FI97351B - Äänenvaimennusjärjestelmä - Google Patents

Description

97351

ÄÄNENVAIMENNUSJÄRJESTELMÄ - LJUDDÄMPNINGSANORDNING

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen menetelmään sekä patenttivaatimuksen 8 mukaiseen alukseen.

Seismisten mittausten suorittamisessa merellä käytetään vedessä kelluvia 5 akustisia mittauslaitteita, joita hinataan laivalla. Tällöin laivan aiheuttama melu saattaa pahasti häiritä mittauslaitteiden toimintaa. Tämän välttämiseksi täytyy ryhtyä toimenpiteisiin mittauslaitteita hinaavan laivan vedessä aiheuttaman melun vaimentamiseksi tai johtamiseksi sivuille siten, että se ei pääse häiritsemään mittaussuoritusta.

10 Vesikuplavyöhykkeen käyttäminen vedessä etenevän äänen vaimenta miseksi ja/tai sen etenemissuunnan muuttamiseksi on tunnettu patenttijulkaisusta US 3,084,651. Siinä mainitaan, että aikaisemmat yritykset käyttää ilmakuplavyöhykettä mainittuun tarkoitukseen ovat epäonnistuneet, koska muodostetut ilmakuplat ovat olleet liian suuria ja yhtyneet toisiinsa vielä 15 suuremmiksi kupliksi, jotka ovat liian nopeasti nousseet veden pinnalle.

Siksi mainitussa patenttijulkaisussa on ehdotettu, että ilmaa sekoitetaan putken läpi pumpattuun nestevirtaan siten, että putkeen muodostuu vesi-ilmaseos, joka sitten purkausreikien kautta johdetaan laivaa ympäröivään ; veteen. Tätä menetelmää on hankala toteuttaa, koska se vaatii laivan .’.20 ulkopuolella olevia putkia, joihin mainittu ilmavesiseos muodostetaan ja ....: joista se pumpataan mereen.

Keksinnön tarkoituksena on ratkaista ilma- tai kaasukuplavyöhykkeen muodostamiseen liittyvät ongelmat entistä yksinkertaisemmalla tavalla • · · ’·* ’ siten, että ilman monimutkaisia lisälaitteita saadaan sekä sopivan kokoisia 25 kuplia että sopivan muotoinen kuplavyöhyke. Keksinnön tarkoitus saavu- tetaan patenttivaatimuksessa 1 mainitulla tavalla. Johtamalla ilmaa tai · kaasua aluksen potkurivirtaan, jonka turbulenssi, virtausnopeus ja virtaama aluksen eri käyttötilanteissa tunnetaan tarkasti, saadaan helposti hallit- ··, tavissa oleva prosessi, jossa potkurivirran turbulenssia käytetään hyväksi !30 veteen syötetyn kaasun muodostamien kuplien rikkomiseksi pieniksi kupliksi ja niiden sekoittamiseksi tehokkaasti veteen. Täten kuplien lukumäärää ja kokoa voidaan helposti säätää riittävän tarkasti.

2 97351

Jotta saataisiin riittävän tehokas äänenvaimennus, on tärkeää, että veteen muodostetaan suuri määrä kuplia, joiden läpimitta on 1 - 20 mm. Näin pienet kuplat eivät pyri kovin voimakkaasti veden pinnalle, vaan ne jäävät veteen alueella, joka laivan potkurista mitattuna on suuruusluokkaa 100 m.

5 Tehokkaan äänenvaimennuksen kannalta on kuitenkin tärkeää, että kuplavyöhykkeessä on myös riittävä määrä huomattavan suuria kuplia, joiden läpimitta on suuruusluokkaa 100 mm. Näin suuria kuplia saadaan aikaan johtamalla kaasua potkurivirran reuna-alueeseen riittävän suurten ulospuhallusaukkojen kautta tai jopa potkurivirran ulkopuoliselle alueelle.

10 Veteen puhalletun kaasun tai ilman määrän mitoittaminen sopivaksi tapahtuu helpoimmin siten, että kaasumäärä mitoitetaan suhteessa potkurin aiheuttamaan vesivirtaamaan. Koska potkurin läpimitta ja nousu sekä sen kierrosluku eri tilanteissa tunnetaan, on potkurin aiheuttama vesivirtaama helposti laskettavissa. Siihen nähden johdetaan keksinnön 15 suositussa sovellutusmuodossa ilmaa tai muuta kaasua veteen siten, että kaasun määrä on 0,05 ... 1,5 %, mieluimmin 0,1 ... 1 % potkurin aikaansaamasta vesivirtaamasta. Ilma- tai kaasuvolyymi lasketaan tällöin normaalikuutiometreissä eli volyyminä ilmakehän paineessa.

Veteen muodostettujen kaasukuplien resonanssitaajuus on tunnetulla tavalla 20 riippuvainen kuplakoosta. Resonanssi-ilmiön vaikutuksesta kupla vaimentaa vedessä etenevää ääntä, jonka taajuus on sama tai korkeampi kuin kuplan resonanssitaajuus. Siksi on syytä säätää muodostettujen suurten kuplien kokoa siten, että niiden ns. resonanssikoko suurin piirtein vastaa halutun : vaimennustaajuuden alarajaa. Koska laivan aiheuttaman melun taajuusspekt- :^35 ri voi eri laivoissa olla hyvinkin erilainen, on myös haluttu pääasiallinen vaimennustaajuus erilainen eri tapauksissa. Kaasukuplien resonanssikoko eri syvyyksissä voidaan laskea tunnettuja menetelmiä käyttäen. Suurilla kuplilla on pienempi resonanssitaajuus kuin pienillä kuplilla. Koska laivan häiriötaa-juudet yleensä ovat suuruusluokkaa 100 Hz, tarvitaan melun vaimenta- • · · •,30 miseksi kaasukuplia, joiden läpimitta on ainakin n. 100 mm. Pienet kuplat vaikuttavat meluesteenä pääasiallisesti toisella tavalla. Äänen etenemis-nopeus vedessä muuttuu oleellisesti, jos vedessä on suuri määrä pieniä * . kaasukuplia. Tällöin ääniaallon etenemissuunta muuttuu ja yhtenäinen ääniaalto hajaantuu kuplavyöhykkeessä eikä näinollen pääse häiritsemään •35 herkkiä akustisia mittauslaitteita.

3 97351

Kaikkein tehokkain melunvaimennus aikaansaadaan siten, että aluksen propulsiopotkuri tai -potkurit sijoitetaan aluksen etupäähän ja kaasua johdetaan veteen välittömästi potkurin takana. Silloin kaasukuplavyöhyke ympäröi pääasiallisesti koko aluksen vedenpinnan alaisen osan, joten laivan 5 kaikkien vedenalaisten melulähteiden ympärille muodostuu melua vaimenta va kuplavyöhyke.

Keksinnön mukaista menetelmää sovelletaan käytännössä useimmiten laivoihin, joiden propulsioteho on suuruusluokkaa 1.000 kW ... 10.000 kW, mutta myös huomattavasti suurempiin laivoihin, esim. jäänmurtajiin, joiden 10 propulsioteho on yli 10.000 kW. Kuplavyöhykkeen muodostamiseen tarvitaan tehoa yleensä vain n. 1 ... 7 %, tyypillisesti 2 ... 5 % laivan potkuritehosta.

Pienet kuplat jäävät huomattavasti kauemmaksi aikaa veteen kuin suuret kuplat. Siksi on oleellista keksintöä sovellettaessa, että veteen muodoste-15 taan riittävän suuri määrä pieniä kuplia, joita on vedessä niin kauan, että oleellinen määrä kuplia esiintyy vedessä vielä kohdassa, joka on 80 metrin etäisyydellä aluksesta. Seismisissä mittauksissa on mittauslaitteiden etäisyys hinaavasta aluksesta yleensä n. 300 m tai suurempi.

Keksintö kohdistuu myös alukseen, varsinkin hinaustarkoitukseen suunnitel-.: .20 tuun tutkimusalukseen, jossa on laitteita keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseksi.

: Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, • · · · ·’·*: joissa - kuvio 1 kaaviomaisesti esittää keksinnön mukaisen menetelmän • · 25 soveltamista seismisiä mittauslaitteita hinaavaan tutkimusaluk- • seen, • · · • · · Γ.". - kuvio 2 kaaviomaisesti esittää kuvion 1 alusta edestäpäin \ * katsottuna, kuvio 3 kaaviomaisesti esittää kuvion 1 mukaista alusta sivulta : 30 päin katsottuna, ' . - kuvio 4 kaaviomaisesti esittää erään suositun sovellutusmuodon mukaisen hinaavan aluksen etupäätä sivulta päin katsottuna.

4 97351

Piirustuksissa tarkoittaa 1 hinaavaa tutkimusalusta, jonka hinauksessa on joukko yleensä hyvin pitkiä seismisiä mittauslaitteita 3. Laitteiden 3 pituus voi olla yli 1000 m ja niissä on akustisia mittauskojeita, jotka on suojattava aluksen 1 aiheuttamalta melulta. Tämän aikaansaamiseksi muodostetaan 5 aluksen 1 taakse ilmakuplavyöhyke 2, joka osittain vaimentaa aluksen 1 aiheuttamaa melua ja osittain hajaannuttaa vedessä etenevää melua siten, että melu ei pääse häiritsemään laitteita 3. Meluaaltoja on havainnollistettu kaarilla 4.

Ääniaalto etenee vedessä nopeudella n. 1500 m/s. Jos ääniaalto törmää 10 kuplavyöhykkeeseen, jossa kaasu/vesiseossuhde on n. 0,3 promillea, alenee äänen etenemisnopeus arvoon n. 500 m/s. Mainitun seossuhteen ollessa suurempi, esim. n. 1 promille, äänen etenemisnopeus on ainoastaan n. 300 m/s. Kaasukuplavyöhykkeen äänen etenemistä jarruttava vaikutus aiheuttaa sen, että ääniaallon etenemissuunta muuttuu sitä enemmän mitä suurempi 15 jarruttava vaikutus on. Siksi esim. aluksen 1 potkurista tuleva melu taipuu kuplavyöhykettä kohti johtuen kuplavyöhykkeen jarruttavasta vaikutuksesta, jolloin kuplavyöhykkeen taakse muodostuu melun katvealue.

Kuvioiden esittämässä tapauksessa kuplavyöhyke 2 on muodostettu puhaltamalla aluksen 1 potkurivirtaan ilmaa siten, että potkurivirran 20 turbulenssi rikkoo potkurivirtaan johdetut ilmakuplat ja muodostaa vesi/ilmasekoituksen, jossa on runsaasti varsin pieniä ilmakuplia, joiden läpimitta on 1 ... 20 mm. Nämä pienet ilmakuplat aiheuttavat aluksesta 1 ·" tulevien ääniaaltojen etenemissuunnan taittumisen. Kuplavyöhykkeessä 2 : pitää olla myös oleellinen määrä suurehkoja kaasukuplia, joiden läpimitta on :·.·?5 suuruusluokkaa 100 mm. Koska nämä kuplat nousevat varsin nopeasti • · vedenpinnalle, niitä esiintyy eniten lähinnä alusta 1 olevassa kupla-vyöhykkeen osa-alueessa 2a. Isoilla kuplilla on huomattava äänenvaimen-nusvaikutus, joka on riippuvainen kuplien resonanssitaajuudesta, joka • ♦ « .‘I*. puolestaan on riippuvainen kuplan suuruudesta. Kupla pystyy vaimenta- • · · *\3o maan ääntä, jonka taajuus on kuplan resonanssitaajuus tai sitä korkeampi.

.. Siksi pyritään siihen, että suurimpien kuplien resonanssikoko suurin piirtein vastaa halutun vaimennustaajuuden alarajaa.

Kuvioissa 1 ja 3 on esitetty kuplavyöhykkeen 2 pystysuora leikkaustaso 2b, '···* jonka etäisyys L hinaavan aluksen 1 potkurista 5 on 80 m. Keksinnön 35 mukaan pyritään siihen, että tarkkailutason 2b kohdalla vedessä olisi vielä

Claims (8)

1. 5 97351 huomattava määrä kaasukuplia. Koska aluksen aiheuttama melu ei pääse kuplavyöhykkeen läpi, muodostuu kuplavyöhykkeen taakse melun katvealue. Kuplavyöhykkeen huomattavan pystysuoran ja vaakasuoran ulottuvuuden takia katvealue syvenee ja levenee suunnassa hinaavasta 5 aluksesta taaksepäin. Kuviossa 4 on esitetty suosittu keksinnön sovellutusmuoto. Sen mukaan hinaavan aluksen propulsiolaite on kahden potkurin 5 muodossa aluksen kuviossa esitetyssä etupäässä. Kuviossa näkyy vain toinen potkuri, toinen on vastaavassa kohdassa laivan toisella puolella. Potkuriakselin laakeri-10 pesäkkeessä 6 ja välittömästi sen ylä- ja alapuolella on joukko ilmanpuhal- lusreikiä 7. Näiden kautta veteen pumpattu ilma joutuu potkurin 5 potkurivirtaan, joka sekoittaa kuplat veteen ja vie niitä taaksepäin siten, että muodostuu pääasiallisesti koko alusta 1 ympäröivä kuplavyöhyke 2c. Tällä tavalla saavutetaan paras meluntorjunta. Ulospuhallusreiät 7 ovat 15 läpimitaltaan suuruusluokkaa 100 mm. Koska osa rei'istä 7 on potkurin 5 aikaansaaman vesivirran raja-alueella, ei niiden kautta tulevat varsin suuret kuplat niin helposti rikkoudu potkurivirrassa, vaan potkurivirtaan jää huomattava määrä suuria kuplia. Esitetyssä sovellutusmuodossa ilmaa johdetaan veteen siten, että sen 20 määrä suhteessa potkurin 5 aiheuttamaan vesivirtaamaan on n. 0,5 %. Ilmakuplien muodostamiseen käytetty teho on vain n. 3 % aluksen 1 potkuritehosta. : Kuvioiden 1-3 esittämässä tapauksessa ilmaa tai muuta kaasua voidaan • · · · johtaa veteen esim. aluksen 1 peräsimen 8 tai sen akselin kautta tai • « .·;·25 peräsimen 8 ja potkurin 5 alla olevan peräsimen alaosan tukirakenteen 9 • · » kautta. • · · *;*··/ Keksintö ei rajoitu esitettyihin sovellutusmuotoihin, vaan useita sen • · · *·’ ' muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa. ] 30 1. Menetelmä erityisesti hinaavan aluksen (1) aiheuttaman vedenalaisen ···' äänen (4) vaimentamiseksi veteen syötettyjen kaasukuplien avulla johtamalla aluksen (1) kuljettamiseen käytetyn potkurin (5) potkurivirtaan 6 97351 potkurin (5) läheisyydessä ja sen takana olevaan kohtaan ilmaa tai muuta kaasua siten, että kaasumainen aine sekoittuu potkurivirtaan, tunnettu siitä, että potkurivirran turbulenssia käytetään aiheuttamaan kaasukuplien rikkoutumisen pienemmiksi kupliksi siten, että aluksen (1) takana muodos-5 tuu kaasu/vesisekoitusvyöhyke (2), jossa esiintyvien kaasukuplien enem mistö on läpimitaltaan 1 ... 20 mm.
2. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasua johdetaan myös potkurivirran reuna-alueeseen tai sen ulkopuolelle niin suurien suuttimien kautta, että kaasu/vesisekoitukseen (2) muodostuu myös 10 oleellinen määrä kaasukuplia (2a), joiden läpimitta on suuruusluokkaa 100 mm.
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että veteen muodostettujen suurten kaasukuplien (2a) enemmistön kokoa säädetään halutun vaimennuksen taajuusalueen mukaan siten, että 15 suurimpien ääntä vaimentavien kuplien resonanssikoko suurin piirtein vastaa halutun vaimennustaajuuden alarajaa.
4. 4. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasua johdetaan veteen siten, että veteen johdetun kaasun määrä suhteessa potkurin (5) aiheuttamaan vesivirtaamaan on 0,05 ... 1,5 20 %, mieluimmin 0,1 ... 1 %.
5. 5. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu : siitä, että alus (1) on hinaava alus, jonka propulsiopotkuri (5) tai -potkurit « * · · ;*·*. ovat aluksen (1) etupäässä ja että kaasua johdetaan veteen siten, että kaasukuplavyöhyke (2c) ympäröi pääasiallisesti koko aluksen (1) vedenpin- « · I * 25 nan alapuolella olevan osan. • * « ;j;* 6. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu • I * **! ’ siitä, että kaasukuplien muodostamiseen käytetään tehoa, joka on 1 ... 7 : % aluksen (1) potkuritehosta, mieluimmin 2 ... 5 % aluksen (1) potkurite- hosta. ,.30 7. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasukuplien muodostamista ja kokoa säädetään siten, että 7 97351 aluksen (1) takana on oleellinen määrä kaasukuplia vielä 80 m etäisyydellä aluksesta.
6. 8. Alus (1), varsinkin hinaava tutkimusalus, tunnettu siitä, että siinä on laitteita, joitten avulla puhallusreikien kautta aluksen potkurivirtaan 5 johdetaan ilmaa tai kaasua jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukaisen menetelmän soveltamiseksi.