ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА Российский патент 2002 года по МПК F24F13/24 

Изобретение предназначено для использования преимущественно в воздуховодных сетях систем воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Известен трубчатый глушитель шума, содержащий изготовленную из перфорированного листового материала или сетки трубу, образующую канал для прохода воздуха, и охватывающий ее герметичный кожух, пространство между которыми заполнено звукопоглощающим материалом (Г. Л. Осипов, Е. Я. Юдин, Г. Хюбнер и др. - М. : Стройиздат, 1987). Этот глушитель удобен тем, что форма перфорированной трубы и охватывающего ее кожуха не зависят друг от друга, что позволяет в тесных помещениях использовать для его установки свободное место. Однако недостатком такого глушителя является невозможность его использования для воздуховодов, размер поперечного сечения которых превышает 500 мм. Это обусловлено тем, что при превышении указанного размера воздуховода поглощение звука снижается вследствие ослабления воздействия поглощающих стенок на звуковое поле в середине глушителя.

Свободен от указанного недостатка выбранный в качестве прототипа глушитель шума, содержащий корпус, стенки которого представляют собой структуру в виде сэндвича, выполненного из минерально-волокнистых плит, имеющих относительно высокую плотность, в котором размещено несколько установленных друг за другом по ходу потока рядов звукопоглощающих элементов, выполненных в виде панелей в форме параллелепипеда с заостренным со стороны входа потока в глушитель торцевым участком и изготовленных также из минерально-волокнистых плит, при этом звукопоглощающие элементы каждого последующего ряда смещены относительно звукопоглощающих элементов предыдущего и установлены относительно друг друга с образованием каналов для прохода воздуха (Заявка Германии 3544022, МПК G 10 К 11/16, F 24 F 13/00). Однако такая конструкция не обеспечивает достаточную степень снижения шума. Это объясняется тем, что при такой конструкции снижение шума происходит только за счет поглощения звуковой энергии звукопоглощающим материалом, так как ввиду отсутствия препятствий при прохождении звуковых волн через звукопоглощающие элементы не происходит их отражение и последующая диссипация звуковой энергии, обеспечивающая дополнительное снижение шума.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении степени снижения шума.

Указанный технический результат достигается тем, что в глушителе шума, содержащем корпус с размещенным в нем, по меньшей мере, одним вытянутым поперек потока рядом звукопоглощающих элементов, установленных с образованием между собой каналов для прохода воздуха, согласно изобретению звукопоглощающие элементы снабжены, по меньшей мере, одной перегородкой, имеющей вид двугранного угла и сориентированной таким образом, что внутренняя область двугранного угла расположена со стороны входа звуковых волн в глушитель, а наружные поверхности его граней обращены в сторону каналов для прохода воздуха.

Указанный технический результат достигается тем, что звукопоглощающие элементы имеют вид прямоугольного параллелепипеда.

Достижению более высокого технического результата в этом случае способствует то, что расстояние до ребра двугранного угла от торца параллелепипеда, расположенного со стороны входа звуковых волн в глушитель, и расстояние между ребрами двугранных углов соседних перегородок, в случае выполнения звукопоглощающего элемента более чем с одной перегородкой, связаны с шириной параллелепипеда соотношениями
l₁≥2a₁,
d₁≥2a₁,
где l₁ - расстояние до ребра двугранного угла от торца параллелепипеда, расположенного со стороны входа звуковых волн в глушитель,
a₁ - ширина параллелепипеда;
d₁ - расстояние между ребрами двугранных углов соседних перегородок в случае выполнения звукопоглощающего элемента более чем с одной перегородкой.

Усилению указанного технического результата способствует то, что звукопоглощающие элементы имеют вид тел удобообтекаемой формы.

Одной из частных форм выполнения тела удобообтекаемой формы, обеспечивающей достижение вышеуказанного технического результата, является его выполнение с эллиптическим профилем.

Другой частной формой реализации заявляемого глушителя шума в этом случае является выполнение тела удобообтекаемой формы с каплеобразным профилем.

Получению еще более высокого технического результата, при выполнении звукопоглощающих элементов удобообтекаемой формы, в том числе и с эллиптическим и каплеобразными профилями, способствует то, что расстояние до ребра двугранного угла от расположенной со стороны входа звуковых волн в глушитель наиболее удаленной точки, принадлежащей боковой поверхности звукопоглощающего элемента в его профильном сечении, и расстояние между ребрами двугранных углов соседних перегородок, в случае выполнения звукопоглощающего элемента более чем с одной перегородкой, связаны с наибольшим поперечным размером профильного сечения удобообтекаемого тела соотношениями
l₂≥а₂,
d₂≥a₂,
где l₂ - расстояние до ребра двугранного угла от расположенной со стороны входа звуковых волн в глушитель наиболее удаленной точки, принадлежащей боковой поверхности звукопоглощающего элемента в его профильном сечении;
а₂ - наибольший поперечный размер профильного сечения тела удобообтекаемой формы;
d₂ - расстояние между ребрами двугранных углов соседних перегородок, в случае выполнения звукопоглощающего элемента более чем с одной перегородкой.

Более высокий технический результат достигается в том случае, когда звукопоглощающие элементы каждого последующего ряда смещены относительно звукопоглощающих элементов предыдущего.

Усилению указанного технического результата способствует также то, что звукопоглощающие элементы каждого последующего ряда перекрывают на просвет каналы между звукопоглощающими элементами предыдущего.

Наличие в звукопоглощающих элементах сориентированных, как было указано выше, перегородок, имеющих вид двугранного угла, способствует тому, что при распространении звуковых волн в звукопоглощающих элементах, наряду с поглощением звука последними, при достижении звуковыми волнами указанных перегородок, происходит их отражение от последних, после чего, при прохождении этих волн в обратном направлении сквозь толщу звукопоглощающего материала, происходит диссипация их звуковой энергии, обеспечивая этим дополнительное по сравнению с прототипом снижение уровня шума.

Выполнение звукопоглощающих элементов в виде прямоугольного параллелепипеда является одной из частных форм реализации изобретения, обеспечивающей достижение указанного технического результата.

Размещение в звукопоглощающем элементе перегородки (перегородок) таким образом, что расстояние до ребра двугранного угла от торца параллелепипеда, расположенного со стороны входа звуковых волн в глушитель, и расстояние между ребрами двугранных углов соседних перегородок, в случае выполнения звукопоглощающего элемента более чем с одной перегородкой, определяются соотношениями l₁≥2a₁ и d₁≥a₁, способствует наиболее полной диссипации звуковой энергии. Это объясняется тем, что отраженные перегородкой в этом случае звуковые волны проходят достаточно большое расстояние через толщу звукопоглощающего материала, что позволяет обеспечить наиболее полное затухание шума во всем спектре частот, характерном для вентиляционных установок.

Выполнение звукопоглощающих элементов в виде тел удобообтекаемой формы, в частных случаях которые могут иметь, например, эллиптический или каплеобразный профиль, обеспечивает дополнительное снижение уровня шума за счет уменьшения его высокочастотной составляющей. Это объясняется тем, что при такой форме выполнения звукопоглощающих элементов снижается аэродинамическое сопротивление потоку воздуха и уменьшается вихреобразование, являющееся одним из источников высокочастотной составляющей шума, возникающего при прохождении потока воздуха через сам глушитель по каналам между указанными звукопоглощающими элементами. Однако наиболее высокий результат в этом случае достигается при выполнении звукопоглощающих элементов в виде тел удобообтекаемой формы с каплеобразным профилем.

Размещение в звукопоглощающем элементе, имеющем удобообтекаемую форму, перегородки(ок) таким образом, что расстояние до ребра двугранного угла от расположенной со стороны входа звуковых волн в глушитель наиболее удаленной точки, принадлежащей боковой поверхности звукопоглощающего элемента в его профильном сечении, и расстояние между ребрами двугранных углов соседних перегородок, в случае выполнения звукопоглощающего элемента более чем с одной перегородкой, определяются соотношениями l₂≥а₂ и d₂≥a₂, способствует наиболее полной диссипации звуковой энергии отраженных от перегородки звуковых волн. Это объясняется тем, что благодаря удобообтекаемой форме звукопоглощающих элементов, способствующей дополнительному снижению шума по сравнению с элементами в виде параллелепипеда, такое расстояние является достаточным, чтобы обеспечить наиболее полное затухание шума во всем спектре частот, характерном для вентиляционных установок при прохождении отраженных перегородкой звуковых волн через толщу звукопоглощающего материала.

Смещение звукопоглощающих элементов, расположенных в каждом последующем ряду относительно соседних элементов предыдущего ряда, приводит к дополнительному снижению шума. Это объясняется тем, что при выходе из каналов, образованных звукопоглощающими элементами предыдущего ряда, звуковые волны высокой частоты, распространяющиеся преимущественно по прямой и плохо огибающие препятствия, сразу встречают на своем пути звукопоглощающие элементы последующего ряда, выполняющие в этом случае роль препятствий, частично отражаясь от которых, а частично, проходя дальше сквозь них, теряют свою энергию. Наиболее высокий эффект снижения шума будет достигнут в этом случае тогда, когда звукопоглощающие элементы каждого последующего ряда перекрывают на просвет каналы между звукопоглощающими элементами предыдущего.

На фиг. 1-3 показан продольный разрез глушителя шума с различными вариантами выполнения звукопоглощающих элементов;
фиг. 1 - со звукопоглощающими элементами, выполненными в виде прямоугольного параллелепипеда;
фиг. 2 и 3 - со звукопоглощающими элементами в виде тел удобообтекаемой формы, имеющих соответственно эллиптический и каплеобразный профиль.

Глушитель шума содержит выполненный из оцинкованной стали имеющий прямоугольную форму корпус 1 с размещенными в нем звукопоглощающими элементами 2, снабженными выполненными также из листовой оцинкованной стали перегородками 3, имеющими вид двугранного угла, величина которого составляет, например, 90^o (фиг. 1), 60^o (фиг. 2) и 120^o (фиг. 3), при этом внутренняя область этого угла расположена со стороны входа звуковых волн в глушитель, а наружные поверхности его граней обращены в сторону каналов для прохода воздуха. В одном из вариантов глушителя шума в корпусе 1 размещен вытянутый поперек потока один ряд звукопоглощающих элементов 2, имеющих вид прямоугольного параллелепипеда (фиг. 1) с шириной "a₁". Каждый звукопоглощающий элемент в данном случае представляет собой конструкцию, состоящую из изготовленного из оцинкованной стали каркаса 4, выполненного в виде прямоугольного параллелепипеда, ограниченного с четырех сторон сплошными стенками, к двум, расположенным друг напротив друга из которых, прикреплены своими стенками, снабженными загибами (не показаны), с помощью заклепок (не показаны) три перегородки 3, расстояние "d₁" между ребрами двугранных углов которых равно, например, "3a₁". Расстояние "l₁" до ребра двугранного угла первой по ходу звуковых волн перегородки от торца параллелепипеда, расположенного со стороны входа звуковых волн в глушитель, равно также "3a₁". Обращенные к каналам грани параллелепипеда закрыты вставленными в каркас 4 перфорированными листами 5 соответствующего размера, выполненными также из оцинкованной стали. Все внутреннее пространство по обе стороны от перегородок, ограниченное каркасом и перфорированными листами, заполнено звукопоглощающим материалом, например минеральной ватой 6. Звукопоглощающие элементы 2 прикреплены прилегающими к стенкам корпуса 1 стенками каркаса 4 с помощью шурупов (не показано). Для повышения эффекта шумоглушения звукопоглощающие элементы 2 выполнены в виде тел удобообтекаемой формы и представляют собой конструкцию, состоящую из изготовленной из листовой оцинкованной стали профилированной до требуемой формы перфорированной трубы 7, которая в одном из вариантов имеет эллиптический профиль (фиг. 2), а во втором - каплеобразный (фиг. 3). Перегородка(и) 3 в этом случае прикреплена(ы) с помощью заклепок (не показано) своими стенками к стенке перфорированной трубы 7, а внутреннее пространство последней по обе стороны перегородки(ок) заполнено звукопоглощающим материалом, например, так же как и в предыдущем случае, минеральной ватой 6. Со стороны торцов профилированная перфорированная труба 7 имеет отгибы (не показаны), которые предназначены для крепления, например, с помощью шурупов (не показаны) этих звукопоглощающих элементов к стенкам корпуса 1. В корпусе 1 размещены, например, два вытянутых поперек потока ряда звукопоглощающих элементов 2 в виде тел удобообтекаемой формы с эллиптическим профилем (фиг. 2) с наибольшим поперечным размером "а₂", которые образуют между собой каналы для прохода воздуха. В каждом из этих элементов 2 установлены на расстоянии d₂, равном, например, "1,8а₂" друг от друга по две перегородки 3. Расстояния l₂ до ребра двугранного угла первой по ходу звуковых волн перегородки от расположенной со стороны входа звуковых волн в глушитель наиболее удаленной точки, принадлежащей боковой поверхности звукопоглощающего элемента в его профильном сечении, равно, например, "2а₂". При этом звукопоглощающие элементы 2 второго ряда смещены относительно звукопоглощающих элементов первого ряда. Более высокая степень снижения уровня шума обеспечивается при выполнении звукопоглощающих элементов 2 в виде тел удобообтекаемой формы, имеющих каплеобразный профиль (фиг. 3) и когда в корпусе 1 глушителя шума установлены, например, три ряда упомянутых элементов, например, с одной перегородкой в каждом. Расстояние l₂, до ребра двугранного угла этой перегородки от расположенной со стороны входа звуковых волн в глушитель наиболее удаленной точки, принадлежащей боковой поверхности звукопоглощающего элемента в его профильном сечении равно, например, "1,3а₂", причем, так же как и в предыдущем примере, звукопоглощающие элементы 2 каждого последующего ряда смещены относительно соседних элементов 2 предыдущего ряда. Однако в данном случае звукопоглощающие элементы 2 каждого последующего ряда, кроме выполнения вышеуказанного условия, расположены таким образом, что перекрывают на просвет каналы между звукопоглощающими элементами 2 предыдущего ряда.

Глушитель шума работает следующим образом. Звук от вентилятора поступает в глушитель через один из открытых торцов корпуса 1 и начинает распространяться как по каналам, образованным звукопоглощающими элементами 2, так и внутри последних, внутреннее пространство которых по обе стороны перегородки(ок) 3 заполнено минеральной ватой 6. Энергия акустических колебаний воздуха за счет трения о волокна минеральной ваты 6 уменьшается и переходит в тепловую. При этом звуковые волны, проходя внутри звукопоглощающих элементов, встречают на своем пути перегородки 3 и частично отражаются от них в сторону источника звука и вторично проходят через толщу звукопоглощающего материала (минеральной ваты 6), в результате чего происходит диссипация их звуковой энергии, что приводит к снижению суммарного уровня шума. Если выполнено условие l₁≥2a₁ и d₁≥2a₁ для звукопоглощающих элементов в форме параллелепипеда (фиг. 1), то отраженные перегородками звуковые волны проходят достаточно большое расстояние через толщу звукопоглощающего материала и теряют свою энергию во всем спектре частот, характерном для вентиляционных установок. В случае выполнения звукопоглощающих элементов 2 в виде тел удобообтекаемой формы, в том числе эллиптическим (фиг. 2) и каплеобразным (фиг. 3) профилями, воздух, проходящий через глушитель под действием сил давления, создаваемых вентилятором, обтекает звукопоглощающие элементы 2 с образованием минимального количества и масштаба вихрей или совсем без них. Наиболее выгодным в этом случае является тело удобообтекаемой формы с каплеобразным профилем (фиг. 3). Это снижает уровень шума, генерируемого собственно глушителем, что вносит дополнительный вклад в повышение степени снижения шума. Выполнение условия для звукопоглощающих элементов в виде тел удобообтекаемой формы (фиг. 2 и 3), при котором l₂≥а₂ и d₂≥а₂, способствует наиболее полной диссипации звуковой энергии отраженных от перегородки(ок) 3 звуковых волн, способствуя этим усилению указанного технического результата. Поскольку звуковые волны высокой частоты распространяются преимущественно по прямой и плохо огибают препятствия, то при размещении звукопоглощающих элементов 2 в каждом последующем ряду со смещением относительно элементов предыдущего (фиг. 2 и 3), эти волны при выходе из каналов, образованных звукопоглощающими элементами предыдущего ряда, встречают сразу на своем пути звукопоглощающие элементы последующего ряда, выполняющие в этом случае роль препятствий, частично отражаясь от которых, а частично проходя дальше сквозь них, теряют свою энергию, способствуя этим дополнительному снижению шума. Однако наиболее высокая степень снижения уровня шума наблюдается в этом случае тогда, когда звукопоглощающие элементы 2 каждого последующего ряда перекрывают на просвет каналы между звукопоглощающими элементами предыдущего (фиг. 3).

Изобретение предназначено для использования в воздуховодных сетях систем воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении степени снижения шума. В прямоугольном корпусе (1) из оцинкованной стали размещены звукопоглощающие элементы (2). В каждом элементе (2) для повышения степени снижения шума установлена, по меньшей мере, одна перегородка (3), имеющая вид двугранного угла. Внутренняя область этого угла расположена со стороны входа звуковых волн в глушитель, а наружные поверхности его граней обращены в сторону каналов для прохода воздуха. В одном из вариантов звукопоглощающие элементы (2) имеют вид прямоугольного параллелепипеда (фиг. 1). Для дополнительного снижения шума за счет уменьшения его высокочастотной составляющей звукопоглощающие элементы (2) выполнены в виде тел удобообтекаемой формы и изготовлены из профилированной до требуемой формы перфорированной трубы (7) из листовой оцинкованной стали. В одном случае она имеет эллиптический профиль (фиг. 2), а в другом - каплеобразный (фиг. 3). В корпусе (1) размещены, например, два вытянутых поперек потока ряда звукопоглощающих элементов (2) с эллиптическим профилем (фиг. 2), которые образуют между собой каналы для прохода воздуха. При этом звукопоглощающие элементы (2) второго ряда смещены относительно звукопоглощающих элементов первого ряда. Более высокая степень снижения уровня шума обеспечивается при выполнении звукопоглощающих элементов (2) с каплеобразным профилем (фиг. 3) и когда в корпусе (1) глушителя установлены, например, три ряда упомянутых элементов. Еще более высокий результат достигается, когда звукопоглощающие элементы (2) каждого последующего ряда не только смещены относительно звукопоглощающих элементов предыдущего, но и перекрывают на просвет образованные между ними каналы (фиг. 3). 8 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Глушитель шума, содержащий корпус с размещенным в нем, по меньшей мере, одним вытянутым поперек потока рядом звукопоглощающих элементов, установленных с образованием между собой каналов для прохода воздуха, отличающийся тем, что звукопоглощающие элементы снабжены, по меньшей мере, одной перегородкой, имеющей вид двугранного угла и сориентированной таким образом, что внутренняя область двугранного угла расположена со стороны входа звуковых волн в глушитель, а наружные поверхности его граней обращены в сторону каналов для прохода воздуха. 2. Глушитель по п. 1, отличающийся тем, что звукопоглощающие элементы имеют вид прямоугольного параллелепипеда. 3. Глушитель по п. 2, отличающийся тем, что расстояние до ребра двугранного угла от торца параллелепипеда, расположенного со стороны входа звуковых волн в глушитель, и расстояние между ребрами двугранных углов соседних перегородок, в случае выполнения звукопоглощающего элемента более чем с одной перегородкой, связаны с шириной параллелепипеда соотношениями l₁ ≥ 2a₁; d₁ ≥ 2a₁, где a₁ - ширина параллелепипеда, l₁ - расстояние до ребра двугранного угла от торца параллелепипеда, расположенного со стороны входа звуковых волн в глушитель, d₁- расстояние между ребрами двугранных углов соседних перегородок, в случае выполнения звукопоглощающего элемента более чем с одной перегородкой. 4. Глушитель по п. 1, отличающийся тем, что звукопоглощающие элементы имеют вид тел удобообтекаемой формы. 5. Глушитель по п. 4, отличающийся тем, что тело удобообтекаемой формы имеет эллиптический профиль. 6. Глушитель по п. 4, отличающийся тем, что тело удобообтекаемой формы имеет каплеобразный профиль. 7. Глушитель по любому из пп. 4-6, отличающийся тем, что расстояние до ребра двугранного угла от расположенной со стороны входа звуковых волн в глушитель наиболее удаленной точки, принадлежащей боковой поверхности звукопоглощающего элемента в его профильном сечении, и расстояние между ребрами двугранных углов соседних перегородок, в случае выполнения звукопоглощающего элемента более чем с одной перегородкой, связаны с наибольшим поперечным размером профильного сечения удобообтекаемого тела соотношениями l₂ ≥ а₂; d₂ ≥ a₂, где l₂ - расстояние до ребра двугранного угла от расположенной со стороны входа звуковых волн в глушитель наиболее удаленной точки, принадлежащей боковой поверхности звукопоглощающего элемента в его профильном сечении, а₂ - наибольший поперечный размер профильного сечения тела удобообтекаемой формы, d₂ - расстояние между ребрами двугранных углов соседних перегородок, в случае выполнения звукопоглощающего элемента более чем с одной перегородкой. 8. Глушитель по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что звукопоглощающие элементы каждого последующего ряда смещены относительно звукопоглощающих элементов предыдущего. 9. Глушитель по п. 8, отличающийся тем, что звукопоглощающие элементы, каждого последующего ряда перекрывают на просвет каналы между звукопоглощающими элементами предыдущего.