Глушитель шума Советский патент 1987 года по МПК F01N1/10 

гию звуковых колебаний, распространяющихся в газовом потоке за счет трения на стенках капилляров. При этом обеспечивается значительное снижение гидравлического сопротивления

I

Изобретение относится к машиностроению, в частности энергетическому и бумагоделательному машиностроению, а именно к глушителям тума.преимущественно пневмоустановок и энергоустановок ,

Цель изобретения - повышение эффективности глушителя.

На фиг. 1 представлен глушитель шума, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вариант с перфорацией корпуса в виде отверстий и обмоткой корпуса и вставки из сетки; на фиг.З - то же вариант сотовой конструкции корпуса; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.I; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.З; на фиг.6 - вид В на фиг.3; на фиг.7 - вид Г на фиг.2; на фиг.8 - элемент сотовой конструкции корпуса (разрезное кольцо); на фиг.9 - элемент сотовой конструкции вставки (кольцо); на фиг.10 - элемент сотовой конструкции корпуса, (ребро); на фиг.11 - элемент сотовой конструкции вставки (ребро); на фиг.. - схема взаимодействия звуковых волн с элементами конструкции глушителя; на фиг.13 - эпюры распределения скоростей в газовом потоке; на фиг.14- эпюры распределения давлений в газовом потоке.

Глушитель шума содержит корпус 1, впускной патрубок 2 с передней крьш1- кой, имеющий внутренний диаметр d, перфорированную вставку 3 с внутренним диаметром dg,, соосную с корпусом 1 и глухую торцовую стенку 4. Передняя крьшжа патрубка 2, корпус I и торцовая стенка 4 соединены между собой болтовыми соединениями. Центровка вставки 3 в корпусе 1 при сборке обеспечивается круговым выс- тупом на торцовой стенке 4 диаметром d, равным внутрен нему диаметру

глушителя и существенное понышение его звукопоглощающей способности,Кроме того, исключается опасность чрезмерного увлажнения ЗПН 10 и обмерзания глушителя, 6 з,п, ф-лы, 14 ил.

вставки 3, выполненной в виде цилиндрической обечайки сотовой конструкции. Сотовая конструкция вставки 3 образована системой колец 5 с внутренним диаметром d и ребер 6 длиной Н , соответственно перпендикулярных и параллельных оси устройства и имеющих одинаковую ширину h,. Кольца 5 по внешнему периметру снабжены радиальными прорезями 7 с шагом 1 , а ребра 6 по одной своей стороне снабжены перпендикулярными к ней прорезями 9 с шагом Ij. Глубина прорезей 7 и 8 1, , а ширина - соответственно

S, и . При сборке вставки 3 ее кольца 5, число М которых равно числу прорезей 8 на ребрах 6, совмещаются своими прорезями 7 с прорезями 8 в ребрах 6. При этом и число ребер

N равно числу вырезов 7 на кольцах 5.

Между указанными размерами и числами существуют следующие соотношения :

, h 2 ( 2Ь )

NT H.

м;

Ширина .прорезей 7 на кольцах 5 S, равна толщине ребер 6, а ширина прорезей 8 на ребрах 65,- толщине колец 5. Кромки кольца 5 по внутреннему периметру (обращенные к оси) и соответствующие кромки ребер 6 могут быть выполнены заостренными. Ребра 6 и кольца 5 скрепляются между собой после сборки, например, сваркой.Сваркой или иным способом могут быть

I скреплены с ребрами 6 только самое

верхнее и нижнее кольца 5, что обеспечивает достаточную прочность сото- .

1

Ь, ::-;

i;

1 i- - - -7 - .

(1) (2) (3)

313

вон конструкции вставки 3. Возможно размещение прорезей 7 по внутренним- периметрам колец 5. Это несколько усложняет изт отовление колец 5, сборку вставки 3 и корпуса 1, но повышает их прочность.

В результате сборки получается вставка 3 цилиндрической формы с внут

больше 3 см, если „ 11500 Гц. В то

ренним диаметром d, наружным диамет- ю же время по конструктивным соображе- ром d и высотой Н сотовой конструкции. При этом высота сотовой ячейки 9 h, т.е. равна ширине колец 7 и ребер 8, а поперечные размеры ячеек 9 имеют соответственно высоту 1 и наибольшую ширину 1,, а наименьшую h,, удовлетворяющие соотношениям

1, 11 -S. ;

(4) (5) (6)

ниям (например, при общих малых габаритных размерах проектируемого глушителя шума) размеры 1, и 1 сотовой конструкции вставки 3 могут быть выб15 меньшими, чем А;, , определяемая формулой (7), так как величина эффекта шумоглушения от этого практически не снижается и 7 без снижения эффективности глушителя может

г,

- da

W,

-S,

1, i; -§2

(4) (5) (6)

Поперечные размеры 1, и 2 ячеек 9 вставки 3 при конструировании глушителя выполняются не превышающими

дпины волны наибольшей частотной сое- 25 пиллярно-пористого материала, напри- тавляющей спектра заглушаемого шума выхлопа .

Длина звуковой волны 7 -определяется по формуле

мер ультросупертонким стекловолокном. Внешняя цилиндрическая поверхность вставки 3 снабжена обмоткой 11, образованной послойной или перекрестной

--Ъ

С - скорость распространения звука в потоке газа, выбрасьгоа- емого через впускной патрубок 2 во внутреннюю полость глушителя шума, м/с;

f - верхняя граница частотного

м

спектра шума выхлопа, заглушаемого глушителем, Гц.

35 удерживается на внешней поверхност вставки 3 пшуровкой, образуемой шн рами (Лиг.7), крест-накрест продет ми через отверстия в кромках сетки 12. Диаметры нитей или проволоки,

Величина скорости звука С опреде- 40 из которых выполняется обмотка 1I,

ляется по справочным данным, исходя из известных температуры, давления и состава газового потока. Величина частоты f либо принимается равной наибольшей частоте в спектре заглушаемого шума, на которой уровень указанного шума выхлопа превышает в расчетной точке (на рабочем месте, в рабочей зоне) предельно допускамьй, установленный ГОСТом, либо принимает- 50 ся равной 11500 Гц - верхней граничной частоте спектра шума, нормируемого ГОСТом, в случае, если верхняя граница спектра заглушаемого шума точно не определена (например, при проектировании глушительного устройства, предназначенного для серийного выпуска и использования его для глушения шума разнообразных машин, спектлежат в пределах 0,3-3,0 мм, плотность набивки звукопоглощающего на полнителя 10 в ячейках 9 вставки 3 в пределах 10-200 кг/м , так что ж

45 вое сечение капилляров наполнителя 10 составляет 0,995-0,95. Объемная плотность навивки нитей обмотки 11 и живое сечение сетки 12 лежат в п делах 0,7-0,95.

Намотка нитей или проволоки обмотки II (либо сетки 12) на внешнюю поверхность вставки 3 характеризует ся средней объемной плотностью В, величина которой при равномерной

55 намотке вычисляется по формуле те

В.

Об-рв Л

Н

(8)

где т - масса обмотки I1 вставки 3, кг;

ры заглушаемого шума которых имеют высокочастотный характер).

Таким обрааом,„ практически огра- ничиваегся 3 см при м/с (скорость звука в воздухе при 20°С и нормальном атмосферном давлении). Величины 1, и 1i могут быть и

больше 3 см, если „ 11500 Гц. В то

же время по конструктивным соображе-

- ю же время по конструктивным соображе-

ниям (например, при общих малых габаритных размерах проектируемого глушителя шума) размеры 1, и 1 сотовой конструкции вставки 3 могут быть выб15 меньшими, чем А;, , определяемая формулой (7), так как величина эффекта шумоглушения от этого практически не снижается и 7 без снижения эффективности глушителя может

20 быть уменьшена до 2 мм (сетка с ячейками 2x2 мм и больше акустически прозрачны).

Ячейки 9 вставки 3 заполнены зву- копо.глощающим наполнителем 10 из ка- 25 пиллярно-пористого материала, напри-

мер ультросупертонким стекловолокном. Внешняя цилиндрическая поверхность вставки 3 снабжена обмоткой 11, образованной послойной или перекрестной

30 намоткой хлопчатобумажных или синтетических нитей, или намоткой металлической проволоки. Обмотка 11 может быть вьшолнена из одного или нескольких слоев сетки 12, причем последняя

35 удерживается на внешней поверхности вставки 3 пшуровкой, образуемой шнурами (Лиг.7), крест-накрест продетыми через отверстия в кромках сетки 12. Диаметры нитей или проволоки,

40 из которых выполняется обмотка 1I,

0

лежат в пределах 0,3-3,0 мм, плотность набивки звукопоглощающего на-- полнителя 10 в ячейках 9 вставки 3 - в пределах 10-200 кг/м , так что жи5 вое сечение капилляров наполнителя 10 составляет 0,995-0,95. Объемная плотность навивки нитей обмотки 11 и живое сечение сетки 12 лежат в пределах 0,7-0,95.

Намотка нитей или проволоки обмотки II (либо сетки 12) на внешнюю поверхность вставки 3 характеризуется средней объемной плотностью В, величина которой при равномерной

5 намотке вычисляется по формуле те

В.

Об-рв Л

Н

(8)

где т - масса обмотки I1 вставки 3, кг;

внешний диаметр вставки 3, м;

удельная масса материала обмотки 11, кг/м

толщина обмотки

где S

(9)

в,

При неравномерной намотке обмотки II - увеличении ее плотности вдоль оси глушителя в сторону от впускного патрубка 2, например, по линейному закону, средняя обьемная плотность намотки вычисляется по формуле

D .р;(,

i 6g - толщины обмотки 11

вставки 3 соответственно у передней крышки впускного патрубка 2 и торцовой стенки 4.

Намотка заданной плотности обмотки 1 1 и неравномерная плотность ее намотки, обеспечиваются применением нитей и проволоки различного диаметра или сетки различных номеров.

Корпус 1 глушителя игума выполняется в виде тонкостенной цилиндрической оболочки диаметром толщиной стенки 8 с фланцами для присоединения передней крышки патрубка 2 и торцовой стенки 4 соответственно диаметрами П и D|, Боковая поверхность корпуса 1 выполнена перфорированной с отверстиями в виде продольных прорезей 13 длиной 1р и шириной S либо в виде отверстий 14 перфорации имеющими диаметры d. Коэффициент живого сечения (отношение суммарной площади продольных прорезей 13 или отверстий 14 перфорации к площади боковой поверхности) корпуса 1 лежит в пределах ,25-0,9. Длина продольных прорезей 13 составляет 1„ 0,7- 0,95 Н, где Н - высота корпуса. Ширина прорезей 13 „ и диаметры отверДля повышения эффекта шумоглушени и снижения гидравлического сопротивления корпус 1 может выполняться путем сборки сотовой конструкции аналогично конструкции вставки 3. При этом сотовую конструкцию корпуса 1 образуют системы взаимно перпендикулярных колец 5 (фиг.8) шириной h с прорезями 16 по внешнему периметру идущими с шагом 1з, глубиной bj и шириной о, и ребер 17 (фиг.10) длиной Hj, шириной h и с прорезями 18 по одной стороне, идущими с шагом 1„ глубиной Ъ я шириной &4 Ограни- 5 ченные соседними кольцами 15 и ребрами 16 сотовые ячейки 19 имеют высоту If, и наибольшую ширину 1, а наименьшую п,. Между указанными размерами сотовой конструкции-корпуса 1 имеют место следующие соотношения размеров (1)-(6) аналогичные соотношениям для сотовой конструкции встав ки 3

1 П2 .

2 2

T( N7

Mi

М.

20

25

п

4

.2Ы.

(12) (13) (14)

30

35

г

1, 1 1

2

IT De N7

. -S

4 ,

(15)

(16) (17)

где Mj и N

число сотов 19 в корпусе I соответственно вдоль оси и вдоль окружности.

Поперечные размеры ячеек 19 сотовой к-онструкиии корпуса 1 1 и 1 , также как ячеек 9 вставки 3; выполнены не превышающими наибольшей длины волны Д частотной составляющей

стий 14 перфорации d лежат в преде- спектра заглушаемого шума, определялах 3-20 мм.

Таким образом, шаг между продольными прорезями 13 по окружности 1,, и расстояние между соседними отверстиями 14 перфорации по окружности и вдоль оси в случае квадратной схемы расположения отверстий 14 а определяются из соотношений

емой по формуле (7).

Внутренний диаметр d , корпуса 1 сотовой конструкции определяется соотношением

dK DK - 2h.

При этом внутренний диаметр корпуса 1 d ц больше наружного диаметра вставки d на удвоенную толщину обмотки 11 вставки 3.

а, г- л ;;

(10) (11)

Для повышения эффекта шумоглушения и снижения гидравлического сопротивления корпус 1 может выполняться путем сборки сотовой конструкции аналогично конструкции вставки 3. При этом сотовую конструкцию корпуса 1 образуют системы взаимно перпендикулярных колец 5 (фиг.8) шириной h с прорезями 16 по внешнему периметру, идущими с шагом 1з, глубиной bj и шириной о, и ребер 17 (фиг.10) длиной Hj, шириной h и с прорезями 18 по одной стороне, идущими с шагом 1„, глубиной Ъ я шириной &4 Ограни- 5 ченные соседними кольцами 15 и ребрами 16 сотовые ячейки 19 имеют высоту If, и наибольшую ширину 1, а наименьшую п,. Между указанными размерами сотовой конструкции-корпуса 1 имеют место следующие соотношения размеров (1)-(6) аналогичные соотношениям для сотовой конструкции вставки 3

1 П2 .

2 2

T( N7

Mi

М.

0

5

п

4

.2Ы.

(12) (13) (14)

0

5

г

1, 1 1

2

IT De N7

. -S

4 ,

(15)

(16) (17)

где Mj и N

число сотов 19 в корпусе I соответственно вдоль оси и вдоль окружности.

Поперечные размеры ячеек 19 сотовой к-онструкиии корпуса 1 1 и 1 , также как ячеек 9 вставки 3; выполнены не превышающими наибольшей длины волны Д частотной составляющей

спектра заглушаемого шума, определя

емой по формуле (7).

Внутренний диаметр d , корпуса 1 сотовой конструкции определяется соотношением

dK DK - 2h.

При этом внутренний диаметр корпуса 1 d ц больше наружного диаметра вставки d на удвоенную толщину обмотки 11 вставки 3.

Ширина, j прорезей 16 на кольцах 15 соответствует толщине ребер 17, а ширина 4 прорезей на ребрах 18 - толщине колец 15.

Внешняя цилиндрическая поверхност корпуса 1 охвачена нитяной или проволочной обмоткой 20, аналогичной по назначению и выполнению обмотке 11 вставки 3, или сеткой 21, аналогичной сетке 12, удерживаемой на корпусе 1 шнуровкой (не показана). При этом, как и в случае со вставкой. 3, плотность обмотки 20 на корпусе I одинакова или увеличивается в сторону от впускного патрубка 2.

Для упрощения сборки глушителя и обеспечения плотного прилегания внутренней поверхности корпуса 1 к внешней поверхности вставки 3 с обмоткой 11, толщина которого имеет неопределенную величину, в большой степени зависящую от случайности, особенно при намотке нитей или проволоки, кольца 15 корпуса 1 снабжены сквозными радиальными прорезями 22 (фиг.8) и сборка корпуса 1 осуществляется таким образом, чтобы прорези 22 лежали в одной плоскости. В результате корпус 1 сотовой конструкции полу чается разрезанным вдоль оси сквозной прорезью, и при сборке всего устройства корпус 1 надевается на вставку 3, а затем осуществляется обжатие корпуса 1 на вставке 3 с помощью тпи лек с гайками, продетыми через отверстия в ребрах 17, расположенных по обе стороны от сквозной прорези, и затем к корпусу 1 присоединяются передняя крьшгка патрубка 2, торцовая стенка 4 и наносится внешняя обмотка 20. .

Фланцы корпуса 1 сотовой конструкции выполняются за одно целое с самым верхним и самым нижним кольцами 15, внешние диаметры которых при этом увеличены по сравнению с внешним диаметром корпуса D до величин диаметров передней крьш1ки патрубка 2 Dy, и торцовой стенки 4 D . Для уменьшения габаритов глушителя диаметры крышки патрубка 2 и -стенки 4 могут быть равны диаметру корпуса 1, и тогда диаметры фланцев корпуса 1 также выбираются равными его диаметру: внутренний диаметр впускного патрубка 2 d . при проектировании глушителя

.

-

выбирается равным внутреннему диаметру выпускного патрубка пневматичес- кой (энергетической) машины, для глушения шума которой он предназначается , Остальные основные конструктивные размеры определяются с учетом

рабочих характеристик и особенностей рабочего цикла загл тпаемой машины.

Глушитель шума работает следующим образом.

Вытекающий из механизма газ со скоростью, обычно близкой к звуковой непрерывно или периодически поступает через присоединенньш к нему впускной патрубок 2 во внутреннюю полость глушителя, откуда под действием разности давлений, последовательно проходя через поры звукопоглощающего наполнителя 10, заполняющего ячейки 9 вставки 3. через внешнюю обмотку II встав1 с „

- ки 3, через кольцевое пространство и

далее между вставкой 3 и корпусом 1 и через отверстия 14 перфорации и капилляры обмотки 20 корпуса 1 либо через соты 19 и капилляры обмотки 20 20 корпуса 1 вытекают в атмосферу. При этом истечение струи газа во внутреннюю полость глушителя сопровождается шумом, звуковая мощность которого

определяется формулой 25р.ув

Р Y 1-1О -Г РО -0

где X - коэффициент пропорциональности:

т.

(18)

30

35

40

-

Р - плотность газа в струе;

V - скорость струи на срез е впускного патрубка 2;

PQ- плотность газовой среды на срезе впускного патрубка 2;

скорость звука в среде газа. Частотный спектр шума выхлопа обычно носит сплошной характер со слабо выраженным максимумом и со слабо выраженными дискретными составляющими на частотах, равных и кратных частоте Струхаля, а также частоте срабатывания механизма, если истечение газа на выхлопе носит периодический характер и определяется расчет- с ным путем по справочной литературе или в результате непосредственных измерений.

Фронт звуковых волн шума выхлопа имеет форму полусферы с центром во вспускном патрубке 2, так что звуковые волны шума выхлопа распространяются преимущественно вдоль поверхности звукопоглощающего наполнителя 10, заполняющего ячейки 9 вставки 3 и отражаются от торцовой стенки 4 согласно, схеме (фиг.12). Расчет величин з-вукопоглощения шума выхлопа по частотным полосам может быть осуществлен по методике расчета каналовых

50

(активных) глушителей шума. Вычисленные при этом значения величин звуко- поглощения в частотных полосах йК имеют размерность дБ/м, и по ним в соответствующих полосах определяются величины звукопоглощения по формуле

(19)

К,

н

uKi,- Лип п где Н - размер корпуса вдоль оси

глушителя М,

Эффективность звукоплоглоп1ения глушителя сохраняется на. максимально высоком уровне и в широком диапазоне частот и при использовании сотовой koHCTpyKUHH вставки 3, а также корпуса 1, с ограниченными поперечными

размерами сотовых ячеек

9 и 19 1

i

1-, 1, и 1и за счет того, что тем са- исключается возможность распространения звуковых волн в объеме зву- . копоглошающего наполнителя 10, заполняющего вставку 3, и в кольцевом пространстве между обмотками I1 и 20 вставки 3 и корпуса 1 в том же наЕсли же требуется обеспечить равномерное, т.е. примерно на одну и ту же величину, снижение уровня шума в диапазоне низких, средних и высоких частот от 100 до 10000 Гц, то выбирается конструктивное исполнение корпуса I в виде оболочки, перфорированной отверстиями 14 или продольными прорезями 13, а если требуется снизить шум выхлопа на величину, возрастающую с ростом частоты, тогда выбирается сотовая конструкция кор- 15 пуса 1-, а относительная толщина воздушного подслоя ,9. Если требуется снизить шум выхлопа на 10 - 30 дБ, то суммарная толщина вставки 3 и кольцевой лолости или корпуса 1 сотовой конструкции выбирается в пределах h, + hj 40-150 мм, а относительная толщина воздушного подслоя Ь 0,1-0,3 или h,,0,7-0,9.

Размер корпуса 1 вдоль оси Н и правлении вдоль оси глушителя, в ко- ус „

внутренний диаметр вставки 3d., опретором распространяются звуковые вол- л ны внутри вставки 3, излучаемые впускным патрубком 2. Возможным остается взаимодействие звуковых волн с материалом звукопоглощающего наполнителя, обмотками 11 и 20 вставки 3 и корпуса 1 только в радиальном направлении, при котором и обеспечивается наибольший эффект звукопоглощения энергии шума, излучаемого через впускной патрубок 2.

30

в

деляются, во-первых, исходя из обеспечения требуемой средней скорости Vj. протекания выбрасываемого газа через стенки вставки 3 и корпуса 1 в случаях, когда расход газа через входной патрубок осуществляется непрерывно, с мало изменяющейся производительностью. В этом случае средняя скорость для данного глушителя

35 выбирается в пределах V. 10-40 м/с. При м/с обычно оказьшаются чрезмерно большими габаритные раз-. меры и материалоемкость глушителя шума, а при VCP 40 м/с чрезмерную величину имеют гидравлические потери глушителя шума, а также возможно вторичное шумообразование повьшгенной мощности при взаимодействии газового потока с элементами конструкции данПродольные же размеры сотовых ячеек 9 и 19, т.е. толщина вставки h и поперечный размер кольца 15 h;j между вставкой 3 и корпусом 1 или толщина сотовой конструкции корпуса 1 h,, определяются исходя из потребной эффективности и спектра снижения уровней звуковой мощности шума выхлопа в стандартных октавных полосах частот в соответствии с ГОСТом. Если, например, требуется снизить уровень шума выхлопа на 20-40 дБ и преимущественно на низких и средних частотах (до 500 Гц), то суммарная толщина h (h, + h или h, h,).должна быть принята в пределах 100 - 200 мм, а если требуется снизить шум выхлопа преимущественно на высоких частотах (свьпие 500 Гц), то суммарная тохщина должна быть взята из пределов h 40-150 мм. При этом следует выбирать относительную толщину

воздушного подслоя h

.,+h в пре

делах h О,1-0,9.

Если же требуется обеспечить равномерное, т.е. примерно на одну и ту же величину, снижение уровня шума в диапазоне низких, средних и высоких частот от 100 до 10000 Гц, то выбирается конструктивное исполнение корпуса I в виде оболочки, перфорированной отверстиями 14 или продольными прорезями 13, а если требуется снизить шум выхлопа на величину, возрастающую с ростом частоты, тогда выбирается сотовая конструкция кор- 5 пуса 1-, а относительная толщина воздушного подслоя ,9. Если требуется снизить шум выхлопа на 10 - 30 дБ, то суммарная толщина вставки 3 и кольцевой лолости или корпуса 1 сотовой конструкции выбирается в пределах h, + hj 40-150 мм, а относительная толщина воздушного подслоя Ь 0,1-0,3 или h,,0,7-0,9.

внутренний диаметр вставки 3d., опре л

в

деляются, во-первых, исходя из обеспечения требуемой средней скорости Vj. протекания выбрасываемого газа через стенки вставки 3 и корпуса 1 в случаях, когда расход газа через входной патрубок осуществляется непрерывно, с мало изменяющейся производительностью. В этом случае средняя скорость для данного глушителя

выбирается в пределах V. 10-40 м/с. При м/с обычно оказьшаются чрезмерно большими габаритные раз-. меры и материалоемкость глушителя шума, а при VCP 40 м/с чрезмерную величину имеют гидравлические потери глушителя шума, а также возможно вторичное шумообразование повьшгенной мощности при взаимодействии газового потока с элементами конструкции данно го устройства на больших скоростях. Расчетная средняя скорость протекания газа через заполняющий сотовые ячейки 9 вставки 3 звукопоглощающий наполнитель 10 определяется по формуле

Vcp . . ot, Q (20)

где Q - расход газа через впускной

патрубок 2, м /с; ос - объемная плотность заполне - ния звукопоглощающим наполнителем 10 ячеек 9 вставки 3 лежащая в данном случае в пределах о; ,,95-0, 995,

либо средняя объемная плотность обмотки 1 Г вставки 3 Ыа (или корпуса lei.к) , лежащая в данном случае в пределах оС, 0,8-0,95; oil, 0,5-0,9 . (подставляется значение об , соответ- ствуго1цее минимальному из значений

с;

1И 5

ci

и о.,, ) .

Выбор сравнительно более высокой средней плотности обмотки 20 внешнего покрытия корпуса 5 в сравнении с плотностью обмотки I1 покрытия вставки 3 обусловлен тем, что для эффективного поглощения энергии звуковой волны, распространяющейся вдоль поверхности слоя звукопоглощающего наполнителя 10, позади которого имеется воздушный подслой, требуется как можйо более высокая акустическая проницаемость покрытий с обеих сторон от него и в то же время хорошая способность поверхности, ограничивающей воздушный подслой, отражать звуковые колебания.

В свою очередь, акустическая проницаемость тонки:й; покрытий тем выше, чем больше их воздухопроницаемость, поэтому и можно регулировать величину акустической- проницаемости покрытий данного глушителя плотностью их обмоток 11 и 20.

Внешнее покрытие корпуса 1 и вставки 3, кроме того, дополнительно поглощает энергию щума выхлопа, обладая микропористой структурой, подобной структуре звукопоглощающего наполнителя 10. Однако величина этого звукопоглощения сравнительно невелика: составляет 1-3 дБ на низки и средних частотах (до 500 Гц) и 3- 10 дБ - на более высоких частотах. Тем не менее указанный эффект звукопоглощения следует учитьшать при акустическом расчете предполагаемого устройства.

Дополнительные условия, в соответствии с.которыми уточняются значения dg и Н по формуле (17), - это соблюдение неравенства

dfi d«,

а также выполняющееся в некоторых случаях условие настройки полости глушителя, ограниченной внутренней поверхностью вставки 3 и крьшгкой пат рубка 2 и торцовой стенки 4, в резонанс к основной частоте заглушаемого шума выхлопа д(-н чего величина Н принимается равной четверти длины

звуковои волны на основной частоте заглушаемого шума -по формуле

оси

--fl

(21)

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где С - скорость распространения звука в газе, заполняющем полость глушителя, м/с.

Выбор размера Н по формуле (16) дает особенно большой эффект шумо- глущения в случаях, когда имеет место тональный спектр шума выхлопа, т.е. такой спектр, в составе которого имеются одна или несколько частотных составляющих, не менее чем на 10 дБ превьшгающих уровни других частотных составляющих спектра. В то же время внутренний диаметр dg вставки 3 должен быть возможно меньшим, чем обеспечивается наиболее эффективное поглощение шума данным устройством. При этом чем больше величина отношения H/dg, тем выше эффект звукопоглощения данного устройства.

Роль обмоток 11 и 20 вставки 3 и корпуса 1 не исчерпывается участием их в активном поглощении звуковой энергии вместе со звукопоглощающим наполнителем 10, но оказывается более значительной и в итоге обеспечивающей вклад в суммарный эффект снижения звуковой мощности шума выхлопа, сравнимый с акустической эффективностью звукопоглощающего наполнителя

10и находящегося за ним воздушного подслоя, поскольку указанные обмотки

11и 20 оказывают существенное влияние на газодинамические.процессы в .глушителе, от которых, в свою очередь, зависит как суммарная его эффективность, так и излучательная способность впускного патрубка 2, которую можно до той или иной степени снизить за счет выбора плотности намотки обмоток 11 и 20.

Истекающая через впускной патрубок 2 газовая струя, имея на его срезе начальную скорость , тормозится затем внутри вставки 3 до нуля у торцовой стенки 4, например, по линейному закону, если воздухопроницаемость стенок вставки 3 и корпуса 1 вместе с покрытиями постоянна по высоте устройства (кривая 1 на фиг.13). По такому же линейному закону (кривая 3 на фиг. 14) возрастает, наприь1ер, давление по высоте корпуса 1 от величины РО (давление на срезе впускного

.патрубка 2) до величины Р, определя емой по Лормуле

-M p.-d ,

(22)

где р - плотность газа в струе; М коэффициент торможения струи до подхода к торцовой стенке 4; g - ускорение свободного падения.

Перепад давлений между атмосферным и внутри глушителя обуславливае истечение выбрасываемого газа через стенки устройства в радиальном направлении с расходом по высоте, пропорциональным перепаду давления.

При неравномерной плотности обмоток 1 1 и 20 на в нешней поверхности вставки 3 и корпуса 1, возрастающей от передней крыики впускного патрубка 2, но такой, что полное гидравлическое сопротивление глушителя сохраняется на прежнем уровне, скорость газовой струи внутри глушителя уменьшается от величины V до нуля (кривая 2 на фиг.13) по нелинейному зако ну, увеличивается и давление, однако уже до величины Р,, меньшей Р , так как площади, ограничиваемые кривыми 4 и 3, 1 и 2, должны быть одинаковыми в связи с тем, что неизменными в обоих случаях остается величина гидравлического сопротивления устройства и величина механической энергии истекающей газовой струи, В результате уменьшения величины максимального перепада давления между атмосферным давлением и давлением Р внутри глушителя у торцовой стенки 4, а также выравнивания перепада давлений по высоте устройства достигается уменьшение максимума локального (на единицу площади) расхода выбрасьюаемого газа у торцовой стенки 4, а также общее выравнивание расхода газа через стенки по высоте глу1Г1ителя. При этом, поскольку гидравлические потери пропорциональны 2-й степени скорости, а звуковая мощность вторичного звукообразования пропорциональна 6-8-й степени скорости потока, соответственно снижается общее гидравлическое сопротивление данного устройства (в связи с чем становится возможным увеличить среднюю плотность обмотки 20 корпуса 1 и среднюю плотность обмотки 1 вставки 3 при заданной величине гидросопротивления и за счет этого повысить акустическую эффективность данного

353900 14

- устройства) If снижается звуковая

мощность вторичного шума при газодинамическом взаимодействии истекающей струи с элементами конструкции

5 глушителя.

При этом уменьшается также и опасность увлажнения и обмерзания, связанная с ней опасность снижения эффективности или полного выхода из

10 строя глушителя пгума, особенно при большом влагосодержании выбрасываемого газа. Известно, что пары жид- .кости, содержащиеся в выбрасываемом газе, могут конденсироваться в пельки жидкости, если температура газовой струи понижается в связи с понижением давления на срезе выпуск- ного патрубка 2 ниже точки росы.Эти капельки задержкиваются, оседают в

20 капиллярах звукопоглощающего наполнителя 10 и снижают его звукопоглощающую способность. Они, кроме того, могут замерзать и разрушать капиллярную структуру наполнителя 10 при отрицательных температурах окружающей атмосферы и даже при комнатной температуре при глубоком переохлаждении газовой струи и плохом тепло- - обмене с окружающей средой. Опас 25

30

ность .чрезмерного увлажнения звукопоглощающего наполнителя 10 и обмерзания глушителя 9 исключается или сводится до минимума, а возможности применения глушителя щума в. свяэи с

5 этим значительно расширяются за счет того, что при выравнивании перепада давлений и расхода вдоль оси устройства за счет неравномерности намотки юбмоток 11 и 20 исключаются локальные

перепады давлен.ия в газовом потоке, а значит, легче осуществима организация сбро.са газа в атмосферу через глушитель при температурах вьш1е точки росы во всем его объеме. Этому в - значительной степени способствует также практически полная воздухоне проницаемость СГОО%-ное живое сече- ние) сотовой конструкции вставки 3 и корпуса 1,

Звукопоглощающий наполнитель 10, заполняющий сотовые ячейки 9 вставки 3, при этом играет двоякую роль в де- ле ослабления звуковой мощно.сти га- J зового потока, выбрасьшаемого через выпускной патрубок 2: разделяет газовый поток на отдельные струйки при прохождении через капилляры наполнителя 10, что само по себе способству- 0

ет снижению шумности газового потока, и активно поглощает энергию звуковых колебаний, распространяющихся в газовом потоке, за счет трения на стенках капилляров. При этом особенностью 5 хлопа заглушаемой машины. При Т ; Т,

расчетная максимальная величины избыточного давления Р в полости глу- шительного устройства, создаваемая при каждом очередном, выхлопе, рассчи- тьшается по формуле

р .. /01

--v,p, d (dl .p c,. V ) -

ного устройства, м; dg - внутренний диаметр вставки, м; d - внутренний диаметр впускного патрубка 2; - критическая (максимальная) скорость истечения газа через впускной патрубок 2, м/с (для приближенных расчетов может быть принята равной 300 м/с) ( - безразмерный коэффицие нт формы газового импульса выхлопа, показывающий, какая часть массы газа прошла через впускной патрубок 2 в докри- тическом режиме расхода (обычно лежит п пределах ( 0,7-1,0 и в приб- лиженньос расчетах принимается (jf 0,95); Т, - длительность выхлопа газа в закритическом режиме.

Длительность выхлопа в атмосферу, увеличивающаяся из-за присоединения к выпускному патрубку заглушаемой машины предлагаемого глушителя, увеличивается при этом до величины

25

глушителя шума является то, что сотовые ячейки 9 вставки 3 имеют ограниченные поперечные размеры, и их площади поперечного сечения возрастают в направлении к внешней поверхности корпуса 1, а также то, что газовьв поток течет изнутри наружу устройства. Этим и обеспечиваются условия для надежного удержания наполнителя где Е - атмосферное давление. Па; 10 в ячейках 9 одним только внешним - Н - высота рабочей полости глушитель- покрытием обмотки II, и нет необходимости в дополнительном применении для этой цели каких-либо устройств, например, конструкции типа перфорированного цилиндра, примыкающего к внутренней поверхности вставки 3. В результате внутренняя цилиндрическая поверхность вставки образуется практически только пористой поверхностью звукопоглощающего наполнителя 10, чем при одних и тех же габаритных размерах устройства обеспечивается значительное снижение гидравлического сопротивления глушителя и вместе с тем существенное (на 10-20 дБ) повышение его звукопоглощающей способности. Этому способствует применение заостренных кромок колец 5 и ребер 6, образующих сотовую конструкцию вставки 3 и обращенных к оси корпуса 1. I

При использовании глушителя шума для снижения шума машин, работающих в режиме периодического (с периодом Т) сброса газа в течение времени Т , причем Т (на выхлопе пневмоци- линдра, пластинчатого компрессора и т.п.), прргаеденные рекомендации по его проектированию и расчету эффективности в основном сохраняют силу, за исключением того, что расчетная средняя скорость V.,., в данном случае может быть принята существенно большей величины. Кроме того, в данном случае имеется возможность дополнительного использования для глушения шума внутренней полости устройства в качестве буфера, выравнивателя давления. Гидравлическое сопротив30

35

40

Г,г.-п-Ц-, (24)

dg

где 1Х,„ - безразмерный приведнньгй коэффициент живого сечения проницаемьпс элементов конструкции глушительного устройства;

„ - безразмерный приведенный коэффициент местного сопротивления глушителя.

При приближенных расчетах выбирают

50

такие значения oi-n и „ , при которых их произведение для одного и того же элемента конструкции (звукопоглощающего наполнителя 10, обмоток II и 20 вставки 3 или корпуса 1) дает минимальную величину, вкладом же ос- тальных проницаемых элементов в гидтакие значения oi-n и „ , при которых их произведение для одного и того же элемента конструкции (звукопог лощающего наполнителя 10, обмоток II и 20 вставки 3 или корпуса 1) дает минимальную величину, вкладом же ос- тальных проницаемых элементов в гидление устройства и средняя скорость

протекания газа Vj. могут быть значи- равлическое сопротивление устройства

тельно увеличены по сравнению с дан- пренебрегают.

ным случаем, в котором важно только, чтобы давление в полости глушительного устройства в пределах периода его срабатывания Т успело сравняться с атмосферным до прихода следующей порции газа при следующем по счету рырасчетная максимальная величины избыточного давления Р в полости глу- шительного устройства, создаваемая при каждом очередном, выхлопе, рассчи- тьшается по формуле

р .. /01

--v,p, d (dl .p c,. V ) -

где Е - атмосферное давление. Па; Н - высота рабочей полости глушитель-

ного устройства, м; dg - внутренний диаметр вставки, м; d - внутренний диаметр впускного патрубка 2; - критическая (максимальная) скорость истечения газа через впускной патрубок 2, м/с (для приближенных расчетов может быть принята равной 300 м/с) ( - безразмерный коэффицие нт формы газового импульса выхлопа, показывающий, какая часть массы газа прошла через впускной патрубок 2 в докри- тическом режиме расхода (обычно лежит п пределах ( 0,7-1,0 и в приб- лиженньос расчетах принимается (jf 0,95); Т, - длительность выхлопа газа в закритическом режиме.

Длительность выхлопа в атмосферу, увеличивающаяся из-за присоединения к выпускному патрубку заглушаемой машины предлагаемого глушителя, увеичивается при этом до величины

где Е - атмосферное давление. Па; Н - высота рабочей полости глушитель-

0

Г,г.-п-Ц-, (24)

dg

где 1Х,„ - безразмерный приведнньгй коэффициент живого сечения проницаемьпс элементов конструкции глушительного устройства;

„ - безразмерный приведенный коэффициент местного сопротивления глушителя.

При приближенных расчетах выбирают

0

такие значения oi-n и „ , при которых их произведение для одного и того же элемента конструкции (звукопоглощающего наполнителя 10, обмоток II и 20 вставки 3 или корпуса 1) дает минимальную величину, вкладом же ос- тальных проницаемых элементов в гид

Расчетная величина j должна удовлетворять условию

ii

(25)

где Т - периодичность выхлопов.

. Прочностный расчет с использованием формулы (16) и гидравлический расчет с использованием формул (24) и (25) обеспечивают высокую эффективность и надежность глушителя шума в режиме периодических вйхлопов заглушаемой машины.

Формула изобретения

1. Глушитель шума, содержащий цилиндрический корпус, снабженньй впускным патрубком, глухой торцовой стенкой и наружнсЖ обмоткой, соосную перфорированную вставку и звукопоглощаю- ш;ий наполнитель, причем боковая поверхность корпуса выполнена перфорированной, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, перфорированная вставка въшолнена в виде цилиндрической обечайки сотовой конструкции, звукопог- лощаюш;ий накопитель размещен в сотовых ячейках вставки и выполнен из капиллярно-пористого материала, а наружная поверхность вставки снабжена обмоткой в виде размещенных послойно

5

0

5

0

и перекрестно нитей, причем сотовые ячейки выполнены поперечным размером, не превышающг-см длины волны наибольшей составляющей спектра заглушаемого шума.

2.Глушитель поп.1,отлича- ю щ и и с я тем, что корпус выполнен в виде сотовой конструкции, причем сотовые ячейки корпуса выполнены поперечным размером, не превышающим длины волны наибольшей составляющей спектра заглушаемого шума.

3.Глущитель по пп.1 и 2, о т - личающийся, тем, что обмотка вставки выполнена из сетки.

4.Глушитель по пп.1-3, о т л и - ч а ю щ и fi с я тем, что обмотка корпуса вьтолнена из сетки,

5.Глушитель по пп.1-4, о т л и - чающийся тем, что обмотка корпуса выполнена с плотностью, превышающей плотность обмотки вставки.

6.Глушитель по пп.1-5, о т л и - чающийся тем, что плотность обмотки корпуса и вставки вьтолнена с плотностями, увеличивающимися в сторону от впускного патрубка.

7.Глушитель по пп.1-6, о т л и- чающийс.я тем, что кромки сотовых ячеек вставки, обращенные к оси, вьтолнены заостренными.

Vuz. 6

иг.7

Ь

16

Фиг. 8

«о

9иг.9

Изобретение относится к конструкциям глушителей шума преимущественно пненмоустановок и энергоустановок. Цель изобретения - повышение эффективности глушителя. Перфорированная вставка (ПВ) 3, соосная с корпусом (К) , вьтолнена в виде цилиндрической обечайки сотовой конструкции. В сотовых ячейках ПВ 3 размещен звукопоглощающий наполнитель (ЗПН) 10, вьшолненный из капиллярно- пористого материала. Наружная поверхность ПВ 3 снабжена обмоткой 1I в виде размещенных послойно и перекрестно нитей. К 1 м.б. также вьшолнен в виде сотовой структуры. Сотовые ячейки вставки 3 и К 1 вьшолнены поперечным размером, не превьш1ающим длины волны наибольшей составляющей спектра заглушаемого шума. ЗПН 10 разделяет газовый поток на отдельные струйки при прохождении через капилляры ЗПН IО и активно поглощает энер(Л со ел со Г)

9u2. iO

9iie. 11 .

9иг.12

h,jH

Н

P,ffa

Редактор А.Козориз

Составитель В.СлавНИКОЕ

Техред А.Кравчук Корректор м.Максимишииец

Заказ 5677/29 Тираж 482Подписное

ВНИИПИ :Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,4

р р О( NIC

fpa. 1