Изобретение относится к испытательному технологическому и контрольно-диагностическому оборудованию, применяемому в испытательных акустических комплексах (ИАК), в частности, для изучения шумов и вибраций, генерируемых двигателем внутреннего сгорания (ДВС) в виде автономной энергетической установки или в составе транспортного средства, например легкового автомобиля.
Решение проблемы уменьшения акустического загрязнения окружающей среды и улучшения акустического комфорта наземных колесных транспортных средств - важная актуальная задача разработчиков и исследователей транспортной техники, требующая больших материальных, временных и интеллектуальных затрат. Наиболее мобильными и продуктивными процессами исследований и доводки, в частности, колесных транспортных средств по шуму и виброкомфорту являются экспериментальные исследования, проводимые в стендовых условиях, с привлечением многообразной техники имитации скоростных и нагрузочных режимов, идентичных дорожным (полевым) условиям испытаний (например, динамических стендов с беговыми барабанами), стационарной измерительной и анализирующей аппаратуры. Постоянные, не зависящие от погоды и состояния дорожного покрытия условия испытаний, удобство съема и анализа измерительной информации способствуют все более широкому распространению стендовых исследований виброакустических процессов, протекающих в наземных колесных транспортных средствах. Ввиду того, что основным виброшумоактивным источником транспортного средства является его энергетическая установка - двигатель внутреннего сгорания и, в особенности, его система газообмена (система "воздух-воздух"), включающая систему впуска и систему выпуска отработавших газов, как наиболее интенсивных газодинамических источников шума, то весьма важно проводить их исследования и доводку на динамическом барабанном или моторном томозном стендах при имитации различных скоростных и нагрузочных режимов (изменяя обороты ДВС, угол открытия дроссельной заслонки и т.п.) в аналогичных условиях, близких к условиям свободного звукового поля (в которых, например, находится транспортное средство на автостраде или полевых условиях в процессе его эксплуатации).
Достаточно полную имитацию условий скоростных и нагрузочных режимов движения автомобиля и работы его ДВС в реальных дорожных условиях можно достичь на стендах с беговыми барабанами и моторных стендах, практика использования которых нашла широкое распространение на предприятиях, производящих автотранспортную технику, в НИИ. Условия свободного звукового поля при этом возможно реализовать поместив эти исследовательские стенды в специальное строительное сооружение - полубезэховую или безэховую акустическую камеру.
В связи с этим современные технологии исследования акустических процессов, реализующихся на транспортных средствах (автомобилях, тракторах, мотоциклах и пр. видах колесных транспортных средств) и их ДВС, предусматривают, в частности, применение специальных исполнений (конструкций) низкошумных беговых барабанов, позволяющих имитировать различные скоростные и нагрузочные режимы работы энергетических и трансмиссионных агрегатов транспортных средств при низких уровнях производимого ими шума, а также обладающих низким уровнем фонового шума моторных стендов в условиях размещения их в специальных безэховых или полубезэховых акустических камерах, способствующих в итоге формированию свободного звукового поля в зонах измерений с низким уровнем акустических помех.
Безэховая (полностью заглушенная) или полубезэховая (заглушенная, с отражающим полом) испытательные камеры представляют собой помещения, установленные на отдельном, виброизолированном от основного здания фундаменте. В таких камерах размещается динамический стенд с беговыми барабанами (или моторный тормозной стенд), виброизолированный от основного здания и корпуса камеры. Привод и тормозная установка размещаются в подвальном, или находящимся на одном уровне с камерой, отдельном машинном помещении. Для реализации акустических свойств камеры к условиям распространения звуковых волн, идентичных условиям свободного звукового поля, выполняется направленное согласование акустических импедансов (сопротивлений) воздушной среды в свободном пространстве камеры, в котором располагаются измерительные микрофоны, и в пористой структуре звукопоглощающего материала, облицовывающего (футерующего) звукоотражающие поверхности стен, потолка, пола. Именно поэтому конструкция звукопоглощающей облицовки стен (пола, потолка) камеры выполняется пористой и имеет структурную плотность пористой структуры, плавно изменяющуюся по глубине покрытия в направлении распространения звуковых волн к жесткой звукоотражающей поверхности стен (пола, потолка). Причем, большая плотность пористой звукопоглощающей облицовки реализуется непосредственно у стенок камеры, а меньшая - на внешнем (приемном) поверхностном слое звукопоглощающей футеровки стен и потолка помещения испытательной камеры. Необходимые условия такого волнового согласования сред распространения и поглощения звуковых волн в зонах футеровки стен и потолка достигаются, в частности, применением различных объемных поглотителей звука клиновой формы (в виде клиньев, кулис). Основными материалами, из которых изготавливаются звукопоглощающие футерующие поглотители, являются открытоячеистый пенополиуретан, стекловолокно, супертонкое базальтовое волокно, винипор с огнестойкой пропиткой и т.п.
Как правило, современные ИАК содержат семейство испытательных камер (ИК) - безэховых, полубезэховых, реверберационных, с установленными в них динамическими барабанными, моторными, трансмиссионными и другими испытательными стендами, содержащими низкошумные приводные и тормозные агрегаты для различного целевого использования в технологиях акустических испытаний и доводки объектов. Для исключения явления возникновения загазованности объектами испытаний - ДВС, пространства помещений ИК и пультовых помещений, используются технологические системы (ТС) отсоса выхлопных газов, производимых объектами испытаний (колесным транспортным средством, ДВС), которые оборудуются высокопроизводительными разветвленными вентиляционными системами локального отсоса газов, с мощной вентиляторной вытяжной установкой, осуществляющей вытяжку выхлопных газов ДВС по индивидуальным трубопроводам и разветвленным вентиляционным каналам ТС с выбросом их (газов) в окружающую среду. ТС, как правило, содержат набор трубопроводов в виде отдельных сообщающихся разветвленных участков, с одной стороны подходящих к заданным зонам пространства помещений ИК, а с другой стороны - соединяющихся в единый трубопровод с дальнейшим подсоединением с выводом в общий вентиляционный канал, с смонтированной в нем централизованной вентиляторной вытяжной установкой и глушителем шума аэрогазодинамического потока газа, уменьшающим уровни шумового излучения, производимого ИАК в открытое пространство (уменьшение загрязнения окружающей среды). В частности, в патенте Российской Федерации на полезную модель №33227 (кл. 7 G 01 М 17/00, публ. 10.10.2003, бюл. №28) представлена конструкция динамического стенда с беговыми барабанами для акустических исследований транспортных средств, технологическая система отсоса выхлопных газов которого (см. фиг.1 описания полезной модели №33227) содержит гибкий отводящий шланг отвода выхлопных газов с звукопоглощающим чехлом, трубопровод технологической системы отвода выхлопных газов, вентиляционный канал, вентиляторную воздуходувку, технологический глушитель шума. В известном динамическом стенде с беговыми барабанами используется автономный отвод отработавших выхлопных газов системы выпуска двигателя транспортного средства с герметичной установкой гибкого отводящего шланга вытяжной вентиляционной установки на свободный срез хвостовой трубы основного глушителя шума системы выпуска транспортного средства. Такой способ отвода выхлопных газов при реализациях технологий испытаний и доводки используется в случаях, когда требуется исключить энергетический звуковой вклад из общего звукового поля исследуемого объекта (транспортного средства, ДВС) шумоизлучение аэрогазодинамической составляющей шума системы выпуска отработавших газов. Такой способ и устройство отвода выхлопных газов используется, в частности, при исследовательских и доводочных работах по целенаправленному разделению источников шума многокомпонентного излучателя, исследованиях шума отдельных узлов и агрегатов в составе транспортного средства с подавлением фонирующего излучения шума выхлопа, составлению уравнений акустического баланса источников шума транспортного средства в целом. В это же время, например, при замерах внешнего и внутреннего шума автомобиля жесткая герметичная установка шланга на хвостовую трубу глушителя, недопустима как исключающая процесс излучения звука свободным срезом трубы в открытое пространство камеры, искажающая реальные результаты испытаний, так как в этом случае исключается из процесса формирования общего (суммарного) звукового поля автомобиля - один из его основных составляющих источников шума (шум выхлопа). С другой стороны, жесткое демпфирующее подключение дополнительной массы шланга к трассе колеблющейся на подвеске к кузову автомобильной выхлопной системы также вызывает нежелательные изменения динамических нагрузок на несущие опорные резиновые элементы (подвеску) выхлопной системы и, таким образом, искажает их реальные вклады от передачи твердым путем виброакустической энергии на структуру пола кузова и далее, в виде воздушного шума, распространяющегося внутри пространства салона автомобиля в виде внутреннего шума автомобиля. Кроме того, химически активный конденсат, содержащийся в выхлопных газах конструктивных элементов (глушителей) системы выпуска отработавших газов двигателя автомобиля, свободно попадая в магистраль ТС отсоса выхлопных газов, влечет последующую интенсивную коррозию трубопроводов ТС. Поэтому при проведении такого вида исследований (измерения внешнего и внутреннего шума автомобилей), непосредственных исследований шумозаглушающих характеристик глушителей шума выпуска отработавших газов исследуемого транспортного средства и выполнении доводочных работ по совершенствованию их конструкций гибкий отводящий шланг не используется. В этом случае происходит свободный выпуск отработавших газов двигателя (и свободное излучение звука открытым срезом хвостовой трубы) в открытое пространство акустической камеры (см. публикацию Walter Seeger "Geraususchabstrahlung eines Verbrennungsmotors. Einfluss der Ansaug - und Absauggerausche auf das Fahrzeug-lnnengerausch". Automobil-lndustrie, 1985, №5, p.515). Либо гибкий отводящий шланг подсоединяется к дистанционно смонтированному открытому коническому раструбу, устанавливаемому вблизи открытого свободного среза хвостовой части выхлопной трубы исследуемого транспортного средства (см. свидетельство на полезную модель Российской Федерации №20399, кл. 7 G 10 К 11/00, В 60 Н 1/00, публ. 27.10.2001, бюл. №30). В этом случае реализуется дистанционный отсос выхлопных газов ДВС и свободный срез хвостовой трубы глушителя исследуемой системы выпуска отработавших газов ДВС излучает звуковую энергию в открытое пространство ИК. При использовании низкошумной, невысокой производительности ТС отсоса выхлопных газов происходит выброс отработавших газов системы выпуска ДВС исследуемого транспортного средства в помещение акустической камеры, что приводит к появлению проблем избыточной загазованности помещения, частичной потери пористости и шумопоглощающих свойств звукопоглощающих облицовок стен и потолка ИК вследствие оседания на их поверхность твердых частиц (сажи), содержащихся в выхлопных газах ДВС испытуемых транспортных средств (в особенности, оборудованных дизельным ДВС). При использовании высокопроизводительной ТС отсоса выхлопных газов, как правило, используется вентиляционная установка с более высокой частотой вращения и большим диаметром крыльчатки, что неизбежно влечет усиленное шумоизлучение от этой установки и передачу генерируемого ею шума по общему вентиляционному каналу к сообщающимся ветвям отдельных участков трубопроводов ТС отсоса в направлении открытого среза раструба дистанционного отсоса выхлопных газов в пространство испытательной камеры. Это, в свою очередь, вызывает нежелательное увеличение фонового шума помех в измерительных зонах ИК. Кроме этого, при одновременном проведении исследовательских работ в ИАК, содержащем несколько ИК, с установленными в них моторными и динамическими барабанными стендами возможна передача и перераспределение интенсивного звукового излучения по сообщающимся трубопроводам (как акустическим волноводам) и глушителям шума, встроенным в эти трубопроводы, нежелательного "паразитного" шума, например, в измерительную зону открытого среза хвостовой трубы системы выпуска отработавших газов ДВС, располагаемого вблизи открытого среза раструба дистанционного отсоса выхлопных газов. Такая передача шумовой энергии может происходить из зон разветвленных участков трубопроводов ТС других ИК, объединенных в единую трубопроводную сеть с общим вентиляционным каналом, отводящим поток выхлопных газов (в особенности, при проведении испытаний ДВС с выпуском отработавших газов в трубопровод при вариантах демонтированных штатных глушителях испытуемых ДВС или установленных "спортивных" вариантах систем выпуска отработавших газов с высоким уровнем производимого ими шума), с высоким уровнем шума от одновременно работающих нескольких объектов испытаний (ДВС, автомобилей). В связи с этим данные глушители шума, как составные элементы ТС отсоса, должны обладать свойством обратимости, т.е. обеспечивать одновременное подавление звуковой энергии волн со стороны входной и выходной труб глушителя, эффективное заглушение шума при изменении направления истечения газов и направления распространения звуковых волн с прямого на противоположное.
Таким образом, является актуальным применение технического решения по обеспечению подавления и минимизации передачи "паразитных шумов" по сообщающимся между собой трубопроводным ветвям ТС отсоса выхлопных газов, в частности, в измерительную точку расположения микрофона у свободного среза выхлопной трубы глушителя системы выпуска отработавших газов ДВС транспортного средства или других микрофонов, расположенных в пространстве ИК, применением устройств низкошумного дистанционного засасывания выхлопных газов, выделяемых в открытое пространство камеры свободным срезом хвостовой трубы исследуемого ДВС транспортного средства, установленного на стенде с беговыми барабанами. Вместе с тем, такая ТС отсоса выхлопных газов должна обладать высокой производительностью с целью предотвращения возникновения загазованности выхлопными газами рабочих пространств ИК и пультовых помещений. Таким образом, требуется решение противоречивой задачи применения в ТС отсоса выхлопных газов ДВС высокопроизводительного (а значит, как правило, достаточно шумного) вентилятора (в составе вентиляторной установки), при высокоэффективном процессе заглушения этого вентиляторного шума, а также и эффективного заглушения шума потока выхлопных газов ДВС, испытуемых в других (соседних) испытательных помещениях, с обеспечением низкого гидравлического сопротивления сообщающихся трубопроводных ветвей отсоса выхлопных газов и заглушающих элементов в ТС и обеспечения эффективного отсоса газов используемой вентиляторной установкой. Технические устройства заглушения шума в ТС отсоса выхлопных газов должны обеспечивать также и снижение шума выхлопа испытуемых ДВС, передаваемого в окружающую среду и/или другие испытательные помещения, через открытый срез трубопровода общей трассы отсоса выхлопных газов. В особенности, такое шумозаглушение наиболее актуально в тех случаях, когда проходят испытания прямоточных систем выпуска ДВС (с демонтированными глушителями) в процессах доводочных работ и/или при разработках и доводках спортивных автомобилей с форсированными двигателями, оборудуемых, как правило, малогабаритными, упрощенными по конструкции, с низкими гидравлическими сопротивлениями, неэффективными устройствами заглушения шума выхлопа.
Таким образом, требуется комплексное компромиссное решение противоречивой технической задачи, которое представлено в заявляемом устройстве ТС глушения аэрогазодинамического шума принудительного отсоса выхлопных газов ДВС, конструкция которой представлена в материалах заявляемого изобретения.
Источником газодинамического шума ТС принудительного отсоса выхлопных газов транспортных средств и ДВС, испытуемых на машиноиспытательных станциях, научно-технических центрах предприятий и НИИ, как правило, являются как непосредственно вентиляторные установки в виде центробежных вентиляторов, так и сами объекты испытаний (транспортные средства, ДВС), содержащие системы выпуска отработавших газов, подключенные к разветвленным (разведенным по конкретным испытательным камерам) ветвям трубопроводной системы, сообщающихся с локальными зондами отсоса, из которых производится забор газовоздушной среды, с единой централизованной локальной зоной ее выброса в открытое пространство (окружающую среду). Звуковая энергия, генерируемая такой вентиляторной установкой, транспортируется в том числе через вентиляционный канал и в пространства ИК по подключенным разветвленным ветвям участков трубопроводов, как по акустическим волноводам, в зоны их открытых срезов, находящихся в измерительных пространствах акустических полубезэховых или безэховых камер, в которых установлены испытательные стенды и испытуемые по шуму объекты (транспортное средство, ДВС). В том случае, если звуковую энергию вентиляторной установки принудительно эффективно не заглушить, то в измерительных зонах акустических камер будет формироваться высокий шумовой паразитный фон, который затруднит выполнение объективных акустических измерений с объектом испытаний (например, системой выпуска отработанных газов двигателя, ДВС, или транспортным средством в целом). Если эффективность заглушения шумовой энергии вентиляторной установки будет недостаточно высокой, то динамический диапазон проводимых акустических измерений с объектами испытаний будет узким, или же такие измерения производить будет просто невозможно из-за высокого (соизмеримого с полезным сигналом) уровня акустических помех (шумового фона). Применение же высокоэффективных глушителей газового потока, как правило, ограничивается создаваемыми ими высоким гидравлическим сопротивлением и, как следствие, недостаточной эффективностью свободного отсоса выхлопных газов ДВС исследуемого транспортного средства, что в конечном итоге влечет к повышенной загазованности испытательного помещения камеры или запретом эксплуатации стендового оборудования по безопасным, безвредным для здоровья, условиям труда операторов. Установка более производительной вентиляторной установки для преодоления больших гидравлических потерь на глушителе, как правило, ведет к возрастанию генерируемого ею шума.
Известны различные устройства шумозаглушающих элементов, встраиваемых в качестве составных элементов ТС отсоса газов и, в частности, устройство ослабления шума, производимого вентиляторной установкой, в частности центробежным вентилятором согласно [1] - заявки Японии 63-55400 кл. F 04 D 29/66, F 04 D 29/ 42, заявлено 26.08.86. Для обеспечения эффекта снижения шума центробежного вентилятора, как элемента генерирования звукового излучения, распространяемого по сообщающимся трубопроводам ТС отсоса газов, предусмотрена полная или частичная облицовка корпуса вентиляторной установки звукопоглощающим материалом. Недостатками такого устройства для подавления шума в ТС отсоса являются:
- возбуждаемые вентилятором пульсации газового потока в свою очередь возбуждают собственные акустические моды участков магистрали отсоса выхлопных газов, как трубопроводов (волноводов) конечных длин, которые усиливают передачу и излучение резонансного шума как в измерительные зоны акустических камер, так и в окружающую среду;
- футеровка корпусных деталей вентилятора звукопоглощающим материалом эффективна только для целей ослабления шума вентилятора исключительно в области средних и высоких частот звукового спектра и неэффективна - для подавления генерируемых им низкочастотных пульсаций и низкочастотного звука;
- как правило, применение облицовки (футеровки) корпусных деталей вентилятора пористыми материалами связано с увеличением гидравлических сопротивлений футерованных участков вследствие возрастания трения пористых поверхностей, контактирующих с засасываемым потоком газов, удорожанием конструкции в целом и т.п.
- применение устройств для ослабления шума, генерируемого непосредственно вентилятором, располагаемых непосредственно вблизи зоны вентилятора или в его структуре, не может оказать требуемого положительного шумопонижающего эффекта на ослабление звуковой энергии, генерируемой и излучаемой в окружающую среду системами выпуска отработавших газов исследуемых ДВС и транспортных средств (в особенности, если исследуемые ДВС и транспортные средства являются шумоактивными, например, оборудованные прямоточными или "спортивными" системами выпуска отработавших газов), при этом эта звуковая энергия (от систем выпуска отработавших газов испытуемых ДВС) является, как правило, более интенсивной и отличного частотного состава;
- применение устройств для ослабления шума, производимого непосредственно вентилятором, реализованных в составе конструкции его корпуса, не может оказывать положительного влияния на заглушение шума и его беспрепятственную передачу по отдельным свободно сообщающимся между собой участкам трубопроводов разветвленной системы отсоса нескольких ИК, скомпонованных до зоны вентиляционного канала и вентиляторной установки, что может отрицательно сказаться на возросшем дополнительном шумовом фоне в отдельных ИК, где требуются условия низкого шумового фона в зонах установки измерительных микрофонов.
Известно, согласно [2] - Tlumiki do wentilatorow zapylonych / Dyszlewska Krystyna / Zesz. nauk. Ciepl. masz. prsepl. / Plodz. - 1987, №94, с.209...220 (польск.), что для снижения шума вентиляторов, включенных в трубопроводы ТС отсоса газов и обеспечивающих принудительную транспортировку газов, содержащих влагу и механические примеси, более рационально применять резонансные глушители. Недостатками приведенных конструкций глушителей, несмотря на их конструктивную простоту, является их узкополосная и невысокая по эффективности шумозаглушающая способность, в то время как в практических задачах подавления шума в технологических магистралях отсоса выхлопных газов ДВС требуется использование глушителей эффективных в широком частотном диапазоне, по крайней мере, не менее чем в диапазоне 63...8000 Гц.
Известен глушитель шума, как составной элемент шумозаглушения газов в ТС, устанавливаемый на вентиляционных воздуховодах, согласно [3] - патента Норвегии №160027 (кл. F 16 L 55/02), выполненный в виде расширительной резонаторной камеры, охватывающей перфорированный участок воздуховода. Пространство камеры, образованной внешним кожухом и перфорированным участком трубы, заполнено волокнистым шумопоглощающим материалом типа минеральной ваты. Очевидным недостатком такой конструкции глушителя является необходимость применения большегабаритной по диаметру внешнего кожуха камеры в отношении поперечных сечений подводящего и отводящего участков воздуховодов, с тем, чтобы создать резкое (скачкообразное) изменение волновых сопротивлений на входе и выходе звука из камеры (обеспечить эффективную волновую пробку) и, таким образом, обеспечить условия эффективного отражения звуковых волн по направлению к источнику излучения звука. В этом случае, конструкция вырождается в крупногабаритную, не всегда применимую по условиям компоновки, дорогостоящую и материалоемкую. Также, ввиду возможного накопления химически активного конденсата в пористом слое нижней части корпуса глушителя, содержащегося в "горячих" выхлопных газах ДВС, вследствие воздействия "холодных" стенок крупногабаритного корпуса (с улучшенным из-за большой площади поверхности корпуса теплосъемом), возможно относительно быстрое разрушение корпуса глушителя, или же требуется применение качественных легированных коррозионностойких марок сталей для материала корпуса.
Аналогичными конструктивными и эксплуатационными недостатками обладает глушитель, как составной элемент заглушения шума газов в ТС отсоса выхлопных газов, выполненный по [4] - патенту ГДР №266936 (кл. F 01 N 7/13; F 01 N/24) в виде однокамерной цилиндрической прямоточной конструкции с соосной внутренней перфорированной трубой. Кольцевая полость между трубой и корпусом заполнена волокнистым материалом. Торцевая крышка корпуса, на которой устанавливается впускной патрубок, выполнена съемной для периодической замены волокнистого материала при его забивке твердыми частицами отработавших газов ДВС.
Известен глушитель шума вентилятора по [5] - патенту Российской Федерации №1574918 (кл. F 04 D 29/66, F 01 N 1/08) для использования в каналах всасывания и нагнетания вентиляторов ТС транспортировки газообразных сред, отличающийся повышенной эффективностью глушения шума. Глушитель выполнен в виде гибридной шумозаглушающей конструкции, включающей комбинацию шумозаглушающих элементов в виде параллельно подключенной резонаторной камеры и последовательно подключенной камеры с шумоглушительным элементом активного типа в виде пористой набивки из звукопоглощающего материала. Основным недостатком данной конструкции глушителя являются его высокие гидравлические сопротивления, связанные с последовательным подключением в трубопроводной ТС элемента активного типа, ухудшающие в целом эффективность отсоса и транспортировки выхлопных газов по трубопроводам ТС и требующих применения вентиляционной установки более высокой производительности (т.е., очевидно, более шумной, габаритной и дорогостоящей), наличие частотных областей пропускания звуковых волн на собственных модах резонаторной камеры, ослабляющих общий эффект заглушения шума.
В качестве ПРОТОТИПА принята низкошумная ТС дистанционного отсоса выхлопных газов для динамического стенда с беговыми барабанами, представленная в публикации описания полезной модели RU №30986, кл. G 01 M 19/00, БИ №19/2003. Полезная модель относится к контрольно-диагностическому оборудованию, в частности к испытательному стенду для изучения шумов и вибраций, генерируемых автотранспортным средством, например легковым автомобилем. В известном прототипе предложены три варианта конструктивного исполнения ТС дистанционного отсоса выхлопных газов для динамического стенда с беговыми барабанами, используемой при акустических испытаниях транспортных средств. В частности, ТС содержит вентиляционную установку принудительного отсоса выхлопных газов, вентиляционный канал с выводом газов в окружающую атмосферу, трубопроводы ТС отсоса, технологические глушители шума (ТГ), гибкий отводящий шланг с присоединенным открытым коническим раструбом, установленным на определенном расстоянии от среза выхлопной трубы. Отличительной особенностью известного технического решения является введение в конструкцию ТС ресивера-глушителя сферической формы, футерованного звукопоглощающей облицовкой корпуса, установленного на участке трубопровода системы отсоса выхлопных газов и расположенного над поверхностью пола в рабочем пространстве полубезэховой акустической камеры, контактирующего с полом ИК и стенками трубопровода канала отсоса через герметизирующий виброзвукоизолирующий элемент. Различные варианты конструктивного исполнения ресивера-глушителя и различная заданная ориентация подводящего патрубка в зависимости от положения открытого среза хвостовой части выпускной трубы системы выпуска отработавших газов автомобиля, установленного на беговых барабанах, позволяет монтировать гибкий отводящий шланг небольшой длины и минимального искривления оси шланга, соединенного с открытым коническим раструбом дистанционного отвода выхлопных газов. В это же время, в известной ТС дистанционного отсоса выхлопных газов для динамического стенда с беговыми барабанами в конечном итоге предусмотрено использование трех, последовательно подсоединенных к трассе отсоса выхлопных газов, глушителей шума выхлопа (см. фиг.1 указанной выше публикации описания полезной модели RU №30986): 14 - глушителя шарового типа, 20 - глушителя стендового и 20 - глушителя вентиляторного. Последовательное подключение трех глушителей неблагоприятно сказывается на ухудшении гидравлических сопротивлений тракта отсоса газов ТС, что связано, в конечном итоге, с ухудшением эффективности дистанционного отсоса выхлопных газов из пространства помещения ИК и его возможной избыточной загазованностью, а также вынуждает применять более производительную (при прочих равных условиях - более шумную) вентиляторную установку 22. Также, несмотря на компактность применяемого глушителя шарового типа 14, его использование в пространстве помещения ИК связано с ухудшением условий эксплуатации ИК (загромождаемостью пола, избыточным температурным нагревом оболочки глушителя горячими выхлопными газами и необходимостью ее термоизоляции или принудительного обдува, необходимым введением дополнительных разъемных соединений трассы к присоединительным трубопроводам шарового глушителя и связанными с этим проблемами применения уплотнительных элементов для избежания утечек газов). Рассмотренные в публикации описания полезной модели RU №30986 варианты ТС дистанционного отсоса выхлопных газов предназначены для ИАК с одним испытательным помещением, оборудованным индивидуальной системой отсоса отработавших газов, в котором для обеспечения достаточно эффективного заглушения шумовой энергии отработавших газов ДВС и подавления вентиляторного шума вентиляционной установки, обеспечивающей принудительный отсос выхлопных газов, используются по крайней мере 3 последовательно подключенных глушителя, ухудшающих при прочих равных условиях гидравлические характеристики системы и эффективность отсоса газов из помещения с дистанционным отсосом выхлопных газов.
В заявляемой конструкции ТС ИАК глушения аэрогазодинамического шума принудительного отсоса выхлопных газов предусматривается применение в испытательном комплексе устройств глушения шума для не менее чем двух ИК, одна из которых оборудована дистанционным отсосом газов. При этом заглушение шумовой энергии выхлопных газов, поступающих из каждой ИК ИАК, обеспечивается двумя последовательно подключенными к выхлопной трассе ТГ (стендовым и вентиляторным) и одним параллельно подключенным ТГ, установленным в трубопроводном ответвлении соседней ИК. Т.е., трубопроводные ответвления с глушителем каждой из ИК заглушают шумовую энергию выхлопа не только непосредственно объекта испытаний, установленного в данной конкретной ИК, но и попутно рассеивают шумовую энергию объекта испытаний соседней ИК. Кроме этого, заявляемая конструкция стендового ТГ оптимизирована по акустике, гидравлике, долговечности, смонтирована под полом (что также исключает излучение корпусного шума стенками глушителя в помещение ИК, позволяет использовать меньшее число соединительных разъемов, уплотнений и т.д.).
Объекты испытаний в виде колесных транспортных средств, оборудованных энергетической установкой типа ДВС, установленных на динамических стендах с беговыми барабанами в ИК и ДВС, установленных на моторных тормозных стендах в ИК, имеют общую ТС удаления (отсоса) выхлопных газов в окружающую среду. Такая ТС принудительного отсоса выхлопных газов содержит: индивидуальные трубопроводы принудительного отсоса выхлопных газов ДВС с разветвлениями участков трубопроводов, общий вентиляционный канал принудительного отсоса выхлопных газов ДВС, вентиляторную вытяжную установку, выпускную трубу, ТГ аэрогазодинамического шума, смонтированные как на участках индивидуальных трубопроводов, так и в общем вентиляционном канале. Функционирует ТС принудительного отсоса выхлопных газов следующим образом. Смонтированный на стенде исследуемый объект (транспортное средство - на беговых барабанах, ДВС - на тормозном моторном стенде) подвергается процессу акустических испытаний с реализацией рабочего процесса в цилиндрах ДВС, с соответствующими процессами выпуска отработавших газов, сопровождающимися процессами удаления из камер сгорания цилиндров выхлопных газов, генерирования и распространения акустических (звуковых) волн, которые транспортируются вначале по отводящим трубопроводам или по штатным трубопроводным элементам системы выпуска отработавших газов исследуемого объекта (ДВС), а затем попадают в штатные элементы ТС принудительного отсоса выхлопных газов, распространяясь по индивидуальным разветвленным сообщающимся трубопроводам и ТГ ТС принудительного отсоса выхлопных газов, попадают в общий вентиляционный канал ТС принудительного отсоса выхлопных газов с ТГ, который подключен к вентиляторной установке, создающей принудительное дополнительное перемещение отработавших газов с последующим выбросом их через выпускную трубу в открытую атмосферу с заглушенным уровнем шума выхлопа испытуемых ДВС (ДВС транспортных средств). Ввиду того, что технологический процесс акустических испытаний в ИАК по заявляемому техническому решению производится с несколькими объектами испытаний (не менее двух), располагаемых (разсредоточенными) в различных испытательных помещениях, которые соединены между собой соответствующими трубопроводными разветвлениями, причем, по крайней мере, в одной из ИК ИАК используется дистанционный отсос выхлопных газов от открытого (свободного) среза хвостовой трубы глушителя системы выпуска отработавших газов ДВС испытуемого транспортного средства, а по крайней мере в другой из ИК ИАК - подвергается технологическому процессу испытаний ДВС, необорудованный эффективными глушителями шума выхлопа ДВС (например, смонтирована шумоактивная прямоточная или "спортивная" система выпуска отработавших газов), то в результате интенсивной передачи звуковой энергии шума выхлопа от данного ДВС через сообщающиеся трубопроводные каналы - из открытого раструба дистанционной ТС отсоса выхлопных газов, расположенной в ИК с установленным испытуемым транспортным средством, из свободного среза открытого раструба дистанционного отсоса выхлопных газов излучается дополнительная звуковая энергия, увеличивающая шумовой фон в данной ИК. Звуковая энергия, генерируемая процессами выпуска отработавших газов испытуемого ДВС при реализации прямоточной или "спортивной" системы выпуска отработавших газов подвергается последовательному заглушению на путях ее передачи из одной ИК в другую по крайней мере двумя ТГ, располагаемыми в индивидуальных трубопроводных ответвлениях каждой из ИК. Выполнение в качестве элементов заглушения шума выхлопа испытуемых ДВС глушителей ТС принудительного отсоса выхлопных газов заявляемой конструкции позволяет эффективно заградить передачу энергии выхлопа в ИК с дистанционно расположенным раструбом отсоса выхлопных газов, генерируемых ДВС транспортного средства, установленным на беговых барабанах.
Сущность изобретения заключается в том, что в известной ТС глушения аэрогазодинамического шума принудительного отсоса выхлопных газов объектов испытаний, типа колесных транспортных средств, оборудованных ДВС, или автономных ДВС ИАК, включающей устройство дистанционного принудительного отсоса выхлопных газов ДВС в одной из ИК ИАК, подключенное к общему вентиляционному каналу, оборудованному вентиляторной вытяжной установкой и ТГ шума, содержится по крайней мере два автономных участка трубопроводов отвода выхлопных газов из двух ИК, при этом используемая ТС содержит общий вентиляционный канал, к которому подключены автономные вентиляционные участки трубопроводов отдельных ИК ИАК, в которых смонтированы стендовые ТГ аэрогазодинамического шума, при этом, по крайней мере в одном из автономных вентиляционных участков трубопроводов отдельной ИК ИАК отвод отработавших газов испытуемого ДВС производится без применения элементов устройства дистанционного принудительного отсоса, и по крайней мере, один из автономных ТГ ТС имеет форму корпуса в виде прямоугольного параллелепипеда, длина меньшего из ребер которого, образующего донную стенку корпуса, по крайней мере в два раза короче двух других ребер, образующих боковые и торцевые стенки и имеющих одинаковую длину, при этом боковые стенки корпуса, на которых закреплены приточная и вытяжная трубы ТГ, подключенные к трубопроводам ТС, оси которых взаимно параллельны и перпендикулярны боковым стенкам корпуса, футерованы звукопоглощающими панелями, выполненными из пористого звукопоглощающего материала, например прессованного слоя стекловолокна или базальтового волокна, толщина звукопоглощающих панелей составляет h=(0.1...0.25) от длины меньшего ребра прямоугольного параллелепипеда, приточная труба закреплена в геометрическом центре боковой стенки корпуса ТГ, при этом зазор между ее свободным срезом, размещенным в камере корпуса ТГ, и внешней поверхностью звукопоглощающей панели, размещенной на противоположной боковой стенке корпуса ТГ, составляет с1=(0.3...0.5)d1, где d1 - диаметр проходного сечения приточной трубы, а концевой участок свободного среза приточной трубы, находящийся внутри камеры ТГ, частично охвачен с образованием лабиринтного канала дополнительным кольцевым экранным элементом типа "стакана", дном которого является часть боковой стенки корпуса ТГ, сопряженно расположенного соосно участку приточной трубы, охваченному экранным элементом, при этом зазор c5 между свободным срезом открытой концевой части "стакана" и внешней поверхностью звукопоглощающей панели противолежащей боковой стенки составляет c5=(0.3...0.5)d1, вытяжная труба смонтирована на противоположной боковой стенке корпуса ТГ, при этом ось вытяжной трубы перпендикулярна боковым стенкам корпуса и располагается на расстоянии четверти длины грани боковой стенки, отсчитываемом от торцевой стенки корпуса и его донной стенки, а зазор между свободным срезом вытяжной трубы и внешней поверхностью звукопоглощающей панели противолежащей боковой стенки составляет c2=(0.3...0.5)d2, где d2 - диаметр проходного сечения вытяжной трубы, кроме того, на внешних поверхностях звукопоглощающих панелей смонтирован перфорированный лист или проволочная сетка. Концевой участок приточной трубы, охваченный кольцевым экранным элементом, может быть выполнен перфорированным.
Звукопоглощающие панели по отношению к донной стенке корпуса ТГ могут быть установлены с зазором. На донной стенке корпуса, параллельно поверхностям звукопоглощающих панелей и с зазором к ней, могут быть смонтированы вертикальные ребра, образованные, например, боковой поверхностью полок приваренных к днищу уголков. В донной стенке корпуса ТГ может быть смонтирована сливная пробка.
Сущность изобретения поясняется графически.
На фиг.1 и 2 представлен ИАК с отдельными помещениями акустических камер с заявляемой ТС глушения аэрогазодинамического шума. Позициями на фиг.1 обозначены:
1 - полубезэховая акустическая камера (ИК) с установленным в ней динамическим барабанным стендом для исследований колесных транспортных средств;
2 - безэховая акустическая камера (ИК) с установленным в ней моторным стендом для исследований ДВС;
3 - реверберационная акустическая камера (ИК) с установленным в ней моторным стендом для исследований ДВС;
4 - звукопоглощающие кулисы;
5 - беговые барабаны динамического стенда;
6 - тормозная (приводная) установка моторного стенда;
7 - исследуемое колесное транспортное средство (объект испытаний);
8, 9 - исследуемые ДВС (объекты испытаний);
10 - выхлопные трубопроводы ДВС;
11 - свободный срез хвостовой трубы автомобильного глушителя;
12 - измерительный микрофон;
13 - открытый конический раструб дистанционного отвода выхлопных газов ДВС;
14 - трубопроводы ТС принудительного отсоса выхлопных газов ДВС;
15 - разветвление участков трубопроводов;
16 - общий вентиляционный канал ТС принудительного отсоса выхлопных газов ДВС;
17 - вентиляторная вытяжная установка ТС принудительного отсоса выхлопных газов ДВС;
18 - выпускная труба ТС принудительного отсоса выхлопных газов ДВС;
19, 20 - стендовые ТГ аэрогазодинамического шума;
21 - вентиляторный ТГ аэрогазодинамического шума.
На фиг.3 и 4 представлена схема одного из возможных вариантов конструктивного исполнения стендового ТГ ТС глушения аэрогазодинамического шума, представленной на фиг.1 и 2.
На фиг.5 и 6 показана схема установки звукопоглощающих панелей в нижней (донной) части камеры ТГ с исключением процесса интенсивной пропитки торцов (и всей структуры) пористого слоя звукопоглощающих панелей, накопленным в донной части ТГ конденсатом и устройством его принудительного удаления.
На фиг.7 показано дальнейшее развитие конструкции ТГ, представленной на фиг.3 и 4.
ТГ ТС глушения аэрогазодинамического шума (см. фиг.3 и 4) содержит металлический корпус (камеру) 22, выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда, одно ребро b3 которого по крайней мере в 2 раза меньше двух других ребер b1 и b2:
b3<0.5b1
b3<0.5b2
Ребра b1 и b2 выполнены примерно одинаковой длины, что реализует больший объем камеры ТГ при том же максимальном габаритном размере, определяющим низшую собственную моду (реализуется меньшее число низших собственных мод ввиду совпадения их значений по высоте и длине камеры). Плоские противолежащие внутренние поверхности боковых стенок 23 и 24 камеры, перпендикулярные меньшему ребру b3, футерованы звукопоглощающими панелями 25, выполненными из пористого звукопоглощающего материала, например, типа прессованного стекловолокна, базальтового волокна. Это существенно ослабляет продольные резонансы, реализующиеся в полости пустотелой камеры вдоль ее длинных ребер, так как волны, бегущие вдоль этих ребер, эффективно ослабляются пористой звукопоглощающей облицовкой (футеровкой) панелей 25. Толщина звукопоглощающих панелей h=(0.1...0.25)b3. Такой выбор толщины h существенно не уменьшает объем камеры ТГ, необходимый для эффективного заглушения шума в диапазоне низких частот, и в то же время обеспечивает достаточно высокое поглощение звуковых волн в области средних и высоких частот пористыми слоями панелей 25, излучаемых как со стороны вентиляторной вытяжной установки 17, так и со стороны газодинамического потока выхлопных газов исследуемых ДВС. Через геометрический центр боковой стенки 23 корпуса ТГ в полость камеры ТГ введена приточная труба 26. Незначительный по глубине ввод свободного среза приточной трубы 26 в полость камеры ТГ исключает заметные потери свободного объема полости камеры (реализуется больший "рабочий" объем полости расширительной камеры ТГ). С другой стороны, данная зона ввода свободного среза приточной трубы в полость камеры характеризуется локализацией в ней (воздушной полости) узлов (минимумов) давлений низших нечетных собственных мод, в частности - первой и третьей, как наиболее энергоемких. В результате, данные собственные моды динамически не возбуждаются расположенным в узле динамическим свободным срезом приточной трубы 26, что исключает появление в характеристике шумозаглушения ТГ низкочастотных провалов (акустических дыр) на указанных собственных модах. При этом необходимо иметь в виду, что эффективность поглощения низкочастотного звука пористыми звукопоглощающими материалами панелей 25 еще недостаточно высока (слабая) и исключение возбуждения в камере ТГ указанных низкочастотных резонансных мод, в связи с этим, является эффективным техническим приемом, повышающим шумозаглушающие характеристики ТГ в целом. Также, жесткое замыкание боковой стенки 23 приточной трубой 26 с помощью сварочного шва 27 в зоне ввода ее в стенку, как наиболее динамически податливой зоне (в центре пластины изгибная жесткость - минимальная), способствует ослаблению корпусного вибрационного шума ТГ, возбуждаемого газодинамическими пульсациями газа и механическими вибрациями присоединенных к корпусу труб. Зазор c1 между свободным срезом приточной трубы 26 и поверхностью пористого звукопоглощающего материала со стороны противоположной стенки корпуса равен c1=(0.3...0.5)d1, где d1 - диаметр проходного сечения приточной трубы 26. В этом случае звук, генерируемый свободным срезом приточной трубы, хорошо поглощается пористой облицовкой панели 25 ввиду выбранного расположения звукопоглощающего материала панели 25 в зоне высокой концентрации звуковой энергии среза (высоких амплитуд колебательных скоростей газового потока), а с другой стороны - потери напора газового потока, и гидравлические сопротивления ТС относительно невелики. Действительно, с учетом динамического удлинения трубы (т.е. с учетом присоединенной массы колеблющегося на свободном срезе газа), равного (0.1...0.3)d1, зазор c1 между срезом и поверхностью звукопоглощающего материала, равный (0.3...0.5)d1, является уже достаточно большим, чтобы исключить ухудшение гидравлического сопротивления ТС на участке среза трубы с близкорасположенной стенкой (не воздействующей на ближнее гидродинамическое поле), и при этом свободный срез, излучающий звук (высокая концентрация звуковой энергии), приближен к звукопоглощающей пористой структуре, что способствует процессу более эффективного поглощения звука. В полости корпуса ТГ имеется дополнительный экранный элемент типа "стакана" 28, в виде трубчатого металлического элемента без донной части, расположенного соосно приточной трубе 26. Присоединенная к стенке ТГ концевая часть "стакана" 28 закрыта слоем пористого звукопоглощающего материала штатной панели 25. Двойной лабиринтный поворот при вхождении газа и звука в кольцевую полость "стакана" и выходе из нее при прямом попадании звуковых волн на пористую поверхность звукопоглощающего днища "стакана" обеспечивает условия эффективного поглощения звуковой энергии в данной зоне ТГ. Зазор c5 между свободным срезом открытой части "стакана" и поверхностью звукопоглощающей панели 25 со стороны противолежащей стенки 23 равен c5=(0.3...0.5)d1. В результате выбора данного зазора звук исходящий (входящий) из трубы, достаточно хорошо поглощается при невысоких потерях напора (при низких гидравлических сопротивлениях тракта). Как вариант, возможно выполнение концевого участка 29 приточной трубы 26 перфорированным (см. фиг.7), при этом перфорированный участок находится в полости "стакана" 28.
Вытяжная труба 30 монтируется на боковой стенке 24 корпуса ТГ, противоположной стенке 23, с вмонтированной в ней приточной трубой 26. Ось вытяжной трубы 30 перпендикулярна боковой стенке 24 и располагается на расстоянии 0.25 b1 и 0.25 b2 от донной стенки 31 и торцевой стенки корпуса ТГ. Зазор с2 между свободным срезом вытяжной трубы 30 и поверхностью звукопоглощающей футеровки 25 противолежащей стенки 23 равен c2=(0.3...0.5)d2, где d2 - диаметр проходного сечения вытяжной трубы 30. Такое расположение свободного среза вытяжной трубы в полости камеры ТГ обеспечивает его локализацию в узлах (минимумах) давлений четных собственных мод (второй собственной моды) воздушной полости камеры ТГ (как по длине, так и по высоте камеры), что, несмотря на их возбуждение срезом приточной трубы 26, исключает в связи с этим их передачу из полости камеры в полость вытяжной трубы и, таким образом, исключает резонансную передачу звука ТГ на указанной низкочастотной энергоемкой четной моде, что, в конечном итоге, улучшает шумозаглушающие характеристики ТГ в целом.
На внешних поверхностях звукопоглощающих панелей 25 смонтирован перфорированный металлический лист 32, выполняющий несущую функцию и вместе с тем - не ухудшающий звукопоглощающие характеристики пористого материала панелей 25 ввиду высокого значения коэффициента перфорации листа. Как вариант исполнения, вместо перфорированных листов возможна облицовка звукопоглощающих панелей проволочной сеткой. В нижней части камеры ТГ звукопоглощающие панели 25 установлены с небольшим зазором по отношению к донной стенке 31 корпуса ТГ (см. фиг.5). Отсутствие адсорбционного материала на днище корпуса ТГ и наличие зазора между торцами звукопоглощающих панелей и донной стенкой 31 является положительным фактором с точки зрения обеспечения более высокой долговечности ТГ и обеспечения более стабильных шумозаглушающих характеристик. В результате происходит осаждение конденсата и механических частиц на днище (донной панели), и вследствие этого - отмечается отсутствие (уменьшение количества) указанных веществ в структуре пористого слоя звукопоглощающих панелей. Как вариант, возможна установка на донной панели 31 корпуса ТГ приварных уголков 33 (см. фиг.6). В этом случае возможна беззазорная по отношению к днищу ТГ установка торцов звукопоглощающих панелей 25, а защита нижней части торцов пористых звукопоглощающих панелей от накопляющегося конденсата 34 осуществляется поверхностью уголков 33. В донной панели 31 корпуса ТГ может быть смонтирована резьбовая сливная пробка 35 для возможности периодического слива накапливаемого в камере ТГ конденсата 34.
Изобретение относится к испытательному технологическому и контрольно-диагностическому оборудованию. Технологическая система (ТС) глушения аэрогазодинамического шума содержит устройство дистанционного принудительного отсоса выхлопных газов ДВС в одной из испытательных камер (ИК) испытательного акустического комплекса (ИАК). Кроме того, ТС ИАК содержит, по крайней мере, два автономных участка трубопроводов отвода выхлопных газов из двух ИК, при этом используемая ТС содержит общий вентиляционный канал, оборудованный вытяжной установкой и глушителем, к которому подключены автономные вентиляционные участки трубопроводов отдельных ИК ИАК, в которых смонтированы стендовые технологические глушители (ТГ) аэрогазодинамического шума, при этом, по крайней мере, в одном из автономных вентиляционных участков трубопроводов отдельной ИК ИАК отвод отработавших газов испытуемого ДВС производится без применения элементов устройства дистанционного принудительного отсоса, и, по крайней мере, один из автономных ТГ ТС имеет форму корпуса в виде прямоугольного параллелепипеда. Боковые стенки корпуса, на которых закреплены приточная и вытяжная трубы ТГ, подключенные к трубопроводам ТС, оси которых взаимно параллельны и перпендикулярны боковым стенкам корпуса, футерованы звукопоглощающими панелями. Приточная труба закреплена в геометрическом центре боковой стенки корпуса ТГ. Концевой участок свободного среза приточной трубы, находящийся внутри камеры ТГ, частично охвачен с образованием лабиринтного канала дополнительным кольцевым экранным элементом типа «стакана», дном которого является часть боковой стенки корпуса ТГ, сопряженно расположенным соосно участку приточной трубы, охваченному экранным элементом. Вытяжная труба смонтирована на противоположной боковой стенке корпуса ТГ, при этом ось вытяжной трубы перпендикулярна боковым стенкам корпуса и располагается на расстоянии четверти длины грани боковой стенки. Изобретение позволяет уменьшить акустическое загрязнение окружающей среды. 1 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.
| ПРИСПОСОБЛЕНИЕ К ВЕРТИКАЛЬНОМУ ВЕТРЯНОМУ ДВИГАТЕЛЮ, ПРИВОДЯЩЕМУ В ДЕЙСТВИЕ ПОРШНЕВОЙ НАСОС, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЕ ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ХОДА ПОРШНЯ ПОСЛЕДНЕГО | 1931 |
|
SU30986A1 |
| Способ обнаружения тоста обрыва жилы кабеля | 1932 |
|
SU33227A1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ВЫХЛОПНОЙ СИСТЕМЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 1990 |
|
RU2007698C1 |
| Способ определения акустических характеристик элемента системы выпуска двигателя внутреннего сгорания | 1987 |
|
SU1474503A1 |
| US 3983372 А 28.09.1976. | |||
