Vetopuhallin äänenvaimentajana?

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Tämä saattaa olla yksi niistä tyhmistä ideoista, jotka kannattaisi pitää omana tietonaan, mutta itseni nolaamisen uhallakin taidanpa kuitenkin tuoda julki tämän hullun ajatuksen...

Joskus kauan sitten lueskelin juttua autojen pakoputkista ja äänenvaimentimista, jutussa mainittiin että pakoputkisto on usein kompromissi vastapaineen ja äänenvaimennuksen väliltä, eli käytännössä mitä parempi äänenvaimennus, sitä suuremmat vastapaineet (minkä vuoksi ralliautot pitävätkin huomattavasti suurempaa metakkaa)...

No, huomattavasti vähemmän aikaa sitten satuin lueskelemaan juttua junien vetopuhaltimista... Niiden yhteydessä mainittiin miltei luonnolaiksi semmoinen, että mitä parempi veto, sitä suuremmat vastapaineet, sillä erotuksella, että A. Chapelonin saavutuksiksi luetaan se, että hän onnistui suunnittelemaan vetopuhaltimen, jolla saatiin aikaiseksi sekä pienemmät vastapaineet että tehokkaampi veto... Mainittiimpa sekin, että Chapelonin vetopuhaltimilla varustettuja vetureita on kuvattu pehmeä äänisiksi.

Aloin miettimään asiaa, ja tulin siihen tulokseen, että höyryveturin sylintereistä purkautuva höyry aiheuttaa varmaankin melko samankaltaisen paineaallon kuin polttomoottorin sylintereistä purkautuvat pakokaasutkin, tosin sillä erotuksella että polttomoottori on huomattavasti nopeakäyntisempi, minkä vuoksi kaikki tapahtuu huomattavasti nopeammin, mutta ymmärtääkseni perusasiat ovat kuitenkin hyvin pitkälti samoja...

Tähän asti kaikki on melko varmaa, mutta tässä tulee se suurin kysymysmerkki, nimittäin, vetopuhaltimen ensisijainen tehtävä on kuitenkin puhaltaa savukaasut piipusta ulos, ja aiheuttaa nokikaappiin veto, ja äänenvaimantajan tehtävä on vaimentaa ääntä, ei aiheuttaa vetoa.

Mutta asiat eivät välttämättä ole niin erillisiä kuin saattaisi vaikuttaa, sillä se energia mikä sen paineen aiheuttaa on lämpöenergiaa, sillähän se polttomoottori kuitenkin toimii... Tästä seuraa luonnollisestikin se, että loogisesti ajateltuna ääntä voitaisiin vaimentaa myös pakokaasuja jäähdyttämällä. Toisaalta vetopuhallin ei ole myöskään jäähdytin, mutta jos vetopuhallinta käytettäisiin vetämään pakokaasun sekaan viileää ilmaa, niin on kuitenkin selvää että pakokaasut jäähtyisivät. Toisaalta homma ei ole vielä näinkään yksinkertainen, sillä energiahan ei kuitenkaan katoa mihinkään, vaan sisäänvedetty ilma lämpenee, joten paine ei välttämättä häviä minnekään, kaasun määrä vain kasvaa, ei muuta...

Toisaalta ehkäpä kaasun määrän lisääntymisestä olisikin hyötyä, nimittäin suurempi kaasumäärä joustaa, ja siten energia saattaa purkautua hieman tasaisemmin, mikä ehkäpä selittäisi vetureiden yhteydessä mainitun 'pehmeän' äänen, tasaisempi virtaus tarkoittaisi todennäköisesti hiljaisempaa ääntä, mikä onkin juuri se mitä toivottiinkin... MUTTA jäljelle jää kuitenkin edelleen vielä yksi kysymys johon ainakaan minä en keksi mitään vastausta, nimittäin, voi olla että Chapelonin vetopuhallin on muita vetopuhaltimia parempi, mutta vetopuhallin ei edelleenkään ole äänenvaimennin, eli olisiko vetopuhallin sittenkään varsinaista äänenvaimenninta parempi? Tietoihini perustuen uskallan väittää, että vetopuhallin, tai ehkäpä paremminkin "vetopuhaltimen kaltainen laite" toimisi jonkinlaisena äänenvaimentimena, mutta olisiko sen äänenvaimennus riittävän tehokasta, ja olisiko sillä mahdollista saavuttaa pienempi vastapaine?

Kommentit (8)

Heksu
Seuraa 
Viestejä5463
Liittynyt16.3.2005

Otaksuisin että höyrykoneen ja polttomoottorin merkittävin ero on siinä, että höyrykoneen poistohöyryssä on verrattain pieni paine, suuri tilavuusvirta ja pieni taajuus, kun taas polttomoottorissa on suuri paine, pieni tilavuusvirta ja suuri taajuus. Höyrykoneiden melu johtuu ihan eri asiasta kuin polttomoottorin melu, nimittäin poistohöyryn turbulenssista, jonka aiheuttama ääni muistuttaa ns. "valkoista" kohinaa. Polttomoottorissa sitävastoin jokaisen poistotahdin aiheuttamat peräkkäiset paineaallot koetaan äänenä, joka koostuu karkeasti ottaen (hyvin epätäydellisistä) siniaalloista.

Polttomoottorin äänenvaimennuksen hankaluus johtuu siitä, että pakoputkisto voidaan kyllä virittää hyvinkin äänettömäksi, mutta se toimii silloin vain jollain taajuudella (eli moottorin kierrosluvulla). Käytännössä on pakko tehdä joku sopiva kompromissi. Koskapa polttomoottorissa ei ole tulipesää, pakokaasuja ei voida hyödyntää aivan samalla tavoin injektoriperiaatteella. Etenkin nelisylinterisessä moottorissa minkään sylinterin poistotahti ei mene päällekkäin toisen sylinterin kanssa, joten injektorin aiheuttamalla imulla ei olisi mitään virkaa. Paineaaltoja sitävastoin voidaan käyttää mainiosti hyväksi, tällöin homma toimii niin että yhden sylinterin poistotahdin aiheuttama paineaalto heijastuu pakoputken toisesta päästä muuttuen alipaineaalloksi. alipaineaalto rientää takaisin pakosarjaan juuri sopivasti seuraavan sylinterin poistotahdin alkuun, mikä parantaa sylinterin huuhtelua.

Vierailija
Heksu
Polttomoottorin äänenvaimennuksen hankaluus johtuu siitä, että pakoputkisto voidaan kyllä virittää hyvinkin äänettömäksi, mutta se toimii silloin vain jollain taajuudella (eli moottorin kierrosluvulla). Käytännössä on pakko tehdä joku sopiva kompromissi. Koskapa polttomoottorissa ei ole tulipesää, pakokaasuja ei voida hyödyntää aivan samalla tavoin injektoriperiaatteella. Etenkin nelisylinterisessä moottorissa minkään sylinterin poistotahti ei mene päällekkäin toisen sylinterin kanssa, joten injektorin aiheuttamalla imulla ei olisi mitään virkaa. Paineaaltoja sitävastoin voidaan käyttää mainiosti hyväksi, tällöin homma toimii niin että yhden sylinterin poistotahdin aiheuttama paineaalto heijastuu pakoputken toisesta päästä muuttuen alipaineaalloksi. alipaineaalto rientää takaisin pakosarjaan juuri sopivasti seuraavan sylinterin poistotahdin alkuun, mikä parantaa sylinterin huuhtelua.

Tiedän kyllä, ettei polttomoottorissa ole mitään tarvetta varsinaiselle vetopuhaltimelle, mutta ajattelin vain, että olisikohan mahdollista käyttää sitä yksinomaan äänenvaimennukseen. Perustan ajatukseni sille, että ainakin lämpötila laskisi kun kaasun määrää lisättäisiin, tosin lisätty kaasu lämpenee, ja siten varmasti kompensoi varsinaisen pakokaasun viilentymisestä aiheutuvan paineen alennuksen, mutta ehkäpä suuremman kaasumäärän suurempi joustavuus toisi kuitenkin jotain hyötyä, siis ehkä, mahdollisesti, saattaa - todella huteraa, tiedän...

"Alipaineaalto" on siitä mielenkiintoinen, että se ei itseasiassa ole höyry- ja polttomoottoreita erottava tekijä, tosin sitä ei ole juurikaan hyödynnetty, mutta "ei juurikaan" ei ole sama kuin "ei ole", vaan esimerkiksi J.D. Porta suunnitteli Chapelonin vetopuhaltimeen, tai oikeammin kyse taisi olla itseasiassa höyrynpoistokanavasta, eikä itse vetopuhaltimesta, no jokatapauksessa Portan suunnittelemissa vetureissa hyödynnetään myös "alipaineaalto".

Ymmärtääkseni polttomoottoreissakin alipaineaallon hyödyntäminen toteutetaan lähinnä pakosarjalla, eikä sillä ole kovin suurta merkitystä varsinaiselle pakoputkistolle. Tosin voin olla väärässäkin, eikä sillä ole nyt kovin suurta merkitystä.

---

Varhaiset vetopuhaltimet tuottivat vetoa melko tarkkaan ihan samassa suhteessa kuin niistä virtasi höyryä läpi, eli veto oli parhaimmillaankin "puuskittaista", minkä ansiosta välillä veto ei tahtonut riittää, ja sitten taas toisena hetkenä oli veto niin voimakasta että savun mukana kulkeutui ulos jopa palamattomia hiilenkappaleita.

Taas kerran, tiedän että polttomoottorissa ei tarvita vetoa, ja höyrykoneissa kaikki tapahtuu huomattavasti nopeammin, mutta siitäkään huolimatta en näe höyrykoneella ja polttomoottorilla, tai oikeammin näiden poistovirtauksilla, mitään oleellista eroa, vain tapahtumien nopeus on ihan toista luokkaa.

Periaatteessa siis tämän oletukseni mukaan polttomoottorin ääni johtuu "puuskittaisesta" poistovirtauksesta, äärimmäisestä painevaihtelusta, jota esiintyy myös höyrykoneissa, joskin huomattavasti hitaampina. Tiedän että höyryjunan suunnittelijoita kiinnosti lähinnä vetopuhaltimen veto, ja sen tasaisuus, mutta tämä on kuitenkin suorassa suhteessa myös läpivirtaavaan höyryyn, ja lopulta ulostulevaan höyryn ja palokaasujen sekoitukseen. Väitänkin, että mikäli hyvin suunniteltu vetopuhallin kykenee tasaamaan höyrykoneen poistovirtauksia, niin vastaavilla järjestelyillä voitaisiin tasata myös polttomoottorin poistovirtauksia, eli vaimentaa ääntä, ja tämä siitäkin huolimatta ettei polttomoottorissa ole tarvetta vedolle.

Olennaisin kysymys onkin siinä, että olisiko vetopuhallin sittenkään riittävän tehokas "tasaaja", ja vaikka yksi vetopuhallin olisikin toista parempi, niin täytyy huomioida myös se, että veturi tarvitsee jokatapauksessa vetopuhaltimen, joten sen aiheuttamat vastapaineet on veturissa pakko hyväksyä. Toisaalta vetopuhaltimessa poistohöyry etenee jatkuvasti suoraviivaisesti, eikä tee juuri mitään mutkia, minkä vuoksi vetopuhaltimet ainakin näyttävät suhteellisen pieni vastuksisilta. Kaikki mutkat mitä on, ovat melko loivia, ja pääsääntöisesti virtaus on todella suoraa. Sen verran kun olen pakoputkia ja niiden poikkileikkauksia nähnyt, ei autojen pakoputkistoissa ole mitään läheskään niin mutkatonta kuin vetopuhaltimissa... Siis olettaen että puhutaan lähinnä vakiomalleista, onhan olemassa jopa täysin suoria äänenvaimentajia, mutta näiden äänenvaimennus on yleensä aika tehotonta, mutta tässähän palataankin sitten jo alussa esitettyyn "luonnonlakiin" siitä että mitä parempi vaimennus, sitä suuremmat vastapaineet.

Tiedän että kysymykset joita olen esittänyt ovat vaikeita, ja ajatus itsessään on aika erikoinen, enkä itsekään osaa sitä vakuuttavasti perustella (edes itselleni), mutta jostain syystä vain tuntuu siltä että ehkäpä tämä ajatus saattaisi olla pohdinnan arvoinen. Toistaiseksi en osaa esittää kuin jonkinlaisen ajatuksen, ja enemmän tai vähemmän mielenkiintoisia kysymyksiä... Mutta valitettavasti tuntuu myös siltä että minun taitoni loppuvat kesken. Kuten sanottu, en tiedä tarkkaan miksi ja miten tämä idea toimisi, näen tiettyjä yhteneväisyyksiä, mutta myös selviä eroja, enkä vain osaa sanoa mitä tapahtuisi jos näitä asioita ruvettaisiin oikeasti summaamaan yhteen. Voi, saattaa ja ehkä, tai sitten ei voi, ei saata ja ehkä ei. Minä en yksinkertaisesti tiedä, tämä on vain hullu ajatus, päähänpisto joka toimii tai sitten ei.

Vierailija

Oli niin tai näin, mutta mitä kylmempänä pakokaasu tulee putkistoon, sitä enemmän vastapainetta se muodostaa, koska kylmä kaasu on tiheämpää ja virtaa pakoputkistossa huonommin. Jos pakokaasuja verrattaisiin veteen, niin kylmä pakokaasu on siirappia.

Tästä syystä joissain loppuun asti viritetyissä autoissa lämpöeristetään pakoputken alkupäätä, jotta saadaan kaasu pysymään lämpimänä putken loppuun asti.

Vierailija
Veikko
Oli niin tai näin, mutta mitä kylmempänä pakokaasu tulee putkistoon, sitä enemmän vastapainetta se muodostaa, koska kylmä kaasu on tiheämpää ja virtaa pakoputkistossa huonommin. Jos pakokaasuja verrattaisiin veteen, niin kylmä pakokaasu on siirappia.

Tästä syystä joissain loppuun asti viritetyissä autoissa lämpöeristetään pakoputken alkupäätä, jotta saadaan kaasu pysymään lämpimänä putken loppuun asti.

Tuo oli kyllä ihan uutta tietoa... No oli miten oli, äänenvaimentajat sijaitsevat harvemmin pakoputkiston alkupäässä. Toisin sanoen, en oikein ymmärrä mitä ajat takaa...

Vierailija

Underseeboot kirjoitti:

Toisaalta ehkäpä kaasun määrän lisääntymisestä olisikin hyötyä, nimittäin suurempi kaasumäärä joustaa, ja siten energia saattaa purkautua hieman tasaisemmin, mikä ehkäpä selittäisi vetureiden yhteydessä mainitun 'pehmeän' äänen,

Dieselveturin pehmeä ääni ei tule pakoputkesta, vaan itse moottorista.
Tampellan vetureissa oli iso harvakäyntinen V-16-moottori. Tampella-MGO-diesel.

Vierailija
Unterseeboot
Veikko
Oli niin tai näin, mutta mitä kylmempänä pakokaasu tulee putkistoon, sitä enemmän vastapainetta se muodostaa, koska kylmä kaasu on tiheämpää ja virtaa pakoputkistossa huonommin. Jos pakokaasuja verrattaisiin veteen, niin kylmä pakokaasu on siirappia.

Tästä syystä joissain loppuun asti viritetyissä autoissa lämpöeristetään pakoputken alkupäätä, jotta saadaan kaasu pysymään lämpimänä putken loppuun asti.




Tuo oli kyllä ihan uutta tietoa... No oli miten oli, äänenvaimentajat sijaitsevat harvemmin pakoputkiston alkupäässä. Toisin sanoen, en oikein ymmärrä mitä ajat takaa...

Niin että kyllä se siellä pakoputken loppupäässäkin haittaa, jos pakokaasua jäähdytellään.

Vierailija
Ertsu
Dieselveturin pehmeä ääni ei tule pakoputkesta, vaan itse moottorista.
Tampellan vetureissa oli iso harvakäyntinen V-16-moottori. Tampella-MGO-diesel.

Kuten on myös monissa Lokomon ja Valmetin vetureissa. Mutta nythän ei ollut kyse diisseleistä, vaan lokomotiiveistä, elikkäs höyryvetureista. Ja tarkemmin ottaen niistä jotka on varustettu vetopuhaltimella mallia KylChap.

Ja mitä dieseleiden ääniin tulee, niin aivan varmasti myös turboahtimilla ja äänenvaimentajilla on suuri merkitys ulostulevaan ääneen.

Kyllä varmaan jokainen tietää miten esim. autonkin ääni muuttuu jos pakoputkeen tulee reikä, tai miltä kuulostaa joku "tuning" auto, jossa on äänenvaimentajan tilalle vaihdettu "äänenvaimentaja".

Vierailija
Veikko
Niin että kyllä se siellä pakoputken loppupäässäkin haittaa, jos pakokaasua jäähdytellään.

Voi olla, että siitä on jonkinverran haittaa, mutta niin on periaatteessa jo suuremmasta kaasumäärästäkin, ja kummankin haittavaikutuksia voidaan kompensoida suuremtamalla putkia. Mainittakoot, että useimmissa autoissa on vain yksi pakoputki, joten putkien koot saadaan varmaan pysymään jotakuinkin normaaleina tekemällä loppupätkä kaksinkertaisena.

Ja mikäli ulostuleva tavara pitää saada kuumemmaksi, niin sitten voidaan kai eristää putken alkupää. Kuten sanoinkin, niin vetopuhallinhan ei vielä siirrä lämpöä mihinkään, lämpötila alenee kyllä pakostakin kun sisään vedetään viileää ulkoilmaa, mutta viileän ilman lämpölaajenema varmaankin kumoaa pakokaasun jäähtymisestä aiheutuvan paineenalennuksen... Ja jäljelle jääkin vain suurentunut kaasumäärä, ja ajatus siitä, että suurempi kaasumäärä saattaisi jo itsessään tasoittaa virtaamaa, sillä suurempi kaasumäärä joustaa enemmän.

Uusimmat

Suosituimmat