den centrala grupp som består av ett flertal första utloppsöppningar, eventuella tredje och íjärde etc, samt nämnda andra utloppsöppningar bör uppgå till 2-5 gånger utloppsöppningamas diameter i mynningen, då öppningama är runda, respektive 2-5 gånger öppningamas ekvivalenta diameter, som är kvadratroten ur öppningamas mynningsarea, då öppningama är spaltforrniga eller eljest orunda. 6 P13l3 512 027 10 15 20 25 30 Munstyckets ytterradie kan vara 25-5 gånger, företrädesvis ca 3 gånger den trängsta sektionens diameter i den första utloppsöppningen, då denna utgörs av ett enda centralt Laval-munstycke. Vidare bör det radiella avståndet mellan de andra utloppsöppningamas innersta del och den punkt på den eller de första utloppsöppningarnas periferi i mynningen uppgå till minst en tredjedel av munstyckets radie, då radien definieras som avståndet från centrum till de andra utloppsöppningamas yttersta punkt, och några utloppsöppningar ej är anordnade mellan nämnda första och andra utloppsöppningar.

Ytterligare kännetecken och aspekter på uppfinningen framgår av patentkraven samt av följande beskrivning av ett antal tänkbara uttöringsforrner.

KORT FIGURBESKRIVNTNG I den följande beskrivningen av några tänkbara utföringsforrner av uppfinningen kommer att hänvisas till bifogade ritningsfigurer, av vilka Fig. 1 är en ändvy av ett munstycke enligt en första utföringsforrn av uppfinningen, Pig. 2 är ett snitt längs linjen A-A i Fig. 1, Pig. 3 är en sidovy av samma munstycke, och Pig. 4 är en perspektivisk vy av ett cirkulärt munstycke enligt en andra utföringsform av uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Med hänvisning först till Fig, 1-3 betecknas ett blåsmunstycke allmänt med sifiran l. Det består av ett rörforrnat hölje 2 med invändiga gängor 3 i en bakre ände samt en yttre och en inre munstyckskropp 5 respektive 6 i höljets främre ände, vars ändpaiti 4 är koniskt avfasat.

Höljet 2 är med gängorna 3 anslutbart till en icke visad tryckluñledning, som förbinder munstycket 1 med en trycklufikalla, så att i en munstyckskammare 7 omedelbart bakom munstyckskropparna 5 och 6 kan upprätthållas ett övertryck på minst 200 kPa. Den yttre munstyckskroppen 5 är monterad med presspassning i höljet 2A Den skjuter ut en stycke förbi höljets främre parti 4 och anligger i bakre änden mot en låsring 8. De yttre och centrala munstyckspartiema 5,6 är utformade som matchande skruv och mutter, varvid det centrala munstyckspartiet 6 är skruvat in i det yttre munstyckspartiet 5. Det inses att detta ger möjlighet till byte av centralt munstycksparti. 10 20 25 30 35 7 Pl3i3 i 512 027 Enligt utföringsfonnen har munstycket 1 två separata utloppssystem, som sträcker sig parallellt med munstyckets längdaxel 10, nämligen ett centralt eller primärt system och ett perifert eller sekundärt system. Det primära systemet innefattar en första utlopps- öppning 1 1 centralt i den centrala munstyckskroppen 6. Denna centrala utloppsöppning 1 l är uformad som ett expansions- eller Laval-munstycke, vilket vid rådande höga tryck i kammaren 7 möjliggör en utloppshastighet hos luften överstigande ljudhastigheten. Den maximala hastigheten, wm, hos en gas som strömmar ut genom ett korrekt utfört Laval- munstycke kan uttryckas där w* är den kritiska hastigheten för gasen i fråga, som i sin tur är lika med den lokala ljudhastigheten, medan x är en konstant för den aktuella gasen. För lufi är x = 1.4. Härav 2.4 följer att wm = w* J- O-š = 2.45 w*. Vid 20°C är ljudhastigheten 314 m/s, vilket innebär att den maximala utblåsningshastigheten skulle vara 769 rn/ s vid temperaturen 20°C.

Vare sig Laval-munstyckets möjlighet att generera en lufi- eller axman gasstråle med teoretiskt maximal eller eljest med mycket hög utgångshastighet utnyttjas fullt ut eller ej, blir ljudnivån från en sådan stråle normalt mycket hög. För att dämpa ljudet har mun- stycket 1 därför försetts även med det sekundära eller perifera utloppssystemet, som enligt utföringsformen innefattar ett flertal, längs munstyckets 1 periferi jämnt fördelade spaltöppningar 13. Även cirkulära öppningar i det sekundära systemet är tänkbara, liksom alla övergångsformer mellan cirkulära och spaltforrniga, t.ex. kilformiga med kilens spets vänd mot centrum. Enligt den föredragna utföringsfonnen är emellertid öppnjngama spaltformiga, med varannan öppning kortare i radiell led än intilliggande spaltöppningar. Mer bestämt är öppningama 13 utformade enligt de principer som beskrivs i nämnda EP 0 224 555, vars innehåll härmed genom referens införlivas i föreliggande patentansökan. Genom öppningar-na 13, som i de efterföljande patentkraven benämns andra utloppsöppningar, utströmmar luften med en hastighet lika med ljudhastigheten vid det rådande trycket i kammaren 7.

Gasstrålama som utströmmar genom utloppsöppningama 13 bildar en mer eller mindre integrerad, sammanhängande skärm, som omger den med överljudshastighet, från det centrala, ur Laval-munstycket ll med ljudhastighet utströmmande kämstrålen och dämpar ljudet från denna. För att tillräcklig effekt skall uppnås med avseende på 10 20 30 35 8 i 1 PI313 512 027 förmågan att motverka turbulens hos kämstrålen, och därmed motverka såväl oönskad uppbromsning av känistrâlen som ljudalstring inom ett kriotiskt område, synes det vara lämpligt att de perifera utloppsöppningamas 13 totala utloppsarea är större än öppningsarean i det centrala systemet, vare sig det centrala systemet innefattar en enda Laval-öppning 11 eller flera, allt räknat i öppningamas trängsta sektion. företrädesvis bör det yttre systemets utloppsarea vara 1-4 gånger, lämpligen 15-3 gånger eller omkring dubbla öppningsarean i det centrala systemet.

Samtidigt genererar de perifera utloppsöppningama 13 i sig ett gasflöde med förhållandevis låg bullernivå, varvid det har betydelse att de perifera gas/lufistrålarna får möjlighet att medejektera lufi från omgivningen. De spaltforrniga öppningama 13 i munstycket 1 ligger därför nära ytterkantema i munstyckets 1 front, samtidigt som munstyckskroppen 5 skjuter fram ur höljet 2 for medejektering av den luft som omger munstycket, Fig. 4 illustrerar en tänkbar utföringsforrn för generering av utomordentligt stora blås- krafter Samtidigt är denna utföringsform ett exempel på tillämpningen av den önskvärda principen att gasflödenas utloppshastighet gradvis avtar med ökat avstånd från käm- strålen. I figuren har samma hänvisningsbeteckningar använts för detaljer som har direkt motsvarighet i Fig. 1-3. Enligt utföringsfonnen finns en mellanliggande munstyckskropp 15 mellan den yttre munstyckskroppen 5 och den centrala munstyckskroppen 6. I den centrala munstyckskroppen 6 är anordnade tre stycken utloppsöppningar 11, utfonnade som Laval-munstycken, och i den mellanliggande munstyckskroppen 15 finns ett större antal utloppsöppningar 16, i de efterföljande patentkraven benämnda tredje utlopps- öppningar, var och en utformad som Laval-munstycke. Enligt utföringsformen är åtta sådana tredje Laval-munstycken 16 anordnade i den mellanliggande munstyckskroppen 15. I den yttre munstyckskroppen 5 är på samma sätt som i föregående utforingsform anordnade spaltforrniga utloppsmunstycken 13, dock till ett väsentligt större antal än i föregående utföringsform.

De centrala, första utloppsöppningama 11 är vid utföringsformen enligt Fig. 4 utformade att generera lufiströmmar som väsentligt överstiger ljudhastigheten. Även nämnda tredje utloppsöppningar 16 i den mellanliggande munstyckskroppen 15 är utformade att generera lufiströmmar med hastighet större än ljudhastigheten. Emellertid kan öppningama 16 härvid vara utformade att generera luftströmmar vilka visserligen har en hastighet större än ljudhastigheten men lägre än hastigheten hos lufiströmmarna från de centrala öppningama ll. Den lägre hastigheten hos lufiströmmama från den mellan- 10 15 9 Pl3i3 512 027 liggande, tredje utloppsöppningama 16 kan även åstadkommas genom att en tryck- reducerare anordnas bakom utloppsöppningama 16 eller på annat sätt. Om hastigheten från de mellanliggande utloppsöppningama 16 är lägre än hastigheten från de centrala utloppsöppningama 11, och i övrigt samma villkor gäller, i syrmerhet med avseende på ljudfiekvensen, blir ljudnivån från de mellanliggande utloppsöppningama lägre än från de centrala utloppsöppningama 11. Vidare har de yttre utloppsöppningama 13 en total genomströmningsarea som är större än genomströmningsarean hos de mellanliggande, tredje utloppsöppningama 16, vilka i sin tur har en större total genomströmningsarea räknad i den trängsta sektionen än genomströmningsarean hos de centrala utlopps- öppningama 11. T ex kan areaforhållandena mellan munstycksöppningarna 13/16/11 vara 9/3/ 1 eller t ex 4/2/ 1 eller mer generellt 4-9/2-3/1.

Det skall inses att den gas som strömmar ut genom de olika munstycksöppningama kan utgöras av lufi eller annan gas. Att luft nämnts i vissa fall skall därför inte ges någon inskränkande betydelse med avseende på munstyckets användbarhet. Som exempel på andra gaser än luft kan tex. nämnas syrgas och inerta skyddsgaser. Även kombinationer är tänkbara, t.ex. att kärnstrålen utgörs av en syrgasstråle, som omges av ett perifert flöde av inert gas.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 io i mi: 512 027 PATENTKRAV

1. Ljuddämpat blåsmunstycke for utblåsning av ett under övertryck stående gasmedium, i synnerhet lufi, k ä n n e t e c k n a t av att blåsmunstycket i ett centralt parti (6) därav har åtminstone en forsta utloppsöppning (11) utformad att generera en kämstråle av gas med överljudshastighet, och att det centrala partiet omges av ett mer perifert parti (5) innehållande ett antal andra utloppsoppningar (13) på avstånd från varandra och från nämnda forsta utloppöppningar, vilka andra utloppsöppningar är utformade att generera ett gasflöde med lägre hastighet än kärnstrålen, företrädesvis en hastighet lika med ljudhastigheten, vilket gasflöde omger kämstrålen och har samma riktning som denna.

2. Blåsmunstycke enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at av att de andra utlopps- oppningamas totala utloppsarea är större än den totala utloppsarean hos nämnda forsta utloppsöppning/ar räknat i öppningens/amas trängsta sektion.

3. Blåsmunstycke enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att avståndet mellan de andra utloppsöppníngama (13) är 2-5 gånger utloppsöppningamas öppningsdiameter, då oppningarna är mnda, respektive 2-5 gånger oppningamas ekvivalenta diameter, som är kvadratroten ur öppningamas genomstromningsarea i mynningen, då de andra utlopps- öppningarna är spaltforrniga eller eljest icke runda.

4. Blåsmunstycke enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att de andra utloppsöppningarnas totala utloppsarea är 1-4 gånger totala utloppsarean hos nämnda forsta utloppsoppningar räknat i öppningamas trängsta sektion.

5. Blåsmunstycke enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n at av att det radiella avståndet mellan de andra utloppsoppningamas (13) innersta del och den punkt på den eller de forsta utloppsöppningamas (1 1) periferi i mynningen uppgår till minst en tredjedel av munstyckets radie, då denna definieras som avståndet från centrum till de andra utloppsöppningamas yttersta punkt.

6. Blåsmunstycke enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a t av att avståndet mellan närliggande forsta utloppsöppningar, då dessa är fier än en uppgår till 2-5 gånger diametern hos de forsta utloppsöppningama i mynningen.

7. Blåsmunstycke enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av tredje utloppsoppningar (16) är anordnade mellan nämnda forsta och andra utloppsöppningar, vilka tredje utlopps- oppningar är utformade att vid det tryck som råder bakom nämnda tredje utlopps- 10 15 11 131313 512 027 öppningar ge utströmningsluften en hastighet som är större än ljudhastigheten men lägre än hastigheten hos den lufi som strömmar ut genom nämnda första utloppsöppníngar.

8. Blåsmunstycke enligt krav 7, k ä n n et e c k n at av de tredje utloppsöppningamas totala utloppsarea är större än utloppsarean hos nämnda första utloppöppningar, respektive den totala utloppsarean hos nämnda första utloppsöppníngar..

9. Blåsmunstycke enligt något av kraven 7-8, k ä n n e t e c k n at av att utlopps- öppningamas totala utloppsarea i varje grupp av koaxiella utloppsöppníngar är större än den totala utloppsarean hos närmast innanforliggande grupp av koaxiella utlopps- öppníngar, allt räknat i öppningamas trängsta sektion.

10. Blåsmunstycke enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n at av att nämnda första utloppsöppning/öppningar har en diameter i munstyckets trängsta sektion uppgående till mellan 2 och 20 mm, företrädesvis till mellan 4 och 10 mm, lämpligen max 7 mm och allra helst till mellan 5 och 6 mm.