МНОГОКАМЕРНЫЙ ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2000 года по МПК F01N1/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к энергетическому машиностроению, а именно к глушителям шума преимущественно энергетических установок, например двигателей внутреннего сгорания.

Известны глушители шума, эффективность и оптимальные шумозаглушающие характеристики которых достигаются за счет применения при их проектировании метода фазовых характеристик /Справочник под общей редакцией проф. Юдина Е. Я. "Борьба с шумом на производстве", - М., Машиностроение, 1985, с. 306-307/.

Конструкция такого типа глушителей включает, как правило, два и более настроенных на разные частоты резонаторов Гельмгольца, подключенных определенным образом к общей трубе /газоводу/, по которой транспортируется пульсирующий газовый поток и распространяется шум. Несмотря на относительную простоту конструкции и достаточную в отдельных случаях эффективность, такие глушители не нашли широкого применения в автомобилестроении из-за значительных габаритов конструкции.

Известен глушитель шума энергетической установки, описанный в авторском свидетельстве СССР N 1502859, кл. F 01 N 1/02, публикация 23.08.89 в БИ N 31, содержащий по меньшей мере три акустических резонатора с резонансными частотами, образующими геометрическую прогрессию, соединенные между собой при помощи труб, длины /1/ которых между резонаторами с соседними наиболее близкими резонансными частотами равны

где K - коэффициент измерения длины, равный 0,8-1,2;
C - скорость звука, м/с;
f_n, f_n+1 - соседние резонансные частоты, с^-1.

С целью снижения габаритов и создания более компактной конструкции в рассматриваемом глушителе резонатор, имеющий резонансную частоту, начиная с третьей по порядку возрастания, расположен между двумя резонаторами с двумя соседними предыдущими более низкими резонансными частотами.

Однако и в данном случае для обеспечения эффективного глушения резонансного низкочастотного шума участки трубы между горлышками резонаторов вынужденно становятся настолько длинными, что применение такого крупногабаритного глушителя в автомобилях становится нереальным.

Известен многокамерный глушитель шума энергетической установки, содержащий резонаторные камеры, образованные внутри общего цилиндрического корпуса, ограниченного торцевыми стенками и разделенного сплошными перегородками на соответствующее количество резонаторных камер, и общий газовод, с которым названные камеры сообщаются /патент Германии N 732733, кл. F 01 N 1/02, опубл. 1943/ - прототип.

Однако известная конструкция недостаточна эффективна.

Техническое решение задачи по предлагаемому изобретению заключается в создании компактной и эффективной конструкции глушителя шума энергетической установки с более широкой областью практической реализации.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном многокамерном глушителе шума энергетической установки, содержащем резонаторные камеры, образованные внутри общего цилиндрического корпуса, ограниченного торцовыми стенками и разделенной сплошными перегородками на соответствующее количество резонаторных камер, и общий газовод, с которым названные камеры сообщаются, камеры внутри корпуса сформированы попарно таким образом, что резонаторные частоты камер в каждой из пар образуют геометрическую прогрессию, знаменатель которой D≈1,75, каждая пара камер подключена оппозитно на газоводе с максимальным удалением зон подключения.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
- на фиг. 1 показан глушитель;
- на фиг. 2 и 3 показаны сечения А-А и Б-Б глушителя по фиг. 1;
- на фиг. 4 показан глушитель с последовательным расположением резонаторных камер, образованных цилиндрическим корпусом 1 с торцевыми стенками 2 и 3 и разделенными поперечными перегородками 6, 7 и 8;
- на фиг. 5 показана часть сечений А-А и Б-Б /увеличено/.

Глушитель /фиг. 1/, в котором камеры резонаторов образованы цилиндрическим корпусом 1, ограниченном торцевыми стенками 2 и 3 и разделенном герметично поперечной 4 и продольной 5 перегородками. В этом конструктивном варианте два резонаторных объема /камеры/ скомпонованы параллельно.

Камеры Q, W, R, Y на фиг. 1 и 4 посредством соединительных патрубков 9, 10, 11 и 12 подключены к газоводу 12.

Зашумленный газовый поток от энергетической установки подводится к приемному участку 14 газовода 13, транспортируется по газоводу 13 и соединительным патрубкам 9-12, попадает в резонаторные камеры Q, W, R и Y, где ослабляются газодинамические пульсации и шумовая энергия, которые и выводятся в окружающую среду концевым участком 15 газовода 13.

Газовый пульсирующий зашумленный поток подводится к входному участку 14 общего газовода 13 и через соединительные патрубки 9, 10, 11, 12 резонаторных камер Q, R, Y, W заполняет объемы резонаторных камер Q, R, Y, W. Из глушителя газовый поток с ослабленными пульсациями и заглушенной звуковой энергией выводится непосредственно в окружающую среду /или присоединительную часть остальной трассы транспортировки газового потока/. Под действием газовых пульсаций и упругих звуковых волн газ в горлах /соединительных патрубках 9, 10, 11, 12/ каждого резонатора Q, R, Y, W интенсивно колеблется и продавливается в соответствующие объемные камеры Q, R, Y, W. При совпадении частот звуковых волн с частотами настройки каждого из резонаторов Q, R, Y, W происходят резонансные явления, характеризующиеся максимальными колебаниями газа в горлышках резонаторов /соединительных патрубках 9, 10, 11, 12/, которые вследствие резонансного трения с большими амплитудами о поверхности и срезы горлышек преобразуются в тепло. Т.е. имеет место настроенное по частоте рассеивание колебательной энергии в тепловую энергию с соответствующим ослаблением этой колебательной энергии /пульсаций, звука/.

В результате протекания динамических процессов глушитель отбирает у звуковых волн энергию на частотах, совпадающих и примыкающих к резонансным частотам резонаторов Q, R, Y, W. Эффект подавления примыкающих частот вызван вследствие ограниченной добротности резонаторов, вызванной наличием активных фрикционных потерь в колебательной системе. Это, в принципе, является положительным фактором, так как позволяет создать более широкополосную шумозаглушающую конструкцию глушителя в целом.

Так как конструкция глушителя выполнена таким образом, что резонаторы с соседними /близкими по значениям/ резонаторными частотами слабо взаимодействуют друг с другом в силу того, что они соединяются /сообщаются/ между собой посредством относительно длинной трубы /расположены оппозитно на противоположных концах/ и работают относительно независимо без взаимовлияния, резонаторы, входящие в одну пару - группу /расположенные близко, рядом/, слабо взаимодействуют, так как их резонансные частоты в достаточно сильной мере отличаются друг от друга и они также вследствие этого работают относительно независимо без взаимовлияния, то в целом конструкция глушителя, являясь достаточно компактной, обеспечивает эффективное и широкополосное заглушение звуковой энергии без заметных "провалов" в характеристиках заглушения, вызываемых взаимовлиянием отдельных резонаторных камер как рядом расположенных, так и с близкими резонансными частотами.

Геометрические сочетания параметров резонаторных камер, характеризуемые знаменателем геометрической прогрессии D ≈ 1,75, связывающим резонансные частоты всех резонаторных камер пар глушителя в виде геометрической прогрессии, обеспечиваются компромиссным сочетанием частотной полосы заглушения шума без наличия недопустимо глубоких провалов в характеристиках заглушения. Малые значения знаменателя - D - заужают полосу заглушения шума и влекут взаимодействие резонатора с близко расположенными резонансными частотами. Большие значения знаменателя - D - вырождают равномерную полосу заглушения глушителя в характеристику заглушения с глубокими провалами, т.к. полосы заглушения отдельных резонаторных камер соседних групп резонаторов уже не перекрывают друг друга, что и приводит к появлению соответствующих "провалов".

Ввиду того, что шумозаглушающая способность резонаторной камеры пропорциональна произведению частоты звука на объем камеры /Справочник "Борьба с шумом на производстве" под ред. Е.Я.Юдина/, то для равномерного по уровню заглушения целесообразно выдержать соотношение V•f_рез = const, где V - объем камеры, f_рез - резонансная частота камеры. Таким образом, соотношение объемов резонаторных камер, как и резонансных частот, и в этом случае должно подчиняться зависимости
V₄:V₃ = V₃:V₂ = V₂:V₁ ≈ 1,75.

Работа 4-камерного глушителя шума характеризуется следующими этапными моментами. При приближении к резонансной частоте f_рез, в соответствующей /в одной из 4-х рассматриваемых/ резонансной камере возбуждаются резонансные колебания газа, которые рассеивают энергию набегающих звуковых волн, распространяющихся по общему газоводу 13. При этом ширина полосы заглушения звука каждой из камер составляет примерно 0,75 активной полосы частот. Таким образом, отношение верхней граничной частоты к нижней граничной частоте активной полосы составляет примерно 1,6 /как известно, в стандартной октавной полосе частот это соотношение составляет 2/. Когда частота набегающих звуковых волн превышает верхнюю частоту заглушения первого резонатора, начинает работать /включается/ второй резонатор, нижняя граничная частота полосы заглушения которого выбрана ниже верхней граничной частоты первого резонатора и, таким образом, полосы заглушения резонаторов первого и второго перекрываются, исключая появление заметных провалов в характеристике заглушения глушителя в целом. Аналогичное продолжение описания динамики процесса распространяется и на оставшиеся резонаторы, третий и четвертый.

Таким образом, обеспечивается эффективное широкополосное равномерное заглушение шумовой энергии газового потока.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к энергетическому машиностроению, а именно к глушителям шума преимущественно энергетических установок, например двигателей внутреннего сгорания. Многокамерный глушитель шума содержит резонаторные камеры и общий газовод, с которым названные камеры сообщаются посредством соединительных патрубков. Резонаторные камеры глушителя образованы внутри общего цилиндрического корпуса, ограниченного торцевыми стенками и разделенного сплошными перегородками на соответствующее количество резонаторных камер, причем камеры внутри общего корпуса сформированы попарно таким образом, что резонансные частоты камер в каждой из пар образуют геометрическую прогрессию, знаменатель которой равен -D ≈ 1,75, и каждая пара камер подключена оппозитно на газоводе с максимальным удалением зон подключения. Объемы резонаторных камер образуют геометрическую прогрессию со знаменателем -D- V₄ : V₃ = V₃ : V₂ = V₂ : V₁ ≈ 1,75. Изобретение имеет компактную и эффективную конструкцию с более широкой областью практической реализации. 5 ил.

Многокамерный глушитель шума энергетической установки, содержащий резонаторные камеры, образованные внутри общего цилиндрического корпуса, ограниченного торцевыми стенками и разделенного сплошными перегородками на соответствующее количество резонаторных камер, и общий газовод, с которым названные камеры сообщаются, отличающийся тем, что камеры внутри общего корпуса сформированы попарно таким образом, что резонансные частоты камер в каждой из пар образуют геометрическую прогрессию, знаменатель которой D ≈ 1,75, каждая пара камер подключена оппозитно на газоводе с максимальным удалением зон подключения.