SK5162Y1 - Resonator for reducing noise and particular tones in pipelines - Google Patents

Description

SK 5162 Υ1

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka rezonátora na tlmenie hluku a jednotlivých tónov v potrubiach.

Doterajší stav techniky

Je známych viacero rôznych typov rezonátorov k tlmeniu hluku v potrubiach a kanáloch napr. z publikácie Schmidt, Helmut: Zvukovo-technická príručka: 4. vydanie, Dusseldorf, 1989. Pre použitie v praxi prichádzajú do úvahy dve principiálne prevedenia, ktoré sa zakladajú buď na rozvetvení potrubia, alebo na zmene priemeru potrubia. Jedným z používaných typov rezonátora je napr. Helmholtzov rezonátor, ktorý sa principiálne skladá z dutého priestoru, ktorý je spravidla spojený s tlmeným potrubím pomocou jedného alebo viacerých kruhových otvorov. Otvory sú pritom rozmiestnené pravidelne alebo symetricky po celej ploche medzi komorou a potrubím. Nevýhodou je, že účinok tlmenia Helmholtzovho rezonátora sa obmedzuje na oblasť jednej jedinej frekvencie a to na rezonančnú frekvenciu systému. Vo zvyšných frekvenčných pásmach sa jedná o zásadne nepatrnejšie zníženie hladiny hluku.

Obmeneným zástupcom tohto typu rezonátora je takzvaný dierový rezonátor. V zásade sa skladá z dutého priestoru, ktorý je pomocou perforovanej platne s určitým podielom otvorov oddelený od tlmeného priestoru.

Menej známym rezonátorom je takzvaný píšťalový rezonátor. Pôsobenie píšťalového rezonátora spočíva na interferenciách medzi prichádzajúcou zvukovou vlnou v potrubí a reflektovanou zvukovou vlnou. Reflexia vzniká napr. v potrubných častiach pripevnených na samotné potrubie, alebo v priestoroch s veľkými zmenami prierezov oproti prierezu samotného potrubia, do ktorých ešte potrubie siaha. Tlmiaci účinok interferenčných javov je pritom závislý od dĺžky pripevnenej potrubnej časti, poprípade dĺžky, ktorou potrubie siaha do priestoru so zväčšeným prierezom. Maximálne tlmenie takéhoto píšťalového rezonátora leží pri vlnovej dĺžke zodpovedajúcej štvornásobku dĺžky pripevnenej potrubnej časti prípadne do priestoru siahajúcej potrubnej časti (lambda / 4-píšťala). Ďalšie oblasti v ktorých dochádza ku tlmeniu sú nepárnym násobkom takto daného lambda / 4. Lambda pritom predstavuje vlnovú dĺžku zvukovej vlny v médiu, ktoré sa šíri potrubím. K presnému určeniu dĺžky 1/4 lambda musí byť vzané do úvahy, že fyzikálna dĺžka potrubia pre vzduchovú vibráciu sa o určitú vzdialenosť predĺži. Preto bude fyzická dĺžka potrubia takéhoto píšťalového rezonátora skrátená o koncovú korektúru.

Nevýhodou opísaných rezonátorov je, že dosiahnu účinné tlmenie hluku len pri určitých prípadne diskrétnych (rezonančných) frekvenciách. Okrem toho zapríčiňujú rezonátory, založené na princípe náhlej zmeny prierezu potrubia, vysokú tlakovú stratu vnútri potrubného rozvodu.

Typický rezonátor je známy z dokumentu DE-A1-198 55 708 pre potrubia motorových výfukových plynov, predovšetkým pre tie, ktoré sú určené pre turbodúchadlá výfukových plynov. Problémom známych rezonátorov je, že nemôžu byť použité v ohnutých potrubiach, sú určené len pre rovné potrubia, pretože ohraničenie - väčšinou rovná vnútorná rúra - nie je inak možné zabudovať.

Podstata technického riešenia

Úlohou tohto technického riešenia je vyvinúť taký rezonátor tlmiaci hluk v potrubí, ktorý by bol jednoducho zabudovateľný aj do ohnutých potrubí ľubovoľnej dĺžky.

Rezonátor pozostáva prevažne z dvoch rozličných komôr, ktoré hraničia s potrubím príp. cez ktoré je potrubie vedené. Úsek, ktorým ohraničenie (časť potrubia) vstupuje do rozšírenej časti potrubia, ktorá ho obklopuje prípadne ohraničuje komory, je určený predovšetkým po stanovení rozmerov (dimenzovaní) píšťalového rezonátora tak, ako je to u odborníka obvyklé. Rezonátory pôsobia ako Helmholtzove rezonátory, čo umožňuje určiť pri vhodnom dimenzovaní rezonančné frekvencie, pri ktorých je tlmenie účinné. Vhodné dimenzovanie odvodí odborník bez ťažkostí. Ak neobsahuje plynová zmes v potrubí s tlmením žiadny, alebo len veľmi malý podiel znečisťujúcich častíc, alebo korozívnych látok, môže byť objem komory za účelom ďalšej zvukovej izolácie vyplnený celkom alebo čiastočne vhodným materiálom ako napr. minerálna vlna.

Túto úlohu rieši rezonátor k tlmeniu hluku v potrubí, ktorý má najmenej dve komory nachádzajúce sa v rozšírenej časti potrubia a z ktorých má každá jeden otvor potrebný ku komunikácii s vnútornou časťou potrubia a ohraničenie, ktoré oddeľuje komory od potrubia a ktoré má dĺžku L1 + L2, nameranú v smere potrubia, pričom potrubie vykazuje rozšírenú časť a v tejto časti je rozdelené a ohraničenie je usporiadané tak, že medzi ohraničením a rozšírenou časťou potrubia sú vytvorené komory. Podstata je vysvetlená v uvedených príkladoch. Rezonátor pozostáva prevažne z dvoch rozličných komôr, ktoré hraničia s potrubím prip. cez ktoré je potrubie vedené. Úsek, ktorým ohraničenie (časť potrubia) vstupuje do rozšírenej časti potrubia, ktorá ho obklopuje prípadne ohraničuje komory, je určený predovšetkým po stanovení rozmerov (dimenzovaní) píšťalového rezonátora tak, ako je to u odborníka obvyklé. Rezonátory pôsobia ako Helmholtzove rezonátoSK 5162 Υ1 ry, čo umožňuje určiť pri vhodnom dimenzovaní rezonančné frekvencie, pri ktorých je tlmenie účinné. Vhodné dimenzovanie odvodí odborník bez ťažkostí. Ak neobsahuje plynová zmes v potrubí s tlmením žiadny, alebo len veľmi malý podiel znečisťujúcich častíc, alebo korozívnych látok, môže byť objem komory za účelom ďalšej zvukovej izolácie vyplnený celkom alebo čiastočne vhodným materiálom ako napr. minerálna vlna.

Tým, že samotné ohraničenie - väčšinou je to kus rúry - je po rozdelení potrubia na mieste, ktoré je určené na zabudovanie rezonátora, vsadené do rozšíreného kusu potrubia a tam upevnené, je možné použiť takéto rezonátory aj v prípade ohnutých potrubí ľubovoľnej dĺžky bez toho, aby bolo nutné ich nákladné obojstranne privárať do ohnutého potrubia.

Výhody predkladaného riešenia sú:

Tým, že samotné ohraničenie je vsadené do rozšíreného kusu potrubia a tam upevnené, je možné použiť takéto rezonátory aj v prípade ohnutých potrubí ľubovoľnej dĺžky potrubia.

Je výhodné, ak je ohraničenie z toho istého materiálu ako samotné potrubie, pretože tým môžu byť odstránené problémy s recykláciou ako aj problémy, ktoré by mohli byť vyvolané rozdielnymi koeficientami rozťažnosti.

Je výhodné, ak je ohraničenie pripevnené na rozšírenú časť potrubia pomocou úchytiek, ktoré môžu slúžiť aj ako stena komory.

Pri jednom z prevedení spájajú úchytky dve rozšírené časti potrubia a zároveň zachytávajú ohraničenie.

Je tiež možné vytvoriť úchytky pomocou najmenej jedného ohnutého konca rozšírenej časti potrubia. Komory a ich ohraničenie však môžu byť vytvorené aj pomocou ohnutých rozšírených koncov dvoch potrubných častí.

Prehľad obrázkov na výkrese

Predložené obrázky predstavujú: obr. 1 schematické zhotovenie rezonátora, obr. 2 ďalší typ výhodného uskutočnenia rezonátora zodpovedajúci danému technickému riešeniu, obr. 3 ďalší typ rezonátora zodpovedajúci podanému technickému riešeniu, obr. 4 ďalší typ uskutočnenie rezonátora, obr. 5 typ rezonátor v perspektívnom zobrazení, obr. 6 pozdĺžny rez, jedného typu rezonátora, obr. 7, 7a, 7b, 7c ďalší typ rezonátora so štrbinou vo vnútornom ohraničení, obr. 8 ďalší typ rezonátora so zaobleným vnútorným potrubím so štrbinou, obr. 9 iný typ rezonátora so štrbinou vo vnútornom potrubí.

Príklady uskutočnenia technického riešenia

Príklad 1

Na obr. 1 je schematicky vysvetlené zhotovenie rezonátora zodpovedajúce technickému riešeniu. Helmholtzov rezonátor na obr. 1 pozostáva z jednej komory 10 dĺžky L1 s jedným otvorom 11a ďalšej komory 20 dĺžky L2 s otvorom 21, ktorý je definovaný rozšírenou časťou 3 potrubia 2 úchytom 6 a vnútorným ohraničením 4.

Rezonátor pozostáva prevažne z dvoch rozličných komôr, ktoré hraničia s potrubím prípadne cez ktoré je potrubie vedené. Úsek, ktorým ohraničenie (časť potrubia) vstupuje do rozšírenej časti potrubia, ktorá ho obklopuje, prípadne ohraničuje komory, je určený predovšetkým po stanovení rozmerov (dimenzovaní) píšťalového rezonátora tak, ako je to u odborníka obvyklé. Rezonátory pôsobia ako Helmholtzove rezonátory, čo umožňuje určiť pri vhodnom dimenzovaní rezonančné frekvencie, pri ktorých je tlmenie účinné. Vhodné dimenzovanie odvodí odborník bez ťažkostí. Ak neobsahuje plynová zmes v potrubí s tlmením žiadny, alebo len veľmi malý podiel znečisťujúcich častíc, alebo korozívnych látok, môže byť objem komory za účelom ďalšej zvukovej izolácie vyplnený celkom alebo čiastočne vhodným materiálom ako napr. minerálna vlna. Typické prevedenie takéhoto rezonátora je vytvorené z kovu ako je hliníkový plech, oceľový plech atď. Pre špeciálne prevedenia však môže byť použitý i plast, alebo kombinácie plastu a kovu, prípadne spojovacie materiály v závislosti od miesta zabudovania. Takto môžu byť tlmiče hluku vytvorené z materiálov, ktoré má príslušný odborník k dispozícii tak, aby mali dlhú životnosť i v potrubiach, ktorými prechádzajú zmesi plynov znečistené napr. korozívnymi látkami.

Potrubie 2 bude v rozšírenej časti 3 potrubia rozdelené. V mieste rozdelenia bude vložené vnútorné ohraničenie 4, tu v tvare časti rúry tak, aby ostal vstupný otvor definovaný veľkosťou 21a pomocou pripevňovacieho úchytu 6 v tvare profilu U, v rozšírenej časti 3 potrubia pripevnené vnútorné ohraničenie 4. Tým bude vytvorená otvorená komora 20, ktorej otvor 21 umožní spojenie s vnútrajškom potrubia. Ďalším krokom bu3

SK 5162 Υ1 de nasunutie druhej rozšírenej časti 3 na pripevňovací úchyt 6 a jej pripevnenie naň tak, aby bola vytvorená jednostranne otvorená rezonančná komora 10 dĺžky L1 s otvorom 11, ktorý umožní jej spojenie s vnútrajškom potrubia. Takto vznikne na obr. 5 v perspektíve zobrazené potrubie s tlmičom hluku.

Tým, že teraz sú dve komory 10, 20 rozdielneho objemu v komunikácii s vnútrajškom potrubia (pozri obr. 6), môže byť v každej z komôr pri aktivácii kvapalinového stĺpca v potrubí 2 kvalifikovaná stojacia vlna s frekvenciou, ktorá bola predtým určená, a ktorá interferenciou vymaže určité vibrácie vo vnútri potrubia. Určenie objemu komôr 10, 20 je pre odborníka jednoduché a závisí od priemeru potrubia, v ňom transportovaného média a od veľkosti otvorov íl, 21.

Príklad 2

Obr. 2 je ukázaný ďalší typ rezonátora, pri ktorom sú komory 10, 20 vytvorené privarenými ohnutými časťami potrubia (odpovedajúce dvom vzájomne spojeným úchytom 6, z ktorých má každý silne predĺženú stenu). Tento typ prevedenia môže byť vytvorený tak, že do rozšírenej časti 2 potrubia umiestnime najprv navzájom zvarené úchyty 6 a tieto pripevníme tak, aby sme vytvorili v rozšírenej časti 3 potrubia komoru 10 s otvorom 11a potom zasunieme ďalšiu rozšírenú potrubnú koncovku ponad úchyty 6 a pripevníme ju tak, aby vznikla ďalšia komora 20 s otvorom 21, komunikujúca s vnútrajškom potrubia.

Príklad 3

Obr. 3 objasňuje ďalší typ, pri ktorom rozšírené časti potrubia 3 budú ohnuté a potom v mieste ich ohnutia budú navzájom tupo spojené, pričom vytvoria dve komory 10, 20 s otvormi 11, 21 smerom do vnútra potrubia.

Príklad 4

Obr. 4 navrhuje kombináciu jednej ohnutej rozšírenej časti 3 s jednou na nej upevnenou potrubnou časťou, pričom bude ďalšia rozšírená časť potrubia 3 pripojená na ohyb druhej rozšírenej časti 3.

Príklad 5

Obr. 7 ukazuje kombináciu rozdeleného vonkajšieho potrubia 2 s vnútorným ohraničením 4 so štrbinou 5 - táto konštrukcia umožňuje obojstranné pripevnenie koncoviek vnútorného ohraničenia na vnútornú stranu vonkajšieho potrubia 2 tak, že vnútorné ohraničenia 4 so štrbinou 5 je pripevnené na úchyte 6 a svojimi oboma koncami na vnútornej strane potrubia 2. Komunikácia kvapalinových stĺpcov v oboch komorách 10, 20 s kvapalinovým stĺpcom vnútri ohraničenia 4 je možná vďaka štrbinám 5.

Na obr. 7a je vnútorné ohraničenie z obr. 7 nakreslené samostatne - jasne sú viditeľné štrbiny, ktoré umožňujú komunikáciu s rezonančnými komorami 10, 20. Obr. 7b a 7c sú pozdĺžnymi rezmi potrubia z obr. 7a - navzájom posunuté v určitom uhle.

Príklad 6

Obr. 8 ukazuje ďalší typ uskutočnia rezonátora, pri ktorom zaoblené vnútorné ohraničenie 4 so štrbinou 5 vytvorí zaoblením spravidla do pravého uhla prstenec, ktorý umožní pripevnenie vnútorného ohraničenia 4 na rozšírené časti 3 potrubia 2 a tým zároveň ušetrí ďalší samostatný pripevňovací prvok. Konce vnútorného ohraničenia 4 sú zase upevnené na vnútornej strane potrubia 2. Tento typ prevedenia sa dá zrealizovať len s veľmi tvárnymi materiálmi vnútorného potrubia.

Príklad 7

Na obr. 9 je znázornený ďalší typ rezonátora, zodpovedajúci podanému riešeniu, pričom je ale vnútorné ohraničenie 4 so štrbinou 5 - podobné tomu na obr. 7 - pripevnené iným typom prevedenia úchytu 6. Uchytom môže byť krúžok, časť rúry, alebo je z plného materiálu a spája oddelené rozšírené časti 3 potrubia a tým vytvorí utesnené potrubie 2 pre prietok tekutín.

Výber typu prevedenia a spojovacej techniky závisí predovšetkým od použitého materiálu, tlmeného média a od rozmerov tlmiča hluku. Pri použití menej tvárneho materiálu môže byť ohnutie rozšírených potrubných koncov nevýhodné a naopak, pri použití veľmi tvárneho materiálu môže byť vyhotovenie ohnutých častí rozšírených potrubných koncov veľmi jednoduché. Ako spojovacia technika pre jednotlivé komponenty tlmičov hluku je vhodná akákoľvek zo zvyčajných technik - pri oceľových rúrach sa ponúka zváranie každého druhu, spájkovame alebo lepenie.

Napriek tomu, že bolo technické riešenie podrobnejšie vysvetlené na základe uvedených príkladov, nie je v žiadnom prípade viazané len na tieto. Každému odborníkovi je jasné, že sú možné najrôznejšie prevedenia v rámci ochrany uvedenej v nárokoch.

Claims (8)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Rezonátor na tlmenie hluku a jednotlivých tónov v potrubiach, vyznačujúci sa tým, že je vytvorený najmenej dvomi komorami (10, 20) umiestnenými v rozšírenej časti (3) potrubia (2), komora (10)

   5 má otvor (11), komora (20) má otvor (21), otvory (11, 21) sú prepojené na potrubie (2), od potrubia (2) komory (10, 20) oddeľuje vnútorné ohraničenie (4) s dĺžkou (L1 + L2) nameranou v smere potrubia, pričom potrubie (2) vykazuje rozšírenú časť (3) potrubia (2) v rámci ktorej je rozdelené, a je v ňom upevnené vnútorné ohraničenie (4).
2. 2. Rezonátor podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že vnútorné ohraničenie (4) je z rovna10 kého materiálu ako potrubie (2).
3. 3. Rezonátor podľa jedného z nárokov 1 až 2, vyznačujúci sa tým, že do potrubia (2) vložené vnútorné ohraničenie (4) je pripevnené na rozšírenú časť (3) potrubia pomocou najmenej jedného úchytu(6).
4. 4. Rezonátor podľa jedného z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že úchyty (6) spájajú 15 dve časti potrubia (2) a zároveň pridržiavajú vnútorné ohraničenie (4).
5. 5. Rezonátor podľa jedného z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že úchyty (6) sú vytvorené pomocou najmenej jedného ohnutého konca rozšírenej časti (3) potrubia.
6. 6. Rezonátor podľa jedného z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že komory (10, 20) a vnútorné ohraničenie (4) sú vytvorené ohnutými koncami dvoch rozšírených častí (3) potrubia.

   20
7. 7. Rezonátor podľa jedného z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že vnútorné ohraničenie (4) je vnútornou rúrou so štrbinou (5), ktorej koncové časti sú upevnené na vnútornej strane potrubia (2).
8. 8. Rezonátor podľa jedného z uvedených nárokov 1 až 8,vyznačujúci sa t ý m, že aspoň jeden jeho diel vytvorený z materiálu ako je hliníkový plech a/alebo oceľový plech.