SE526680C2 - Förfarande för reduktion av buller i en högeffektförbränningsmotor - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Vidare skall förfarandet ge mindre tryckfall än traditio- nella förfaranden.

Ovannämnda ändamål uppnås genom ett förfarande enligt patentkrav l.

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.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla ett datorprogram som kan utföra något av stegen enligt ovannämnda förfarande.

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.

FIGURBESKRIVNING Föreliggande uppfinning kommer att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade schematiska ritningar.

Figur 1 visar en översikt över ett fartyg med ett avgas- system och en position förknippad med en önskad ljudnivå.

Figur 2 visar ett förenklat flödesschema för ett förfarande enligt uppfinningen, en dator och en användare av datorn, sàsom en ingenjör.

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.

Figur 4 visar ett exempel pà ett avgassystem med ljuddämp- ning enligt uppfinningen.

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.

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.

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.

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.

Sådana ljuddämpningskarakteristika beskrivs närmare i nedanstående beskrivning av figur 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Figur 7 visar ett förenklat diagram över en beräknad dämp- ningseffekt hos ett dämpningselement 20 i lägfrekvensomrà- det.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Detta betyder att ljudhastigheten reduceras efter pannan.

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 o

Claims (10)

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 i I nn 1 c I 0 0 n o n I O n I u n on on nnnn n 18 PATENTKRAV

1. Förfarande för att tillhandahålla ett system för dämp- ning av buller avseende ett avgassystem (1) för avgaser från en högeffektförbränningsmotor (4), såsom avgassystemet (1) vid ett fartyg (2) eller kraftverk, kännetecknat av att förfarandet innefattar följande steg: - att med hjälp av en dator (13) lägga till (7) ett flertal element (20a, 20b) till en modell av avgassystemet, där varje element innefattar en första reaktiv del (21), sistiv del (22) och en andra reaktiv del (23); - att med hjälp av datorn (13) sätta in åtminstone en en- staka dämpningsanordning (44, 45) i modellen; - att med hjälp av datorn (13) beräkna (9) en dämpnings- effekt hos elementen (20a, 20b) och en dämpningseffekt hos den åtminstone enstaka dämpningsanordningen (44, 45) avse- ende en ljudtrycksnivå hos högeffektförbränningsmotorn (4); en re- - att upprepa (10) insättnings- och beräkningssteget tills tillräcklig dämpning har uppnåtts; så att det innefattar ett flertal verkliga element och åtminstone - att montera ihop (ll) systemet för ljuddämpning, en verklig enstaka dämpningsanordning monterade som kanal- delar utmed avgassystemet, varvid en uppmätt ljudnivå i omedelbar närhet av utloppet är under en önskad ljudnivå.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännotecknat av att ett bidrag till en uppskattad dämpad effekt innefattar ett frekvensband motsvarande mellanfrekvenser (60) hos ett element (20).

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kânnetecknat av att bidraget till den uppskattade dämpade effekten från mellanfrekvenser hos ett element (20) beräknas genom an- vändning av fyrpolsteori och genom användning av effekt- flödesmodeller.

4. Förfarande enligt patentkrav l eller 3, kännetecknat av att nämnda åtminstone en enstaka reaktiv dämpningsanordning 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 o u o con: uu o 0 a o u 0 0 nu o o o u~ ~ 0 1 0 n nu o 1 0 oo 19 (45) placeras vid ett udda antal av en kvarts våglängd från en distinkt impedans, såsom en areaökning (46), där våg- längden är den enstaka dämpningsanordningens avstämda fre- kvens.

5. Förfarande enligt patentkrav 4 med det ytterligare steget att beräkna ett tryckfall utmed avgassystemet (1).

6. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, kännatecknat av att avgassystemets minimilängd är 8 meter och att effekten hos förbränningsmotorn (4) är större än 500 kw.

7. Förfarande enligt patentkrav 6 där avgassystemet (l) innefattar en värmeväxlare eller ångpanna (5, 42) som re- ducerar temperaturen hos avgasen i avgassystemet (1), var- för våglängden hos ljudet minskar efter värmeväxlaren eller ångpannan (S, 42), och att nämnda åtminstone enstaka dämp- ningsanordning placeras vid ett udda antal av en kvarts våglängd från utloppet hos värmeväxlaren eller ångpannan (5, 42), där våglängden är den enstaka dämpningsanordning~ ens avstämda frekvens.

8. Användning av förfarandet enligt patentkrav 1.

9. Datorprogram innefattande lagrat på ett medium som kan laddas in i minnet hos en dator (13), kânnetecknat av att datorprogrammet är i stånd att utföra något av stegen enligt patentkrav 1.

10. Långsträckt avgassystem för avgaser från en högeffekt- förbränningsmotor (4), kännetecknat av att ett system för ljuddämpning (47) av buller tillförs avgassystemet enligt förfarandet enligt patentkrav l. Iotooo n onnnon