DE2534556B2

DE2534556B2 - Schalldämpfer für Gasströme

Info

Publication number: DE2534556B2
Application number: DE2534556A
Authority: DE
Inventors: Edmund John Irving Halter; John C. Dallas Lanpher
Original assignee: Burgess Industries Inc Dallas Tex (vsta)
Current assignee: Burgess Industries Inc Dallas Tex (vsta)
Priority date: 1974-08-20
Filing date: 1975-08-02
Publication date: 1979-02-01
Also published as: FR2282533A1; DE2534556A1; SE7507131L; ES435717A1; DK140181B; CA1026239A; GB1466512A; DK247275A; NO751949L; US3894610A; FR2282533B1; JPS51128501A; DK140181C

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Schalldämpfer zur Schalldämpfung in Gasströmen, bestehend aus einem ausgangsseitig offenen, doppelwandigen Gehäuse von kreisförmigem Querschnitt mit einer Eingangsstufe mit einem am Innenende geschlossenen und in der Seitenwand durchlöcherten Einlaßrohr, das sich koaxial über einen Teil der Länge der Eingangsstufe erstreckt, und mit in die innenseitig perforierte Doppelwand des Gehäuses eingeschlossenem, schalldämpfenden Material, wobei in der Eingangsstufe ein poröses Grobmaterial und im übrigen stark schallabsorbierendes Material vorhanden ist.

Ein bekannter mehrstufiger Schalldämpfer dieser Art (US-PS 37 76 365) ist aus einer Gerüstkonstruktion aufgebaut, die eine Reihe koaxial angeordneter, ringförmiger Schalldämpfungspackungen aufnimmt. Die doppelwandigen Schalldämpfungspackungen haben perforierte Wände, zwischen denen schalldämpfendes Material angeordnet ist. In der Eingangsstufe ist nur eine Schalldämpfungspackung vorhanden; diese bildet die Außenwand des Schalldämpfers. Der aus dem Einlaßrohr austretende Gasstrom ist senkrecht auf die

hl) Schalldämpfungspackung gerichtet, die mit einem porösen Grobmaterial gefüllt ist, das unter anderem temperaturbeständig und nicht irreversibel zusammendrückbar ist und das eine durch Schwingungen des Gehäuses bedingte Schallabstrahlung verhindert. Die übrigen Schalldämpfungspackungen sind mit gespinstartigem, stark schallabsorbierendem Material wie Glasfasern gefüllt und parallel zu dem den Schalldämpfer durchsetzenden Gasstrom angeordnet

Die Erfindung geht davon aus, daß eine besonders günstige Schallabsorption erzielt wird, wenn der Gasstrom in allen Stufen senkrecht auf die Schalldämpfungspackungen gerichtet ist, was aber voraussetzt, daß das schalldämpfende Material druckstoßfest ist oder der einwirkende Gasstrom frei von Druckstößen ist Das stark schallabsorbierende Material in den auf die Eingangsstufen folgenden Stufen wird nämlich unter Einwirkung von Druckstößen irreversibel zusammengepreßt und verliert dann einen erheblichen Teil seiner schallabsorbierenden Wirkung. Für die erwünschte günstigere Anordnung der Schalldämpfungspackungen ist e«: daher zweckmäßig, in der Eingangsstufe nicht nur die Schwingungserregung des Gehäuses, sondern auch die in dem Gasstrom enthaltenen Druckstöße zu unterdrücken. Das ist bei dem bekannten Schalldämpfer nur beschränkt möglich, weil die dort verwendete Packung aus einem relativ spröden Material besteht das unter de· Einwirkung von Druckstößen zerbricht und dadurch wenigstens einen Teil seiner Wirkung verliert.

Es sind weiter im wesentlichen einstufige Schalldämpfer bekannt, bei denen die Gasströme senkrecht auf Packungen aus stark schallabsorbierendem Material gerichtet sind und die-damit unmittelbar der nachteilhaften Wirkung von Druckstößen ausgesetzt sind (US-PS 19 27 213; 20 65 343; 25 23 260; 37 10 891). Bei einem weiteren bekannten, mehrstufigen Schalldämpfer (CUPS 4 52 997) wird die Schalldämpfung allein durch die mehrfache Umlenkung des Gasstromes angestrebt und auf die zusätzliche Schalldämpfung und die Unterdrückung der Schwingungserregung des Gehäuses durch schallabsorbierende Packungen verzichtet

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen mehrstufigen Schalldämpfer der vorgenannten Art zu schaffen, bei dem auch bei stark pulsierenden Gasströmen über lange Betriebszeiten eine hohe Schalldämpfung erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gehäuse quer zur allgemeinen Durchströmungsrichtung des Gases durch Trennwände mit Mittelöffnung und Randflansch in mehrere Kammern entsprechend der Stufenzahl des Schalldämpfers unterteilt ist und die Trennwände und das Gehäuse unter Zwischenlage von schwingungsdämpfenden, elastischen Elementen miteinander verbunden sind; daß jede Trennwand mit einem am Innenende geschlossenen und in der Seitenwand durchlöcherten Einlaßrohr versehen ist, das sich koaxial über einen Teil der Länge der zugehörigen Kammer erstreckt; und daß die Doppelwand der Eingangsstufe eine Füllung aus druckstoßfesten Metallspänen aufweist und außenseitig mit einem Mantel aus schalldämpfendem Material versehen ist.

Der erfindungsgemäße Schalldämpfer ermöglicht eine für die gesamte Schallabsorption besonders günstige Ausbildung der einzelnen Stufen, wobei die Gasströme in jeder Stufe senkrecht auf die Schalldämpfungspackungen gerichtet sind. Es werden auch über lange Betriebszeiten hohe Schalldämpfungen erzielt, weil die Druckstöße bereits in der Eineanesstufe

hinreichend weit unterdrückt werden und eine mehrfache Umlenkung des Gasstroms mit der Schallabsorption in den schallabsorbierenden Packungen kombiniert wird. Eine Schallfortpflanzung durch das Gehäuse wird dabei durch die schwingungsdämpfende Verbindung zwischen den die Stufen bildenden Gehäuseteilen wirkungsvoll verhindert Zur Verhinderung der Schallabstrahlung durch das Gehäuse genügt es, in der Eingangsstufe einen schalldämpfenden Außenmantel vorzusehen.

Vorteöliafterweise beträgt in den verschiedenen Stufen des erfindungsgemäßen Schalldämpfers der radiale Abstand zwischen der mit kreisrunden Löchern versehenen Seitenwand des Einlaßrohres und der innenseitig perforierten Doppelwand das Vier- bis Zwanzigfache des Durchmessers der Löcher in der Seitenwand des Einlaßrohres. Bei einem solchen Abstand ist sichergestellt, daß die aus dem Einlaßrohr austretenden, einzelnen Gasströme tief genug in die schalldämpfende bzw. schallabsorbierende Packung eindringen, aber andererseits nicht mit zu hohem Druck auf die jeweilige Packung auf treffen.

Der erfindungsgemäße Schalldämpfer kann auch kegelstumpfförmig geformt sein, wobei die Eingangsstufe an dem Ende mit dem kleineren Durchmesser angeordnet ist

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt und werden im folgende! anhand der Bezugszeichen im einzelnen erläutert una beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemi.ßen Schalldämpfers;

Fi k 2 einen Längsschnitt durch einen schalldämpfer nach Fig. 1;

Fig.3 eine vergrößerte Detailansicht einer Stufe, in der die Wirkungsweise angedeutet ist;

Fig.3A und 3B Detailansichten der Durchbrüche in dem Innenmantel bzw. Verteilerrohr des erfindungsgemäßen Schalldämpfers;

Fig.4 und 5 Detailschnitte durch zwei Ausbildungen einer schwingungsisolierenden Verbindung zwischen benachbarten Stufen des erfindungsgemäßen Schalldämpfers, wobei F i g. 4 sich auf den Schalldämpfer nach F i g. 1 und 2 bezieht;

F i g. 6 in einer zum Teil weggebrochenen Seitenansicht ein Verlängerungsstück für den erfindungsgemäßen Schalldämpfer;

F i g. 7 eine Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des erlindungsgemäßen Schalldämpfers.

Der in F i g. 1 bis 4 dargestellte Schalldämpfer besteht aus zwei Stufen, deren jede ein zylindrisches Gehäuseteil 1 bzw. 2 aufweist, wobei der Eingang durch ein Einlaßteil 3 abgeschlossen wird. In den Einlaßteil 3 ist ein Einlaßrohr 4 eingeschweißt, das einen übi'chen Verbindungsflansch 5 trägt. Die Seiten des Einlaßrohres 4 sind durchlöchert, und das Lochmuster ist in voller Größe in Fig. 3B gezeigt. Eine Mündungsplatte 6 mit einer Eintrittsöffnung 7 liegt der Außenfläche des Flansches 5 an.

Die benachbarten Enden der Gehäuseteile 1 und 2 tragen Flansche 8 und 9, zwischen denen eine Trennwand 10 mit einer Mittelöffnung 11 und einem Randflansch 12 angebracht ist. Zwischen den Randflansch 12 und die Flansche 8 und 9 sind elastische, schwingungsdämpfende Elemente 13 eingefügt; die Verbindung erfolgt durch Bolzen 14. Die elastischen Elemente 13 verhindern die Übertragung von Schwingungen zwischen den Gehäuseteilen über die Verbindungsstelle.

An den Gehäuseteilen 1 und 2 sind zylindrische

Innenmäntel 15, 16 angebracht, die durch Ringe 17 im Abstand zueinander gehalten sind. Die Innenmäntel 15, 16 sind durchlöchert; F i g. 3A zeigt das Lochmuster der Innenmäntel in voller Größe.

In der Mittelöffnung 11 der Trennwand 10 ist ein weiteres Einlaßrohr 18 gleicher Art angebracht
Das Gehäuseteil 1 des Einlaßteils ist von einem

ίο Außenmantel 21 aus schalldämpfendem Material wie Blei oder Asbest umhüllt und kann zusätzlich einen Blechmantel aufweisen. Das Einlaßteil 3 kann weiterhin eingangsseitig innen mit einem durchlöcherten Innenmantel 19 versehen sein; der dadurch gebildete

is Zwischenraum wird mit schallabsorbierendem Material 20, gefüllt, z. B. einer Packung aus Kupfer- oder Stahlfasern.

Der in den Abbildungen dargestellte Schalldämpfer ist am Ende einer Gasdurchflußleitung angeordnet und

>(i der Innenmantel 16 und das Gehäuseteil 2 sind am Ausgang 22 zur Atmosphäre hin offen. Der Schalldämpfer kann aber auch mit seinen Enden in eine Gasdurchflußleitung eingebaut sein.

Der in das Einlaßrohr 4 der ersten Stufe eintretende

y. Gasstrom variiert sehr weit zwischen einem relativ ausgeglichenen Strom und einem sehr stark pulsierenden Strom. Da das stromabwärtige Ende des Einlaßrohres 4 verschlossen ist, wird der Gasstrom durch die Löcher des Einlaßrohres 4 in radiale Teilströme

in aufgespalten, die durch eine Vielzahl einzelner Düsenöffnungen auf den Innenmantel 15 gerichtet sind. Der das Einlaßrohr 4 umgebende Zwischenraum 23 ist mit mechanisch widerstandsfähigem Material gefüllt, z. B. mit Metalldrehspänen oder Kupferkörnern, die mitein-

ΐϊ ander verbundene Poren aufweisen. Dadurch trägt der Zwischenraum 23 zu einer Absorption von Schall, der von stromaufwärtigen Schallquellen herrührt, aus dem Gasstrom bei. Seine Hauptwirkung besteht jedoch darin, die Druckstöße der aus dem Einlaßrohr 4

in austretenden Strahlströme aufzunehmen und zu dämpfen. Die an sich erwünschte Schallabsorption durch das in dem Zwischenraum 23 enthaltene Material wird daher zum Teil dafür aufgegeben, daß das Material gegen einen Zerfall unter der Einwirkung der Gase

ιό widerstandsfähig ist, denn diese Gase treten mit hoher Geschwindigkeit durch die Löcher im Innenmantel 15 in die Poren innerhalb des Raumes 23 ein. Der weitere Zwischenraum 24 in der Eingangsstufe des Schalldämpfers stromab vom Einlaßrohr 4 ist ebenfalls bevorzugt

,ο mit einem mechanisch widerstandsfähigen, schalldämpfenden Material gefüllt. Die Schallenergie wird daher in der ersten Stufe sowohl von dem in den Zwischenräumen 23 und 24 enthaltenen Material, als auch von dem schallabsorbierenden Material 20 aufgenommen.

·-,■-, In der Eingangsstufe des Schalldämpfers wird somit der Gasdurchfluß durch die Einwirkung auf das stoß- und schalldämpfende Material in beträchtlichem Umfang ausgeglichen.
In der zweiten Stufe des Schalldämpfers werden

ho restliche Druckwellen weiter gedämpft; die nach dem Durchgang durch die erste Stufe in dem Gasstrom noch enthaltene Schallenergie wird in der zweiten Stufe absorbiert. Die Wirkungsweise ist in der zweiten Stufe zwar ähnlich der ersten Stufe, jedoch überwiegt die

ι,. Schallabsorption bei weiterem Ausgleich der Gasströmung, so daß der Gasstrom mit einem minimalen schallerzeugenden Stoß in die Atmosphäre austritt. Die Schalldämpfung erfolet hier in dem Zwischenraum 25

durch stark absorbierendes Material wie gepreßten Haarfilz oder Glasfasern. Vorzugsweise sind die Löcher im Einlaßrohr 18 etwas kleiner, und das Einlaßrohr 18 ist etwas länger als das Einlaßrohr 4 der ersten Stufe. Auf diese Weise erhält man eine größere Anzahl kleinerer ^r> Strahlströme. Das Einlaßrohr 18 bewirkt auch in der zweiten Stufe einen weiteren Ausgleich des Durchflusses; die Hauptwirkung in der zweiten Stufe liegt jedoch in der Absorption der sich in dem Gasstrom fortpflanzenden Schallwellen. Dabei erstreckt sich der to dem Gasstrom ausgesetzte Bereich von schallabsorbierendem Material beträchtlich über das geschlossene stromabwärtige Ende des Einlaßrohres 18 hinaus und bewirkt so eine fortgesetzte Absorption von Schalienergie in dem Maße, in dem sich der Gasstrom zum Austritt in die Atmosphäre mit ziemlich niedriger und gleichbleibender Geschwindigkeit durch das offene, stromabwärtige Ende des Schalldämpfers verdichtet. Dadurch wird sowohl stromauf von dem Schalldämpfer entstandener Schall, als auch innerhalb des Schalldämpfers erzeugter Schall aus dem Gasstrom in einem solchen Maß absorbiert, daß der Schallpegel am Schalldämpferausgang hinreichend weit herabgesetzt wird.

Der vorstehend beschriebene Schalldämpfer für Gasströme ist so ausgebildet, daß in ihm soweit als möglich Schallenergie absorbiert wird, die von stromaufwärts befindlichen Schallquellen herrührt, und der Gasdurchfluß ausgeglichen wird, so daß am oder außerhalb des Schalldämpferausgangs nur noch hinrei- «1 chend wenig Schall auftritt. Er muß aber auch so ausgebildet sein, daß innerhalb des Schalldämpfers selbst kein Schall erzeugt wird. Das niederfrequente Fließgeräusch, das gewöhnlich auftritt, wenn ein Gasstrom verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit in J5 einen ausgedehnten Raum eintritt wie beim Austritt eines Gasstromes aus einer Einlaßleitung in eine verhältnismäßig große Schalldämpferkammer, wird in dem hier beschriebenen Schalldämpfer vermieden. Der Einlaßstrom wird in eine Vielzahl von Strahlströmen 26 *'> (Fig. 3) aufgespalten, und das stoßabsorbierende Material ist jenseits der Kerne der Strahlströme angeordnet, die in der vergrößerten Detaildarstellung von Fig. 3 bei 27 dargestellt sind. Optimal ist ein Abstand zwischen dem Einlaßrohr 4 und dem -^1Γ> durchlöcherten innenmantel 15, der das Vier- bis Zwanzigfache des Durchmessers der Löcher im Verteilerrohr beträgt. Bei einer solchen Gestaltung wird eine Beschädigung des stoßabsorbierenden Materials durch die in den Kernen der Strahlströme herrschenden ^r>" hohen Geschwindigkeiten vermieden, und die Gase werden ohne Erzeugung eines niederfrequenten Geräusches eingelassen und fortgeführt. Dieser Abstand kann auch etwas kleiner oder etwas größer gewählt werden, jedoch wird dann die Lebensdauer des stoßabsorbierenden Materials oder die akustische Wirksamkeit des Schalldämpfers beeinträchtigt

Schalldämpfer müssen für einen bestimmten Maximaldurchfluß ausgelegt sein. Dazu kann in der zum Schalldämpfer führenden Leitung ein den Durchfluß &o begrenzendes Ventil angeordnet sein, jedoch können dann immer noch stromab von dem Ventil Sekundärgeräusche entstehen. Dieses kann durch eine am Eingang des Einlaßrohres 4 angebrachte Mündungspiatte 6 verhindert werden, wobei die von der Gesamtzahl der *>s Löcher in der Seitenwand des Einlaßrohres 4 gebildete Fläche in einem bestimmten Verhältnis zur Größe der Öffnung 7 steht und im allgemeinen etwa dreimal so groß ist wie deren Mündungsfläche. Die Löcher im Einlaßrohr 18 der zweiten Stufe können zur Erzielung optimaler Ergebnisse eine etwa gleich große Fläche bilden, da der in das Einlaßrohr 18 eintretende Gasstrom wesentlich gleichförmiger ist.

Bei einem Schalldämpfer aus nur zwei Stufen wird die Abstrahlung von Schall an die Atmosphäre durch den oben beschriebenen schwingungsdämpfenden Außenmantel 21 am Gehäuseteil 1 verhindert. Die Übertragung von Schwingungen des Gehäuseteils 1 der ersten Stufe auf das Gehäuseteil 2 der zweiten Stufe wird zu einem großen Teil durch die oben beschriebenen elastischen Elemente 13 in der Verbindungssteile verhindert, und zu einem weiteren Teil dadurch, daß der gleichmäßigere Fluß des Gasstroms in und durch die zweite Stufe normalerweise nicht zu einer störender Schwingung des Gehäuses führt.

Eine weitere Ausbildungsform der schwingungsdämpfenden Verbindung ist in F i g. 5 dargestellt Darin überlappen die Endglieder la und 2a der beider Gehäuseteile und werden unter Zwischenlage eines elastischen Körpers 13a aneinander befestigt

Vom Kostenstandpunkt und von der Seite de« Wirkungsgrades her werden die Schalldämpfer inallgemeinen aus zylindrischen Gehäuseteilen aufgebaut Das Gehäuse kann jedoch in einer weiteren, in Fig./ dargestellten Ausführungsform auch konisch ausgebildet sein, wobei die Anordnungen nach F i g. 1 bis 4 ir entsprechender Anpassung übernommen werden.

Die Anforderungen an die Schalldämpfung werder zur Reduzierung der Lärmbelastung mit der Zeit immei größer. Daher ist zu erwarten, daß derzeit annehmbar« und zulässige Schallpegel in der Zukunft als zu hocr angesehen werden. Angesichts dieser Entwicklung isi der vorstehend beschriebene zweistufige Schalldämpfei so ausgebildet, daß eine oder mehrere weitere Stufer daran angebaut werden können. Nach Fig.6 ist eir Verbindungsflansch 28 vorgesehen, an den ein« Verlängerungsstufe 29 mit einem Gehäuse 30 mit einei Schicht von schallabsorbierendem Material 31 unc einem Einlaßrohr 32 mittels verbindender Element« angesetzt werden kann. Dabei können gegebenenfail: zu einem späteren Zeitpunkt weitere Zwischenstufer eingesetzt werden.

Bei dem in F i g. 6 dargestellten Schalldämpfer ist zui weiteren Erniedrigung des Schallpegels im Gasstron schallabsorbierendes Material 33 zwischen einen geschlossenen Innenrohr 34 und einem durchlöcherter Außenrohr 35 einer Verlängerung des Einlaßrohres 3; ai geordnet. Der Gasstrom tritt durch den ringförmiger Strömungsweg mit der schallabsorbierenden Schich hindurch, wodurch eine intensive Schallabsorptiot bewirkt wird.

Der vorstehend beschriebene Schalldämpfer ha einen besonders breiten Anwendungsbereich. Wahrem er hauptsächlich und besonders zur Schalldämpfung un( zum Ausgleich einer in starken Stoßen erfolgendei Strömung geeignet ist, kann er auch wirksam in Fällei angewendet werden, in denen Druckminderungen be der Schallerzeugung eine Rolle spielen, wie bei de geräuschfreien Abgabe von unter Druck stehenden Dampf an die umgebende Atmosphäre.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrstufiger Schalldämpfer zur Schalldämpfung in Gasströmen, bestehend aus einem ausgangsseitig offenen, doppelwandigen Gehäuse von kreisförmigem Querschnitt mit einer Eingangsstufe mit einem am Innenende geschlossenen und in der Seitenwand durchlöcherten Einlaßrohr, das sich koaxial über einen Teil der Länge der Eingangsstufe erstreckt, und mit in die innenseitig perforierte Doppelwand des Gehäuses eingeschlossenem, schalldämpfendem Material, wobei in der Eingangsstufe ein poröses Grobmaterial und im übrigen stark schallabsorbierendes Material vorhanden ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, is 2) quer zur allgemeinen Durchströmungsrichtung des Gases durch Trennwände (10) mit Mittelöffnung (11) und Randflansch (12) in mehrere Kammern entsprechend der Stufenzahl des Schalldämpfers unterteilt ist und die Trennwände (10) und das Gehäuse (I, 2) unter Zwischenlage von schwingungsdämpfenden, elastischen Elementen (13, \3a) miteinander verbunden sind; daß jede Trennwand (10) mit einem am Innenende geschlossenen und in der Seitenwand durchlöcherten Einlaßrohr(4,18,32) ^ versehen ist, das sich koaxial über einen Teil der Länge der zugehörigen Kammer erstreckt; und daß die Doppelwand der Eingangsstufe eine Füllung aus druckstoßfesten Metallspänen aufweist und außenseitig mit einem Mantel (21) aus schalldämpfendem )<> Material versehen ist.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der radiale Abstand zwischen der mit kreisförmigen Löchern versehenen Seitenwand des Einlaßrohres (4,18,32) und der innenseitig » perforierten Doppelwand das Vier- bis Zwanzigfache des Durchmessers der Löcher in der Seitenwand des Einlaßrohres beträgt.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1,2) kegelstumpf- ·«> artig geformt ist und die Eingangsstufe an dem Ende mit dem kleineren Durchmesser angeordnet ist.