ТРУБЧАТЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА Российский патент 2018 года по МПК F01N1/04 

Изобретение относится к технике глушения шума.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности является глушитель шума по Патенту РФ №2298667, F01N 1/00, содержащий цилиндрический корпус, впускной и выпускной патрубки и звукопоглотитель (прототип).

Недостатком его является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения.

Технический результат - повышение эффективности шумоглушения.

Это достигается тем, что в трубчатом комбинированном глушителе шума, содержащем цилиндрический корпус, жестко соединенный с торцевым впускным и выпускным патрубками, звукопоглотитель, расположенный между цилиндрическим корпусом и перфорированным элементом, и акустически прозрачный материал, расположенный между перфорированным элементом и звукопоглотителем, причем по оси глушителя установлена звукопоглощающая цилиндрическая вставка, на одной из торцевых сторон перфорированной цилиндрической вставки закреплен обтекатель конической формы, а цилиндрическая вставка закреплена к впускному и выпускному патрубкам посредством по крайней мере двух ребер жесткости, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси глушителя, причем внутри цилиндрической вставки расположен звукопоглотитель, и акустически прозрачный материал, расположенный между перфорированным элементом вставки и звукопоглотителем, при этом отношение внутреннего диаметра D цилиндрического корпуса к длине глушителя L лежит в оптимальном интервале величин: D/L=0,25…0,5; а отношение внешнего диаметра D₁ цилиндрической вставки к длине глушителя L лежит в оптимальном интервале величин: D₁/L=0,14…0,36, звукопоглотитель выполнен в виде звукопоглощающего элемента кольцевого типа, в осевом сечении который выполнен в виде перфорированных стенок, между которыми размещены слои звукопоглощающего материала, каркас выполнен в виде двух внешних перфорированных стенок, и внутренней, средней стенки, выполненной в виде мембранной резонансной пластины, между которыми размещены слои звукопоглощающего материала, при этом каркас выполнен симметричным относительно средней стенки, которая разделяет его на две конгруэнтные части, каждая из которых имеет три слоя звукопоглощающего материала, причем более жесткие, первые слои выполнены сплошными, профилированными и закреплены соответственно на внешних перфорированных стенках, вторые слои, более мягкие, чем первые, выполнены прерывистыми, и расположены с зазором в фокусе звукоотражающих поверхностей первых слоев, вторые имеют форму тел вращения в виде соединенных основаниями конусов, а первые слои выполнены из материала с коэффициентом отражения звука большим, чем его коэффициент звукопоглощения в виде профилей конических поверхностей, фокусирующих отраженный звук на вторые слои, третьи звукопоглощающие слои выполнены из вспененного звукопоглощающего материала в виде строительной герметизирующей пены и расположены в зазорах и пустотах, образованных между первыми и вторыми слоями, при этом каждая из внешних перфорированных стенок жестко связана с соответствующим ей вторым слоем посредством перпендикулярных к ней вертикальных крепежных элементов, выполненных в виде пластин, один конец которых жестко закреплен на внешней перфорированной стенке, а второй конец выполнен в виде хомутов, охватывающих соответственно стержни, и стягивающих их винтами, при этом стержни выполнены параллельными перфорированным стенкам, а средняя стенка, выполненная в виде мембранной резонансной пластины, жестко связана с каркасом за счет строительной герметизирующей пены, расположенной в зазорах и пустотах каркаса.

На фиг. 1 представлен фронтальный разрез предлагаемого глушителя шума, на фиг. 2 - профильная проекция, на фиг. 3 - вариант выполнения звукопоглотителя 2.

Трубчатый комбинированный глушитель шума содержит цилиндрический корпус 3, жестко соединенный с торцевым впускным и выпускным патрубками 1, звукопоглотитель 2, расположенный между цилиндрическим корпусом 3 и перфорированным элементом 4, и акустически прозрачный материал (на чертеже не показан), расположенный между перфорированным элементом 4 и звукопоглотителем 2, причем по оси глушителя установлена звукопоглощающая цилиндрическая вставка 5. На одной из торцевых сторон перфорированной цилиндрической вставки 5 закреплен обтекатель 8 конической формы, а цилиндрическая вставка закреплена к впускному и выпускному патрубкам 1 посредством по крайней мере двух ребер жесткости 6 и 7, расположенных в плоскостях, перпендикулярной оси глушителя, причем внутри цилиндрической вставки 5 расположен звукопоглотитель, и акустически прозрачный материал, расположенный между перфорированным элементом вставки и звукопоглотителем. Сопротивление глушителя определяется величиной зазора 10 между внутренним диаметром D цилиндрического корпуса 3 и внешнего диаметра D₁ цилиндрической вставки 5.

Отношение внешнего диаметра D₁ цилиндрической вставки к внутреннему диаметру D корпуса лежит в оптимальном интервале величин: D₁/D=0,56…0,71; а отношение разности внутреннего диаметра D цилиндрического корпуса к внешнему диаметру D₁ цилиндрической вставки к длине глушителя L лежит в оптимальном интервале величин: (D-d)/L=0,11…0,15; а отношение внутреннего диаметра D цилиндрического корпуса к длине глушителя L лежит в оптимальном интервале величин: D/L=0,25…0,5; а отношение внешнего диаметра D₁ цилиндрической вставки к длине глушителя L лежит в оптимальном интервале величин: D₁/L=0,14…0,36.

Корпус 3 и патрубки 1 выполнены из конструкционных материалов, с нанесенным на их поверхности с одной или двух сторон слоя мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, или материала типа «Герлен-Д», при этом соотношение между толщинами материала и вибродемпфирующего покрытия лежит в оптимальном интервале величин: 1/(2,5…3,5).

Звукопоглотитель, расположенный в корпусе и цилиндрической вставке, выполнен из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральной ваты типа «URSA», или базальтовой ваты типа П-75, или стекловаты с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».

Звукопоглотитель выполнен на основе алюминийсодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м³ со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа.

Звукопоглотитель выполнен из жесткого пористого шумопоглощающего материала, например пеноалюминия или металлокерамики, или металлопоролона, или камня-ракушечника со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30…45%. Звукопоглотитель выполнен в виде крошки из твердых вибродемпфирующих материалов, например эластомера, полиуретана, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин: 0,3…2,5 мм.

Трубчатый комбинированный глушитель шума работает следующим образом.

Звуковые волны вместе с турбулентным потоком сжатого воздуха поступают в полость 10 глушителя и взаимодействуют со звукопоглотителем, расположенным в корпусе и цилиндрической вставке 5. Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца", где потери энергии происходят за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети пор звукопоглотителя. Коэффициент перфорации перфорированного элемента 4 принимается равным или более 0,25. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрен акустически прозрачный материал, например стеклоткань типа ЭЗ-100, расположенная между звукопоглотителем 2 и перфорированным элементом 4.

Возможен вариант выполнения звукопоглотителя 2 в виде звукопоглощающего элемента кольцевого типа (фиг. 3), в осевом сечении который содержит каркас, выполненный в виде двух внешних перфорированных стенок 11 и 12, и внутренней, средней стенки 13, выполненной в виде мембранной резонансной пластины, между которыми размещены слои 14, 15, 16, 17, 22, 23 звукопоглощающего материала. Каркас выполнен симметричным относительно средней стенки 13, которая разделяет его на две конгруэнтные части, каждая из которых имеет три слоя звукопоглощающего материала.

Более жесткие, первые слои 14 и 15 выполнены сплошными, профилированными и закреплены соответственно на внешних 11 и 12 перфорированных стенках, вторые слои 16 и 17, более мягкие чем первые, выполнены прерывистыми, и расположены с зазором в фокусе звукоотражающих поверхностей первых слоев 14 и 15.

Вторые слои 16 и 17 имеют форму тел вращения в виде соединенных основаниями конусов. Первые слои 14 и 15 выполнены из материала с коэффициентом отражения звука большим, чем его коэффициент звукопоглощения в виде профилей конических поверхностей, фокусирующих отраженный звук на вторые слои 16 и 17. Третьи звукопоглощающие слои 22 и 23 выполнены из вспененного звукопоглощающего материала в виде строительной герметизирующей пены и расположены в зазорах и пустотах, образованных между первыми и вторыми слоями.

Каждая из внешних перфорированных стенок 11 и 12 жестко связана с соответствующим ей вторым слоем 16 и 17 посредством перпендикулярных к ней вертикальных крепежных элементов 20 и 21, выполненных в виде пластин, один конец которых жестко закреплен на внешней перфорированной стенке, а второй конец выполнен в виде хомутов, охватывающих соответственно стержни 18 и 19, и стягивающих их винтами. При этом стержни 18 и 19 выполнены параллельными перфорированным стенкам 11 и 13.

Средняя стенка 13, выполненная в виде мембранной резонансной пластины, жестко связана с каркасом за счет строительной герметизирующей пены, расположенной в зазорах и пустотах каркаса.

Первые слои выполнены из звукопоглощающего материала на основе алюминийсодержащих сплавов, наполненными их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м³, прочностью на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, например из пеноалюминия.

В качестве звукопоглощающего материала вторых, более мягких, слоев применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая ваты типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена.

Материал перфорированных стенок 11, 12 и 13 выполнен из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности стенок, обращенная в сторону звукопоглощающего материала, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа Э3-100 или полимером типа «Повиден».

Звукопоглотитель работает следующим образом.

Звуковая энергия, пройдя через слой одной из внешней перфорированной стенки 11 или 12, затем третьи слои звукопоглотителя, выполненного из вспененного звукопоглощающего материала, падает на прерывистый звукопоглощающий слой, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя, где происходит первичное рассеивание звуковой энергии. Затем звуковая энергия попадает на сплошной профилированный слой 14 или 15 из звукопоглощающего материала, где осуществляется переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии), т.е. в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца", имеют место потери энергии за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети микропор звукопоглотителя. Низкочастотное звукопоглощение осуществляется за счет мембранной резонансной пластины 13.

Возможен вариант, когда на одном из оппозитно расположенных конусов вторых слоев 16 и 17, соединенных основаниями конусов, выполнены резонансные отверстия (на чертеже не показано), выполняющие функции горловины резонаторов Гельмгольца, при этом резонансные отверстия выполнены разного диаметра для поглощения звуковой энергии в широком диапазоне частот.

Возможен вариант выполнения одной из внешних перфорированных стенок сплошной, комбинированной (на чертеже не показано), состоящей из трех слоев: центральный слой выполнен из крошки вибродемпфирующих материалов: резины, пробки, пенопласта, капрона, вспененного полимера, пластиката «Швим», с размером фракций крошки 1,5÷2,5 мм, залитых эластомером, полиуретаном, или из сплошного демпфирующего материала, в котором использована губчатая резина, или иглопробивной материал «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, или нетканый вибродемпфирующий материал, а оппозитно расположенные слои выполнены из жесткого вибродемпфирующего материала «Агат», или «Антивибрит».

Возможен вариант, когда средняя стенка 3, выполненная в виде мембранной резонансной пластины, состоит из плоского, полого прямоугольного параллелепипеда (на чертеже не показано) с резонансными вставками, при этом одна из сторон прямоугольника, в его сечении, по крайней мере в 10 раз меньше другой стороны, а резонансные вставки выполнены разной длины и диаметра для того, чтобы эффективно снижать шум в широкой полосе частот.

Трубчатый комбинированный глушитель шума содержит цилиндрический корпус, жестко соединенный с торцевым впускным и выпускным патрубками, звукопоглотитель, расположенный между цилиндрическим корпусом и перфорированным элементом, и акустически прозрачный материал, расположенный между перфорированным элементом и звукопоглотителем. По оси глушителя установлена звукопоглощающая цилиндрическая вставка, на одной из торцевых сторон перфорированной цилиндрической вставки закреплен обтекатель конической формы, а цилиндрическая вставка закреплена к впускному и выпускному патрубкам посредством по крайней мере двух ребер жесткости, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси глушителя. Внутри цилиндрической вставки также расположен звукопоглотитель. Акустически прозрачный материал расположен между перфорированным элементом вставки и звукопоглотителем. Звукопоглотитель выполнен в виде звукопоглощающего элемента кольцевого типа. Каркас звукопоглотителя выполнен в виде перфорированных стенок, между которыми размещены слои звукопоглощающего материала. Имеется три слоя звукопоглощающего материала. Более жесткие, первые, слои выполнены сплошными, профилированными и закреплены соответственно на внешних перфорированных стенках. Вторые слои, более мягкие, чем первые, выполнены прерывистыми, и расположены с зазором в фокусе звукоотражающих поверхностей первых слоев, и имеют форму тел вращения в виде соединенных основаниями конусов. Третьи звукопоглощающие слои выполнены из вспененного звукопоглощающего материала в виде строительной герметизирующей пены и расположены в зазорах и пустотах, образованных между первыми и вторыми слоями. Каждая из внешних перфорированных стенок жестко связана с соответствующим ей вторым слоем посредством перпендикулярных к ней вертикальных крепежных элементов, выполненных в виде пластин, один конец которых жестко закреплен на внешней перфорированной стенке, а второй конец выполнен в виде хомутов, охватывающих соответственно стержни и стягивающих их винтами. Средняя стенка, выполненная в виде мембранной резонансной пластины, жестко связана с каркасом за счет строительной герметизирующей пены, расположенной в зазорах и пустотах каркаса. При использовании изобретения повышается эффективность шумоглушения. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Трубчатый комбинированный глушитель шума, содержащий цилиндрический корпус, жестко соединенный с торцевым впускным и выпускным патрубками, звукопоглотитель, расположенный между цилиндрическим корпусом и перфорированным элементом, и акустически прозрачный материал, расположенный между перфорированным элементом и звукопоглотителем, причем по оси глушителя установлена звукопоглощающая цилиндрическая вставка, на одной из торцевых сторон перфорированной цилиндрической вставки закреплен обтекатель конической формы, а цилиндрическая вставка закреплена к впускному и выпускному патрубкам посредством по крайней мере двух ребер жесткости, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси глушителя, причем внутри цилиндрической вставки расположен звукопоглотитель и акустически прозрачный материал, расположенный между перфорированным элементом вставки и звукопоглотителем, при этом отношение внутреннего диаметра D цилиндрического корпуса к длине глушителя L лежит в оптимальном интервале величин: D/L=0,25…0,5; а отношение внешнего диаметра D₁ цилиндрической вставки к длине глушителя L лежит в оптимальном интервале величин: D₁/ L=0,14…0,36, звукопоглотитель выполнен в виде звукопоглощающего элемента кольцевого типа, в осевом сечении который выполнен в виде перфорированных стенок, между которыми размещены слои звукопоглощающего материала, отличающийся тем, что каркас звукопоглотителя выполнен в виде двух внешних перфорированных стенок и внутренней, средней, стенки, выполненной в виде мембранной резонансной пластины, между которыми размещены слои звукопоглощающего материала, при этом каркас выполнен симметричным относительно средней стенки, которая разделяет его на две конгруэнтные части, каждая из которых имеет три слоя звукопоглощающего материала, причем более жесткие, первые, слои выполнены сплошными, профилированными и закреплены соответственно на внешних перфорированных стенках, вторые слои, более мягкие, чем первые, выполнены прерывистыми и расположены с зазором в фокусе звукоотражающих поверхностей первых слоев, вторые имеют форму тел вращения в виде соединенных основаниями конусов, а первые слои выполнены из материала с коэффициентом отражения звука большим, чем его коэффициент звукопоглощения в виде профилей конических поверхностей, фокусирующих отраженный звук на вторые слои, третьи звукопоглощающие слои выполнены из вспененного звукопоглощающего материала в виде строительной герметизирующей пены и расположены в зазорах и пустотах, образованных между первыми и вторыми слоями, при этом каждая из внешних перфорированных стенок жестко связана с соответствующим ей вторым слоем посредством перпендикулярных к ней вертикальных крепежных элементов, выполненных в виде пластин, один конец которых жестко закреплен на внешней перфорированной стенке, а второй конец выполнен в виде хомутов, охватывающих соответственно стержни и стягивающих их винтами, при этом стержни выполнены параллельными перфорированным стенкам, а средняя стенка, выполненная в виде мембранной резонансной пластины, жестко связана с каркасом за счет строительной герметизирующей пены, расположенной в зазорах и пустотах каркаса.

2. Трубчатый комбинированный глушитель шума по п. 1, отличающийся тем, что на одном из оппозитно расположенных конусов вторых слоев звукопоглотителя, соединенных основаниями конусов, выполнены резонансные отверстия, выполняющие функции горловины резонаторов Гельмгольца, при этом резонансные отверстия выполнены разного диаметра.

3. Трубчатый комбинированный глушитель шума по п. 1, отличающийся тем, что первые слои звукопоглотителя выполнены из звукопоглощающего материала на основе алюминийсодержащих сплавов, наполненными их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м³, прочностью на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, например из пеноалюминия.

4. Трубчатый комбинированный глушитель шума по п. 1, отличающийся тем, что в качестве звукопоглощающего материала вторых, более мягких, слоев звукопоглотителя применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая вата типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененный полимер, например полиэтилен или полипропилен.