СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ШУМА ВЫХЛОПА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАШИН Российский патент 1998 года по МПК F01N3/04 

Изобретение относится к пневматическим машинам, двигателям внутреннего сгорания, а также к другим энергетическим машинам, в которых выхлоп отработанного энергоносителя осуществляется в виде газообразных фракций. Изобретение может быть применено преимущественно в горной и строительной промышленности, а также в других областях для улучшения санитарно-гигиенических условий труда.

Известен способ снижения шума выхлопа и улавливания масляного аэрозоля из выхлопных газов, реализованный в пневматическом перфораторе по а.с. СССР N 608954, E 21 C, F 5/00, включающем кожух для выхлопных отверстий перфоратора, сопло для подачи воды, установленное в кожухе перпендикулярно продольной оси перфоратора перед его выхлопными отверстиями, причем выпускное отверстие сопла ориентировано в выпускное отверстие кожуха, которое снабжено отводящей магистралью. Подача воды через выпускное отверстие сопла и распыление ее в выхлопном газовом потоке, поступающем в отводящую магистраль, способствует конденсации масляного аэрозоля и некоторому снижению шума выхлопа.

Недостатком такого способа снижения шума выхлопа является то, что вода распыляется непрерывно и равномерно, а в отводящей магистрали формируется выхлопной поток однородной структуры по плотности и температуре, что снижает эффективность применения воды для глушения шума. Исследованиями установлено, что звук хорошо распространяется, когда газовая среда непрерывна и однородна, и плохо, если газовый поток переслоен областями различной плотности и температуры.

Известен способ снижения шума выхлопа пневматических машин по а.с. СССР N 1502822, E 21 C 3/24, согласно которому в выхлопной трубопровод машины на входе в глушитель подают воду, в которую предварительно вводят поверхностно - активные вещества до получения раствора ПАВ. Распыление водного раствора ПАВ в газовом потоке способствует получению более тонкодисперсной водовоздушной смеси, и при этом в глушителе создается плотная, но однородная структура выхлопного потока, что снижает эффективность глушения шума. Теоретически и практически доказано, что рассеивание энергии звуковых волн в газовой среде на мельчайших частицах типа снежинок, капелек тумана или частиц дыма крайне мало в однородной среде. Диаметр капелек тумана иногда меньше 0,001 мм, но они, как правило, равномерно распределены в атмосфере и создают сравнительно плотную, но однородную и непрерывную среду, в которой звук распространяется на большие расстояния.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является способ снижения шума выхлопа, реализованный в двигателе внутреннего сгорания ГАЗ-ММ, который устанавливался на катерах НКЛ-27 (см. Емельянов Ю. В. и др. Водно-моторный спорт. М., Физкультура и спорт, 1955, стр. 93, рис. 57). Из рубашки двигателя ГАЗ-ММ вода направляется по трубке 8 для глушения шума и охлаждения выхлопных газов в выпускной трубопровод 9, откуда она вместе с отработавшими газами через выхлопную трубу выбрасывается за борт судна.

Недостатком такого способа снижения шума выхлопа отработавших газов является то, что уровень звукового давления при этом остается высоким. Кроме того токсичные компоненты выхлопных газов выбрасываются за борт судна и загрязняют окружающую среду.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в повышении эффективности глушения шума выхлопа отработавших газов энергетических машин при обеспечении условий лучшей очистки газов от вредных для дыхания примесей.

Поставленная задача решается тем, что подачей воды создают в выхлопном тракте-глушителе неоднородную структуру выхлопного потока в виде зон, отличающихся по плотности и температуре.

Создание неоднородной структуры выхлопного потока позволяет обеспечить условия, при которых происходит многократное отражение звуковой волны на внешних границах зон и внутри сгущений и разряжений. При этом уменьшается амплитуда звуковой волны, поглощается звуковая энергия и на выходе глушителя уровень шума значительно снижается.

Неоднородность зон выхлопного потока, существенно отличающихся по плотности и температуре, можно создать различными способами. Например, для этого выхлопные окна с одновременным выбросом отработанных газов собирают под один отдельный кожух, а воду подают для распыления в выхлопном газовом потоке не в каждый кожух, а через один или несколько кожухов, осуществляющих выхлоп последовательно со смещением во времени в выхлопной тракт-глушитель. Кроме того, можно воду подавать на входе в выхлопной тракт-глушитель прерывисто, а в воду предварительно вводить вещества, нейтрализующие токсичные компоненты выхлопных газов. В качестве таких веществ могут быть использованы водные растворы перекиси водорода, хлорной извести, марганцевой кислоты, перманганатов, а также других веществ, применяемых для дегазации токсичных компонентов.

В отличие от известных решений в предлагаемом изобретении специально создается слоистая структура выхлопного потока в виде участков, существенно отличающихся по плотности и температуре. Каждый такой участок выхлопного тракта-глушителя является своеобразным акустическим экраном, а чередование таких зон по ходу потока создает акустически непрозрачную среду для прохождения звуковых волн, что способствует снижению уровня шума. Кроме того, создание в выхлопном потоке участков, отличающихся по плотности и температуре, вызывает конденсационное укрупнение аэрозольных частиц выхлопного газа, которые, проходя через эти зоны, коагулируют, соединяются с каплями воды, нейтрализуются, а затем удаляются через выхлопной патрубок глушителя в окружающее пространство.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Воду подают в выхлопной газовый поток, поступающий в выхлопной тракт-глушитель. При этом подачей воды создают неоднородные зоны выхлопного потока, отличающиеся по плотности и температуре. Для этого можно воду подавать прерывисто.

Возможен также вариант осуществления предлагаемого способа, когда выхлопные окна с одновременным выбросом отработавших газов собирают под один отдельный кожух, а воду подают для распыления в выхлопном газовом потоке не в каждый кожух, а через один или несколько кожухов, осуществляющих выхлоп последовательно со смещением во времени в выхлопной тракт-глушитель. Кроме того, в воду предварительно вводят вещества, нейтрализующие токсичные компоненты выхлопных газов.

Конкретный пример осуществления изобретения иллюстрируется на чертеже, где схематично показан пневмоударник, содержащий корпус 1, в котором выполнены выхлопные окна 2 камеры прямого хода и выхлопные окна 3 камеры обратного хода. Каждый ряд выхлопных окон с одновременным выхлопом снабжен отдельным кожухом 4 и 5, которые сообщаются с выхлопным трактом-глушителем 6, на входе которого установлено сопло 7 для подачи воды и реагентов.

Выхлопной тракт-глушитель 6 снабжен выхлопным патрубком 8, а к корпусу 1 присоединен трубопровод 9 для подвода сжатого воздуха с распыленным маслом.

На примере пневматической машины способ осуществляют следующим образом. Сжатый воздух с распыленным маслом поступает по трубопроводу 9 в корпус 1 и приводит в действие пневмоударник. Отработанный сжатый воздух с аэрозольными частицами масла удаляется из камеры обратного хода через выхлопные окна 3 в кожух 5, а затем проходит в выхлопной тракт-глушитель 6. Со смещением во времени, равным примерно половине продолжительности одного цикла работы пневмоударника, происходит выхлоп из камеры прямого хода через выхлопные окна 2 в кожух 4, а жидкость, например водная суспензия с активированным углем, поступает через сопло 7 в кожух 4 на входе в выхлопной тракт-глушитель 6. Происходит распыление водоугольной суспензии в выхлопном газовом потоке. Большая плотность и теплоемкость воды существенно изменяют плотность и температуру выхлопного потока по сравнению с выхлопными газами, поступающими ранее из камеры обратного хода. Далее цикл работы повторяется. При этом в выхлопном тракте-глушителе 6 создается неоднородная структура выхлопного потока в виде зон, отличающихся по плотности и температуре. Этого достигают за счет того, что воду подают не в каждый кожух, а только в один кожух 4. Поэтому в выхлопной тракт-глушитель 6 поочередно поступают порции выхлопного газа из кожуха 5 в виде разряженной зоны с низкой температурой, а из кожуха 4 в виде газожидкостного сгустка с более высокой температурой. На границах неоднородных зон и внутри каждой зоны происходит отражение звуковой волны, при этом теряется значительная часть звуковой энергии, вместо того чтобы распространяться дальше, звуковая волна, как эхо, отбрасывается назад. Отражение может быть многократным, повторяющимся, что способствует снижению уровня шума. При дальнейшем движении неоднократных зон выхлопного потока по выхлопному тракту-глушителю вследствие турбулентности движения происходит неизбежное перемешивание потока. При этом аэрозольные частицы масла и других токсичных веществ проходят через различные температурные зоны, что вызывает конденсационные укрупнение аэрозольных частиц. Этому процессу способствуют мелкодисперсные частицы активированного угля, которые активно абсорбируют масла и могут являться центром конденсации. Укрупненные аэрозольные частицы смешиваются с каплями воды и при необходимости могут быть обезврежены веществами, которые предварительно вводят в воду для нейтрализации токсичных компонентов.

Из тракта-глушителя 6 выхлопной поток удаляется через патрубок 8 в окружающее пространство.

Предлагаемое изобретение целесообразно использовать при разработке пневматических машин и двигателей внутреннего сгорания, предназначенных для работы в подземных условиях и в глубоких карьерах, так как в этих условиях снижение шума и нейтрализация вредных для дыхания газов особенно актуальны.

Грузовые автомобили, используемые для откатки груза в глубоких карьерах и в подземных условиях, целесообразно оборудовать специальным баком для воды, в которую добавляют реагенты, нейтрализующие токсичные компоненты выхлопных газов, а для прерывистой подачи водного раствора реагентов в выхлопной тракт-глушитель целесообразно использовать устройство типа форсунки или дозатора для жидких сред.

Способ снижения шума используется в энергетических машинах, в которых выхлоп отработанного энергоносителя осуществляется в виде газообразных фракций. Способ состоит в том, что подачей воды создают в выхлопном тракте-глушителе неоднородную структуру выхлопного потока в виде зон, отличающихся по плотности и температуре. Причем воду подают на входе в выхлопной тракт-глушитель прерывисто. Кроме того, выхлопные окна, через которые производится одновременный выброс отработавших газов, объединяют отдельным кожухом, а воду для распыления в выхлопном газовом потоке подают в один или несколько кожухов, выхлоп через которые в выхлопной тракт-глушитель происходит со смещением во времени. Помимо этого в воду предварительно вводят вещества, нейтрализующие токсичные компоненты выхлопных газов. Способ позволяет повысить эффективность глушения шума выхлопа отработавших газов. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ снижения шума выхлопа энергетических машин, включающий подачу воды для распыления в выхлопном газовом потоке, поступающем в выхлопной тракт-глушитель, отличающийся тем, что подачей воды создают в выхлопном тракте-глушителе неоднородную структуру выхлопного потока в виде зон, отличающихся по плотности и температуре. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду подают на входе в выхлопной тракт-глушитель прерывисто. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выхлопные окна, через которые производится одновременный выброс отработавших газов, объединяют отдельным кожухом, а воду для распыления в выхлопном газовом потоке подают в один или несколько кожухов, выхлоп через которые в выхлопной тракт-глушитель происходит со смещением во времени. 4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что в воду предварительно вводят вещества, нейтрализующие токсичные компоненты выхлопных газов.