SE526680C2

SE526680C2 - Procedure for reducing noise in a high-power internal combustion engine

Info

Publication number: SE526680C2
Application number: SE0303613A
Authority: SE
Inventors: Claes-Goeran Johansson; Mats Aabom
Original assignee: Abb Ab
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2005-10-25
Also published as: DE602004007163D1; SE0303613L; WO2005064127A1; EP1704306B1; SE0303613D0; EP1704306A1; ATE365266T1; DE602004007163T2; US20070240933A1

Abstract

A sound reduction system for reducing noise from a high power combustion engine is supplied by means of a method. The sound reduction system comprises a plurality of elements and attenuating devices placed in an elongated channel. During design of the sound reduction system one makes use of a particular suitable attenuating element with a first reactive part, a second reactive part and a third reactive part. Such a module, which is less sensitive to position in the channel, cost effective to manufacture and cost effective to model, is combined with single attenuating devices. The method enables a user to meet the requirements on sound reduction and keeping construction costs down, by using an iterative step-by-step approach. Such an approach is unknown according to traditional methods. An advantage of the method is that it enables an accurate acoustic model of the complete exhaust system, not only in the low frequency area and in the upper frequency area, but also in the intermediate frequency area. The method provides efficient modeling of an exhaust system and enables that a desired noise level close to the outlet of the exhaust system is met.

Description

20 25 30 35 526 680 2 i kanalen hos avgassystemet. En sådan typ av ljuddämpare kallas normalt en reaktiv dämpare. En sådan reaktiv dämpare förbrukar ingen energi. Det finns två huvudprinciper enligt vilka sådana reaktiva dämpare arbetar. En första typ av re- aktiv dämpare är en reflektionsdämpare, som innefattar en ökning av tvärsnittsarean. Denna areaökning ger upphov till en reflektionsvåg, som fortplantar sig i motsatt riktning mot fortplantningen av ljudet. Ett sådant hinder kan be- traktas som en vägg, i vilken ljudet studsar. En andra typ av reaktiv dämpare är en resonansdämpare, som påverkar fortplantningen av ljudet i en kanal. Ett sådant hinder fungerar som en fallgrop, i vilken det framåtskridande ljudet faller ned på sin väg mot mynningen. Ljuddämpnings- egenskaperna för en reaktiv dämpare är också beroende av var i systemet ljuddämparen är placerad. 20 25 30 35 526 680 2 in the duct of the exhaust system. Such a type of muffler is normally called a reactive muffler. Such a reactive damper consumes no energy. There are two main principles according to which such reactive dampers work. A first type of reactive attenuator is a reflection attenuator, which includes an increase in the cross-sectional area. This increase in area gives rise to a wave of reflection, which propagates in the opposite direction to the propagation of the sound. Such an obstacle can be considered as a wall in which the sound bounces. A second type of reactive attenuator is a resonant attenuator, which affects the reproduction of sound in a channel. Such an obstacle acts as a pitfall, in which the advancing sound falls down on its way to the mouth. The sound attenuation properties of a reactive muffler also depend on where in the system the muffler is located.

En annan typ av dämpare är en resistiv dämpare. En typisk utföringsform av en resistiv dämpare är ett runt eller fyr- kantigt rör, vars sidor är belagda med ett absorptionsmedel eller ett poröst medium av små sammanbundna hålrum. En så- dan ljuddämpare avsedd för ett ventilationssystem beskrivs i patentskriften GB 2 122 256. En annan resistiv dämpare avsedd för avgassystem beskrivs i US 2 826 261. Som absorp- tionsmedel används vanligen mineralull eller glasull inne- hållande något lim, bunden struktur. Ett gasgenomträngligt ytskikt, såsom en perforerad skiva, kan också skydda absorptionsmedlet. En sådan resistiv dämpare komer att få en ljuddämpande egen- skap som täcker ett brett frekvensområde och som, som gör så att absorptionsmedlet får en förutom av tjockleken och flödeshastigheten hos absorptionsmedlet, också är beroende av dämparens längd och innerarea. För- hållandet mellan absorptionsmedlets tjocklek och längden hos ljudvågorna, som är en del av ljudet, är bestämmande för dämpningen av lägre frekvenser. En tillfredsställande dämpning åstadkoms för ljudfrekvenser vid vilka absorp- tionsmedlets tjocklek är större än en fjärdedel av ljudets våglängd. Ljuddämpningsegenskaperna minskar sedan drastiskt för ljud av lägre frekvenser, som har en större våglängd. 10 15 20 25 30 35 .526 680 a q .'.o u.: :a aa a a a a a a a a nu a a u I Û O I Q O I I Ü I I I O I I I O Û . ua aao a a 0 00:! g : U . , z a a. '4a. o ao aa aaao a I I 3 Till och med när förhållandet mellan våglängd och tjock- leken hos absorptionsmedlet är ca 1/8 är absorptionen endast hälften så stor, och vid förhållandet 1/16 är den endast 20 % av den absorption som erhålls vid förhållandet 1/4. Eftersom en viss absorptionsförmåga återstår kan i många fall tillräcklig absorption erhållas genom att öka längden på det totala absorptionsmedlet i avgassystemet.Another type of damper is a resistive damper. A typical embodiment of a resistive damper is a round or square tube, the sides of which are coated with an absorbent or a porous medium of small interconnected cavities. Such a muffler intended for a ventilation system is described in patent specification GB 2 122 256. Another resistive muffler intended for exhaust systems is described in US 2,826,261. Mineral wool or glass wool containing some glue, bonded structure is usually used as absorbent. A gas-permeable surface layer, such as a perforated sheet, can also protect the absorbent. Such a resistive attenuator will have a sound-absorbing property which covers a wide frequency range and which, which means that the absorbent has one in addition to the thickness and flow rate of the absorbent, also depends on the attenuator's length and inner area. The relationship between the thickness of the absorbent and the length of the sound waves, which is part of the sound, determines the attenuation of lower frequencies. Satisfactory attenuation is achieved for sound frequencies at which the thickness of the absorbent is greater than a quarter of the wavelength of the sound. The sound attenuation properties then decrease drastically for sounds of lower frequencies, which have a larger wavelength. 10 15 20 25 30 35 .526 680 a q. '. O u .:: a aa a a a a a a a a a a a u u I Û O I Q O I I Ü I I I O I I I I O O. ua aao a a 0 00:! g: U. , z a a. '4a. o ao aa aaao a II 3 Even when the ratio of wavelength to the thickness of the absorbent is about 1/8, the absorption is only half as large, and at the ratio 1/16 it is only 20% of the absorption obtained at the ratio 1/4. Since a certain absorbency remains, in many cases sufficient absorption can be obtained by increasing the length of the total absorber in the exhaust system.

Dessutom är tvärsnittsarean eller diametern hos avgassys- temet av betydelse för den erhållna ljuddämpningen eftersom reduktionen i det övre frekvensområdet hos ljudet minskar med ökad tvärsnittsarea. Ett problem med en sådan resistiv dämpare är därvid att det absorberande skiktet måste vara tjockt för att kunna absorbera låga frekvenser. Detta inne- bär stor volym. En större total längd hos dämparen kan emellertid kompensera en mindre tjocklek hos absorptions- medlet. Detta leder till ökad kostnad för den erhållna ljuddämpningen. Ett annat problem för ett avgassystem är att tryckfallet måste begränsas. Detta leder till en rela- tivt stor tvärsnittsarea hos systemet. Ljuddämpningen vid det övre frekvensområdet hos ljud minskas således. Det ver- kar ofta vara så att, vid traditionella metoder för att tillhandahålla ljuddämpningssystem, de egenskaper som er- hålls i ett laboratorium, speciellt vid låga frekvenser, sällan erhålls i praktiken. Detta leder till en stor över- dimensionering för att garantera tillräcklig ljuddämpning.In addition, the cross-sectional area or diameter of the exhaust system is important for the sound attenuation obtained because the reduction in the upper frequency range of the sound decreases with increasing cross-sectional area. A problem with such a resistive attenuator is that the absorbent layer must be thick in order to be able to absorb low frequencies. This means large volume. However, a larger overall length of the damper can compensate for a smaller thickness of the absorbent. This leads to an increased cost for the sound attenuation obtained. Another problem for an exhaust system is that the pressure drop must be limited. This leads to a relatively large cross-sectional area of the system. The sound attenuation at the upper frequency range of sounds is thus reduced. It often seems that, in traditional methods of providing sound attenuation systems, the properties obtained in a laboratory, especially at low frequencies, are seldom obtained in practice. This leads to a large oversizing to guarantee sufficient sound attenuation.

Ovannämnda dämpare såväl som andra typer av dämpare kan kombineras till ett element. Ett exempel på ett sådant element beskrivs i US 4 371 054.The above-mentioned dampers as well as other types of dampers can be combined into one element. An example of such an element is described in US 4,371,054.

WO 98/27321 visar ett exempel på ett system med en reflek- tiv och en reaktiv dämpare. Ett problem som återstår är emellertid att på ett effektivt sätt åstadkomma dämpare för långsträckta avgaskanaler.WO 98/27321 shows an example of a system with a reflective and a reactive damper. One problem that remains, however, is to effectively provide dampers for elongated exhaust ducts.

Metoder för att modellera buller i ett avgassystem kan baseras på fyrpolsteorin, som hanterar låga frekvenser, eller baseras på effektflödesmodeller, som hanterar höga 10 15 20 25 30 35 526 680 4 frekvenser. Det finns inte någon känd effektiv metod för att modellera avgassystem för stora förbränningsmotorer med ett flertal dämpare och andra komponenter över hela fre- kvensområdet.Methods for modeling noise in an exhaust system can be based on the four-pole theory, which handles low frequencies, or based on power flow models, which handle high frequencies. There is no known effective method for modeling exhaust systems for large internal combustion engines with a number of dampers and other components over the entire frequency range.

Ett ytterligare problem är att vid konstruktionen av syste- met effektivt modellera och prova olika kombinationer av element med varierande egenskaper och att få ett omedelbart resultat beträffande effekten på ljuddämpningen, såsom om- bord på ett fartyg, beroende på kombinationen av element.An additional problem is to effectively model and test different combinations of elements with varying properties during the design of the system and to obtain an immediate result regarding the effect on the sound attenuation, such as on board a ship, depending on the combination of elements.

Ett annat återstående problem är att anordna ett ljuddämp- ningssystem på ett tillförlitligt sätt, vilket inte bara uppfyller bullerkraven utan också garanterar att ljuddämp- ningssystemet varken överdimensioneras eller överskattas ur konstruktionssynpunkt. Ett annat problem är att vid kon- struktionsfasen av ett ljuddämpningssystem också kunna mi- nimera tryckfallet, eftersom ett stort tryckfall minskar verkningsgraden hos förbränningsmotorn med eller utan en turboladdare.Another remaining problem is to arrange a sound attenuation system in a reliable manner, which not only meets the noise requirements but also guarantees that the sound attenuation system is neither oversized nor overestimated from a design point of view. Another problem is that during the design phase of a sound attenuation system it is also possible to minimize the pressure drop, since a large pressure drop reduces the efficiency of the internal combustion engine with or without a turbocharger.

Ett särskilt problem är konstruktion och montering av ett ljudreduktionssystem avsett för ett kryssningsfartyg, där kraven på ljudnivåer är rigorösa på grund av det stora kravet på passagerarkomforten.A particular problem is the design and installation of a noise reduction system intended for a cruise ship, where the requirements for noise levels are rigorous due to the high demand for passenger comfort.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett för- farande för att tillhandahålla ett system för dämpning av buller avseende ett avgassystem för avgaser från en hög- effektförbränningsmotor, där element avsedda för ljuddämp- ning på ett effektivare och noggrannare sätt än vid kända förfaranden modelleras i en dator, och förfarandet medför inte de ovannämnda nackdelarna. Förfarandet skall medge att en uppskattad ljudnivå beräknas med hög noggrannhet, inte bara i ett lågfrekvensband och i ett högfrekvensband utan också i ett mellanfrekvensband. Således medger förfarandet nnoucn n nooooo 10 15 20 25 30 35 5 2 6_ _63 Û_ - 5 en uppskattning av buller och dämpningseffekt inom hela frekvensområdet. Ett system för ljuddämpning enligt upp- finningen skall medge att avgassystemet förses med dämpare vilkas diameter är mindre jämfört med ett traditionellt system för ljuddämpning. Ett förfarande enligt uppfinningen skall tillhandahålla ett system för ljuddämpning där däm- parelement placeras längs med avgassystemet för avgaser, varvid ett sådant system tar upp mindre utryme och har mindre vikt jämfört med ett avgassystem utrustat med ljud- dämpare enligt tidigare beskrivna traditionella metoder. En sådan traditionell metod innefattar användning av en skrym- mande behållare med ett system av dämpare. Vidare skall förfarandet enligt uppfinningen göra det möjligt för en användare att snabbt utföra en analys av olika konstruk- tionsalternativ. Förfarandet medger att kraven på ljud- nivåer i omedelbar närhet till avgassystemets utlopp upp- fylls. Förfarandet skall göra det möjligt att uppfylla sådana krav i ett frekvensområde mellan 25 Hz och 10 kHz.DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the invention is to provide a method for providing a noise reduction system for an exhaust system for exhaust gases from a high power internal combustion engine, wherein elements intended for sound attenuation in a more efficient and accurate manner than in known procedures are modeled on a computer, and the procedure does not have the above-mentioned disadvantages. The method shall allow an estimated sound level to be calculated with high accuracy, not only in a low frequency band and in a high frequency band but also in an intermediate frequency band. Thus, the method nnoucn n nooooo 10 15 20 25 30 35 5 2 6_ _63 Û_ - 5 allows an estimate of noise and attenuation effect within the whole frequency range. A sound attenuation system according to the invention should allow the exhaust system to be equipped with attenuators whose diameter is smaller compared with a traditional sound attenuation system. A method according to the invention should provide a sound attenuation system where muffler elements are placed along the exhaust system for exhaust gases, such a system taking up less space and having less weight compared to an exhaust system equipped with mufflers according to previously described traditional methods. Such a traditional method involves the use of an bulky container with a system of dampers. Furthermore, the method according to the invention should enable a user to quickly perform an analysis of different design alternatives. The procedure allows the requirements for noise levels in the immediate vicinity of the exhaust system outlet to be met. The method shall make it possible to meet such requirements in a frequency range between 25 Hz and 10 kHz.

Vidare skall förfarandet ge mindre tryckfall än traditio- nella förfaranden.Furthermore, the procedure should result in less pressure drop than traditional procedures.

Ovannämnda ändamål uppnås genom ett förfarande enligt patentkrav l.The above object is achieved by a method according to claim 1.

Uppfinnarna har funnit att ett särskilt lämpligt element som skall användas i förfarandet, och följaktligen i det erhållna systemet för ljuddämpning, är ett element där varje element innefattar en första reaktiv del, en resistiv del och en andra reaktiv del. Ett alternativt namn på ett sådant element är trippel eller trippeldämpare.The inventors have found that a particularly suitable element to be used in the method, and consequently in the obtained sound attenuation system, is an element in which each element comprises a first reactive part, a resistive part and a second reactive part. An alternative name for such an element is triple or triple damper.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla ett datorprogram som kan utföra något av stegen enligt ovannämnda förfarande.Another object of the invention is to provide a computer program which can perform any of the steps according to the above method.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att förse ett avgassystem med ett ljudreduktionssystem tillhandahållet enligt ovannämda förfarande. 10 15 20 25 30 35 526 681) 000000 0 0 0 0 00 000000 0 0 0 0 00 00 0"'. 00,.. 00 0 0 0 0 0000 0000 0 0000 0 0 0000 0 0 0 0 0000 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 6 Det är underförstått att figurerna och beskrivningen av ut- föranden enbart är exempel pà möjliga utföringsformer och inte skall begränsa den underliggande uppfinningstanken.A further object of the invention is to provide an exhaust system with a noise reduction system provided according to the above method. 10 15 20 25 30 35 526 681) 000000 0 0 0 0 00 000000 0 0 0 0 00 00 0 "'. 00, .. 00 0 0 0 0 0000 0000 0 0000 0 0 0000 0 0 0 0 0000 00 0 0 It is understood that the figures and the description of embodiments are only examples of possible embodiments and should not limit the underlying inventive concept.

FIGURBESKRIVNING Föreliggande uppfinning kommer att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade schematiska ritningar.DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be described in more detail with reference to the accompanying schematic drawings.

Figur 1 visar en översikt över ett fartyg med ett avgas- system och en position förknippad med en önskad ljudnivå.Figure 1 shows an overview of a ship with an exhaust system and a position associated with a desired sound level.

Figur 2 visar ett förenklat flödesschema för ett förfarande enligt uppfinningen, en dator och en användare av datorn, sàsom en ingenjör.Figure 2 shows a simplified flow chart for a method according to the invention, a computer and a user of the computer, such as an engineer.

Figur 3 visar en översikt över ett dämparelement, vars karakteristik används vid modelleringssteget vid förfar- andet. Denna typ av element modelleras vid ett flertal positioner i avgassystemet.Figure 3 shows an overview of a damper element, the characteristics of which are used in the modeling step of the method. This type of element is modeled at a number of positions in the exhaust system.

Figur 4 visar ett exempel pà ett avgassystem med ljuddämp- ning enligt uppfinningen.Figure 4 shows an example of an exhaust system with sound attenuation according to the invention.

Figur 5 är en schematisk ritning av en display innefattande ingångar till ett antal funktioner, uppfinningen. som hänför sig till Figur 6 är en översikt som visar att ett bidrag till en dämpningseffekt hos ett dämpningselement àstadkoms i ett làgfrekvensomràde, ett mellanfrekvensomràde och ett övre frekvensomráde.Figure 5 is a schematic drawing of a display comprising inputs to a number of functions, the invention. relating to Figure 6 is an overview showing that a contribution to an attenuation effect of an attenuation element is achieved in a low frequency range, an intermediate frequency range and an upper frequency range.

Figur 7 är ett förenklat diagram över en beräknad dämp- ningseffekt hos ett dämpningselement 20 i làgfrekvensom- rádet. 0 000 0 0 0 00 000000 0 0 0 000000 10 15 20 25 30 35 525- 68_O« 0 0000 0 0 0 00 0 0000 0 0 0 00 00 of... 0 00..- u000 0 0 0 0 0000 0000 0 0000 0 - 0000 0 0 0 0 0000 00 0 0 0 I 0 0 0 00 0 - 0 0 00 0 0 0 0 0 00 7 Figur 8 är ett förenklat diagram över en dämpningseffekt i làgfrekvensomràdet hos ett ljudreduktionssystem innefatt- ande dämpningselement tillhandahállna enligt uppfinningen.Figure 7 is a simplified diagram of a calculated attenuation effect of an attenuation element 20 in the low frequency range. 0 000 0 0 0 00 000000 0 0 0 000000 10 15 20 25 30 35 525- 68_O «0 0000 0 0 0 00 0 0000 0 0 0 00 00 of ... 0 00 ..- u000 0 0 0 0 0000 0000 0 0000 0 - 0000 0 0 0 0 0000 00 0 0 0 I 0 0 0 00 0 - 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 7 Figure 8 is a simplified diagram of an attenuation effect in the low frequency range of a sound reduction system comprising attenuation elements provided. according to the invention.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Figur 1 visar ett exempel pà ett avgassystem 1 för avgaser fràn en högeffektförbränningsmotor, såsom en dieselmotor 4 för ett fartyg 2. En position 3 är förknippad med en önskad ljudnivå. En sådan position 3 är typiskt i omedelbar närhet av avgassystemets utgång. En typiskt som ett A-vägt värde. Önskade värden ligger typiskt inom omradet 60 dBA - 70 dBA. önskad ljudnivå definieras Som figur 1 visar innefattar avgassystemet ett antal olika enheter. Exempel pá sàdana enheter är en turboladdare, en àngpanna 5 eller en värmeväxlare 5. En värmeväxlare är en vanlig enhet, i vilken en del av överskottsvärmningen av den heta gasen tas ut för att värma vatten eller olja. Vid en utföringsform av ett avgassystem, där dämparelement har utformats enligt uppfinningen, är dämparna 20 belägna efter pannan 5. Vid en alternativ utföringsform kan dämpare också placeras framför värmeväxlaren eller pannan.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Figure 1 shows an example of an exhaust system 1 for exhaust gases from a high-power internal combustion engine, such as a diesel engine 4 for a ship 2. A position 3 is associated with a desired noise level. Such a position 3 is typically in the immediate vicinity of the exhaust system outlet. A typical as an A-weighted value. Desired values are typically in the range 60 dBA - 70 dBA. The desired sound level is defined As Figure 1 shows, the exhaust system comprises a number of different units. Examples of such units are a turbocharger, a steam boiler 5 or a heat exchanger 5. A heat exchanger is a common unit in which part of the excess heating of the hot gas is taken out to heat water or oil. In an embodiment of an exhaust system, where damper elements have been designed according to the invention, the dampers 20 are located after the boiler 5. In an alternative embodiment, dampers can also be placed in front of the heat exchanger or the boiler.

Figur 2 visar ett förenklat flödesschema för ett förfarande enligt uppfinningen. Vidare anger figur 2 att stegen att lägga till element 7, sätta in enskilda dämpningsanordning- ar 8 och beräkningssteget 9 utförs med hjälp av en dator 13. ningen även kan innefatta modellering av det icke dämpade Det är underförstått att en utföringsform av uppfin- avgassystemet, innefattande mynningen, raka rör, böjda rör osv. Som ett alternativ kan modellering av det icke dämpade avgassystemet utföras i en annan datormiljö, som är skild fràn datorn. Begränsningar och detaljer vid det icke dämpa- de systemet kan definieras i blàkopior eller som CAD-rit- ningar eller dylikt. Tilläggssteget 7 i figur 2 innebär modellering av ett flertal dämparelement 20 som visas i figur 3. Sådana element innefattar en första reaktiv del u. I OI 10 15 20 25 30 35 526 680 21, en resistiv del 22 och en.:ndra reaktiv del 23. Uppfin- narna har funnit att användning av sådana element i ett verkligt avgassystem l, baserat på uppfinningen, resulterar i ökad noggrannhet mellan en uppskattad ljudnivå och en uppmätt ljudnivå. Det är fördelaktigt att använda två till fyra sådana element. Vid ett förfarande enligt uppfinningen är dessa element typiskt de första ljuddämparna som skall läggas till en modell av ett verkligt avgassystem. Läget för ett sådant element i kanalen är ofta beroende av till- gängligt utryme mellan böjda rör. Tilläggssteget 7 innebär typiskt en interaktion mellan en användare 14 och datorn 13. Användaren 14, trar avseende elementen genom ett användargränssnitt. såsom en konstruktör, matar in parame- Exempel på sådana parametrar avseende elementet 20 visas i figur 3 och kan vara D1, D2, xi slät och xi perforering.Figure 2 shows a simplified flow chart for a method according to the invention. Furthermore, Figure 2 indicates that the steps of adding elements 7, inserting individual damping devices 8 and the calculation step 9 are performed by means of a computer 13. The operation may also include modeling of the non-damped It is understood that an embodiment of the inventive exhaust system, including the mouth, straight pipes, curved pipes, etc. As an alternative, modeling of the non-attenuated exhaust system can be performed in a different computer environment, which is separate from the computer. Limitations and details of the non-attenuated system can be defined in blueprints or as CAD drawings or the like. The additional step 7 in Figure 2 involves modeling a plurality of damper elements 20 shown in Figure 3. Such elements comprise a first reactive part u. In a resistive part 22 and a second reactive part 23. The inventors have found that the use of such elements in an actual exhaust system 1, based on the invention, results in increased accuracy between an estimated sound level and a measured sound level. It is advantageous to use two to four such elements. In a method according to the invention, these elements are typically the first mufflers to be added to a model of an actual exhaust system. The position of such an element in the duct often depends on the available space between curved pipes. The additional step 7 typically involves an interaction between a user 14 and the computer 13. The user 14, treats the elements through a user interface. as a constructor, enters parame- Examples of such parameters regarding the element 20 are shown in Figure 3 and may be D1, D2, xi smooth and xi perforation.

Sådana ljuddämpningskarakteristika beskrivs närmare i nedanstående beskrivning av figur 3.Such sound attenuation characteristics are described in more detail in the following description of Figure 3.

Uppfinnarna har vidare funnit att användning av elementen 20 medger en effektiv kombination av ljuddämpningskarakte- ristika hos sådana element 20 med enskilda reaktiva och re- sistiva anordningar, vilket tillsammans ger den önskade ljudnivån. Insättningssteget enligt figur 2 innebär insätt- ning av åtminstone en enskild dämpningsanordning. Ett typ- iskt verkligt dämpat system, såsom för ett kryssningsfar- tyg, baserat på uppfinningen, innefattar åtminstone fyra sådana enskilda anordningar. En sådan enskild anordning har sin huvudsakliga dämpningseffekt i det låga frekvensområdet eller i det övre frekvensområdet. En sådan enskild anord- ning med dämpning i det låga frekvensområdet är av liknande konstruktion som del 21 eller 23 hos dämpningselementet 20.The inventors have further found that the use of the elements 20 allows an effective combination of sound attenuation characteristics of such elements 20 with individual reactive and resistive devices, which together provide the desired sound level. The insertion step according to Figure 2 involves the insertion of at least one individual damping device. A typical truly attenuated system, such as for a cruise ship, based on the invention, comprises at least four such individual devices. Such a single device has its main damping effect in the low frequency range or in the upper frequency range. Such a single device with attenuation in the low frequency range is of similar construction as part 21 or 23 of the attenuation element 20.

En sådan enskild anordning med dämpning i det höga frek- vensområdet är av liknande konstruktion som del 22 hos dämpningselementet 20. Följaktligen är en sådan enskild anordning typiskt antingen en reaktiv eller en resistiv anordning. Vidare kan vid en upprepning av insättnings- steget 8 ytterligare enskilda dämpningsanordningar läggas till. Som ett alternativ till att bara lägga till en an- nu :u“y 526 680 o u0" o.. oo 0 nu no no coon 0 : : 0 0 0 0 I I n en 0 . . n o 0 o 10 15 20 25 30 35 :canon 0 c 0 c oo ooouon u n u nu nu 0 00 coon o 9 ordning vid en upprepning av insättningssteget 8 kan akustiska karakteristika hos redan tillagda enskilda dämp- ningsanordningar ändras. Vid en alternativ utföringsform kan insättningssteget 8 innefatta att läget hos redan in- satta element eller enskilda anordningar ändras. Ändringen av läget hos reaktiva enskilda anordningar och element har en påverkan pà den samanlagda dämpningseffekten i lágfre- kvensomrädet. Dämpningseffekten i högfrekvensomràdet är beroende av den sammanlagda längden hos de resistiva en- skilda anordningarna och de resistiva delarna 22 av dämp- ningselementet. Vidare är dämpningseffekten i högfrekvens- omrâdet beroende av materialtyp rg, den totala mängden ma- terial, typen av perforering xi och andra parametrar hos de resistiva delarna som visas i figur 3.Such a single device with attenuation in the high frequency range is of similar construction as part 22 of the attenuation element 20. Consequently, such a single device is typically either a reactive or a resistive device. Furthermore, in the case of a repetition of the insertion step 8, additional individual damping devices can be added. As an alternative to just adding an an- nu: u “y 526 680 o u0" o .. oo 0 nu no no coon 0:: 0 0 0 0 II n en 0.. No 0 o 10 15 20 25 35 35: canon 0 c 0 c oo ooouon unu nu nu 0 00 coon o 9 order In the case of a repetition of the insertion step 8, acoustic characteristics of already added individual attenuation devices can be changed. The change of position of reactive individual devices and elements has an effect on the total attenuation effect in the low frequency range The attenuation effect in the high frequency range depends on the total length of the resistive individual devices and the resistive parts 22 Furthermore, the attenuation effect in the high frequency range depends on the material type rg, the total amount of material, the type of perforation xi and other parameters of the resistive parts shown in Figure 3.

Beräkningssteget 9 innefattar en beräkning av en dämpnings- effekt hos elementen 20 och en dämpningseffekt hos de en- skilda dämpningsanordningarna. Det är fördelaktigt att pre- sentera resultatet av beräkningen för användaren av datorn 13 som en sammanlagd dämpningseffekt i ett flertal fre- kvensband. Ett syfte är att göra dämpningseffekten àtmin- stone lika med en nödvändig dämpning i det verkliga avgas- systemet 1. Den nödvändiga dämpningen avser ljudtrycksnivän hos högeffektförbränningsmotorn. Den behövliga dämpningen kan beräknas som ljudtrycksnivän minskad med den önskade ljudnivån. Beräkningssteget 8 hos figur 2 kan innefatta en beräkning av en uppskattad ljudnivå motsvarande ett läge i omedelbar närhet till avgassystemets utlopp.The calculation step 9 comprises a calculation of a damping effect of the elements 20 and a damping effect of the individual damping devices. It is advantageous to present the result of the calculation to the user of the computer 13 as a total attenuation effect in a plurality of frequency bands. One purpose is to make the attenuation effect at least equal to a necessary attenuation in the actual exhaust system 1. The necessary attenuation refers to the sound pressure level of the high-power internal combustion engine. The required attenuation can be calculated as the sound pressure level reduced by the desired sound level. The calculation step 8 of Figure 2 may comprise a calculation of an estimated sound level corresponding to a position in the immediate vicinity of the exhaust system outlet.

Vid en föredragen utföringsform innefattar beräkningssteget 9 att ett bidrag till en uppskattad dämpad effekt innefatt- ar ett frekvensband motsvarande dämpning av mellanfrekven- ser avseende ett element 20. Dämpningen beräknas genom an- vändning av fyrpolsteorin och genom användning av effekt- flödesmodeller.In a preferred embodiment, the calculation step 9 comprises that a contribution to an estimated attenuated power comprises a frequency band corresponding to attenuation of intermediate frequencies regarding an element 20. The attenuation is calculated by using the four-pole theory and by using power flow models.

En systemparameter som man behåller konstant i en föredra- gen utföringsform är ljudtrycksnivàn hos högeffektförbrän- 000000 n n 0 co of ago' 10 15 20 25 30 35 526 680 one c c nu oo . 22 2.. 2" ' " ' ~ ..... _ . 0:0 0 v00 0 g . . oøcoooø 0: oo c g y oo c Q o n po a 0 0 1 u o 0 co 0 oc oo nøo0 o 10 ningsmotorn 4. Högeffektförbränningsmotorn 4 fungerar som en ljudkälla till avgassystemet. Ljudtrycksnivàn hos för- bränningsmotorn är typiskt en förutsedd ljudtrycksnivà och tillförs som ingängsvärde till datorn som ett ljudspektrum av frekvensband. I typfallet tillhandahàlls eller defineras ljudspektrumet av motortillverkaren. Det är av särskilt vikt att ljudspektrumet är tillförlitligt och motsvarar ljudspektrumet hos den verkliga motorn som skall tillhanda- hàllas som ljudkälla hos det verkliga avgassystemet. Vid en föredragen utföringsform är detta ljudspektrum baserat pà ljudeffekt, vilken är oberoende av avståndet fràn ljud- källan. En traditionell metod för att tillhandahàlla ljud- spektrumet hos motorn innebär emellertid mätning av ljud utanför motorns ändrör med hjälp av en mikrofon. En sàdan metod innebär vidare att det uppmätta ljudspektrumet om- vandlas genom beräkning till ett ljudeffektspektrum mot- svarande ljudeffekten hos förbränningsmotorn. I stället är det enligt uppfinningen fördelaktigt att mäta ljudeffekten sä nära inloppet till avgassystemet l som möjligt. Som ett alternativ kan man mäta ljudeffekten vid ändröret hos för- bränningsmotorn eller en enhet av samma typ av motor innan den tillförs som en ljudkälla hos det verkliga avgassyste- met. Eftersom den önskade ljudnivån vid utloppet 3 hos av- gassystemet typiskt sett är en maximinivä bör nämnda ljud- effektspektrum hos förbränningsmotorn 4 motsvara full effekt hos motorn.A system parameter that is kept constant in a preferred embodiment is the sound pressure level of high power combustion. 22 2 .. 2 "'"' ~ ..... _. 0: 0 0 v00 0 g. . oøcoooø 0: oo c g y oo c Q o n po a 0 0 1 u o 0 co 0 oc oo nøo0 o 10 the engine 4. The high-power internal combustion engine 4 acts as a sound source for the exhaust system. The sound pressure level of the internal combustion engine is typically a predicted sound pressure level and is added as an input value to the computer as a sound spectrum of frequency bands. Typically, the sound spectrum is provided or defined by the engine manufacturer. It is of particular importance that the sound spectrum is reliable and corresponds to the sound spectrum of the actual engine to be provided as the sound source of the actual exhaust system. In a preferred embodiment, this sound spectrum is based on sound power, which is independent of the distance from the sound source. However, a traditional method of providing the sound spectrum of the motor involves measuring sound outside the motor end tube using a microphone. Such a method further means that the measured sound spectrum is converted by calculation into a sound power spectrum corresponding to the sound power of the internal combustion engine. Instead, according to the invention it is advantageous to measure the sound effect as close to the inlet to the exhaust system 1 as possible. As an alternative, you can measure the sound power at the end pipe of the internal combustion engine or a unit of the same type of engine before it is supplied as a sound source of the actual exhaust system. Since the desired sound level at the outlet 3 of the exhaust system is typically a maximum level, said sound power spectrum of the internal combustion engine 4 should correspond to the full power of the engine.

En annan systemparameter, som normalt behålls konstant vid modellerings- och beräkningssteget, är avgaskanalens totala längd. Den totala längden, säväl som andra gränsvillkor, anges vanligen pá blàkopior eller ritningar.Another system parameter, which is normally kept constant during the modeling and calculation step, is the total length of the exhaust duct. The total length, as well as other boundary conditions, are usually indicated on blueprints or drawings.

Det är fördelaktigt att varje element, enskild dämpad an- ordning och andra delar av det modellerade avgassystemet modelleras som programvaruobjekt eller liknande. I princip kan de steg som hanteras med hjälp av en dator implemente- ras som programvara som kan utföras i vilken datormiljö som helst. 000000 10 15 20 25 30 35 526 680 o n ooaooø on oo o 0 I a n n a 0 unna o Figur 3 visar en översikt av :åt dämparelement 20, vars karakteristik används som parametrar vid tilläggssteget 7 hos förfarandet. Figur 3 visar ett tvärsnitt av ett sàdant dämparelement. Denna typ av element modelleras vid ett flertal positioner i ett avgassystem 47 enligt figur 4. Ett sådant element innefattar en första reaktiv del 21, en re- sistiv del 22 och en andra reaktiv del 23. Ett sådant ele- ment kan också ses som ett akustiskt element, vilket an- tyder att den första reaktiva delen 21, den resistiva delen 22 och den andra reaktiva delen 23 inte nödvändigtvis är fysiskt hopsatta. Elementet är särskilt lämpligt på grund av följande. I ett avgassystem 1 uppstår ett ljudfält på samma sätt som i ett rum, vilket ljudfält bestäms av gräns- villkoren i kanalen. Det finns en tydligt uttryckt rörelse- riktning hos ljudenergi från ljudkällan 40 till mynningen 6, 46. De akustiska gränsvillkoren bestäms sålunda av egen- skaperna hos kanalens begränsningsytor. Inte minst vid myn- ningen är de akustiska gränsvillkoren komplicerade, efter- som själva formen på mynningen, liksom fenomenet att het gas vid högt tryck slungas ut i luften vid normal tempera- tur och normalt atmosfäriskt tryck, påverkar ljudalstring- en. Vid mynningen utsätts det framåtskridande ljudet för stark reflektion, varvid en del av ljudenergin passerar i motsatt riktning. Det reflekterade ljudet ger upphov till ett ljudfält med stående vågor i kanalen. I ett odämpat kanalsystem bestäms ljudfältet nästan uteslutande av dessa reflektionsvågor. Stående vågor med uttalade noder och stora amplituder läggs till det alstrade ljudfältet. Genom att införa dämpning i kanalsystemet blir ljudfältet mindre accentuerat. Uppfinnarna har funnit att det genom använd- ning av elementet 20 är möjligt att lokalt styra det ljud- fält som genereras i kanalen. För låga frekvenser upp till en cut-on-frekvens orsakar en areaökning en reflektionsvåg där en del av det framåtskridande ljudet studsar tillbaka.It is advantageous for each element, individual damped device and other parts of the modeled exhaust system to be modeled as software objects or the like. In principle, the steps managed with the help of a computer can be implemented as software that can be performed in any computer environment. 000000 10 15 20 25 30 35 526 680 o n ooaooø on oo o 0 I a n n a 0 undan o Figure 3 shows an overview of: attenuator elements 20, the characteristics of which are used as parameters at the additional step 7 of the process. Figure 3 shows a cross section of such a damper element. This type of element is modeled at a plurality of positions in an exhaust system 47 according to Figure 4. Such an element comprises a first reactive part 21, a resistive part 22 and a second reactive part 23. Such an element can also be seen as a acoustic element, which indicates that the first reactive part 21, the resistive part 22 and the second reactive part 23 are not necessarily physically assembled. The element is particularly suitable due to the following. In an exhaust system 1, a sound field arises in the same way as in a room, which sound field is determined by the boundary conditions in the duct. There is a clearly expressed direction of movement of sound energy from the sound source 40 to the mouth 6, 46. The acoustic boundary conditions are thus determined by the properties of the boundary surfaces of the channel. Not least at the estuary, the acoustic boundary conditions are complicated, as the shape of the estuary itself, as well as the phenomenon of hot gas being thrown into the air at high temperature at normal temperature and normal atmospheric pressure, affect the sound stringing. At the mouth, the advancing sound is exposed to strong reflection, with some of the sound energy passing in the opposite direction. The reflected sound gives rise to a sound field with standing waves in the channel. In an un attenuated channel system, the sound field is determined almost exclusively by these reflection waves. Standing waves with pronounced nodes and large amplitudes are added to the generated sound field. By introducing attenuation in the channel system, the sound field becomes less accentuated. The inventors have found that by using the element 20 it is possible to locally control the sound field generated in the channel. Too low frequencies up to a cut-on frequency cause an increase in area to cause a reflection wave where some of the advancing sound bounces back.

Vid ett dämpat làngsträckt kanalsystem 47 betyder detta att, vid en sådan areaökning, en nod i ljudfältet lokali- seras. Rören av reaktiva delar 21 och 23 bör placeras vid ett tryckmaximum motsvarande den avstämda frekvensen. o 00000 0 c oc; n 0 n 10 15 20 25 30 35 526 680” 12 Längden L2 och L4 bör motsvara ungefärligen, men inte exakt, 1/4 av en våglängd för den avstämda frekvensen.In the case of a damped elongate channel system 47, this means that, in the event of such an increase in area, a node in the sound field is located. The tubes of reactive parts 21 and 23 should be placed at a pressure maximum corresponding to the tuned frequency. o 00000 0 c oc; n 0 n 10 15 20 25 30 35 526 680 ”12 The length L2 and L4 should correspond to approximately, but not exactly, 1/4 of a wavelength of the tuned frequency.

Detta för att rören hos de reaktiva delarna 21 och 23 skall kunna dra fördel av en reflektionsvåg på grund av areaök- ningen mellan del 21 och 23 respektive mellan del 22 och 23. Detta enligt: Ä=c/f där Å är våglängden, cär ljudets hastighet och f är fre- kvensen. Man kan konstatera att ljudhastigheten beror på lufttemperaturen. Därför är det i ett avgassystem enligt uppfinningen viktigt att beakta ändringar i temperaturen längs kanalen 47.This is so that the tubes of the reactive parts 21 and 23 can take advantage of a reflection wave due to the area increase between part 21 and 23 and between part 22 and 23, respectively. This according to: Ä = c / f where Å is the wavelength, cär the speed of sound and f is the frequency. It can be stated that the speed of sound depends on the air temperature. Therefore, in an exhaust system according to the invention, it is important to consider changes in the temperature along the duct 47.

Figur 4 visar ett exempel på ett avgassystem med ljuddämp- ning enligt uppfinningen. 20a och 20b är två dämpningsele- ment vilka var och en har två reaktiva delar. De reaktiva delarna har typiskt avstämda frekvenser mellan 65 Hz och 200 Hz. Elementen 20a och 20b utnyttjar effektivt det till- gängliga utrymmet och är kostnadseffektiva att tillföra till avgassystemet. Avgassystemet innefattar ett inlopp 40, vilket är anslutet till en ljudkälla såsom en högeffektför- bränningsmotor 4. Ur akustisk ståndpunkt betraktas inloppet 40 som ett ändlöst rör. Avgassystemet innefattar också ett utlopp 46 eller en mynning, vars form och storlek har avse- värd inverkan på ljudet i kanalen. Då ljudet lämnar kanalen resulterar den i reflektionsvågor. Ett avgassystem, såsom visat i figur 4, innefattar ofta en ångpanna 42 eller värmeväxlare. En sådan panna 42 har tre huvudeffekter på den akustiska miljön. Den första effekten är att pannan 42 minskar temperaturen hos avgasen och därmed är ljudhastig- heten olika före och efter pannan 42. Den andra effekten är att pannan 42 kan ses som ett gränsvillkor, på liknande sätt som mynningen. En panna 42, eller snarare en area- ökning/-minskning i pannan, introducerar en distinkt impe- dans. Detta gör det lämpligt att placera enstaka reaktiva anordningar såväl som reaktiva delar hos dämpningselementet 10 15 20 25 30 35 526 680 13 i förhållande till pannan 42. Det är en fördel att använda ett sådant förhållande för att placera öppningen hos en enskild dämpningsanordning, såsom 43 och 45 i figur 4, vid ett udda antal av en kvarts våglängds avstånd från en dis- tinkt impedans. Den tredje huvudeffekten hos pannan 42 är att den har en dämpande effekt, vilket tas i beaktande vid en utföringsform av uppfinningen. Det skall förstås att figur 4 är schematisk och ett verkligt avgassystem inne- fattar andra delar än de som anges i figuren såsom böjda rör, flänsar, anslutningar till flera motorer osv.Figure 4 shows an example of an exhaust system with sound attenuation according to the invention. 20a and 20b are two damping elements each having two reactive parts. The reactive parts typically have tuned frequencies between 65 Hz and 200 Hz. Elements 20a and 20b efficiently utilize the available space and are cost effective to supply to the exhaust system. The exhaust system comprises an inlet 40, which is connected to a sound source such as a high-power internal combustion engine 4. From an acoustic point of view, the inlet 40 is considered as an endless pipe. The exhaust system also includes an outlet 46 or a mouth, the shape and size of which have a significant effect on the sound in the duct. As the sound leaves the channel, it results in waves of reflection. An exhaust system, as shown in Figure 4, often includes a steam boiler 42 or heat exchanger. Such a boiler 42 has three main effects on the acoustic environment. The first effect is that boiler 42 reduces the temperature of the exhaust gas and thus the speed of sound is different before and after boiler 42. The second effect is that boiler 42 can be seen as a boundary condition, in a similar way to the mouth. A boiler 42, or rather an area increase / decrease in the boiler, introduces a distinct impedance. This makes it convenient to place individual reactive devices as well as reactive parts of the damping element 10 relative to the boiler 42. It is an advantage to use such a ratio to place the opening of a single damping device, such as 43 and 45 in Figure 4, at an odd number of a quarter wavelength distance from a distinct impedance. The third main effect of the boiler 42 is that it has a damping effect, which is taken into account in an embodiment of the invention. It is to be understood that Figure 4 is schematic and an actual exhaust system includes parts other than those indicated in the figure such as curved pipes, flanges, connections to several engines, etc.

Figur 5 är en schematisk ritning av en display innefattande ingångar till ett antal funktioner 51-55 som presenteras med hjälp av datorn 13, vilken hänför sig till uppfinning- en. Uppfinnarna har funnit att det är en fördel att imple- mentera funktioner såsom föranalys 51, element 52, system 53, källa/uttag 54 och efteranalys 55. Ett sådant elements funktion kan innefatta definitionen av fysiska och akustis- ka särdrag hos element 20 såväl som enskilda anordningar.Figure 5 is a schematic drawing of a display comprising inputs to a number of functions 51-55 presented by means of the computer 13, which relates to the invention. The inventors have found that it is advantageous to implement functions such as pre-analysis 51, elements 52, systems 53, source / sockets 54 and post-analysis 55. The function of such an element may include the definition of physical and acoustic features of elements 20 as well as individual devices.

Andra exempel på element är en panna, en värmeväxlare, ett rörinlopp, ett rörutlopp eller en fläns. En systemfunktion kan innefatta att olika element läggs till eller sätts in i en modell av ett avgassystem 1. Många alternativa defini- tioner av funktioner är möjliga vid en utföringsform av uppfinningen.Other examples of elements are a boiler, a heat exchanger, a pipe inlet, a pipe outlet or a flange. A system function may comprise that different elements are added or inserted into a model of an exhaust system 1. Many alternative definitions of functions are possible in an embodiment of the invention.

Figur 6 är en översikt som visar att ett bidrag till en dämpande effekt i mellanfrekvenserna 60 åstadkoms genom användning av dämparelementet 20. Vid en utföringsform av uppfinningen beräknas en dämpningseffekt genom användning av frekvensband. Det är fördelaktigt att använda band där varje band motsvarar en ters. Andra avstånd mellan banden är möjliga. Figur 6 visar att dämpningseffekten hos elemen- tet 20 i de låga frekvenserna 61 huvudsakligen uppnås genom de reaktiva delarna 21 och 23. Man bör konstatera att även den resistiva delen 22 bidrar till dämpningseffekten i det låga frekvensområdet som en reflektiv dämpare. Den resis- tiva delen 22 fungerar som reflektiv dämpare i både mass- 10 15 20 25 30 35 526, 680 14 flödesriktningen hos avgaserna och som reflektiv dämpare i den andra riktningen hos de reflektiva vågorna fran andra element eller exempelvis reflektiva vàgor fràn mynningen.Figure 6 is an overview showing that a contribution to a damping effect in the intermediate frequencies 60 is made by using the attenuator element 20. In an embodiment of the invention, a damping effect is calculated by using frequency bands. It is advantageous to use bands where each band corresponds to one ters. Other distances between the bands are possible. Figure 6 shows that the attenuation effect of the element 20 in the low frequencies 61 is mainly achieved through the reactive parts 21 and 23. It should be noted that the resistive part 22 also contributes to the attenuation effect in the low frequency range as a reflective attenuator. The resistive part 22 acts as a reflective attenuator in both the mass direction of the exhaust gas flow direction and as a reflective attenuator in the other direction of the reflective waves from other elements or, for example, reflective waves from the estuary.

Uppfinnarna har funnit att det är gynnsamt att starta med den resistiva delen 22 vid den akustiska och fysiska konstruktionen av en modul. Längden L3 skall motsvara Å/4 baserat pà en kritisk frekvens för att dämpa i det laga frekvensområdet. Exempel: Om en kritisk frekvens är 125 Hz och temperaturen hos avgasen vid elementets position är 350°C, beräknas ljudhastigheten som: 1+350 273 c=33L4* Ljudhastigheten är 500 m/s vilket ger att för Ä/4 bör L3 vara ungefär 1 m. Del 21 och 23 skall avstämmas sä att 125 Hz är mittfrekvensen eller nära mittfrekvensen hos det fullständiga elementet i làgfrekvensomràdet. Det är i detta fall gynnsamt att avstämma del 21 till en frekvens nära 110 Hz och del 23 nära 140 Hz. Ovannämnda beräkning Å/4 för att placera inloppet hos rören vid tryckmaximum ger att L2 hos del 21 är 1,14 meter och L4 hos del 23 är 0,89 meter.The inventors have found that it is advantageous to start with the resistive part 22 in the acoustic and physical construction of a module. The length L3 must correspond to Å / 4 based on a critical frequency to attenuate in the low frequency range. Example: If a critical frequency is 125 Hz and the temperature of the exhaust gas at the position of the element is 350 ° C, the speed of sound is calculated as: 1 + 350 273 c = 33L4 * The speed of sound is 500 m / s which means that for Ä / 4 L3 should be approx. 1 m. Parts 21 and 23 shall be tuned so that 125 Hz is the center frequency or close to the center frequency of the complete element in the low frequency range. In this case, it is favorable to tune part 21 to a frequency close to 110 Hz and part 23 close to 140 Hz. The above calculation Å / 4 for placing the inlet of the pipes at the pressure maximum gives that L2 of part 21 is 1.14 meters and L4 of part 23 is 0.89 meters.

Figur 7 visar ett förenklat diagram över en beräknad dämp- ningseffekt hos ett dämpningselement 20 i lägfrekvensomrà- det.Figure 7 shows a simplified diagram of a calculated attenuation effect of an attenuation element 20 in the low frequency range.

Hz mitten 71 pä dämpningsfrekvensbandet. Den första reak- I det tidigare exemplet motsvarar mittfrekvensen 125 tiva delen 21 motsvarar den vänstra 70 kurvan hos en dämp- ningseffekt med en mittfrekvens nära 110 Hz. Den andra reaktiva delen 22 motsvarar den högra 72 kurvan hos en dämpningseffekt med en mittfrekvens nära 125 Hz. Det är gynnsamt att trima den akustiska prestandan hos varje dämpningselement sä att den totala dämpningseffekten hos elementet, i lägfrekvensomràdet, har en platt topp 73 mot- svarande en viss dämpning mätt i dB.Hz mid 71 on the attenuation frequency band. The first reaction In the previous example, the center frequency 125 corresponds to the active part 21, the left 70 curve corresponds to an attenuation effect with a center frequency close to 110 Hz. The second reactive part 22 corresponds to the right 72 curve of a damping effect with a center frequency close to 125 Hz. It is advantageous to tune the acoustic performance of each attenuation element so that the total attenuation effect of the element, in the low frequency range, has a flat peak 73 corresponding to a certain attenuation measured in dB.

Figur 8 visar ett förenklat diagram över dämpningseffekten i lägfrekvensomràdet hos ett ljudreduktionssystem innefatt- ande dämpningselement tillhandahállna enligt uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 526 680 II I OI O II DI IC lll] I o o o o Û . .. .°..' zit. 212.' ': .° rg: '-0 :“' 0.: z :øozooo on nu o o o n _ . o o o o I o a o n 0 oo u nu o a o 15 Var och en av kurvorna 80, 81 och 82 motsvarar ett dämp- ningselement 20. Dämpningseffekten hos varje element 20 kan resultera i dämpningseffekter med olika amplituder mätt i dB; detta i motsats till figuren som visar ett system med dämpningselement 20 med liknande amplitud 80, 81 och 82 för dess band av frekvenser. En viktig fördel med ett förfaran- de enligt uppfinningen är att det gör det möjligt för en användare att anpassa den totala dämpningseffekten hos var och en av dämpningselementen 80, 8l och 82 till motsvarande ljudeffekt hos högeffektförbränningsmotorn 4.Figure 8 shows a simplified diagram of the attenuation effect in the low frequency range of a noise reduction system comprising attenuation elements provided according to the invention. 10 15 20 25 30 35 526 680 II I OI O II DI IC lll] I o o o o Û. ... ° .. 'zit. 212. ' ':. ° rg:' -0: “'0 .: z: øozooo on nu o o o n _. Each of the curves 80, 81 and 82 corresponds to an attenuation element 20. The attenuation effect of each element 20 can result in attenuation effects with different amplitudes measured in dB; this in contrast to the figure showing a system of attenuating elements 20 of similar amplitude 80, 81 and 82 for its bands of frequencies. An important advantage of a method according to the invention is that it enables a user to adapt the total damping power of each of the damping elements 80, 81 and 82 to the corresponding sound power of the high-power internal combustion engine 4.

Det skall förstås att elementen och de enskilda anordning- arna har en total dämpningseffekt större än om varje dämpningseffekt skulle läggas till en och en till en total effekt. Orsaken till detta är att elementen och anordning- arna arbetar tillsamans som ett ljuddämpningssystem. En akustisk effekt som uppfinningen utnyttjar är att man kan införa reflektiva vågor genom att lägga till element med resistiva delar 21 som har en reflektiv karaktär i låg- frekvensområdet, eller enskilda resistiva anordningar vid lämpliga positioner. Sådana lämpliga positioner är udda antal av l/4 av önskade våglängder för dämpning.It is to be understood that the elements and the individual devices have a total damping effect greater than if each damping effect were to be added one by one to a total effect. The reason for this is that the elements and devices work together as a sound attenuation system. An acoustic effect that the invention utilizes is that it is possible to introduce reflective waves by adding elements with resistive parts 21 which have a reflective character in the low-frequency range, or individual resistive devices at suitable positions. Such suitable positions are odd numbers of 1/4 of desired wavelengths for attenuation.

Dämpningselementen 20a och 20b, såväl som enskilda anord- ningar 43, 45, placeras i en modell under tilläggs- och insättningssteget 7, 8 så att den sammanlagda dämpnings- effekten hos dämpningselementen 80, 81 och 82 och dämp- ningseffekten hos enskilda anordningar överensstämer med vissa band av frekvensspektra hos motsvarande ljudeffekt hos högeffektförbränningsmotorn 4. En användare 14 kan pröva olika kombinationer av enskilda anordningar och dämp- ningselement 20 under upprepningssteget 10 för att åstad- komma inte endast tillräcklig ljuddämpning utan också för att modellera dämpningssystemet på så sätt att det kan tillföras avgassystemet på ett kostnadseffektivt sätt.The damping elements 20a and 20b, as well as individual devices 43, 45, are placed in a model during the addition and insertion step 7, 8 so that the total damping effect of the damping elements 80, 81 and 82 and the damping effect of individual devices correspond to certain bands of frequency spectra of the corresponding sound power of the high power internal combustion engine 4. A user 14 may try different combinations of individual devices and attenuation elements 20 during the repeating step 10 to provide not only adequate sound attenuation but also to model the attenuation system so that it can supplied to the exhaust system in a cost-effective manner.

Dämpningseffekten i högfrekvensområdet 62 hos varje element åstadkoms huvudsakligen genom den resistiva delen 22. Be- 10 15 20 25 30 35 526 680 16 räkningen av dämpningseffekten görs så att en uppskattad dämpad effekt innefattar ett band av frekvenser motsvarande mellanfrekvenser 60 hos ett element 20. Ett sådant bidrag till frekvenser hos ett element 20 beräknas med hjälp av fyrpolsteorin och genom användning av effektflödesmodeller.The attenuation power in the high frequency range 62 of each element is provided mainly by the resistive part 22. The calculation of the attenuation power is made so that an estimated attenuated power comprises a band of frequencies corresponding to intermediate frequencies 60 of an element 20. A such contribution to frequencies of an element 20 is calculated by means of the four-pole theory and by using power flow models.

Varje element 20 bidrar till dämpning i de laga frekvenser- na, mellanfrekvenserna och de höga frekvenserna. Uppfinnar- na har funnit att det är gynnsamt att använda en cut-on- frekvens för att bestämma vid vilken frekvens beräkningen skall baseras pá fyrpolsteorin eller effektflödesmodeller.Each element 20 contributes to attenuation in the low frequencies, the intermediate frequencies and the high frequencies. The inventors have found that it is advantageous to use a cut-on frequency to determine at which frequency the calculation should be based on the four-pole theory or power flow models.

Cut-on-frekvensen beror av tvärsnittsytan hos transport- systemet och ljudhastigheten fbﬁtc). Cut-on-frekvensen beräknas i typfallet som: lß4*c fﬂïï där c är ljudhastigheten och d diametern hos transportsys- temet vid elementet. Enligt figur 6 komer dämpningseffek- ten hos elementet, under cut-on-frekvensen, det plana väg- omrádet, huvudsakligen fran de reaktiva delarna 21 och 23.The cut-on frequency depends on the cross-sectional area of the transport system and the speed of sound fb (tc). The cut-on frequency is typically calculated as: lß4 * c f ﬂ ïï where c is the speed of sound and d is the diameter of the transport system at the element. According to Figure 6, the damping effect of the element, below the cut-on frequency, comes from the flat road area, mainly from the reactive parts 21 and 23.

Vid en utföringsform bestämmer cut-on-frekvensen att det endast är bidraget fràn fyrpolsteorin som används vid be- räkningssteget 9 för att addera till den beräknade dämpade effekten under cut-on-frekvensen för vart och ett av dämp- ningselementen 20. På liknande sätt bestämmer, vid samma möjliga utföringsform, cut-on-frekvensen att endast bidra- get frán effektflödesmodeller används vid beräkningssteget 9 för att addera till den beräknade dämpade effekten över cut-on-frekvensen. Över cut-on-frekvensen, vilken är i mitten av mellanfre- kvenserna 60 i figur 6, kommer den dämpande effekten hos ett verkligt dämpningselement huvudsakligen fràn den resis- tiva delen 22. Det bör noteras att den dämpade effekten i högfrekvensomràde hos den resistiva delen 22 inte är bero- ende av elementets läge. Inte heller är den akustiska ananas 10 15 20 25 30 35 526 680 oo I .o :"o 'o o' "o : o .o o'.o ..'. o o o o o o o o o o oo o ooo ooo oo o oooooo oo oo o z o o oo o o o o o o o g o o I oo o oo oo oooo 17 effekten hos de enstaka dämpningsanordningarna med resistiv karaktär beroende av läget. Det är emellertid gynnsamt att placera åtminstone nägra resistiva dämpningsanordningar före en eventuell panna 42 eller värmeväxlare.In one embodiment, the cut-on frequency determines that only the contribution from the quadrupole theory is used in the calculation step 9 to add to the calculated attenuated power below the cut-on frequency of each of the attenuation elements 20. Similarly, determines, in the same possible embodiment, the cut-on frequency that only the contribution from power flow models is used in the calculation step 9 to add to the calculated attenuated power over the cut-on frequency. Above the cut-on frequency, which is in the middle of the intermediate frequencies 60 in Figure 6, the damping effect of an actual damping element comes mainly from the resistive part 22. It should be noted that the damped effect in the high frequency range of the resistive part 22 is not dependent on the position of the element. Nor is the acoustic pineapple 10 15 20 25 30 35 526 680 oo I .o: "o 'o o'" o: o .o o'.o .. '. o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o 17 o the o However, it is advantageous to place at least some resistive damping devices in front of a possible boiler 42 or heat exchanger.

Det är fördelaktigt att placera dämpningselementen 20 efter en eventuell panna 42 eller värmeväxlare. Ett skäl till detta är att det vanligen finns flera raka rör tillgängliga efter en sàdan panna 42. Ett annat skäl är att temperaturen hos avgaserna faller efter en panna 42 och värmeväxlare.It is advantageous to place the damping elements 20 after a possible boiler 42 or heat exchanger. One reason for this is that there are usually several straight pipes available after such a boiler 42. Another reason is that the temperature of the exhaust gases falls after a boiler 42 and heat exchanger.

Detta betyder att ljudhastigheten reduceras efter pannan.This means that the speed of sound is reduced after the boiler.

Detta betyder i sin tur att avstämning av ett element 20 för dämpning vid en viss mittfrekvens, sàsom 125 Hz, terar i att den nödvändiga samanlagda längden hos elemen- resul- tet 20 blir mindre efter pannan 42 än före pannan. o ooo o o oThis in turn means that tuning an element 20 for attenuation at a certain center frequency, such as 125 Hz, means that the required total length of the element result 20 becomes smaller after the boiler 42 than before the boiler. o ooo o o o

Claims

10 15 20 25 30 35 526 680 III I .. I,,. . .I .Ia: .OO- .no- luv. un: z-'l: ut u. n n n n o n n nu n n 0 n uu n o n o n u n n n i I nn 1 c I 0 0 n o n I O n I u n on on nnnn n 18 PATENT REQUIREMENTS

Method for providing a noise reduction system for an exhaust system (1) for exhaust gases from a high-power internal combustion engine (4), such as the exhaust system (1) at a ship (2) or power plant, characterized in that the method comprises the following steps : - by means of a computer (13) adding (7) a plurality of elements (20a, 20b) to a model of the exhaust system, each element comprising a first reactive part (21), a sistive part (22) and a second reactive part (23); - by means of the computer (13) inserting at least one single damping device (44, 45) into the model; - by means of the computer (13) calculating (9) a damping effect of the elements (20a, 20b) and a damping effect of the at least single damping device (44, 45) with respect to a sound pressure level of the high-power internal combustion engine (4); a re- - repeating (10) the insertion and calculation step until sufficient attenuation has been achieved; so as to comprise a plurality of real elements and at least - to assemble (ll) the sound attenuation system, a real single attenuation device mounted as duct parts along the exhaust system, a measured sound level in the immediate vicinity of the outlet being below a desired sound level.

Method according to claim 1, characterized in that a contribution to an estimated attenuated power comprises a frequency band corresponding to intermediate frequencies (60) of an element (20).

Method according to claim 2, characterized in that the contribution to the estimated attenuated power from intermediate frequencies of an element (20) is calculated by using four-pole theory and by using power flow models.

A method according to claim 1 or 3, characterized in that said at least one single reactive damping device 10 15 20 25 30 35 526 6530 once; 4 S n 0 nu -nano »I U 1 o oo en 10 ... oa.,. øooo u o n u vara ons. none 0 ouo con: uu o 0 aou 0 0 nu ooou ~ ~ 0 1 0 n nu o 1 0 oo 19 (45) is placed at an odd number of a quarter wavelength from a distinct impedance, such as an area increase (46), where the wavelength is the tuned frequency of the individual damping device.

Method according to claim 4, with the further step of calculating a pressure drop along the exhaust system (1).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the minimum length of the exhaust system is 8 meters and that the power of the internal combustion engine (4) is greater than 500 kw.

A method according to claim 6, wherein the exhaust system (1) comprises a heat exchanger or boiler (5, 42) which reduces the temperature of the exhaust gas in the exhaust system (1), so that the wavelength of the sound decreases after the heat exchanger or boiler (S, 42) , and that said at least one damping device is placed at an odd number of a quarter wavelength from the outlet of the heat exchanger or the boiler (5, 42), where the wavelength is the tuned frequency of the single damping device.

Use of the method according to claim 1.

Computer program comprising stored on a medium that can be loaded into the memory of a computer (13), characterized in that the computer program is capable of performing any of the steps according to claim 1.

Elongated exhaust system for exhaust gases from a high-power internal combustion engine (4), characterized in that a sound attenuation system (47) of noise is supplied to the exhaust system according to the method of claim 1. Iotoon n onnnon