ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА Российский патент 2005 года по МПК F24F13/24 G10K11/16 

Изобретение относится к области снижения шума аэродинамических источников.

Известен глушитель шума, содержащий выполненную из перфорированного материала внутреннюю трубу, образующую канал для прохода воздуха, снабженную герметичным внешним кожухом, установленным с образованием относительно ее стенок зазора, заполненного звукопоглощающим материалом, и имеющего по всему поперечному сечению глушителя одинаковый размер (Патент Норвегии №160027, МПК F 16 L 55/02). Для данного глушителя шума характерны простота конструкции, а также малые габариты, однако он не обеспечивает эффективное глушение шума в широком спектре частот. Это объясняется тем, что при постоянном размере зазора небольшой величины по всему поперечному сечению и невозможности ее увеличения из-за отсутствия пространства для размещения в этом случае глушителя с увеличенными размерами кожуха, эффективное глушение шума обеспечивается только на средних и высоких частотах, а толщины размещенного в упомянутом зазоре звукопоглощающего материала оказывается недостаточно для подавления низкочастотной составляющей шума.

Известен резонансный глушитель шума, содержащий корпус с перегородками и крышки с входным и выходным патрубками, причем каждая перегородка выполнена в форме тора из звукопоглощающего материала. Торы сообщаются с воздушным потоком, проходящим через глушитель, через отверстия в конфузоре по всей длине тора. Благодаря указанной конструкции глушителя повышается эффективность снижения шума в широком спектре частот (Патент РФ №2131046, МПК⁶ F 01 N 1/02, опубл. 27.05.1999). Однако недостатком данного глушителя шума является сложность конструкции, обусловленная наличием перегородок в форме тора.

Известен глушитель аэродинамического шума, содержащий цилиндрический корпус с входом и выходом, размещенную в нем выполненную в форме спирали вставку, и расположенную на входе в корпус приемную камеру, при этом корпус выполнен из пористого материала, а вставка из пористой ленты. Кроме того, корпус снабжен распределительными решетками, закрепленными со стороны торцов вставки (Патент РФ №2017987, МПК⁵ F 01 N 1/10, опубл. 15.08.1994). Благодаря выполнению корпуса из пористого материала и вставки из пористой ленты обеспечивается значительное снижение уровня шума. В то же время наличие указанной вставки, занимающей значительную часть проходного сечения корпуса, и упомянутых распределительных решеток приводит к повышению аэродинамического сопротивления.

Несколько снижено аэродинамическое сопротивление в глушителе аэродинамического шума, содержащем цилиндрический корпус из пористого материала с расположенной на входе в него выполненной в виде диффузора приемной камерой, сегменты, установленные внутри корпуса по его длине под углом α=30-90° к внутреннему диаметру корпуса с расстоянием между ними, равным 0,25-0,5 внутреннего диаметра корпуса, и расположенные по отношению друг к другу в диаметральном сечении корпуса на 120° внутри корпуса (Патент РФ №2105162, МПК⁵ F 01 N 1/10, опубл. 20.02.1998).

Наиболее близким является глушитель шума, содержащий внутреннюю трубу, выполненную из сохраняющего форму проницаемого материала, например перфорированного листа или сетки, образующую канал для прохода воздуха, снабженную герметичным внешним кожухом, установленным с образованием относительно ее стенок зазора, заполненного звукопоглощающим материалом, при этом упомянутые труба и кожух имеют одинаковую или разную форму поперечного сечения (Г.Л.Осипов, Е.Я.Юдин, Г.Хюбнер и др. Снижение шума в зданиях и жилых районах. - М.: Стройиздат, 1987, с.478-479). Данный глушитель обладает простотой конструкции и невысоким аэродинамическим сопротивлением, однако ввиду выполнения внутренней трубы из перфорированного металлического листа или сетки уменьшается эффективность снижения шума. При этом для снижения его низкочастотной составляющей приходится значительно увеличивать зазор между внутренней трубой и кожухом для размещения в нем более толстого слоя звукопоглощающего материала, что в свою очередь приводит к увеличению габаритов глушителя. Кроме того, использование перфорированного металлического листа или сетки обеспечивает возможность изготовления внутренней трубы, имеющей в продольном сечении криволинейную форму, только с прямоугольным поперечным сечением.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении степени снижения уровня шума во всем нормируемом спектре частот, причем его низкочастотной составляющей без увеличения габаритов глушителя, а также обеспечения возможности изготовления глушителя с внутренней трубой с круглым или овальным поперечным сечением, имеющей в продольном сечении криволинейную форму.

Указанный технический результат достигается тем, что в глушителе шума, содержащем внутреннюю трубу, выполненную из сохраняющего форму проницаемого материала, образующую канал для прохода воздуха, снабженную герметичным внешним кожухом, установленным с образованием относительно ее стенок зазора, заполненного звукопоглощающим материалом, при этом труба и кожух имеют одинаковую или разную форму поперечного сечения, согласно изобретению, внутренняя труба выполнена из волокнисто-пористого полимерного материала.

Достижению указанного технического результата способствует то, что внутренняя труба выполнена из волокнисто-пористого полиэтилена.

Тот же технический результат достигается и тогда, когда внутренняя труба выполнена из волокнисто-пористого полипропилена.

Частные формы реализации изобретения, обеспечивающие достижение указанного технического результата, заключаются в следующем:

продольные оси внутренней трубы и кожуха совпадают;

внутренняя труба и кожух установлены с эксцентриситетом относительно друг друга;

внутренняя труба имеет в продольном сечении криволинейную форму, включающую два сориентированных вдоль кожуха прямолинейных участка, соединенных между собой участком коленообразной формы;

внутренняя труба имеет в поперечном сечении круглую, овальную или прямоугольную форму;

упомянутые прямолинейные участки расположены соосно между собой и с эксцентриситетом относительно оси кожуха;

прямолинейные участки расположены соосно между собой, а эксцентриситет между ними и наиболее удаленной от них частью коленообразного участка составляет 0,25-1,3 диаметра (d) внутренней трубы;

кожух имеет в поперечном сечении овальную форму.

Выполнение внутренней трубы из волокнисто-пористого полимерного материала по сравнению с перфорированной трубой из металлического листа позволяет использовать ее благодаря свойствам данного полимерного материала как в качестве жесткой основы для образования канала для прохода воздуха, так и для выполнения функции дополнительного звукопоглощающего слоя, что обеспечивает снижение уровня шума во всем нормируемом спектре частот. Это объясняется тем, что волокнисто-пористый полимерный материал состоит из хаотично распыленных волокон и обладает сквозной пористостью. Поры соединены между собой, и весь поступающий в них воздух принимает участие в колебательном звуковом процессе. Все структурные величины (диаметр пор, диаметр волокна) очень малы по сравнению с длиной волны, что позволяет рассматривать этот материал как однородную среду с внутренними потерями. Переменное звуковое давление в падающей волне приводит в возвратно-поступательное движение находящийся в порах воздух. При обтекании волокон потоком воздуха возникают силы вязкого трения, а также потери, вызванные искривлением и изменением (уменьшением или увеличением) протяженности пор между волокнами. Благодаря этому происходит затухание звука на высоких частотах. В поле звуковой волны воздух попеременно сжимается и расширяется. При этом температура изменяется. Вследствие хорошего контакта воздуха с большой поверхностью волокон и их относительно высокой теплопроводности на низких частотах наблюдается интенсивный теплообмен между воздухом и волокнами. Это приводит к изотермическому процессу сжатия воздуха. В результате теплообмена воздуха с волокнами обеспечивается поглощение низкочастотной составляющей шума. Кроме того, дополнительное поглощение низкочастотной составляющей шума основано на механических колебаниях образованного волокнами скелета указанного полимерного материала под действием сил трения воздуха. Снижение уровня шума при изготовлении внутренней трубы из волокнисто-пористого полимерного материала достигается при различных формах ее поперечного сечения. При этом кожух может иметь одинаковую с ней форму поперечного сечения или разную и расположен соосно или с эксцентриситетом. Выполнение же внутренней трубы, имеющей в продольном сечении криволинейную форму, включающую два сориентированных вдоль кожуха прямолинейных участка, соединенных между собой участком коленообразной формы, позволяет дополнительно снизить уровень шума за счет потери звуковой энергии при происходящем в этом случае многократном отражении звуковых волн от криволинейной поверхности упомянутой трубы. При указанной криволинейной форме внутренней трубы наиболее высокий результат достигается в случае, когда прямолинейные участки расположены соосно между собой, а эксцентриситет (е) между ними и наиболее удаленной от них частью коленообразного участка составляет 0,25-1,3 диаметра (d) внутренней трубы. Эксцентриситет (е) менее 0,25 d малоэффективен вследствие беспрепятственного прохождения в этом случае части звуковых волн через глушитель. При эксцентриситете более 1,3 d наблюдается значительный рост аэродинамического сопротивления и малозаметное снижение уровня шума и, кроме того, это приводит к увеличению габаритов глушителя.

Изобретение иллюстрируется чертежами и диаграммами, представленными на фиг.1-7:

фиг.1 - продольное сечение глушителя шума, в котором внутренняя труба и кожух имеют общую ось;

фиг.2 - продольное сечение глушителя шума, в котором внутренняя труба имеет криволинейную форму;

фиг.3 - вид глушителя со стороны торца, с внутренней трубой, имеющей в продольном сечении криволинейную форму, изображенную на фиг.2, а в поперечном - круглую, и кожухом овальной формы в поперечном сечении;

фиг.4 - вид глушителя со стороны торца, с внутренней трубой, имеющей в продольном сечении криволинейную форму, изображенную на фиг.2, а в поперечном - круглую, и кожухом прямоугольной формы в поперечном сечении;

фиг.5 - вид глушителя со стороны торца, с внутренней трубой, имеющей в продольном сечении криволинейную форму, изображенную на фиг.2, а в поперечном - овальную, и кожухом овальной формы в поперечном сечении;

фиг.6 - диаграмма, на которой представлена сравнительная характеристика снижения уровня шума для глушителей, внутренняя труба и кожух которых имеют круглое поперечное сечение и их оси совпадают, при этом внутренняя труба одного из них выполнена из волокнисто-пористого полимерного материала, а именно волокнисто-пористого полиэтилена (кривая 1), а другого - из перфорированного стального листа (кривая 2);

фиг.7 - диаграмма, на которой представлена сравнительная характеристика снижения уровня шума для глушителей с внутренней трубой из волокнисто-пористого полиэтилена: кривые 2-5 - внутренняя труба имеет в продольном сечении криволинейную форму с различными величинами эксцентриситета (е) между прямолинейными участками и наиболее удаленной от них частью коленообразного участка, в поперечном - круглую, а кожух - овальную; кривая 1 - внутренняя труба и кожух имеют круглое поперечное сечение и их оси совпадают.

Глушитель шума содержит внутреннюю трубу 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, образующую канал для прохода воздуха. Труба 1 выполнена из сохраняющего форму проницаемого волокнисто-пористого полимерного материала, например, волокнисто-пористого полиэтилена или волокнисто-пористого полипропилена. Труба 1 снабжена герметичным внешним кожухом 4, выполненным, например, из оцинкованного стального листа и установленным с образованием относительно ее стенок зазора, заполненного звукопоглощающим материалом 5, например стекловатой. Внутренняя труба 1 может быть выполнена, например, с прямолинейной осью (фиг.1). Для повышения степени снижения уровня шума внутренняя труба имеет криволинейную форму и включает два сориентированных вдоль кожуха расположенных соосно между собой прямолинейных 6 участка, соединенных между собой участком коленообразной 7 формы. Прямолинейные участки 6 расположены соосно между собой и с эксцентриситетом относительно кожуха. При этом для достижения более высокого технического результата наиболее удаленная часть коленообразного 7 участка расположена относительно прямолинейных 6 участков с эксцентриситетом (е), составляющим, например, 0,5 d. Труба 1 и кожух 4 могут иметь одинаковую или разную форму поперечного сечения, и установлены соосно или с эксцентриситетом относительно друг друга. Например, труба и корпус имеют круглую, прямоугольную или овальную форму и установлены соосно между собой (фиг.1); труба круглую, а корпус овальную (фиг.3), труба круглую, а корпус прямоугольную (фиг.4), труба и корпус - овальную и установлены с эксцентриситетом относительно друг друга.

Работа глушителя шума осуществляется следующим образом. Глушитель шума подсоединяется, по меньшей мере, одной своей стороной к воздуховоду или другому элементу системы вентиляции, воздушного отопления или кондиционирования воздуха, например фильтру. Под действием сил давления, создаваемых вентилятором, воздух поступает через входное 2 отверстие внутренней трубы 1 и движется по ограниченному внутренней поверхностью ее стенок каналу до выходного отверстия 3. Звуковые волны, распространяющиеся от вентилятора, попадая в глушитель, вызывают колебательное движение воздуха в порах волокнисто-пористого материала внутренней трубы 1, а также механические колебания образованного волокнами скелета указанного полимерного материала под действием сил трения воздуха. В результате этого происходит потеря звуковой энергии, механизм которой описан выше как на высоких, так и на низких частотах. Кроме того, дальнейшее снижение уровня шума происходит за счет колебательного движения воздуха в порах звукопоглощающего материала 5, размещенного в зазоре между внутренней трубой 1 и кожухом 4. За счет вязкого трения, обусловленного колебательным движением воздуха, в порах звукопоглощающего материала, например стекловаты, происходит преобразование звуковой энергии в тепловую. Снижение уровня шума при изготовлении внутренней трубы из волокнисто-пористого полимерного материала достигается при различных формах ее поперечного сечения. При этом кожух может иметь одинаковую с ней форму поперечного сечения или разную и расположен соосно или с эксцентриситетом. Подтверждением вышеизложенному служат полученные в результате эксперимента данные, представленные на диаграмме, изображенной на фиг.6, свидетельствующие о том, что повышение степени снижения уровня шума наблюдается на всех среднеоктавных частотах для глушителя с внутренней трубой из волокнисто-пористого полимерного материала (волокнисто-пористого полиэтилена) (кривая 1) по сравнению с глушителем с внутренней трубой из перфорированного стального листа (кривая 2) при всех прочих равных условиях (форма, размеры, толщина слоя звукопоглощающего материала между внутренней трубой и кожухом). Следует особо отметить ярко выраженную акустическую эффективность глушителя шума при изготовлении внутренней трубы из волокнисто-пористого полимерного материала на низких частотах в диапазоне от 125 до 250 Гц, которые вызывают основные проблемы при глушении шума в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.

Выполнение же внутренней трубы, имеющей в продольном сечении криволинейную форму, включающую два сориентированных вдоль кожуха прямолинейных участка, соединенных между собой участком коленообразной формы, позволяет дополнительно снизить уровень шума за счет потери звуковой энергии при происходящем в этом случае многократном отражении звуковых волн от криволинейной поверхности упомянутой трубы. При этом наиболее высокий результат достигается когда прямолинейные участки расположены соосно между собой, а эксцентриситет между ними и наиболее удаленной от них частью коленообразного участка составляет 0,25-1,3 d. Это подтверждается полученными в результате эксперимента данными, представленными на диаграмме, изображенной на фиг.7, свидетельствующими о том, что повышение степени снижения уровня шума наблюдается для глушителя шума с внутренней трубой из волокнисто-пористого полиэтилена указанной криволинейной формы (е=0,25 d - кривая 2, е=0,5 d - кривая 3, е=d - кривая 4, е=1,3 d - кривая 5) по сравнению с внутренней трубой с прямолинейной осью (кривая 1), изготовленной из того же материала. В данном случае повышение акустической эффективности глушителя наблюдается на высоких частотах в диапазоне от 1000 до 16000 Гц. Экспериментальные данные, представленные на диаграммах (фиг.6 и 7), получены на испытательном стенде для измерения статического снижения шума глушителем внутри воздуховода методом с замещающим воздуховодом в соответствии с ГОСТ 28100-89 “Защита от шума в строительстве.

Глушители шума. Методы определения акустических характеристик”. На вышеуказанных диаграммах представлены результаты эксперимента для внутренней трубы из волокнисто-пористого полиэтилена. Аналогичные результаты получены и для внутренней трубы из волокнисто-пористого полипропилена (на диаграммах не показано). Таким образом, заявляемый глушитель шума по сравнению с прототипом благодаря использованию для изготовления внутренней трубы волокнисто-пористого полимерного материала, свойства которого позволяют использовать внутреннюю трубу как в качестве жесткой основы для образования канала для прохода воздуха, так и для выполнения функции дополнительного звукопоглощающего слоя, обеспечивает повышение степени снижения уровня шума во всем нормируемом спектре частот, причем его низкочастотной составляющей без увеличения габаритов глушителя. Кроме того, использование указанного материала обеспечивает возможность изготовления глушителя с внутренней трубой, имеющей в продольном сечении криволинейную форму, с круглым или овальным поперечным сечением. Это возможно благодаря использованию для получения внутренней трубы известной технологии изготовления различных изделий, например, аэродинамическим способом из расплава полимеров.

Изобретение относится к области снижения шума аэродинамических источников. Глушитель содержит внутреннюю трубу с входным и выходным отверстиями, образующую канал для прохода воздуха. Труба выполнена из сохраняющего форму проницаемого волокнисто-пористого полимерного материала, например волокнисто-пористого полиэтилена или волокнисто-пористого полипропилена, и снабжена герметичным внешним кожухом из оцинкованного стального листа. Кожух установлен с зазором относительно трубы, который заполнен звукопоглощающим материалом, например стекловатой. Техническим результатом изобретения является повышение степени снижения уровня шума во всем нормируемом спектре частот. 20 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Глушитель шума, содержащий внутреннюю трубу, выполненную из сохраняющего форму проницаемого материала, образующую канал для прохода воздуха, снабженную герметичным внешним кожухом, установленным с образованием относительно ее стенок зазора, заполненного звукопоглощающим материалом, при этом труба и кожух имеют одинаковую или разную форму поперечного сечения, отличающийся тем, что внутренняя труба выполнена из волокнисто-пористого полимерного материала.2. Глушитель по п.1, отличающийся тем, что внутренняя труба выполнена из волокнисто-пористого полиэтилена.3. Глушитель по п.1, отличающийся тем, что внутренняя труба выполнена из волокнисто-пористого полипропилена.4. Глушитель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что продольные оси внутренней трубы и кожуха совпадают.5. Глушитель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что внутренняя труба и кожух установлены с эксцентриситетом относительно друг друга.6. Глушитель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что внутренняя труба имеет в продольном сечении криволинейную форму, включающую два сориентированных вдоль кожуха прямолинейных участка, соединенных между собой участком коленообразной формы.7. Глушитель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что внутренняя труба имеет в поперечном сечении круглую, овальную или прямоугольную форму.8. Глушитель по п.4, отличающийся тем, что внутренняя труба имеет в поперечном сечении круглую, овальную или прямоугольную форму.9. Глушитель по п.5, отличающийся тем, что внутренняя труба имеет в поперечном сечении круглую, овальную или прямоугольную форму.10. Глушитель по п.6, отличающийся тем, что внутренняя труба имеет в поперечном сечении круглую, овальную или прямоугольную форму.11. Глушитель по п.6, отличающийся тем, что прямолинейные участки расположены соосно между собой и с эксцентриситетом относительно оси кожуха.12. Глушитель по п.10, отличающийся тем, что прямолинейные участки расположены соосно между собой и с эксцентриситетом относительно оси кожуха.13. Глушитель по п.6, отличающийся тем, что прямолинейные участки расположены соосно между собой, а эксцентриситет между ними и наиболее удаленной от них частью коленообразного участка составляет 0,25÷1,3 диаметра внутренней трубы.14. Глушитель по п.10, отличающийся тем, что прямолинейные участки расположены соосно между собой, а эксцентриситет между ними и наиболее удаленной от них частью коленообразного участка составляет 0,25÷1,3 диаметра внутренней трубы.15. Глушитель по п.11 или 12, отличающийся тем, что эксцентриситет между прямолинейными участками и наиболее удаленной от них частью коленообразного участка составляет 0,25÷1,3 диаметра внутренней трубы.16. Глушитель по любому из пп.1-3,8-14, отличающийся тем, что кожух имеет в поперечном сечении овальную форму.17. Глушитель по п.4, отличающийся тем, что кожух имеет в поперечном сечении овальную форму.18. Глушитель по п.5, отличающийся тем, что кожух имеет в поперечном сечении овальную форму.19. Глушитель по п.6, отличающийся тем, что кожух имеет в поперечном сечении овальную форму.20. Глушитель по п.7, отличающийся тем, что кожух имеет в поперечном сечении овальную форму.21. Глушитель по п.15, отличающийся тем, что кожух имеет в поперечном сечении овальную форму.