SE440135B - Anordning for dempning av ljud i fluid i en icke axialsymmetrisk turbulent strom - Google Patents

Description

8301952-'1 10 l5 20 25 30 3,5 2 Vissa av dessa anordningar för dämpning av ljudet i gaser är kornplicera- de, klumpiga och dyrbara. Andra ändrar inte effektivt ett icke axelsymmetriskt flöde från en ventil till ett önskvärt axelsymmetriskt flöde.

Ett ändamål med denna uppfinning är att åstadkomma en ny anordning för dämpning av ljud i en fluid i icke axelsymmetriskt turbulent flöde vilken övervinner nackdelarna och bristerna med tidigare anordningar.

Detta âstadkommes enligt uppfinningen med en anordning innefattande ett flertal i en sats anordnade rör med olika tvärsektionsstorlek men med huvudsakligen samma tvàrsektionsform, vilken rörsats är placerad i en ledning, vilken kännetecknas av att ledningen har inlopps- och utloppsändar anordande på avstånd från varandra i längdriktningen, att varje rör 'ar öppet vid båda ändarna för att bilda en längsgående, strömningsbana genom varje rör och genom dess ändar, att làngdaxeln för vart och ett av rören axiellt ligger-i linje med ett plan genom ledningens längdaxel, att rören ligger excentriskt i förhållande till varandra så att en yta hos varje rör ligger. nära intill en yta hos varje intilliggande rör utmed rörens längd, och att en kopplingsanordning förbinder rören, med det minsta röret axiellt i linje med källan för icke axelsymmetriskt turbulent flöde, varigenom fluiden går in i alla rören väsentligen samtidigt och sedan i tur och ordning i huvudsak fyller varje rör, så att alla rören är i huvudsak fyllda när fluiden lämnar anordningen.

Andra ändamål och fördelar med uppfinningen framgår klarare av den följande beskrivningen. l Fig. l-ll visas en för närvarande föredragen utformning av den ljuddämpande anordningen anordnad direkt nedströms en icke .ixr-lsyriiiiictrisk öppnande ventilplugg för att göra strömningen huvudsakligen axelsyrnmetrisk och för att dämpa ljudet i fluiden i den turbulenta strömningeit.

Den visade ventilen 10 är en kulventil, men man inser att den ljuddämpande anordningen enligt uppfinningen med fördel kan användas även vid andra ventiler. Kulventilen 10 kan vara liknande den visad i US-pateiitet 3 4146 477, vilken är konmiersiellt känd som Vee Ball -ventilen, Fisher (lontrrals Company, Inc. Eftersom detaljerna i ventilen lO inte utgör någon del av föreliggande uppfinning, beskrivs ventilen 10 enbart sa långt som den är funktionellt förbunden med den ljuddämpande anordningen l2 enligt denna uppfinning.

Kulveritileii 10 innefattar ett ventilhus 11+ rned en ventilplugg lo med axelärldar 18 och 20 lagrade i huset 14. En tätning 22, som företrädesvis är gjord av ett elastiskt elastomert material, hålls på plats av en tätningsriisig 24.

Tatningsringeii 24 hålls pä plats på ventilhuset 14 rnedelst lämpliga lasthållnirigs- 10 15 20 25 30 35 as019s2-1 3 organ, t.ex. huvudskruvar 26. Det bör observeras att tärningen 22 sitter nedströms ven tilpluggen 16.

Normalt är en kulventil installerad i en ledning, så att den yttre ytan av kulpluggen är vänd uppströms då den är i stängt läge. Trots att kulventilen kan vara installerad på sådant sätt är enligt en föredragen utformning av uppfin- ningen kulventilen 10 anordnad i en omvänd flödesutformning, dvs. tätningen 22 mot vilken kulventilpluggen 16 tätar befinner sig nedströms inloppet till ventilhuset 14. När kulventilpluggen 16 är stängd, såsom t.ex. visas i Fig. 5, kommer fluiden att stöta mot innerytan av kulventilpluggen. När kulventilplug- gen 16 öppnar, kommer strömningen att börja från bottnen på ett icke axelsymmetriskt sätt, såsom visas i Fig. 6. Når fluiden strömmar genom den ljuddämpande anordningen, kommer fluiden gradvis att tendera att fylla passagerna rnellan rören och ändras till en fullt utvecklad rörströmning (dvs. huvudsakligen axelsynirnetrisk strömning) av den ljuddàmpande anordningen. Det bör inses att den ljuddärnpande anordningen kan vara monterad iett vertikalt rör eller i en vinkel, sä länge dess minsta rör ligger i linje med början av kulventileris i öppnande eller källan till en icke axelsymmetrisk strömníng.

Kulventilen l0 är belägen mellan flänsen 28 på ledningen 30 och flänsen 32 på ledningen 34. Skruvorgan 36 fastsspänner kulventilen l0 mellan flänsarna 28 och 32. Skruvorganen 36, som i omkretsriktningen är utspridda runt kulventilen 10, fastspänner även den ljuddämpande anordningen 12 på plats såsom beskrivs närmare nedan.

Den ljuddämpande anordningen 12 enligt den föredragna utformningen av denna uppfinning innefattar en ringformig fläns 40 fastsatt vid det yttre av ett flertal av parallella, i en sats anordnade rör. l utformningen enligt Fig. l-6 finns sju rör 42-48. Rören 42-48 är lämpligtvis med små häl försedda metallrör, som är excentriskt monterade inuti varandra. Såsom framgår av ritningen är förens tvärsektioner av olika storlekar, men rören har emellertid liuvurisakligeri san-lina tvärsektionsforrn. Såsom bäst framgår av Fig. 2 är rören 42-48 läiripligtvis cirkulära. En huvudsakligen vertikalt sig sträckande klammer 52 âir anordnad lör att lrjälpa till att bibehålla formen av rören 42-48. Rören är tastsvetsade vid ändarna och längs deras längd med klammern 52. Rören 42-48 ligger tätt intill varandra intill sina lägsta ytor, såsom framgår t.ex. i Fig. 3- Med hänvisning till Fig. 4 visas klammern 52 och det-yttre röret 48. Det inses att varje rör är format på. ett liknande sätt, dvs. med den övre slitsen längs dess längd och med bottnen försedd med enbart partiella slitsar, Lex. slitsar 53, 54, som sträcker sig inåt frän varje ände av röret 48. Slitsarna 53, 54 kan vara i ccntrnrn av rören eller innanför ändarna i vissa applikationer lör att unde-rulla placering i linje av de olika koncentriska rören relativt klammern 52 och för att l l 8301952-'1 10 15 20 25 30 35 4 underlätta framställning av rören. Rören 42-48 är ihopsatta i en sats. Klammerri 52 är inskjuten i dei linje med varandra liggande övre slitsarna 55, med flikarna 52a resp. 52b i slitsarna 53 och 54. Varje cylinder (med början rned den med minsta diametern) är fastsatt vid klammern 52 en i taget och svetsad. Riireri kan vara anslutna till klammern 52 antingen tätt intill varandra vid bottnen (t.ex. 6,5 mm från varandra såsom visas i Fig. 9) eller i linjeberöring vid bottnen, såsom visas i Fig. 2. Klammern 52 förstyvar och stärker de med små hål försedda och i en sats anordnade rören. Avståndet mellan rören vid bottnen i iitforniningen visad i Fig. 9, t.ex., kan ökas nâgot för ljuddämpande anordningar med större diameter. Nyckeln till lyckade resultat är att få så stor rörexceritricitet som möjligt i överensstämmelse med utformningen för mekanisk styrka för att motstå de mycket stora krafter som förekommer i många applikationer.

Längdaxeln för varje rör ligger huvudsakligen i linje med varandra i ett plan genom ledningens 34 längdaxel. Vidare är rören 42-48 anordnade excentriskt i linje med varandra. De kan vara anordnade så att en yta på varje rör är i linjekontakt med en yta på varje intilliggande rör längs deras längder, såsom Lex. i utformningarna enligt Fig. 2 och 3, och Fig. 7 och 8.Linjekontakten mellan rören i modiferingarna enligt Fig. 7 och 8 är huvudsakligen vid en gemensam linje, med marginal för tjockleken hos väggarna hos vart och ett av rören.

Alternativt kan rören vara anordnade tätt intill varandra vid sina bottnar såsom visas i Fig. 9 och io. i _ En valfri, men föredragen, utformning av denna uppfinning iir de :ned små häl försedda eller perforerade väggarna hos vart och ett av rören 42-48.

Perforeringarna eller hälen är företrädesvis ungefär 3 mm i diameter och bör inte vara större än 6,5"mtn i diameter för ljuddämpare, där röret med största diametern är i storleksordningen 45 cm. I tester har bästa resultat uppnåtts med hål med 3 mm diameter och där den totala öppna ytan är ungefär 4096 av den yttre ytan av ett rör. För större ljuddämpare i storleksordningen 60 cm ytterdiameter kan tjockare metall användas för rören och större hål, i storleksordningen 9 mm eller till och med 12,5 mm, skulle behövas.

En annan egenskap hos uppfinningen är förhållandet mellan längden av rören 42-48 och diametern för inloppet till ledningshuset hos den ljuddämpande anordningeri 12. Man har upptäckt, att rören 42-48 bör ha en karaktåiristisk längd av åtminstone 1,2 gånger den karaktäristiska inloppshäldiriiensionen hos basen innehållande källan för den icke axelsymmetriska strömningen (såsom basen av tätníngsringen 24 i Fig. 1). Bästa resultat förväntas, då rören 42-48 har en karaktàristisk längd av från 1,5 till 4 gånger den karaktäristiska inlopps- håldimensionen hos ledningen. Normalt har tätningsringen 24 och ledningen 34 10 15 20 25 30 35 fr. = .ialf-flwlwwivaa 8301952-1 5 samma tvàrsektiorisform, och tätningsringen 24 har samma eller mindre diameter än ledningen 34.

Orienteringen av den ljuddämpande anordningen 12 i förhållande till ventilpluggen 16 har upptäckts vara betydelsefull. För bästa resultat mäste det minsta röret 42 vara beläget i linje med den begynnande öppningen av ventilen, så att den begynnande strömningen från ventilens öppning leds in i det minsta röret. ' Nar ventilpluggen 16 (Fig. 6) öppnar för att medge icke axelsymmetrisk strömning från ventilhuset 14, kommer fluiden att passera genom hålet i tätningsringen 24 och komma in i samtliga rör huvudsakligen samtidigt nära den punkt där rören huvudsakligen är i samma linjekontakt, varvid den sedan huvudsakligen fyller varje rör i tur och ordning med början med det minsta röret 42, så att vid den tidpunkt då fluiden lämnar den ljuddämpande anordningen är huvudsakligen samtliga rör fyllda, med iluiden i fullt utvecklad rörströrraning.

Ljudet från fluiden dämpas då fluiden sprids radiellt och passerar genom de andra rören då den strömmar axiellt från inloppet till utloppet från den ljuddämpande anordningen 12. Den jämna övergången till axelsymmetrisk strömning i ledningen 34 nedströms ventilen 10 är vid en reducerad turbulensnivâ, och följaktligen är ljud och systemvibration minimerade för både gas och vätskesystem. Höghastig- hetsstrålar i ledningen 34 nedströms ventilen 10 är eliminerade. Tryckgradienten hos gasen i intilliggande rör är reducerad. Detta hjälper till att reducera turbulensen hos fluiden och följaktligen ljudet och vibrationerna lörorsakade i nedströmsledningen 34. _' Med hänvisning till Fig. 17 och 8 visas en modifierad ljuddämpande anordning 112. Den modifierade ljuddämpande anordningen 112 innefattar ett flertal i en sats anordnade rör excentriskt i linje med varandra, såsom i utformningen enligt Fig. 1-6. Fronten av rören 142-146 är emellertid konstruerad och anordnad att ligga längs en tänkt sfärisk yta, som är komplerneritär till den yttre sfäriska ytan hos en backkulventil, med vilken den ljuddämpande anord- ningen 112 skall användas. Den ljuddämpande anordningen 112 har en fläns 140 som kan vara fastspând till en kulventil mellan flänsarna på intilliggande ledningssektioner, såsom i Fig. 1. Alternativt kan flänsen 140 vara fastsatt vid kulventilen 10 medelst skruvar gående genom genomgående hål 170 i flänsen 140.

Funktionen hos den ljuddämpande anordningen 112 är huvudsakligen densamma som den för den ljuddämpande anordningen 12.

Nu :ned lilmvisiiilig till liig. 9 och Il) Visma t-n ljutldânnpanrlv .tum-timing 21"/ belägen mellan ledningar 30, 34 och anordnad direkt nedströms fran en källa lör icke axelsyriimetrisk strömning, t.ex. en skarp krök eller en kulventil. Ledning-ar- “ll 8301952-'1 10 15 20 25 6 na 30, 34 har vardera en flänsförsedd ände 28 resp. 32. Den ijuddämpande anordningen 212 innefattar en operforerad ledning 275, inuti vilken är anordnat ett flertal excentriskt i linje med varandra liggande rör 2142-2146, såsom i utformningen enligt Fig. 1-6. Ledningen 275 är försedd med flänsar 276 och 278 vid vardera änden, vilka passar ihop med flänsarna 28 resp. 32. Skruvar 280 eller liknande fastsättningsorgan är anordnade för fastsättning av flänsarna 28, 276 och 32, 278 vid varandra. Om så behövs kan fluidtätningar vara anordnade mellan de samverkande ytorna hos flänsarna 28, 276 resp. 32, 278. Den ljuddämpande anordningen 212 är densamma som anordningen 12 i Fig. 1-6, med undantag av att i den visade utformningen så består rörsatsen av fem rör istället för sju och rören är anordnade med små mellanrum till varandra vid sina bottnar istället för i linjekontakt som i Fig. l-6. Avståndet i storleksordningen 6,5 mm i en för närvarande föredragen utformning kan betraktas som oväsentligt, varför de i en sats anordnade rören enligt Fig. 9 och l0 kan betraktas som huvudsakligen i kontakt med varandra.

Det bör observeras att antalet rör i en sats kan variera beroende på applikationen. Medan det t.ex. fanns sju rör i utformningen enligt Fig. 2 och 3, fanns det fem rör i den ljuddämpande anordningen enligt Fig. 5 och 6 och Fig. 9 och 10, och det fanns sex rör i satsen i den ljuddämpande anordningen enligt Fig. 7 och 8.

Genom föreliggande uppfinning har åstadkommits en förbättrad ljuddäm- pande anordning, som kan användas i en ledning, men utnyttjas lämpligen nedströms en ventil med ett icke axelsymmetriskt utlopp. Då den används med en ventil med ett icke axelsymmetriskt utlopp, åstadkommer den ljuddämpande anordningen en jämn övergång till axelsymmetrisk strömning, varvid den reducerar turbulens hos fluiden och ljud härstammande därifrån, utan att medföra något signifikant tryckfall.

Claims (25)

1. 0 15 20 25 30 35 8301952-1 7 PATENTKRAV l. Anordning för dämpning av ljud i fluid i en icke axelsyniriwetrisk turbulent ström innefattande ett flertal i en sats anordnade rör (#2-#8) med olika tvärsektionsstorlek men huvudsakligen samma tvärsektionsfcrm, vilken r-'ñrsats är placerad i en ledning (3#), k a n n e t e c k n a d av att ledningen (34) har inlopps- och utloppsändar anordnade pâ avstånd från varandra i längdriktningen, att varje rör (#2-#8) är öppet vid båda ändarna för att bilda en längsgående strömningsbana genom varje rör och genom dess ändar, att längdaxeln för vart och ett av rören (#248) axiellt ligger i linje med ett plan genom ledningens (3#) längdaxel, att rören ligger excentriskt i förhållande till varandra så att en yta hos varje rör ligger nära intill en yta hos varje intilliggande rör utmed rörens längd, och att en kopplingsariord- ning (52) förbinder rören (#248), med det minsta röret (#2) axiellt i linje med källan för icke axelsymmetriskt turbulent flöde, varigenom fluiden går in i alla rören (#248) väsentligen samtidigt och sedan i tur och ordning i huvudsak fyller varje rör (#248), så att alla rören är i huvudsak fyllda när fluiden lämnar anordningen (12).

2. Anordning enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d av att den vidare innefattar en ventil (10), som är belägen nära ledningens (3#) inlopp, varvid ventilen (10) och rören (#248) är så belägna i förhållande till varandra, att då ventilen (10) öppnas för att tillåta flöde, detta fyller varje rör (#248) i tur och ordning med början med det minsta röret (#2), varigenom när fluiden lämnar anordningen (12) samtliga rör är i huvudsak fyllda med fluid och denna befinner sig i huvudsakligen fullt utvecklad rörströmning.

3. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t ec k n a d av att ventilen (10) är en kulventil. #.

4. Anordning enligt Päteflfkfßvßï 3, k ä n n e t e c k n a d av att kulventilen (10) är en sådan med ornvärrd flödesutformning.

5. Anordning enligt något av patentkraven l till 4, k ä n n e t e c k n a d av att rören (#248) anligger mot varandra huvudsakligen i linjeberöring.

6. Anordning enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a d av att kontakten mellan samtliga rör (#2-#8) är huvud- sakligeri vid en gemensam linje med marginal för rörväggarnas tjocklek. 8301952-1 lO IS 20 25 30 8 l.

7. Anordning enligt riâgot av patentkraveln l till 6, l< ii n n c t e c: k n a d av att varje rör (IiZ-llß) är slitsat upptill och nertill, varvid den övre slitsen (55) sträcker sig över rörets längd, och att en klarnmer (52) går genom de övre slitsarna (55) och är ansluten till rören.

8. Anordning enligt något av patentkraven l till 7, k n n e t e c k n a d av att varje rör (42-48) har en karaktäristisk längd av minst 1,2 gånger den karaktäristiska inloppshåldimerxsionen.

9. Anordning enligt patentkravet 8, k ä n n e t e c k n a d av att varje rör (42-48) har en karaktäristisk längd av från 1,5 till 4 gånger den karaktäristiska inloppshåldimensionen.

10. Anordning enligt något av patentkraven I till 9, k ä n n e t e c k n a d av att ledningen (34) och rören (#246) är cirkulära i tvärsektion.

11. ll. Anordning enligt något av patentkraven l till 10, k ä n n e t e c k n a d av att rören (42-48) har med små hål försedda väggar.

12. Anordning enligt något av patentkraven 1 till lO, k ä n n e t e c k n a d av att rören (4248) har perforerade väggar, varvid perforeringarna är upp till ungefär 6,5 mm i diameter.

13. Anordning enligt något av patentkraven l till 7, k ä n n e t e c k n a d av att ledningen (34) och rören (42-418) är církulära i tvärsektion, och att rören (42-48) har med små hål försedda väggar och har en karaktäristisk längd av från 1,5 till 4 gånger den karaktäristiska inlopps- håldirnensionerl. 11+.

14. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att varje rör (#248) har en karaktäristisk längd av minst 1,2 gånger den karaktäristiska inloppsdimensionen.

15. Anordning enligt patentkravet lll, k ä n n e t e c k n a d av att varje rör (OZ-LIS) har en karaktäristisk längd av från 1,5 till ll gånger den karaktäristiska inlopshåldirnensionen.

16. Anordning enligt något av patentkraven 2, lll eller 15, k ä n n e t e c k n a d av att ledningen (Bk) och rören (42-48) är cirkulära i tvärsektion. 10 l5 20 25 8301952-1 9

17. Anordning enligt något av patentkraven 2, ll: eller 15, k ä n n e t e c k n a d av att rören (42-48) har med små hålförsedda väggar.

18. Anordning enligt något av patentkraven 2, lll eller 15, k ä n n e t e c k n a d av att rören (42-48) har perforerade väggar, varvid perioreringarna är hål upp till ungefär 6,5 mm i diameter.

19. Anordning enligt patentkravet 15, k ä n n e t e c k n a d av att ledningen (34) och rören (142-148) är cirkulära i tvärsektion, och att rören (42-48) har med små hål försedda väggar och har en karaktäristisk längd av från 1,5 till 4 gånger den karaktäristiska inlopps- hàldimensionen.

20. Anordning enligt patentkravet ll, k ä n n e t e c k n a d av att varje rör (4248) har en karaktäristisk längd av minst 1,2 gånger den karaktäristiska inloppshåldimensionen.

21. Anordning enligt patentkravet 20, k ä n n e t e c k n a d av att varje rör (142-118) har en karaktäristisk längd av från 1,5 till l: gånger den karaktäristiska inloppshâldimensionen.

22. Anordning enligt något av patentkraven ll, 20 eller 2l, k ä n n e t e c k n a d av att ledningen (34) och rören (42-48) är cirkulära i tvärsektion.

23. Anordning enligt något av patentkraven 4, 20 eller 2l, k ä n n e t e c k n a d av att rören (42-48) har med små hål försedda väggar.

24. Anordning enligt något av patentkraven ll, 20 eller 2l, k ä n n e t e c k n a d av att rören (42-48) har perforerade väggar, varvid períoreringarna är hål upp till ungefär 6,5 mm i diameter.

25. Anordning enligt patentkravet 2l, k ä n n e t e c k n a d av att ledningen (34) och rören (42-48) är cirkulära i tvärsektion, och att rören har med små hål försedda väggar och har en karaktäristisk längd av från 1,5 till 4 gånger den karaktäristiska inloppshäldimen- sionen.