NO830465L

NO830465L - Anordning for dempning av stoey fra fluida.

Info

Publication number: NO830465L
Application number: NO830465A
Authority: NO
Inventors: Allen C Fagerlund
Original assignee: Fisher Controls Int
Priority date: 1981-06-11
Filing date: 1983-02-11
Publication date: 1983-02-11
Also published as: WO1982004470A1; SE440135B; CA1180662A; SE8301952L; SE8301952D0; FR2507736A1; GB2111719A; GB2111719B; FR2507736B1; GB8303803D0; US4402485A

Description

Denne oppfinnelse angår dempning av støy fra fluida (fortrinnsvis gass) ved ikke-aksesymmetrisk turbulent strømning og •

er mer spesielt rettet mot en anordning for dempning av støyen fra gass i en ledning, omfattende et flertall sammenstilte rør som er arrangert■eksentrisk i forhold til hverandre og plassert i det vesentlige innbyrdes parallelt langs ledningens akse. Fortrinnsvis er de sammenstilte rør f luidumg jennomtrengel.ige eller perforert langs sin lengde.

Det er kjent anordninger som bryter opp en fluidumstrøm

til et flertall parallelle strømningsbaner for å redusere støy som forårsakes av det strømmende fluidum.. US-patent 3.63.0.229 viser ,en fluidumregulator for rolig strømning,"omfattende en kuleventil, en tetningsflateinnsats nedstrøms for kuleventilen med et flertall hull i denne, og et flertall parallelle strømnings-

rør som kommuniserer med hullene i tetningsflateinnsatsen. De parallelle strømningsrør omfatter en trykkfallinnretning basert på friksjon.. Vibrasjonsabsorberende materiale er pakket omkring strømningsrørene for å absorbere vibrasjonsenergi eller akustisk energi.'

US-patent 3.170.483 viser en regulatorventil for rolig ..strømning, med en samling rør som demper strømningen..nedstrøms for en portvcntii.

US-patent 4.085.774 beskriver en antikavitasjons- og lavstøy-innretning for en roterende ventil med en plugg som i. det minste delvis har en kuleformet overflate. Lavstøyinnretningen omfafter en plate med en konkav sfærisk innskjæring som ligger nær inntil' pluggens kuleformede flate og er forsynt med et flertall indivi-duelle strømningspassasjer..

US-patent 4.180.100 angår en styreventil med lav støygenere-ring og med. et. flertall små motstandslegemer som fyller passasjen i ventilen omkring hylsen. En ventilplugg. som er bevegbar i hylsen, regulerer fluidumstrømmen gjennom passasjen. Patent-skriftet foreslår at de små motstandslegemer kan være laget- av metallull.

Det er også kjent å anordne fluidum-motstandsanordninger i kanaler for å redusere høyt statisk trykk i en væske eller gass

uten uønskede biprodukter som høyt aerodynamisk støynivå .i til-

felle av et kompressibelt fluidum, så som en gass, eller kavita-. sjon og.erosjon i tilfelle av en væske. Slike fluidummotstands-anordninger kan omfatte innbyrdes adskilte perforerte plater, slik som i US-patent 3.665.965 eller sammenstilte flater arrangert i et valgt overlapningsmønster for å avstedkomme ønskede forstyrrende eller meanderformede strømningsbaner gjennom de sammenstilte plater, slik som i US-patent 4.050.479, eller en stabel av skivelignende elementer slik som i US-patent 4.-000.878 eller US-patent. 4.008.737.

US-patent 4.058.141 foreslår en supersonisk strømningsdiffu-sor med et flertall blader for oppdeling av diffusorkanalen til et flertall tilnærmet aksesymmetriske kanaler.

Noen av disse anordninger for dempning av støy i gasser er kompliserte, omfattende og kostbare. Andre omdanner ikke effek-tivt en ikke-aksesymmetrisk strømning fra en ventil til en ønsket åksesymmetrisk strømning.

Det er et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en

ny anordning for dempning av støy fra fluida i ikke-aksesymmetrisk turbulent strømning, som overvinner de ulemper og mangler som tid-ligere kjente anordninger har.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en forbedret anordning for dempning av støy fra gass i ikke-aksesymmetrisk turbulent strømning i en ledning omfattende et flertall sammenstilte rør, som er arrangert eksentrisk i forhold til hverandre .og-er plassert innbyrdes parallelt langs ledningens lengdeakse.

Enda et formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en forbedret støydempende anordning for gass i ikke-aksesymmetrisk turbulent strømning i en ledning, hvilken anordning i en. utførelse omfatter et flertall fluidumgjennomtrengeiige sammenstilte rør arrangert innbyrdes parallelt langs ledningens lengdeakse, hvilke rør er innrettet eksentrisk i forhold til hverandre slik at en overflate på 'hvert rør har i det vesentlige-linjekontakt med en overflate på hvert tilstøtende rør langs deres lengde, hvilken linjekontakt mellom alle rørene forløper i det vesentlige langs en felles linje under.hensyntagen til veggtykkelsen i rørene.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en forbedret gassdempningsanordning for gass i turbulent strømning i en ledning, hvilken ano-rdning i en annen utførelse omfatter . et flertall fluidumgjennomtrengeiige sammenstilte rør arrangert i det vesentlige innbyrdes parallelt langs ledningens lengdeakse, hvilke rør er innrettet eksentrisk i forhold til hverandre og med en brakett eller avstiver som strekker seg mellom og er forbundet med hvert av rørene for å holde rørene i 'ønsket innbyrdes stilling i ledningen.,

Enda et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe,en forbedret anordning for dempning, av støy fra gass i turbulent strømning straks nedstrøms for en ikke-aksesymmetrisk utløpsven-til og .for omdannelse av den ikke-aksesymmetriske strømning til i det vesentlige .aksesymmetrisk strømning, dvs. én fullt utviklet rørstrømning.

Andre formål og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå tydeligere av den følgende beskrivelse.

Nærmere beskrivelse ay oppfinnelsen .

Fig. 1-4 viser en for øyeblikket foretrukket utførings-form av støydemperanordningen anordnet umiddelbart hedstrømn av en ikke-aksesymmetrisk åpnende ventilplugg for å gi en stort sett aksesymmetrisk strømning og for å dempe støyen fra fluid i turbulent strømning.

Ventilen 10 er vist som en kuleventil, men det skal for— stås at støydemperanordningen ifølge foreliggende oppfinnelse med fordel kan anvendes ved andre ventiler.. Kuleventilen 10 kan være like den som er vist i US patent 3 446 477 som i1 handelen er kjent som "Vee Ball R valveof Fisher Controls Company,Inc . " Ettersom detaljer ved ventilen 10 ikke utgjør noen del av foreliggende oppfinnelse, vil ventilen 10 bare bli beskrevet i den grad den har funksjonsmessig forbindelse med støydemperanordningen'12 ifølge denne oppfinnelsen.

.Kuleventilen 10 omfatter et ventilhus 14 som har en ventilplugg 16 med akseltapper 18 og 20 opplagreti huset 14.. En- tetning 22 som fortrinnsvis er fremstilt av et. fjærende' elastomermateriale holdes på plass ved. hjelp av tetningsringen 24. Tetningsringen 24 fastholdes på ventilhuset 14. ved hjelp av egnede fastholdningsorganer, f.eks. hodeskruer 26. Det skal bemerkes at tetningen 22 er nedstrøms a<y>ventilpluggen 16.'Normalt monteres en kuleventil i en rørledning slik at

en overflate på'kulepluggen vender oppstrøms når den er i stengt stilling. Selv om kuleventilen kan monteres på slik måte; .blir ved utøvelse av en foretrukket utførelses form av foreliggende oppfinnelse kuleventilen 10 anordnet i et motsatt strømningsforhold, dvs. at tetningen 22 mot hvilken kuleventilpluggen: 16 ligger an er nedstrøms fra innløpet til ventilhuset 14. Når kuleventilpluggen 16 er stengt, som f.eks.- vist' i' fig. 5, vil fluid treffe kuleventilpluggens indre overflate.

Når.kuleventilpluggen 16 åpner vil strømning begynne fra. bunnen på en ikke-aksesymmetrisk måte, som vist i fig. 6. Når fluidet strømmer gj'en,nom støydemperanordningen , vil fluited

.gradvis' søke å fylle kanalene mellom•rørene og omdannes til fullt utviklet rørstrøm (dvs. tilnærmet aksesymmetrisk- strøm) av støydemperanordningen. Det skal forstås at støydemperan-ordningen kan monteres i et vertikalt rør eller i vinkel, så-

lenge dens minste rør er innrettet på linje med kuleventilens opprinnelige åpning eller kilden til den ikke-aksesymmetriske strøm.

Kuleventilen 10 er beliggende mellom en flens 28 på en rørledning 30 og flens 32 på> en rørledning 34. Boltorganet 36 fastspenner kuleventilen 10 mellom flensens 28 og 32. Boltorganene 36, som er fordelt rundt kuleventilens 10 om-krets, .fastholder også støydemperanordningen 12 slik det skal nærmere forklares i det følgende.

Støydemperanordningen 12 ifølge forétrukken utføringsform av ednne oppfinnelse omfatter en ringformet flens 40 festet til det ytterste av et antall parallelt opplagrede rør. 'I.ut-' føringsformen på fig. 1-6 er der syv rør 42-48. Rørene 42-48 er fortrinnsvis perforerte metallrør som er montert eksentrisk i hverandre. Som det fremgår av tegningen har rørene

■forskjellig tverrsnittsdimensjon, men rørene har stort sett samme tverrsnittsform. Som det.best fremgår av fig. 2, er rørene 42-48 fortrinnsvis sirkulære. En stort sett vertikalt forløpende avstiver-52 er anordnet for å bidra til å opprett-holde rørenes 42-48 form. Rørene er. sammensveiset ved endene og på langs til avstiveren 52. Rørene 42-4'8 ligger i liten avstand fra hverandre nær side nederste overflater, slik' det-' f.eks. fremgår av fig. 3.

Fig. '4 viser avstiveren 52 og det ytre rør 48. Det skal' forstås at hvert rør er utformet på samme måte, dvs. med toppslissen i lengderetningen og idet bunnen bare er delvis opp-slisset, f.eks. med slisser 53,54 som strekkér seg innad fra hver ende av røret 48. Slissene 53,54 kan være utformet i senter av rørene eller innad fra endene i noen anvendelser for å forenkle innrettningen av de forskjellige konsentriske rør i forhold til avstiveren 52 og for å-lette fremstilling av rørene'. Rørene 42-48 monteres i opplagret eller opphengt (nested) forhold. Så skyves avstiveren 52 inn ~i de på linje innrettede toppslisser 55 med utspringene 52a og 52b i hen-holdsvis slissene 53 '6g 54. Hver sylinder (idet man begynner med den med minst diameter) monteres til avstiveren 52 en om-gangen og sveises. Rørene kan være forbundet med avstiveren 52 enten. med. en liten innbyrdes avstand ved bun(nen (f.eks.

med en innbyrdes avstand- på 6,35 mm som vist i fig.9) eller

med linjekontakt ved bunnen, som vist .i fig. 2. Avstiveren 52 avstiver og forsterker de perforerte opphengte rør. Avstanden mellom rørene med bunnen i utføringsformen som vist i fig. 9 kan f.eks. økes noe for støydemperanordninger med større diameter. Nøkkelen til heldige resultater er å ha så stor -røreksentrisitet som .mulig i kombinasjon med en konstruksjon for mekanisk styrke til å tåle meget høye krefter som forekom-mer ved mange anvendelser.

Hvert rørs lengedakse er stort sett aksielt innrettet i et plan gjennom' rørledningens,34 lengdeakse. Videre er rørene 42-48 eksentrisk innrettet i forhold til hverandre. De kan

være anordnet slik at en overflate på hvert rør er i linjekontakt med en overflate på hvert tilstøtende rør i deres lengderetning, f.eks. som i utføringsformene ifølge fig. 2 og 3 og fig. 7 og 8. Linjekontakt'mellom rørene, i modifikasjonene på fig. 7 og 8 er stort sett langs en' felles linje, når. man tar hensyn til tykkelsen av veggene i hvert av rørene.. Alternativt kan rørene være anordnet med ligen avstand ved bunnene som vist i fig. 9 og 10.

Et valgfritt , men foretrukket trekk ved denne oppfinnelse er de perforerte vegger i hvert av rørene 42-48. Per-fo-■' reiingene eller hullene har f por tr innsvis en diameter på ca. 3,2 mm og bør ikke har en diameter større enn 6,4. itini når rørets største .diameter er i størrelsesorden 457-mm. - Ved. prøver opp til idag har de beste resultater blitt oppnådd- med rør med hull ay diameter 3,2 mm og der det totale åpne areal er.ca. 40% (40% av et rørs ytre qverflateareal).For større ■ støydempere i størrelsesorden 609'mm utvendig diameter bør tykker metall anvendes for rørene og større hull, i størrel-sesorden.9,5 mm-eller opp til 12,7 mm vil være nødvendig.

Et annet trekk ved denne, oppfinnelse er forholdet, mellom rørenes 42-48 lengde og diameteren ved innløpet til rør-ledningshuset til støydemperanordningen 12. En har funnet at rørene 42-48 bør ha ert karakteristisk lengde på minst ,1,2 x

■,den karakteristiske innløpsboringsdimensjon til den basis som inneholder kilden for den ikke-aksesymmetriske strøm (såsom basisen til tetningsringen 24, fig. 1). Beste resultater for-,ventes når rørene 42-48 har en karakteristisk lengde på fra

1,5 til 4x rørledningens karakteristiske innløpsboringsdimen-sjon. Normalt har tetningsringen 24 og rørledningen 34 samme tverrsnittsform og tetningsringen 24 har samme eller mindre diameter enn rørledningen 34 .

En har -funnet at støydemperanordningens 12 orientering i' forhold" til ventiIpluggen 10 er av betydning. For beste re-sultat må det minste rør 42 være plassert på linje méd ven-tilens opprinnelige åpning slik at innledende strømning fra • ■ , vehtilåpningen vil foregå inn i det minste rør.

Når ventilpluggen 16 (fig. 6) åpner for å tillate ikke-aksesymmetrisk strømning fra ventilhuset 14, vil fluidet strømme gjennom boringén i tetningsringen- 24 og inn i alle rørene omtrent samtidig er det' punkt der rørene er'tilnærmet'i sammé linjekontakt, deretter stort sett fylle hvert rør i rekkefølge, først det minste rør 42, slik at ved den tid fluidet strømmer ut av støydemperanordningen er alle rørene stort sett fylt, idet fluidet er i fullt utviklet strømning. . Støyen fra fluidet vil bli dempet idet fluidet spredes. radielt og strømmer gjennom andre rør, idet det strømmer aksielt fra støydemperanordningens 12 innløp til dens utløp. Den jevne overgang til aksesymmetrisk strømning i rørledningen 34 .ned-strøms av ventilen 10 foregår ved et redusert turbulensnivå, og følgelig minimaliseres støy og systemvibrasjon både for gass-bg væskesystémer. Stråler med høy hastighet, i rørled-ningen 34 nedstrøms av ventilen 10 elimineres. Trykkgradien-ten'til gassen iitilstøtende rør reduseres. Dette bidrar til .å minske fluidets turbulens og følgelig støyen og vibrasjo-nene som forårsakes i den nedstrømsbeliggende rørledning 34. Fig. 7. og 8 viser en modifisert støydemperanordning 112'. Den modifiserte støydemperanordning 112 omfatter et antall opplagrede rør som er eksentrisk innrettet i forhold til hverandre, som i modifikasjonen på fig. 1-6. Rørenes 142-146 forside er imidlertid konstruert og anordnet til å ligge langs' en imaginær kuleflate som er komplementær med den utvendige ' kuleflate på en kuleventil med motsatt strømning som støy-demperanordningen 112 er beregnet på å brukes til. Støydem-peranordningen 112 har en flens 140 som kan fastspennes til en kuleventil mellom flensens og tilstøtende rørladningseksjon, som i fig. 1. Alternativt kan flensen 140 være festet til-kuleventilen 10 ved hjelp av bolter som strekker seg gjennom hull 170 i flensen 140. Funksjonen til støydemperanordningen 112 er i hovedsaken den samme som for støydemperanordningen ■12. Fig. 9 og 10 viser en støydemperanordning 212 anordnet ' mellom rørledninger 30,34 og anordnet umiddelbart nedstrøms av en kilde til ikke-aksesymmetrisk strømning, f.eks. en skarp bend eller en kuleventil. Rørledningene 30,34 har hver en flenset ende 28' og 32, Støydemperanordningen 212 omfatter .en ikke-^perforert rørledning 275 i hvilken er anordnet, et • antall eksentrisk innrettede rør 242-246, som i utføringsfor-men, på fig. 1-6. Rørledningen 275 er utformet med flenser 276 og 278 ved hver ende som passer til flensene 28 og .32.

Boltorganet 280 eller lignende festeanordninger er anordnet for å sammenkoble flensens 28, 276 og 32 ; 278. Om nødvendig kan fluidtetningen være anordnet mellom.tilstøtende flater på flensens 28, 276 og 32,278-. Støydemperanordningen 212 er den samme' som anordningen 12 i fig. 1-6, bortsett fra at i den viste utføringsform er fem opplagrede rør istedenfor 7,. og rørene er anordnet med liten innbyrdes avstand nær deres bunn istedenfor i linjekontakt som i fig. 1-6. Innbyrdes -avstand i størrelsesorden 6 mm i en for øyeblikket foretrukket ut-førelsesform kan betraktes som liten, slik at de opplagrede rør på fig. 9 og 10 kan anses å være tilnærmet i kontakt.

Det skal bemerkes at antallet opplagrede rør kan variere avhengig av anvendelsen. Mens der'er syv rør i utføringsfor-men ppå fig. og 3 var der f.eks. fire rør i - støydemperanord-ningen ifølge fig. 5 og 6 og fig. 9 og 10, og der var seks opplagrede rør. i støydemperanordningen ifølge fig. 7 og 8. ...Ved foreliggende oppfinnelse er der tilveiebrakt en forbedret støydemperanordning som kan brukes i en kanal eller' rørledning, men fortrinnsvis anvendes nedstrøms av en ventil med ikke-aksesymmetrisk utstrømning. Når den brukes med en. •ventil med ikke-aksesymmetrisk•utstrømning gir støydemper-anordningen jevn overgang til aksesymmetrisk.strømning, redu- ■ serer turbulens i fluidet^ og støy fra dette, uten å medføre vesentlig trykkfall. Selv om., jeg. har- vist,, for øyeblikket foretrukne utførings- former av min oppfinnelse er 'det klart at andre modifikasjoner vil-være innlysende for., fagmenn på området, og jeg ønsker- at ..oppfinnelsen■skal begrenses bare innenfor rammen av-de føl-gende, krav.■

Claims

1. Anordning for dempning av støy fra fluida i ikke-aksesymmetrisk turbulent strømning, omfattende en' ledning med inn-løps- og utløpsender, karakterisert ved at det i. ledningen er anordnet et flertall sammens tilte eller -opplagrede rør med varierende tverrsnittsdimensjoner, men i det vesentlige tverr snittsform, at hvert av rørene har en lengdeakse, og lengdeak-sene- for rørene er aksielt innrettet i et plan gjennom ledningens lengdeakse, og at rørene er innbyrdes eksentrisk innrettet slik at en nedre overflate på hvert rør ligger nær inntil en overflate på hvert tilstøtende rør, langs lengden av disse.

2... Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at rørene har en karakteristisk lengde som er i det minste 1,2 ganger den karakteristiske innløpsåpning-dimensjon.

3. Anordning ifølge krav 2, ■ karakterisert ved at rørene har en karakteristisk lengde, på fra 1,5 til 4 ganger den karakteristiske inn-løpesåpning-dimensjon..

4. Anordning ifølge et av kravene 1, 2 og 3, karakterisert ved at ledningen og.rørene har sirkulært tverrsnitt.

5. Anordning ifølge et av kravene 1, 2 og 3, karakterisert ved at rørene har fluidumgjen- nomtr.engelige vegger.

6..Anordning ifølge et av kravene 1, 2 og 3, karakterisert ved at rørene har perforerte, vegger,, idet perforéringene er hull'med diameter på opptil omkring 6,4 mm.

7. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at ledningen og rø rene har sirkulært tverrsnitt og at rørene har' fluidumgjennomtrengeiige vegger, samt en karakteristisk'lengde på fra 1,5 til 4 ganger den karakteristiske innløpsåpning-dimensjon.

8.. Anordning ifølge krav 1, ■ karakterisert ved at en ventil er plassert nær innløpet på ledningen, at ventilen og det nevnte flertall rør er plassert slik i forhold til hverandre at når ventilen ■ blir åpnet for å tillate gjennomstrømning, vil strømningen, som fyller hvert rør i' rekkefølge starte med det minste' rør,, slik at når fluidet trer ut fra'anordningen, er alle rørene i' det vesentlige fylt med fluidum, og'fluidet har en'i det vesentlige fullt utviklet, rørstrømning .

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at rørene har en karakteristisk lengde på i det minste 1,2 ganger.den karakteristiske innl.øps. <åp> nin <g-> dimens jon.

10. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved at rørene har én karakte- . ristisk lengde på fra 1,5 til 4 ganger den karakteristiske innløpsåpning-dimensjon.

11. Anordning ifølge et av kravene 8, 9.og 10, ■ karakterisert véd at ledningen og rørene har sirkulært tverrsnitt.

12. Anordning ifølge et av kravene 8, 9 og 10, karakterisert ved at rø rene har fluidumgjennomtrengeiige vegger.

13. Anordning ifølge et av kravene 8, 9 og 10, karakterisert ved at rørene har perforerte vegger, hvilke perforeringer er hull med diameter på opptil omkring 6,4 mm.

14.. Anordning ifølge krav 10, karakterisert ved at ledningen og rørene har sirkulært tverrsnitt og at rørene har fluidumgjennomtrengeiige vegger, samt. en karakteristisk lengde'på fra 1,5 til 4 ganger den karakteristiske innløpsåpning-diameter. ■

15. Anordning' ifølge: krav. 8, karakterisert ved at ventilen er en kuleventil .

16. Anordning ifølge krav 15, k a r ak ter i s e r l ved at kuleventilen er en kuleventil for motsatt eller reversert strømning.

17. Anordning ifølge krav 16, karakterisert ved at rørene har en karakteristisk lengde på i det minste 1,2 ganger den karakteristiske innløpsåpning-dimensjon. '

18. Anordning ifølge krav 17, karakterisert ved at.rørene har en karakteristisk leng.de på fra 1,5 til 4 ganger den karakteristiske innløpsåpning-dimensjon.

19. Anordning ifølge et av kravene 16, 17 og 18, karakterisert ved at ledningen og rørene har si rk ulært tverrsnitt.

20. Anordning ifølge et av kravene 16, 17 og 18, karakterisert ved at rørene har fluidumgjen-• nomtrengelige veg.ger..

21. Anordning ifølge et av kravene 16,. 17 og 18, k a'r a k t e r i s e r t v e d at rørene har perforerte vegger, hvilke perforeringer, har en diameter på opptil omkring 6,4 mm' . .

22. Anordning ifølge krav 18, karakterisert ved at ledningen og rørene har sirkulært tverrsnitt, og at rørene har fluidumgjennomtrengeiige vegger, samt en karakteristisk lengde på fra 1,5 til 4 ganger den karakteristiske innløpsåpning-diameter.

23. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at rørene ligger an mot hverandre med i det vesentlige linjekontakt. .

24..Anordning ifølge krav 23-, karakterisert ved at kontakten mellom alle rørene ligger i det vesentlige langs en felles linje, bortsett fra tykkelsen av rørveggene.

25.. Anordning ifølge krav 1, '. karakterisert ved at hvert rør er slisset ved toppen og ved bunnen, og at toppslissen strekker seg langs hele lengden av røret, samt at en avstiver strekker -seg gjennom toppslissene og er forbundet med rørene.