Глушитель шума газовой струи Советский патент 1981 года по МПК F01N1/10 

(54) ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ГАЗОВОЙ СТРУИ

Изобретение относится к области ма шиностроения, а именно к глушителям шума газовой струи преимущественно для i авухконтурных турбореактивных цвигателей Известен глушитель шума газовой струи для двухконтурного .турбореактивного двигателя с наружным и внутренним контурами я с выхлопными соплами, со держащий цилиндрический корпус со звукопоглотителями, закрепленными на его вкутренней поверхности t. Однако такой глушитель недостаточно эффективен для снижения шума двухконтурных двигателей. j;--.«4, Э.|2с5;6.|2 deDS 4.;-.б.,о,..ь Н.СO где О , О2 внутренние диак1втры первой и второй ступеней эжектора; Целью изобретения является повышение эффективности шумоглушения путем разделения газового потока. Указанная пель д тягается геёы, что глушитель снабжен двухступенчатым эжектором, размещенным концентрично внутри корпуса и обращенным ступенью с меньшим диаметром в сторону сопла, причем относительные размеры элементов глушителя выполнены в соответствии со следующими соотношениями:, 0,1 - ОЛ -ч ; О.К iO,4 07 .2M4de eo 88 , d в диаметр сопла внутреннего контура двигателя;6,60 длина первой и второй ступеней эжектора; расстояние от сопла внутреннего контура дви гателя до корпуса глуши ля; толщина звукопослощаю щего материала первой ступени I эжектора; , - толщина звукопоглощающего материала второй ступени эжектора - толщина звукопоглотителя корпуса; - площадь свободного сече ния между корпусом и второй ступенью; РИС - площадь сопла наружного контура двигателя. Кроме того, эжектор выполнен, из звукопоглощающего материала, который обли цован с двух сторон звукопрозрачной оболочкой. Звукопоглощающий материал второй ст пени эжектора разделен звуконепроницаем Перегородкой на два слоя в соответствии со следующими соотношениями: ОД , 0,4,.2 Ь А толщина внутреннего слоя звукопоглощающего материалаВ с - толщина наружного слоя звукопоглощающего ма териала На входе в корпус и перед первой .ступенью эжектора установлены диафрагм На фиг.. I изображен глушитель шума газовой струи в разрезе; «а фиг. 2 о звукопоглощающий материал 2-й ступени эжектора в разрезе. Глушитель состоит из цилиндрического металлического корпуса I со звукопбглотителями 2, защищенными от выдувания акустически прозрачной и конструк тивно-прочной оболочкой 3. Корпус переходит в поворютное колено 4. Внутри корпуса I соосно с ним установлен двухступенчатый эжектор 5, который состоит из силовых металлических каркасов 6 и 7, заполненных звукопоглощающим материалом в и защищенных акустически прозрачной и конструктивногфочной оболочкой 9. Ступени эжектора закреплены на опорах Ю и II. которые могут быть выполнены в виде двутавровы балок. Для уменьшения гидравлического сопротивления на первой и второй ступенях эжектора и в корпусе I установлены обтекателя 12«-14. 4.4 Глушитель проходит сквозь стену испытательного блока 15 и укрепляется соосно с. сопловым аппаратом 16 двух- контурного турбореактивного двигателя. На входе в корпус и перед первой ступенью эжектора могут быть установлены диафрагмы 17 и 18. Звукопоглощающий материал эжектора может быть разделен . звуконепроницаемой металлической перегородкой 19. Глушитель работает следующим образом. . Газы, выходящие из сопла внутреннего контура двигателя, смешиваются с частью холодных газов наружного контура, охлаждаются и поступают в первую ступень эжектора, где за счет вытянутого профиля скорости происходит активное затухание звука, возбуждаемого струей газа внутреннего контура. На выходе из первой ступени эжектора газы смешиваются с частью газов наружного контура. Проходящих по щели между корпусом и эжектором глушителя. За счет того же эффекта вытянутого профиля скорости происходит активное затухание звука во второй ступени эжектора. По мере удаления акустическая эффективность эжектора падает. Звук, возбуждаемый струей газа наружного контура двигателя, попадает в щель между корпусом глушителя и эжектором. За счет звукопоглощающей облицовки корпуса и эжектора, выполненных в указанных выше соотношениях, звук затухает до требуемого уровня. Было установлено, что эффективность глушителя при установке его на расстоянии 2-8 d в значительно повышается (5-lOt3g) в области низких частот с не- значительным уменьшени «1 в области высоких частот. В глушителе высокая акустическая эффективность по снижению шума внутреннего (горячего) контура двигателя достигается за счет двукратного охлаждения выхлопной струи и большого градиента скорости потока в поперечном сечении (вытянутого профиля скорости). На границе смещения горячего и холодного потоков возникает отклонение звуковых волн в сторону звукопоглотителя, что и является причиной высокой эффективности внутреннего эжектора. Габариты первой ступени эжек.тора определены из требований газодинамики, т.е. исходя из условий раскрытия струи внутреннего контура двигателя, вход5пцей в первую ступень эжектора. В нормальных условиях струя раскрывается с центральным углом 26-ЗО . В условиях двухкоктурного двигателя с учетом влияния струи наружного контура центральный угол раскрытия струи равен 10-12, откуда минимальный диаметр первой ступени эжектора равен: )2 dg-tg-OC/2 1,7-2,76в Учитываядополнительную эжекцию холодного контура, D принято равным 2-ЗсЗб.. Длина первойступени-эжектора выбрана из условий выравнивания потока. Известно, что для выравнивания потока отношение длины к диаметру должно быть . Учитыв-ая начальный участок смешения длиной 4-8 d g длина первой ступени эжектора будет равнаР 2,53-5 Ол: Для повышения эффективности эжектора предлагается использовать, облицовку с толщиной звукопоглощающего слоя, равной 1/4 длины звуковой волны в материале на средней частоте 125 Гц. Длина звуковой волны в материале /f , гдеСдА- скорость звука в материале; f - частота звука. Для отечественных материалов, которые могут применяться в глушителях газовых струй, Суи 16О2ОО м/сек. Тогда Ям 1,2-1,6 м, а Я /4 0,32 - 0,4 м. Принимая толщину облицовки 400 мм и отнеся ее к оптимальным размерам диаметров глущителя - эжектора, получено О, л v TiC.n. 1 WfJd ( -icn J f , p. - 4vy Снижение шума наружного контура loстягается за счет применения кольцевого щелевого глушителя. Отличительная скорость газа в свободном сечении щелевого глушителя лежит в пределах 5070 м/сек. В этом случае акустическая эффективность незначительно снижается по сравнению, с эксплуатацией при скорости газа 30-40 м/сек ( в 1,1-1,2 раз а нагрузка при этих скоростях позволяет выполнить конструкцию более простой, а следовательно, более экономичной. Учиты вая, что температура газа наружного кон тура равна 5О-70 С, т.е. скорость газа в критическом сечении будет 27О340 м/сек, необходимо, чтобы площадь кольцевого щелевого глушителя была в 4-6 раз больше площади сопла наружного контура, т.е. 4 Г.,. А Относительное свободное сечение определяется по соотношению: Наилучшей широкополоетной характеристикой обладают щелевые глушители с толщиной звукопоглощающего слоя 20О мм. Так как габариты конструкции определяют выбор внутреннего диаметра второй ступени эжектора, то получаем следующее соотношение; 0,,2, При прохождении шума с двух сторон звукопоглощающей конструкции, напримеро пластинчатых глушителей, рабочей толщиной является половина звукопоглощающего слоя. А так как рабочая толщина звукопоглощающего слоч для эжектора и щелевого глушителя разная, то для получения заданных параметров заглушений звуконепроницаемой перегородкой на две части в соответствии с рассчитанными ранее оптимальными соотношениями: 0,l d4/D2 0,4: 0,1 S5/D2 0,2 Для снижения эжекции в наружном контуре может быть установлена диафрагма, перекрывающая часть площади щелевого глушителя. Внутренний диаметр диафрагмы рассчитывается, исходя из условий рас1срытия струи и требующегося коэффициента эжекции для вентиляции бокса при испытаниях. Для перераспределения потока внутри глушителя для наружного и внутреннего контуров на внутреннем контуре может быть установлена диафрагма перекрывающая часть площади внутреннего контура глуигителя... Выполнение элементов конструкции ,- глушителя в соответствии с предлагаемыМИ вьпце соотношениями позволяет получить экономичное шумоглущащее устройство для снижения шума выхлопной струи двухконтурных турбореактивных двигателей высокой акустической эффективнрctью во всем нормируемом диапазоне частот 30-40 дБ на низких частотах и 45-60 дБ на средних и высоких. Ф мула изобретения I. Глущитель щума газовой струи преимущественно для двуххонтурных турбореактивных двигателей с наружным и внутренним контурами и с выхлопными соплами, содержащий цилиндрический кор пус со авукопоглстителямк, закрепленнь ми на его втутренней поверхности, о т личаюшийся тем, что, с целью пбБьппения эффективности шумогпушенйя путёмразделения газового потока, он снабжен двухступенчатым эжектором размшсенным концентрично внутри корпу ра и обращенным ступенью с меньшим шаметром в стйрону сопла, причем отно :ительные размеры элементов глушителя

819374

выполнены в соответствии со следующими соотношениями: Г,.5-..4; DO е,к Гыб ,,2H4d .. где 0.1 D2- внутренние диаметры первой и второй ступеней эжектора (J. - диаметр соппа внутреннего контура двигателя; 2- длины первой и второй ступеней эжектора; BQ- расстояние от сопла внутре него контура двигателя до корпуса глушителя:, О у1 - толщина звукопоглощающего материала первой ступени эжектора; толщина звукопоглощающего материала второй ступечи эжектора; 0-1 толщина звукопоглотителя корпуса;. Р.. - площадь свободного ,сечения между корпусом и вто рой ступенью;

8

f ц - площадь сопла наружного 2.Глушитель поп. /отличаюЕП и и с я тем, что эжектор выполнен иэ звукопоглощающего материала. 3.Гпуиштель по пп. I и 2, о т л и чающийся тем, что звукопогло щающйй материал эжектора облицован с двух сторон звукопрозрачной оболочкой. 4.Глушитель по пп. 1-3, о т л и чающийся тем, что звукопоглощакший материал второй ступени эжектора разделен звуконепроницаемой перегородкой на два слоя в соответствии со следующими соотношениями г, 0.2, 0,4; ОД 0,1 где 64 - гояшина внутреннего слоя зву копоглошаюшего -материала O5 толщина наружного слоя звукопсхглощакяпего материала. 5. Глущитель по пп. 1-4; о т л и чающийся тем, что на входе в корпус и перед первой ступенью эжектора установлены диафрагмы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Авторское свидетельство СССР 539461, кл. Р Ог Н 1/10, опублик. 1976.

16

Фиг.2