NO880116L

NO880116L - DEVICE FOR REDUCTION OF CHANNELABLE AIR SOUND.

Info

Publication number: NO880116L
Application number: NO88880116A
Authority: NO
Inventors: Nils-Ke Nilsson
Original assignee: Viak Ab
Priority date: 1984-12-11
Filing date: 1988-01-12
Publication date: 1988-01-12
Also published as: NO880116D0; SE8406282L; SE8406282D0; FI881922A0; WO1987003948A1; FI881922A; EP0261105A1; SE447413B

Description

Oppfinnelsen angår en anordning til demping av kanalbåret luftlyd, omfattende en omhylning som omslutter en kanal og en i omhylningen anbragt konstruksjon som innbefatter lydabsorberende materiale og er slik utformet at der finnes minst én fri, langstrakt passasje som har en fastlagt tverrsnittsform og er omgitt av en overflate som utgjør den innvendige begrensningsflate for den lydabsorberende konstruksjon. The invention relates to a device for dampening duct-borne air sound, comprising an envelope that encloses a channel and a structure placed in the envelope that includes sound-absorbing material and is designed in such a way that there is at least one free, elongated passage that has a fixed cross-sectional shape and is surrounded by a surface which constitutes the internal limiting surface for the sound-absorbing construction.

På markedet foreligger et stort antall forskjellige konstruksjoner av lyddempere. En vanlig forekommende type av lyddempere består av en sylindrisk kanal hvis vegger er kledd med et po-røst, absorberende materiale. Ved enden av kanalen blir der montert tverrsnittsoverganger og stusser til tilsluttende kana-ler. Eventuelt monteres også et perforert innerrør som beskyt-telse mot erosjon av det lydabsorberende porøse materiale. There are a large number of different constructions of silencers on the market. A common type of silencer consists of a cylindrical channel whose walls are lined with a porous, absorbent material. At the end of the channel, cross-section transitions and spigots to connecting channels are installed. If necessary, a perforated inner tube is also fitted as protection against erosion of the sound-absorbing porous material.

I dagligtalen blir de ovennevnte beskrevne lyddemperkonstruk-sjoner vanligvis kalt rør- eller kanallyddempere. In everyday speech, the silencer constructions described above are usually called pipe or channel silencers.

Som eksempel på anvendelser hvor denne type lyddempere er vanlige, kan nevnes ventilasjonsanlegg, avgasskretser for forbren-ningsmotorer og trykkluftanlegg. Examples of applications where this type of silencer is common include ventilation systems, exhaust gas circuits for internal combustion engines and compressed air systems.

'.For de ovennevnte anvendelser foreligger der behov for demping, fortrinnsvis innenfor frekvensområdet 50-500 Herz. De lyddem-pertyper som for tiden er tilgjengelige, gir lav demping innenfor dette frekvensområde og har pga. lyddemperens geometri og absorpsjonsegenskaper et dempingsmaksimum ved vesentlig høyere frekvenser. For the above-mentioned applications there is a need for damping, preferably within the frequency range 50-500 Hertz. The muffler types that are currently available provide low attenuation within this frequency range and have due the muffler's geometry and absorption properties a damping maximum at significantly higher frequencies.

For oppnåelse av tilstrekkelig demping kreves enten større tykkelse av det absorberende materiale eller en større samlet lyddemperlengde. På denne måte kommer man i konflikt med plass-kravene i bygninger og -andre konstruksjoner. Hensikten med oppfinnelsen er å gi anvisning på en kanallyddemper som ikke oppviser de ovennevnte ulemper. In order to achieve sufficient damping, either a greater thickness of the absorbent material or a greater total muffler length is required. In this way, you come into conflict with the space requirements in buildings and other constructions. The purpose of the invention is to provide instructions for a duct silencer which does not exhibit the above-mentioned disadvantages.

Det som karakteriserer oppfinnelsen, er at anordningen innbefatter bare passasjer med en tverrsnittsform hvor begrensnings flaten er sammensatt av minst tre mot passasjen konvekse overflater som grenser slik til hverandre at tverrsnittet har en stjernelignende form med minst tre spisser. What characterizes the invention is that the device only includes passages with a cross-sectional shape where the limiting surface is composed of at least three convex surfaces towards the passage that border each other so that the cross-section has a star-like shape with at least three points.

En rekke utførelsesformer av oppfinnelsen vil bli beskrevetA number of embodiments of the invention will be described

i det etterfølgende under henvisning til tegningen.hereinafter with reference to the drawing.

- Fig. 1 viser en del av en kanal forsynt med den lyddempende anordning ifølge oppfinnelsen. - Fig. 1 shows a part of a channel provided with the sound dampening device according to the invention.

- Fig. 2 er et snitt etter linjen II-II på fig. 1.- Fig. 2 is a section along the line II-II in fig. 1.

- Fig. 3 viser en utførelsesform hvor stjerneformen er seks-hjørnet og kanalens omhylning er sekssidet. Stiplet er der vist en variant med sirkelsylindrisk omhylning. - Fig. 4 viser en annen utførelsesform med kvadratisk omhylning, og - Fig. 3 shows an embodiment where the star shape is six-cornered and the channel envelope is six-sided. The dotted line shows a variant with a circular-cylindrical envelope. - Fig. 4 shows another embodiment with a square enclosure, and

- fig. 5 viser en ytterligere utførelsesform av denne.- fig. 5 shows a further embodiment of this.

- Fig. 6-8 viser varianter hvor kanalomhylningen er sirkelsylinderformet, mens den langsgående passasje har forskjellig stjerneformer i tverrsnitt. - Fig. 6-8 shows variants where the channel casing is circular-cylindrical, while the longitudinal passage has different star shapes in cross-section.

På fig. 1 er der således i aksonometrisk riss vist en lengde-enhet av en kanal med omgivende omhylning 1 av platemateriale. v..! kanalen er der lagt inn fire legemer 2 av lydabsorberende materiale. Hvert legeme 2 har i tverrsnitt form av en kvart-sirkel hvor radien tilsvarer halvparten av sidelengden av den kvadratiske tverrsnittsform av omhylningen. Ved at hver av de buede flater vender sin konvekse overflate innover, fås der inne i kanalen en passasje 3 med stjerneformet tverrsnitt. Passasjen 3 strekker seg ubrutt gjennom kanalen, og endestyk-kene av det lydabsorberende materiale 2 kan være avrundet slik at den innstrømmende luft gjennom passasjen 3 møter en strøm-linjeform. Denne form for lyddempende legeme inne i plateomhyl-ningen 1 er særlig egnet fra et fremstillingssynspunkt, da hvert legeme 2 av lydabsorberende materiale lett fremstilles av en homogen sirkelsylinder av lydabsorberende materiale som er skåret opp i lengderetningen slik at der fås legemer med kvart-sirkelformet tverrsnitt. Den beskrevne utførelsesform er særlig fordelaktig pga. at lydabsorpsjonsmaterialet har stor tykkelse og avstanden mellom belagte overflater er liten. Som følge av den kvadratiske omhylning fås der i forhold til en sirkelsylindrisk omhylning et større effektivt lyddempervolum uten at det innvirker på den plass demperen opptar i bygningen. De rørformede legemer av lydabsorberende materiale med kvartsirkeltverrsnitt gir økt effektiv tykkelse av absorbsjonsmaterialet, mindre avstand mellom belagte overflater og en positiv virkning ved at lyd-bølgen trenger gjennom det absorberende materiale utenfra og innover istedenfor innenfra og utover som ved vanlige lyddempere. (Lydbølgen møter en avtagende flate når den trenger gjennom det absorberende materiale i henhold til den foreliggende oppfinnelse, mens arealet er økende for konvensjonelle lyddem-perkonstruksjoner.) Fig. 3 viser en variant av oppfinnelsen. I dette tilfellet har omhylningen 4 sekskantet tverrsnitt, og legemene 5 av lydabsorberende materiale er anordnet i et antall av seks og har hovedsakelig parabelform med spissen vendende innover. Passasjen 7 er stjerneformet med seks spisser. En variant av denne utførelsesform er at omhylningen isteden er sirkelsylinder-vformet som antydet med stiplede linjer 8. Fig. 4 viser en ytterligere utførelsesform hvor omhylningen 1 har kvadratisk tverrsnitt. Passasjen 9 er stjerneformet med fire spisser. Den mot passasjen 9 vendende begrensningsflate 10 utgjøres av en kvadrant av en sirkelsylinderformet plastfolie hvis konvekse side vender inn mot passasjen 9. Plastfolien kan være perforert for å slippe igjennom luft, og andre materialer enn plastfolie kan benyttes. Plastfolien tjener til å beskytte og holde formen av legemet 11 av lydabsorberende materiale. Fig. 5 viser enda en utførelsesform hvor omhylningen for kanalen har kvadratisk tverrsnitt. De lydabsorberende legemer 12 dannes av kvadranter av en sirkelsylinder med tykk vegg, hvor- ved der i hvert hjørne av kanalen fås en luftspalte 13. Passasjen 14 er stjerneformet med fire spisser på samme måte som i utførelsesformen på fig. 4. Fig. 6 viser en kanal som er begrenset av en sirkelsylinderformet omhylning 15. Passasjen 16 er stjerneformet med fire spisser, og den overflate av hver av de lydabsorberende legemer 17 som begrenser passasjen, er satt sammen av to plane flater 18 og 19 som støter sammen i en vinkel som peker inn mot det indre av passasjen. Begrensningsflaten for det absorberende legeme 17 får på denne måte likeledes en konveks form. Fig. 7 viser en variant av utførelsesformen på fig. 6 med sirkelsylinderformet omhylning 15. Her er passasjen 20 stjerneformet med tre spisser, og i tverrsnitt utgjøres begrensnings-flatene for de absorberende legemer 21 av sirkelbuer. In fig. 1 is thus shown in an axonometric view of a length unit of a channel with a surrounding envelope 1 of plate material. w..! four bodies 2 of sound-absorbing material have been inserted into the channel. Each body 2 has a cross-sectional shape of a quarter circle, the radius of which corresponds to half of the side length of the square cross-sectional shape of the casing. As each of the curved surfaces faces its convex surface inwards, a passage 3 with a star-shaped cross-section is obtained inside the channel. The passage 3 extends unbroken through the channel, and the end pieces of the sound-absorbing material 2 can be rounded so that the inflowing air through the passage 3 meets a streamline. This form of sound-absorbing body inside the plate casing 1 is particularly suitable from a manufacturing point of view, as each body 2 of sound-absorbing material is easily produced from a homogeneous circular cylinder of sound-absorbing material which is cut lengthwise so that bodies with a quarter-circular cross-section are obtained . The described embodiment is particularly advantageous because that the sound absorption material has a large thickness and the distance between coated surfaces is small. As a result of the square casing, compared to a circular-cylindrical casing, a larger effective silencer volume is obtained without affecting the space the silencer takes up in the building. The tubular bodies of sound-absorbing material with a quarter-circle cross-section provide an increased effective thickness of the absorption material, a smaller distance between coated surfaces and a positive effect in that the sound wave penetrates the absorbing material from the outside and in instead of from the inside and out as with normal silencers. (The sound wave encounters a diminishing surface when it penetrates the absorbent material according to the present invention, while the area is increasing for conventional silencer constructions.) Fig. 3 shows a variant of the invention. In this case, the casing 4 has a hexagonal cross-section, and the bodies 5 of sound-absorbing material are arranged in a number of six and are mainly parabolic in shape with the tip facing inwards. Passage 7 is star-shaped with six points. A variant of this embodiment is that the casing is instead circular-cylindrical v-shaped as indicated by dashed lines 8. Fig. 4 shows a further embodiment where the casing 1 has a square cross-section. Passage 9 is star-shaped with four points. The limiting surface 10 facing the passage 9 is made up of a quadrant of a circular cylinder-shaped plastic foil whose convex side faces the passage 9. The plastic foil can be perforated to let air through, and materials other than plastic foil can be used. The plastic foil serves to protect and keep the shape of the body 11 of sound-absorbing material. Fig. 5 shows yet another embodiment where the casing for the channel has a square cross-section. The sound-absorbing bodies 12 are formed by quadrants of a thick-walled circular cylinder, whereby an air gap 13 is obtained in each corner of the channel. The passage 14 is star-shaped with four points in the same way as in the embodiment in fig. 4. Fig. 6 shows a channel which is limited by a circular cylindrical casing 15. The passage 16 is star-shaped with four points, and the surface of each of the sound-absorbing bodies 17 which limits the passage is composed of two flat surfaces 18 and 19 which collide at an angle that points towards the interior of the passage. The limiting surface for the absorbent body 17 also takes on a convex shape in this way. Fig. 7 shows a variant of the embodiment in fig. 6 with a circular cylinder-shaped casing 15. Here, the passage 20 is star-shaped with three points, and in cross-section the limiting surfaces for the absorbent bodies 21 are formed by circular arcs.

Fig. 8 viser en ytterligere variant av utførelsesformen påFig. 8 shows a further variant of the embodiment of

fig. 6 og 7 med en sirkelsylindrisk omhylning 15. Passasjen 22 er stjerneformet med fire spisser, og de absorberende legemer 23 har innadvendende begrensningsflater som i tverrsnitt er sirkelbueformede. fig. 6 and 7 with a circular-cylindrical envelope 15. The passage 22 is star-shaped with four points, and the absorbent bodies 23 have inward-facing limiting surfaces which in cross-section are circular arc-shaped.

Legemene av det lydabsorberende, porøse materiale skal være homogene og fremstilt slik at der fås en jevn eller mot hjørne-punktene økende strømningsmotstand. Montasjen kan utføres ved at legemene f.eks. limes fast på innsiden av omhylningen, som f.eks. kan være fremstilt av platemateriale. Legemene kan fremstilles f.eks. ved formpressing av mineral- eller glassull som ved valg av en passende mengde utgangsmateriale gis en egnet avpasset tetthet og strømningsmotstand. Flere lyddempere ifølge oppfinnelsen kan eventuelt stables over hverandre eller monteres ved siden av hverandre slik at den ønskede totale tverrsnittsdimensjon oppnås. The bodies of the sound-absorbing, porous material must be homogeneous and manufactured so that a uniform or increasing flow resistance is obtained towards the corner points. The assembly can be carried out by the bodies e.g. is glued to the inside of the casing, which e.g. can be made of plate material. The bodies can be produced e.g. by molding mineral or glass wool, which, by choosing a suitable amount of starting material, gives a suitably adjusted density and flow resistance. Several silencers according to the invention can optionally be stacked on top of each other or mounted next to each other so that the desired total cross-sectional dimension is achieved.

For reduksjon av det samlede trykkfall over lyddemperen ved luftstrømning kan mineralullegemene i lyddempernes endepartier To reduce the overall pressure drop across the silencer when air flows, the mineral wool bodies in the end parts of the silencers can

gis en egnet aerodynamisk utformning som tidligere antydet.given a suitable aerodynamic design as previously indicated.

Ved lave frekvenser kan lyddempingen beregnes i henhold til Sabines kanaldempningsformel: At low frequencies, the sound attenuation can be calculated according to Sabine's channel attenuation formula:

■D = 1,05 x a<1>'<4>x (U/A)■D = 1.05 x a<1>'<4>x (U/A)

hvor U er omkretsen av den med absorpsjonsmateriale belagte overflate og A er det frie tverrsnittsareal. where U is the circumference of the surface coated with absorption material and A is the free cross-sectional area.

Det er lett å vise at geometrien av absorpsjonsmaterialet i henhold til den foreliggende oppfinnelse gir et gunstigere forhold U/A enn geometrien ved vanlig forekommende lyddempere med rør som er kledd med absorpsjonsmateriale. It is easy to show that the geometry of the absorption material according to the present invention gives a more favorable ratio U/A than the geometry of commonly occurring silencers with tubes that are covered with absorption material.

EKSEMPEL A:EXAMPLE A:

For en-vanlig lyddemper (Spiro-demper) med en lengde på 1 m,For a standard silencer (Spiro silencer) with a length of 1 m,

et tilslutningsparti med en diameter på 100 og et ytre rør med en diameter på 200 er a lik 0,2, U lik 0,314, A lik 0,0078 og U/A lik 40,2 ved 125 Hz. Dempingen blir 3,78 dB. a connection part with a diameter of 100 and an outer pipe with a diameter of 200 is a equal to 0.2, U equal to 0.314, A equal to 0.0078 and U/A equal to 40.2 at 125 Hz. The attenuation is 3.78 dB.

EKSEMPEL B:EXAMPLE B:

v Ved en lyddemper i henhold til den foreliggende oppfinnelse'med lengde 1 m, tilslutningsdiameter 100 og en kvadratisk omhylning med sidelengde 200 mm er U lik 0,628, A lik 0,0086 og U/A lik 73 ved en innvendig fylling med et mineralullegeme med diameter 200 mm. Dempingen blir dermed 6,87 dB. Hvis diameteren av mineralullegemet velges noe større enn 200 mm, f.eks. 203 v In the case of a silencer according to the present invention with length 1 m, connection diameter 100 and a square envelope with side length 200 mm, U equals 0.628, A equals 0.0086 and U/A equals 73 with an internal filling with a mineral wool body with diameter 200 mm. The attenuation is thus 6.87 dB. If the diameter of the mineral wool body is chosen something larger than 200 mm, e.g. 203

mm, blir A lik 0,0078 og U/A lik 80,5 hvilket gir en demping på 7,60 dB. Ved økt tykkelse av det absorberende materiale blir først og fremst lavfrekvensdempingen forbedret. Også verdien a påvirkes altså av geometrien av absorpsjonsmaterialet ifølge den foreliggende oppfinnelse. En viss ytterligere økning ved 125 Hz kan altså ventes. mm, A equals 0.0078 and U/A equals 80.5, which gives an attenuation of 7.60 dB. When the thickness of the absorbing material is increased, the low-frequency damping is primarily improved. The value a is thus also affected by the geometry of the absorption material according to the present invention. A certain further increase at 125 Hz can therefore be expected.

Det fremgår at dempingen ved lave frekvenser blir mer enn dob-belt så høy ifølge oppfinnelsen, først og fremst som følge av den større verdi av U/A. For at denne dempingsøkning skal oppnås, bør dog strømningsmotstanden optimeres for denne geometri av absorpsjonsmaterialet. It appears that the damping at low frequencies is more than twice as high according to the invention, primarily as a result of the larger value of U/A. In order for this damping increase to be achieved, however, the flow resistance should be optimized for this geometry of the absorption material.

Sammenfattende kan det sies at en lyddemper ifølge den foreliggende oppfinnelse gir vesentlige forbedringer av lyddempingen, spesielt i lavfrekvensområdet, under forutsetning av at det frie gjennomstrømningsareal holdes konstant og strøm-ningsmotstanden optimeres for den nye geometri av absorpsjonsmaterialet. In summary, it can be said that a silencer according to the present invention provides significant improvements in sound attenuation, especially in the low frequency range, on the condition that the free flow area is kept constant and the flow resistance is optimized for the new geometry of the absorption material.

Claims

1. Device for dampening duct-borne air sound, comprising an envelope that encloses a channel, and a structure placed in the envelope (2, 5, 11, 12, 17, 21, 23) which includes sound-absorbing material and is designed in such a way that there is at least one free, elongated passage which has a defined cross-sectional shape and is surrounded by a surface which constitutes the internal limiting surface for the sound-absorbing construction, characterized in that the device only includes passages with a cross-sectional shape where the limiting surface is composed of at least three surfaces convex to the passage which border to each other so that the cross-section (3, 7, 9, 14, 16, 20, 22) has a star-like shape with at least three points.

2. Device as stated in claim 1, characterized in that the cross-section of the convex surfaces is arc-shaped.

3. Device as stated in claim 2, characterized in that the arc form is made up of a circular arc. v

4. Device as stated in claim 2, characterized in that the arc form is made up of an ellipse arc.

5. Device as stated in claim 1, characterized in that the cross-section of the convex surfaces consists of an open polygon (18, 19).

6. Device as specified in one of the preceding claims, characterized in that the tips of the cross-section lie on the boundary lines for the outer cross-section contour of the sound-absorbing material construction (2).

7. Device as stated in one of the preceding claims, characterized by the outer cross-sectional contour of the material structure (2, 5) being a polygon.

8. Device as stated in one of the preceding claims, characterized in that the outer cross-sectional contour of the material structure (7, 21, 23) is a circle.

9. Device as specified in claim 2, characterized in that the material construction consists of the parts of a homogeneous cylindrical body with a circular or elliptical cross-section which is symmetrically cut up in the longitudinal direction into four equal parts (2, 11, 12) which are placed with the cylindrically curved surface towards the center of the construction, so that between the free parts (2, 11, 12) a star-shaped passage (3, 9, 14) is formed.

10. Device as stated in claim 9, characterized in that the flow resistance of the body of sound-absorbing material increases in leaps and bounds or continuously inwards towards the corners of the cut, quadrant-shaped cylindrical sub-body (2, 11).

11. Device as stated in claim 9, (. characterized in that the star-shaped channel between the four structural parts has an aerodynamic shape in that the inflow and outflow ends of the parts are given a streamlined shape in order to obtain a low overall pressure drop and a low inherent sound generation above the silencer in the event of air flow.

12. Device as specified in one of the preceding claims, characterized in that the sound-absorbing material in the construction consists of a number of parts.

13. Device as stated in one of the preceding claims, characterized in that the convex surfaces are formed by the limiting surface of the sound-absorbing material.

14. Device as specified in one of claims 1-8 and 10-12, characterized in that the convex surfaces (10) are made of a different material than the sound-absorbing material, and that this material is a sound-permeable material or a sound-permeable designed material.

15. Device as specified in one of claims 1-8 and 10-12, characterized in that the convex bodies (12) of sound-absorbing porous material are designed as cylindrical shells, so that between the casing (1) and the mineral wool bodies (12) an air space (13) or an air gap.