Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer, der von einem Fluid durchströmt wird und ein Gehäuse und schallabsorbierende Einbauten aufweist, wobei mehrere schallabsorbierende Einbauten in Strömungsrichtung angeordnet sind.

In verfahrenstechnischen Anlagen befinden sich häufig Quellen von hohen Lärmemissionen, beispielsweise Maschinen wie Entspannungsturbinen oder Verdichter. Insbesondere in der Beschaufelung von Entspannungsturbinen werden schmalbandige Lärmpegel erzeugt, die ohne Dämpfung über Ein- und Austrittsleitungen übertragen und weiter über angeschlossene Stahlkonstruktionen nach außen abgestrahlt werden. Diese akustischen Emissionen, die zu einem großen Teil über das solche Maschinen durchströmende Fluid weitergeleitet werden, müssen auf ein erträgliches Maß reduziert werden. Neben konstruktiven Maßnahmen an den Maschinen selbst, die nur begrenzte Wirksamkeit entfalten, sind dazu Schalldämpfer geeignet, die am Austritt und/oder am Eintritt der Maschine angeflanscht werden.

Bisher bekannte Schalldämpfer der eingangs genannten Art enthalten faserige Materialien als schalldämmende Einbauten. Solche Vorrichtungen ergeben zwar eine in vielen Fällen befriedigende Schallabsorption, allerdings treten 1m praktischen Betrieb auch Nachteile auf. Die bekannten Schalldämpfer eignen sich nämlich nur für bestimmte Verfahrensbedingungen, insbesondere bezüglich des Aggragatzustandes des Flulds und der Betriebstemperatur sind ihrem Einsatz Grenzen gesetzt. Sie arbeiten daher in vielen Einsatzbereichen nicht

vollständig zufriedenstellend, vor allem hinsichtlich der AusfallSicherheit der Anlage und im Blick auf die Flexibilität der Verfahrensführung.

So haben faserige Absorptionsmaterialien durch das Einwirken tiefer Temperaturen, wie sie beispielsweise an Entspannungsturbinen in Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen auftreten, Auflösungserscheinungen gezeigt und zu Schäden in den Entspannungsturbinen geführt. Außerdem wird beim Auftreten von Flüssigkeit, etwa bei Entspannung ins Naßdampfgebiet, die Flüssigphase von faserigen Materialien teilweise aufgesaugt und die Dämpfungswirkung wird stark vermindert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer der eingangs genannten Art zu entwickeln, der wirtschaftlich besonders vorteilhaft ist, insbesondere durch hohe AusfallSicherheit, geringen Verschleiß und flexible Einsatzmöglichkelten.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die schallabsorbierenden Einbauten gewellte Bleche enthalten.

Dafür kommen vor allem gefaltete Aluminiumfolien in Frage, wie sie bereits in anderen Bereichen der Verfahrenstechnik als Einbauten eingesetzt werden, beispielsweise in Stoffaustauschkolonnen, Wärmetauschern und ähnlichen Apparaten. Sie sind leicht und kostengünstig herzustellen und weisen die angeführten Nachteile von faserigen Materialien nicht auf. Insbesondere sind sie auch Im Tieftemperaturbereich stabil und saugen Flüssigkeit nicht auf. Der erfindungsgemäße Schalldämpfer kann daher mit einem außerordentlich weiten Anwendungsbereich aufwarten und ist beispielsweise auch im kalten Teil einer Luftzerlegungsanlage einsetzbar, etwa am Eintritt und/oder Austritt einer Entspannungsturbine. Auch für den Fall, daß das Fluid flüssige Anteile enthält, treten im Gegensatz zu den bekannten Schall ämpfern keine Schwierigkeiten auf, da der erfindungsgemäße Schalldämpfer ohne Absorptionsfasern hergestellt wird.

Ausführliche Berechnungen und umfangreiche Messungen haben gezeigt, daß der erfindungsgemäße Schalldämpfer eine hohe Absorptionswirkung aufweist, die mindestens derjenigen der vorbekannten Vorrichtungen

entspricht. Insbesondere sch albandige Schallemissionen können außerordentlich wirksam gedämpft werden.

Vorzugswelse werden die gewellten Bleche der schallabsorbierenden Einbauten so angeordnet, daß die Wellenberge und -täler im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluids verlaufen. Damit erreicht man Innerhalb der schallabsorbierenden Einbauten einen hohen Strömungswiderstand in Strömungsrichtung und einen niedrigen Strömungswiderstand in einer dazu senkrechten Richtung.

Besonders günstig ist die Verwendung von gewellten Blechen, die jeweils aus mehreren in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten parallelen Streifen bestehen. Die Wellen zweier benachbarten Streifen sind gegeneinander versetzt, so daß zwischen jeweils zwei benachbarten Streifen spaltförmige Öffnungen vorhanden sind.

Solche Bleche, auch als geschnittene Fins bezeichnet, werden in großen Mengen und in großer Vielfalt für den Bau von Aluminium-Plattenwärmetauschern hergestellt und sind daher problemlos und kostengünstig zu beschaffen. Es hat sich gezeigt, daß diese Form besonders gut zur Schallabsorption in einem erfindungsgemäßen Schalldämpfer geeignet Ist.

Je nach speziellem Einsatz des Schalldämpfers können auch gelochte, ungelochte und ungeschnittene oder gelochte und geschnittene Bleche mit Vorteil verwendet werden. Auch der kombinierte Einsatz von verschiedenen Blechen ist möglich.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Amplitude der Wellen des Blechs auf die Schallwellenlänge abgestimmt. Dabei wird der Abstand zwischen Wellenbergen und -tälern ungefähr gleich einem Viertel der Wellenlänge des zu absorbierenden Schalls gewählt. In der Praxis haben sich geringfügige Abweichungen des Absorptionsmaximums von diesem theoretischen Wert ergeben, die genaue Abstimmung erfolgt anhand von Absorptionsmessungen.

Vorzugsweise werden die schallabsorbierenden Einbauten von mehreren parallel zueinander angeordneten Kulissen gebildet. Dabei sind die gewellten Bleche innerhalb von ebenen Kulissen angeordnet, die in der Regel jeweils zwei Deckplatten aufweisen, zwischen denen ein oder mehrere gewellte Bleche angeordnet sind.

Mindestens eine der beiden Deckplatten einer Kulisse weist Öffnungen auf, um den Schall ins Innere der Kulisse, das heißt zu dem oder den gewellten Blechen einzuleiten. Wenn eine Kulisse mehr als ein gewelltes Blech enthält, kann es trotzdem ausreichen, eine der beiden Deckplatten schalldurchlässig auszubilden. In diesem Fall dürfen zwischen jeweils zwei gewellten Blechen keine schallundurchlässigen Einbauten vorhanden sein, sondern lediglich durchlässige Trenngitter, beispielsweise Drahtgewebe.

Besonders günstig ist es jedoch, wenn 1n Weiterbildung des Erfindungsgedankens zwischen den Deckplatten einer Kulisse zwei gewellte Bleche und zwischen den beiden gewellten Blechen einer Kulisse eine im wesentlichen schallundurchlässige Trennplatte angeordnet sind. Die Trennplatte kann in diesem Fall aus einem massiven Blech mit entsprechender Stabilität bestehen. Es ist vorteilhaft, wenn bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Schalldämpfers beide Deckbleche schalldurchlässig ausgebildet sind, beispielsweise durch die Verwendung von Lochblechen.

Die beiden Deckplatten einer Kulisse können durch Niet-, Schraub-, Schweiß- oder ähnliche Verbindungen verbunden sein. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, die beiden Deckplatten und das oder die gewellten Bleche einer Kulisse miteinander zu verlöten. Mit dieser Technik kann an jedem Berührungspunkt der Bauteile eine kraftschlussige Verbindung hergestellt werden. Somit weisen die Kulissen extrem hohe Stelfigkeit auf und können auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten nicht ins Schwingen geraten.

Die Kulissen können grundsätzlich direkt in den Schalldämpfer eingebaut, das heißt direkt mit dem Gehäuse verbunden werden. Dies ist insbesondere bei

beengten Platzverhältnissen vorteilhaft, da der gesamte Innenraum des Gehäuses zur Bedämpfung ausgenutzt werden kann. Da das Gehäuse in der Regel in etwa zylinderförmig ausgebildet Ist, müssen jedoch die - zunächst quaderförmigen - Kulissen in ihren Höhenabmessungen einzeln entsprechend zugeschnitten und an den oberen und unteren Kanten abgeschrägt werden, um in das runde Gehäuse eingepaßt werden zu können. Dies bedingt einen relativ hohen Herstellungsaufwand.

Falls genügend Platz vorhanden ist, kann in günstiger Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers in dem Gehäuse ein Gerüst mit rechteckigem Querschnitt zur Befestigung der Kulissen eingebaut werden. Das Gerüst besteht vorzugsweise aus vier längs eingebauten rechteckigen Blechen und dient zur Befestigung der Kulissen. Sein Vorteil besteht darin, daß die Kulissen alle mit gleichen Abmessungen - und damit kostengünstig - gefertigt werden können.

Vorzugsweise Ist 1n dem Zwischenraum zwischen Gehäuse und Gerüst eine Abschottung angeordnet. Diese Abdichtung verhindert, daß Fluid und vor allem Schall über dem Zwischenraum an dem schallabsorbierenden Innenraum des Gerüst vorbeiströmen. Das Fluid strömt also nur im Innenraum des Gerüsts.

Das Gehäuse des Schalldämpfers ist vorzugsweise im wesentlichen zylindersymmetrisch zu einer in Strömungsrichtung verlaufenden Achse ausgebildet und umfaßt Kulissen und Gerüst. Sein Innendurchmesser muß daher mindestens gleich der Querschnitts-Diagonalen des Gerüsts sein. Das Gehäuse dient als druckfester Außenmantel des Schalldämpfers. Das Gehäuse ist vorzugsweise akustisch abgeschottet vom kulissentragenden Gerüst.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind ebenfalls symmetrisch zu der Achse an den beiden Enden des Schalldämpfers ein Eintrittsstutzen und/oder ein Austrittsstutzen mit kreisförmigem Querschnitt angordnet, deren Durchmesser kleiner oder gleich der größeren Seitenl nge des rechteckigen Querschnitts des Gerüstes zur Befestigung der Kulissen ist.

Für den Übergang zwischen dem kreisförmigen und dem rechteckigen Querschnitt sind zwischen Eintrittsstutzen beziehungsweise Austrittsstutzen und Kulissen Übergangsleitbleche angeordnet.

Zur Optimierung der Schallabsorption kann es vorteilhaft sein, wenn eine Kulisse jeweils zwei übereinander!iegende gewellte Bleche mit verschiedenen Amplituden enthält. Selbstverständlich können auch mehr als zwei gewellte Bleche in einer Kulisse enthalten sein.

Die beiden übereinander!iegenden Bleche können beispielsweise die gleichen Abmessungen haben. Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Wellungen der beiden übereinander!iegenden Bleche verschiedene Amplituden aufweisen. Durch entsprechende Abstimmung der Maße der gewellten Bleche, insbesondere der Amplitude der Wellungen, kann die Absorptionswirkung sehr flexibel an das Emissionsspektrum der Schallquelle angepaßt werden; es können auch mehrere Pegelspitzen bei verschiedenen Frequenzen bedämpft werden.

Dabei kann es günstig sein, wenn zwischen zwei benachbarten gewellten Blechen einer Kulisse ein Drahtgewebe angeordnet Ist. Damit ergibt sich eine genau definierte und stabile Lage der Bleche relativ zum jeweils benachbarten Blech. Die akustische Durchlässigkeit zwischen den beiden Blechen wird nicht beeinträchtigt.

In der Regel weisen die Kulissen im wesentlichen die Form von langgezogenen, flachen Quadern auf. In günstiger Ausbildung der Erfindung Ist jede Kulisse an genau einer Seitenfläche für das Fluid - und damit insbesondere für den Schall - durchlässig, wobei diese Seitenfläche parallel zur Strömungsrichtung und parallel zum Verlauf der Wellenberge und -täler des ihr benachbarten gewellten Blechs verläuft. Das Innere der Kulisse steht daher mit nur einem benachbarten Strömungskanal in Verbindung. Dabei kann jede Kulisse auch aus zwei oder mehr Abschnitten entlang der Achse des Gehäuses aufgebaut sein, wobei bei den in Achsrichtung hintereinander liegenden Abschnitten einer Kulisse die durchlässigen Flächen jeweils auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.

Zur Absorption besonders hoher Frequenzen kann die Kulisse auch beidseitig zur Strömung offene gewellte Bleche aufweisen. In diesem Fall Ist inmitten der Kulisse ein Trennblech eingefügt, das den Durchgang der Schallwellen von einem durchströmten Spalt in den benachbarten verhindert.

Beim erfindungsgemäßen Schalldämpfer kann die Dämpfung im Strömungsraum so wirksam sein, daß die Körperschallängsleltung über das Gehäuse denjenigen Effekt darstellt, der die Gesamtdämpfung begrenzt. Die Körperschalleitung kann deutlich verringert werden, indem ein Dämpfungsmantel über das Gehäuse geklemmt wird.

Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand einiger in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:

Figur 1 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Schalldämpfers mit innerem Gerüst in Gesamtdarstellung, jedoch ohne Kulissen, Figur 2 einen Querschnitt entlang Linie A-A von Figur 1, Figur 3 einen detaillierteren Längsschnitt mit den eingebauten Kulissen, Figur 4 das Detail D aus Figur 3, Figur 5 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers ohne Gerüst 1m Querschnitt, Figur 6 einen Schalldämpfer ohne Gerüst im Längsschnitt, Figur 7 eine beidseitig absorbierende Kulisse 1m Detail und Figur 8 die Außenansicht einer Ausführungsvariante mit Dämpfungsmantel.

Aus den schematischen Zeichnungen der Figuren 1 und 2 ist der Grundaufbau des Schalldämpfers eines ersten Ausführungsbeispiels ersichtlich. Das Gehäuse 1 ist zylindersymmetrisch um eine Achse 2 aufgebaut und mit einem Eintrittsstutzen 3 und einem Austrittsstutzen 4 verbunden. Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein Gerüst 5 eingebaut, das durch vier rechteckige, längs eingebaute Platten gebildet wird. In Figur 2 sind sämtliche vier Platten im Schnitt dargestellt; in Figur 1 sind zwei der Platten längs geschnitten und eine dazu senkrechte in Draufsicht erkennbar, die vierte Platte ist nicht sichtbar. Das Fluid strömt nur im Inneren des Gerüsts 5, der Zwischenraum zum Gehäuse 1 hat keine Funktion außer dem Übergang zur

zyllndermantelförmigen äußeren Hülle des Gehäuses 1, das die Druckfestigkeit des Schalldämpfers sicherstellt.

Die Diagonale des quadratischen Querschnitts des Gerüsts 5 Ist bei dem Ausführungsbeispiel gleich dem Innendurchmesser des Gehäuses 1 gewählt. In anderen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, die Diagonale etwas geringer zu bemessen. Die Durchmesser von Eintrittsstutzen 3 und Austrittsstutzen 4 sind ihrerseits kleiner oder gleich der Seltenlänge des quadratischen Querschnitts (= Plattenbreite) des Gerüsts 5, um die Strömung des Fluids durch den Schalldämpfer möglichst wenig zu behindern. Ein Übergang mit relativ niedrigem Strömungswiderstand zwischen den Stutzen 3, 4 mit kreisförmigem Querschnitt und dem Inneren des Schalldämpfers mit quadratischem Strδmungsquerschnitt wird durch Übergangsleitbleche 7a, 7b gewährleistet. Damit der Schall nicht über den Zwischenraum zwischen Gerüst 5 und Gehäuse 1 die Absorptionsstrecke umgehen kann, ist eine Abschottung 6 notwendig, die eine Verbindung zwischen Gerüst und Gehäuse darstellt, die weder vom Fluid noch vom Schall durchströmt werden kann. Die Übergangsleitbleche 7a, 7b weisen Öffnungen auf, die den Druckausgleich zwischen dem Zwischenraum und dem Innenraum des Gerüsts 5 gewährleisten.

Figur 3 zeigt im Gegensatz zu den schematischen Darstellungen in den Figuren 1 und 2 auch die Kulissen 8, welche innerhalb des quadratischen Querschnitts des Gerüsts 5 angeordnet sind und die Schalldämpfung bewirken. Wie in der Detaildarstellung von Figur 4 zu erkennen ist, besteht eine Kulisse aus zwei planparallelen Deckplatten 9, 10, die - im vorliegenden Falle zwei - Schichten aus jeweils einem gewellten Blech 11, 12 einschließen. Es sind auch Kulissen mit einer oder mehr als zwei derartigen Schichten denkbar.

Bei den gewellten Blechen handelt es sich um Aluminium-Fins, wie sie aus dem Plattenwärmetauscherbau bekannt sind. Im Fall von geschnittenen Fins Ist jedes der Bleche aus Streifen aufgebaut, die parallel zur Zeichenebene der Figur 4 verlaufen und deren Wellungen jeweils paarweise versetzt sind. Zwischen den Flanken zweier benachbarten Streifen befinden sich spaltförmige Öffnungen, die eine akustische Verbindung zwischen den beiden TeiTräumen oberhalb und unterhalb des Bleches darstellen. (In Figur 4 ist der Übersichtli hkeit halber ledlich ein Streifen dargestellt; die geschnittenen

Flanken des benachbarten Streifens, die 1n der Ansicht eigentlich sichtbar sind, wurden nicht gezeichnet.)

Beim Einbau der beiden Bleche in eine Kulisse ist es wichtig, die Bleche so auszurichten, daß aus jeweils einem Wellental des einen Blechs und einem Wellenberg des darüber!legenden Blechs ein akustisch durchgehender Hohlraum gebildet wird, der sich 1m wesentlichen über die gesamte Dicke der Kulisse erstreckt.

Zwischen den gewellten Blechen 11, 12 Ist ein Drahtgewebe 14 eingelegt, das die akustische Durchlässigkeit gewährleistet.

Die beiden gewellten Bleche 11, 12 Im Ausführungsbeispiel haben verschiedene Wellenamplituden. Die Abstände zwischen Wellenbergen und -tälern betragen beispielsweise

a, * 6,5 mm und a„ = 9,5 mm .

Das Maxima der Schallabsorption liegt daher bei einer akustischen Wellenlänge von

4 ' ( a, + a« ) = 64 mm

Durch Einbau von verschiedenen Fins mit entsprechenden Abmessungen kann das Absorptionsspektrum des Schalldämpfers sehr flexibel an den jeweiligen Einsatzzweck angepaßt werden. Es können auch mehrere Pegelspitzen gleichzeitig bedämpft werden, indem in Achsrichtung weitere entsprechend angepaßte Kulissen angeordnet oder beidseitig absorbierende Kulissen mit einem mittig angeordneten Trennblech (Figur 7) eingesetzt werden.

Beispielsweise können zwei oder mehrere in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Abschnitte des Schalldämpfers eingerichtet sein, wobei der erste Abschnitt beidseitig absorbierende Kulissen, die auf eine erste Schallwellenlänge abgestimmt sind, und der zweite Kulissen mit einem anderen Absorptionsmaximum aufweisen. Damit läßt sich das

Absorptionsspektrum praktisch beliebig des speziellen Erfordernissen anpassen.

Die Kulissen 8 sind nach fast allen Seiten hin abgeschlossen. Nach einer Richtung (oben bei Figur 4) durch eine undurchlässige Deckplatte 9, zur Einströmseite und zur Ausströmseite hin (links beziehungsweise rechts in Figur 4) durch die umgekanteten Ränder der Deckplatte 9 und seitlich (senkrecht zur Zeichenebene der Figuren 3 und 4) durch die Platten des Gerüsts 5. Lediglich nach einer Seite hin besteht eine akustische Verbindung zu dem Raum zwischen den Kulissen 8, nämlich durch Öffnungen 13 in der Deckplatte 10. Zu diesem Zweck kann übliches Lochblech verwendet werden. Die freie Durchtrittsfl che sollte (bei einer Blechdicke von 1 mm) mindestens 30% betragen.

Die gelochten Deckplatten 10 (in Figur 3 gestrichelt dargestellt) sind bei senkrecht zur Strömungsrichtung benachbarten Kulissen 8 abwechselnd an verschiedenen Selten (oben beziehungsweise unten in Figur 3) angeordnet. Auch in Strömungsrichtung weist jede einzelne Kulisse 8 zwei Abschnitte auf, bei denen sich die durchlässigen Flächen jeweils auf verschiedenen Seiten befinden. Dadurch sind Strömungskanäle gebildet, die jeweils auf ihrer halben Länge beidseitig in akustischer Verbindung zum Inneren der schallabsorbierenden Kulissen 8 stehen und im übrigen durch undurchlässige Deckplatten 9 scharf begrenzt sind.

Schalldämpfer, in denen kein Gerüst eingebaut ist, sind in den Figuren 5

(Querschnitt) und 6 (Längsschnitt) dargestellt. Die Kulissen 8, von denen zwei beispielhaft eingezeichnet sind, müssen entsprechend der Stelle ihres

Einbaus in das Gehäuse 1 zugeschnitten werden. Entscheidende Parameter dafür sind die Höhen Hml.n und Hm,a,x„ der beiden Deckplatten einer Kulisse. Zur

Verminderung des Strömungswiderstands können die Kulissen zum Strömungseintritt hin dachglebelför ig auslaufen.

Der Aufbau einer beidseitig absorbierenden Kulisse aus zwei gelochten Deckplatten 10, gewellten Blechen 11, 12, einer Trennplatte 19 und Rahmenbändern 15 ist Figur 7 zu entnehmen. Zur Erzielung einer ausgezeichneten Festigkeit und Steifigkeit der Kulissen ist es von Vorteil, die gewellten Bleche 11, die gelochten Platten 10, eine gegebenenfalls

notwendige Trennplatte 19 und die Rahmenbänder 15 (side-bars) untereinander zu verlöten.

Bei hohen Absorptionswerten der Kulissen kann die Wirksamkeit der Schallminderung über den Schalldämpfer nicht voll zur Geltung kommen, weil die Körperschall ngsleitung über das Gehäuse 1 zu hoch ist. Um dies zu verhindern, kann das Gehäuse mit einem Dämpfungsmantel (Figuren 5 und 8) umgeben werden. Dessen Wandstärke beträgt etwa das 0,2- bis 1,0-fache, vorzugsweise etwa die Hälfte derjenigen des Gehäuses 1. Er weist eine Flanschleiste 17 auf, mit welcher der Dämpfungsmantel 16 mittels Schrauben 18 am Gehäuse 1 festgeklemmt wird.