HU196649B

HU196649B - Silencer advantageously for reducing the noise of blow-off valves

Info

Publication number: HU196649B
Application number: HU841969A
Authority: HU
Inventors: Tibor Kolya; Gyoergy Foti; Bela Szoeke; Karoly Kadar; Zoltan Gecsei
Original assignee: Autoipari Kutato Fejlesztoe; Eszakmagyar Vegyimuevek
Priority date: 1984-05-22
Filing date: 1984-05-22
Publication date: 1988-12-28
Also published as: SE8502194L; GB2159210A; GB8512063D0; FR2589950A1; GB2159210B; DE3503270C2; US4655317A; HUT41511A; SE8502194D0; DE3503270A1; SE461806B

Description

A légnemű közeggel, elsősorban nyomólevegővel működő gépi berendezések, tartályok szabályozása biztonsági, illetve lehívó szelepeken át történik. A szabályozás úgy megy végbe, hogy túlnyomás esetén megfelelő mennyiségű levegőt engednek ki rövid idő alatt a gépi berendezés nyomóvezetékéből vagy tartályából a szabadba. Ezt nevezzük lefújásnak. A szelepen át felgyorsuló, ill. áramló levegő szilárd testekkel történő érintkezése miatt, a keletkező instancionárius erők hatására zajt kelt. Ez a zajkeltés addig tart, amíg a tartály vagy vezetéknyomás a megkívánt értékre nem csökken és zár a lefújó szelep. A zaj, a nyomást energia igen rövid idő alatti átalakulásának is a következménye, ami ezért széles sávú és magasszintű. Elsősorban a turbulencia okoz zajt és uralja a zajspektrumot. A turbulencia zaj 500 Hz körül kezd hatásossá válni és a frekvencia növekedésével rohamosan nő. Ugyanakkor megjelenik egy mély frekvenciás zajspektrum is, amely tartalmazza a lefújás környezetének akusztikai állapotát is. Ennek csúcsa rendszerint a zárt tér — ahol a lefújás történik - alaprezonancia frekvenciájánál alakul ki, ami a frekvencia növekedésével csökken. Λ két alapvető spektrum a középfrekvenciás mezőben találkozik, ahol a lefújás zaja a legkisebb lesz.

A lefújó szelepek zaját csökkenteni kell embereket érő környezeti zajártalom csökkentése érdekében, így például jármüvek légfékrendszerének lefújó szelepeit, műhelyek, pneumatikus rendszereinek lefújó szelepeit el kell látni hangtompítóval.

Ismert pneumatikus rendszerek lefújó szelepeinél szinterizált bronzból készített hangtompító alkalmazása, melyen átáramló lefújó levegő zajenergiájának egy részét a súrlódás hővé alakítja át. Ezek a hangtompítók a magas frekvenciájú zajokat csillapítják, a mély frckvcnciájúakkal szemben alig hatásosak. Az időegység alatt lehívandó levegőmennyiség nagyságától függ a méretük, ezzel arányosan súlyuk; költségük. Általában hengeres rúd formájúak, jelentős helyigénnyel, amit, valamint a szerelhetőséget figyelembe kell venni a pneumatikus rendszer tervezésénél.

Ismert olyan javaslat is, melynél belső térrel rendelkező vastagfalú gyűrű, ill. henger alakúra van kiképezve a lefújó levegőt átbocsátó elem, mely természetes vagy mesterséges szálas anyagból van tömörítve, ill. kiképezve és házba van befoglalva.

Célkitűzésünk olyan hangtompító létrehozása volt a lefújó szelepekhez, amelynek elhelyezhetősége kevésbé kötött, könnyebb, olcsóbb, jobb a zajcsökkentő tulajdonsága. Célkitűzésünk eléréséhez vizsgáltuk műanyag habanyagok felhasználhatóságát, amelyek hangelnyelő tulajdonsága ismert, és kiterjedten használják zárt terekben, kis sebességű légcsatornákban zajcsökkentésre, ugyanakkor rendkívüli mértékben rugalmasan deformálhatok.

Célkitűzésünket azáltal értük el, hogy a műanyag hab testet kívülről hanggátló, de légáteresztő deformábilis réteggel láttuk el, valamint ezekhez akusztikailag illesztett közegbevezető illesztő taggal, amely akusztikai rendszerből képződő hangtompító mind a magas, mind a mélyfrekvenciájú zajokat hatásosan csillapítja.

Találmányunk hangtompító szerkezet légnemű közeget lefújó berendezések, előnyösen lefújó szelepek zajának csökkentésére, amely a közeg által átáramolt porózus anyagú, körszimmetrikus alakú testtel rendelkezik, a porózus anyagú körszimmetrikus alakú test - célszerűen gömb - rugalmasan deformábilis kiképzésű, melynek tengelyével egytengelyűén, abba benyúlóan hanggátló kilépő nyílással kiképzett közegbevezető csatornával rendelkező illesztő tagja van, a porózus anyagú testet, azzal egyesített deformábilis, hanggátló, légáteresztő külső réteg veszi körül.

Találmányunk célszerű kivitelénél a porózus anyagú testet poliuretán hab képezi, melynek térfogatsúlya 40 g/dm³ feletti, előnyösen 75 - 85 g/dm³ térfogatsúlyú, rugalmas deformábilitása legalább 25 %, a külső réteget poliuretán prepoiimer - adott esetben poliészter vagy epoxigyanta lakk - képezi, a külső réteggel egyesített porózus anyagú test légáteresztő képessége legfeljebb a fele a porózus anyagú test légáteresztő kcpcsscgcnck.

Akusztikailag méretezett és gyakorlatban méréssel ellenőrzött, tapasztalatunk szerint jó hangtompító tulajdonságú kiviteli megoldások a következő méretarányokkal rendelkeznek gömbalakú porózus anyagú test esetében.

L_b ~ ’ ’ U ⁼ '

F_f — < 1» ahol

C-c

D_g - a porózus anyagú test külső átmérője,

D_c - az illesztő tag közegbevezető csatornájának átmérője,

V_b - az illesztő tag közegbevezetö csatornájának térfogata,

V_g — a porózus anyagú test térfogata,

L_b - az illesztő tagnak a porózus anyagú testben elhelyezkedő hossza,

L_c - az illcsz.tö tag közegbevezető csatornájának hossza,

F_f - az illesztő tag közegkibocsátó nyílásának (nyílásai közül az akusztikailag jellemző nyílás) felülete.

E_c - az illesztő tag közegbevezetö csatornájának felülete.

A porózus anyagú testben lévő fészekben a műanyagból kiképzett, legalább E = 5,6 IO^q N/m’-es Young-modulusú anyagból készített illesztő tag közegbevezetö csatornájának belső átmérője úgy van megválasztva, hogy 31 - 10 000 Hz tartományban kisebb, mint a gázáramban terjedő hanghuilám hosszának a fele. Az illesztő tagnak a közegbevezető csatornájával egytengelyűén kiképzett központi köőegkibocsátó nyílása van, az említett tengellyel megközelítőleg 50°-os szöget bezáró további, az előzővel célszerűen azonos vagy kisebb keresztmetszetű közegkibocsátó nyilasai vannak.

Találmányunkat részletesen kiviteli példán keresztül, az 1—4, ábrák útján ismertetjük, ahol sz

196 649

1. ábra a hangtompító szerkezetet hosszmetszetben, a

2. ábra a közegbevezető illesztő tagot hossztengelyének irányából nézve ábrázolja, a

3. ábra a hangtompító szerkezet nélküli lefújó szelep által keltett zaj jelleggörbéjét, és az 1. ábra szerinti hangtompító szerkezettel tompított zaj jelleggörbéjét, a

4. ábra a 3, ábra szerinti tompított zaj jelleggörbéjét és egyes összetevőit külön-külön mutatja be.

Az I hangtompító szerkezet 2 illesztőtagja 3 menettel van ellátva, mellyel a nem ábrázolt pneumatikus lefújó szelepre csatlakoztatható. A 2 illesztő tagban levő 4 közegbevezető csatorna hengeres sima falú hanggátló kiképzésű az 5 kilépő szakaszig.

A 2 illesztő tag hanggátló tulajdonságú danamid műanyagból van, Young-modulusa meghaladja az E = 5,6- 10’ N/m²-t, amit alsó határnak tekintünk. A 4 közegbevezető csatorna belső átmérője 10 mm, kisebb, mint a 31 — 10 000 Hz-es tartományban a gázáramban terjedő hanghulláin hosszának a fele. A 2 illesztő tag 5 kilépő szakaszát a kilépő nyílásokkal tengely irányból nézve a 2. ábra mutatja. A hanggátló központi 6 közegkibocsátó nyílás és rövid 7 csatornája egytengelyű a 4 közegbevezető csatornával, ennek keresztmetszeti területénél kisebb a 7 csatorna keresztmetszeti területe. További hanggátló 8 közegkibocsátó nyílások és 9 csatornák tengelyei 50° szöget zárnak be a 4 közegbevezető csatorna tengelyével, a hanggátló 8 közegkibocsátó nyílások 10 sík felületeken helyezkednek el. A hanggátló központi 6 közegkibocsátó nyílás, valamint a hanggátló 8 közegkibocsátó nyílások együttes területe nem haladja meg a 4 közegbevezető csatorna keresztmetszeti területét.

A 2 illesztő tag 11 külső palástján 12 vállak vannak kialakítva annak érdekében, hogy biztonságosan legyen rögzítve a porózus anyagú testet képező nyitott cella szerkezetű gömboldalú poliuretán hab 14 test 13 fészkében, kiviteli példánkban ragasztással. A poliurelán hab előállításához felhasznált poliol 6000 mólsúlyú, egyébként szükséges, hogy 3000 mólsúly feletti legyen, primer OH tartalma 20 % feletti, a felhasznált izocionát MDI és TDI keveréke, egyébként akár egyik, akár másik is alkalmazható. A poliuretán hab térfogatsúlya 75 - 85 g/dm³, szükséges, hogy 40 g/dm³feletti legyen, rugalmassága 25 % feletti. A gömbalakú poliuretán hab 14 testet alkotó poliuretán hab anyag légáteresztő képessége 50 x 50 x 25 mm méretű vágott mintán a 25 mm-es kiterjedés irányában a következő:

0,2 v,o. mm nyomáskülönbségnél 2,0-3,0 1/perc

0,3 v.o. mm nyomáskülönbségnél 3,0-5,00 l/perc

0,5 v.o. mm nyomáskülönbségnél 5,0-7,0 l/perc

Kiviteli példánkban a 2 illesztő tag összeragasztott gömbalakú poliuretán hab 14 test külső átmérője 70 mm, a 4 közegbevezető csatornán keresztül megfújva az alábbi légáteresztést mutatja:

0,2 v.o. mm nyomáskülönbségnél 6,0-8.0 l/pere

0,3 v.o. mm nyomáskülönbségnél 8,5— 11,0 l/perc

0,5 v.o. mm nyomáskülönbségnél 12,0- 15,0 l/perc

Ezen méréseknél a gömbalakú poliuretán hab 14 test még nem volt citálva a légáteresztő, hanggátló 15 külső réteggel. A gömbalakú poliuretán hab 14 testet poliuretán prcpolimcr oldatba mártva a vágott gömbfelületen összefüggő bevonat képződik, amely kikeinényedés után vékony 15 külső réteget képez, amely légáteresztő, de hanggátló tulajdonságú. A 15 külső réteggel ellátott, kész I hangtompító szerkezet a 4 közcgbcvczctö csatornán keresztül megfújva az alábbi légáteresztést mutatja:

0,2 v.o. mm nyomáskülönbségnél 1,6 l/perc

0,3 v.o. mm nyomáskülönbségnél 2,5 l/perc

0,5 v.o. mm nyomáskülönbségnél 3,6 l/perc

A 15 külső réteggel egyesített gömbalakú poliurcíán hab 14 test légátcrcsztés kisebb mint fele, kiviteli példánknál állagban negyede a 15 külső réteg nélkülinek.

Az 1 hangtompító szerkezet légáteresztése a kritikus nyomásviszonynál vagy afölött mintegy 1 l/perc.

Kedvező hangtompílási tulajdonságok elérése érdekében a következő méretarányokkal rendelkezik az I hangtompító szerkezet:

D. 7

--.1.4; ahol·

D_g - a gömbalakú poliuretán hab 14 test külső átmérője,

D_c — a 4 közegbevezető csatorna átmérője,

V_b — a 4 közcgbcvczctö csatorna térfogata.

V_g - a gömbalakú poliuretán hab 14 test térfogata, L_b - a 2 illesztőtagnak a gömbalakú poliuretán hab test 13 fészkében elhelyezkedő hossza, azaz a 18 homlokfclülct és a 16 váll közötti távolság.

L_c - a 2 illesztő tag 4 közegbevezető csatornájának hossza, kiviteli példánkban megengedhető elhanyagolással a 18 homlokfelület és a 17 belépő nyílás közötti távolság.

A 3. ábra kritikusnál nagyobb nyomásviszonyról lefúvó szelep mért zajának görbéjét (I) és az I hangtompító szerkezettel csökkentett mért zajának görbéjét ábrázolja (II). Láthatóan igen jelentős a zajcsökkenés mértéke különösen a 250 Hz alatti és 2 Hz fölötti tartományokban.

A 4. ábra ismét bemutatja az 1 hangtompító szerkezettel csökkentett mért zajgörbéjét (II), valamint ennek III - V. összetevő görbéit, amelyek számított görbék. A III. görbe a 2 illesztő tag számított hatása, a

IV. görbe gömbalakú poliuretán hab 14 test számított

196 649 hatása, az V. görbe a számítolt eredő tompított zaj. A lefújó szelep tompítandó számított lökészaját a VI. görbe, számított turbolencíazaját a VII. görbe ábrázolja.

Az I hangtompító szerkezet akusztikai rendszert képezve a következőképpen működik:

A csillapítandó, lefújáskor keletkező zaj szempontjából a lefújó szelep előtti és utáni légnyomás nyomásviszonya alapvető tényező, már 1,89 nyomásviszonynál hangsebességgel áramlik a levegő a szelepből. így fojtott áramlás jön létre a lefújó szelepen keresztül, ami azt jelenti, hogy a tömegáram maximális értéket érd. Ekkor két zajkeltő mechanizmus keletkezik. Az egyik a lefújó szelep utáni turbulens gáz keveredése az álló levegővel turbulencia zajt okozva (4. ábra VII. görbe), a másik a lökészaj, amely a turbulencia és az áramlási mező kölcsönhatásából jön létre (4. ábra VI. görbe). Amíg a nyomásviszony kisebb háromnál, elegendő a turbulencia zajt ligyclcmbevcnni, ha az előbbinél nagyobb, akkor a lökészaj is jelentős a zajkeltésben. Ehhez, hogy az I hangtompító szerkezet széles nyomásviszony tartományban jól üzemeljen mindkét zajkeltő mechanizmus hatását csillapítani kell. Ez utóbbi esetben az 1 hangtompító szerkezet alkalmas

10^s Pa értéknél kisebb nyomású lefújó szelepek hangtompítására is.

Lefújó szelep tipikus lefújási zaját ábrázolja a 3. ábra 1. görbéje, melyből kiszámítva a lökészaj (4. ábra VI. görbe) és a turbulencia zaj (4. ábra VII. görbe) várható spektrumainak alakulása világosan látható, hogy a lökészajnak nincs szerepe a lefújási zajok alapvető spektrumainak keletkezésében, ami a nyomásviszonyból adódik. Ez azt jelenti, hogy a lefújás folyamatának zajspektrumát alapvetően a turbulencia zaj határozza meg, mely egyrészt az instacionárius erők, másrészt a nyugvó levegővel való keveredés következménye. Az eredményes hangtompításhoz a lefújó szelep szabad nyílására olyan zárt akusztikai rendszert képező I hangtompító szerkezet van illesztve, amelynek végén nem tud kilépni, illetve érvényesülni semmilyen pólus hatás. A lefújó szelepen kiáramló gáz és az ott keletkező zaj a 2 illesztő tag 4 közegbevezető csatornájába érkezik. Ez a csatorna akusztikai szempontból egydimenziós, ami azt jelenti, hogy a hallástartományon belül csak a hosszmérete irányában van akusztikai hatása. Ebben a csatornában a turbulencia keveredése teljesen zárt térben folyik le és így nem érintkezik a külső tér álló levegőjével. Ezen túlmenően a 2 illesztő tag 5 kilépő szakaszának hanggátló kiképzésével elértük, hogy a gömbalakú poliuretán hab 14 testbe bejutó hangenergia mentes bármilyen járulékos csőzajtól. Mivel a 2 illesztő tag 5 kilépő szakasza a 6, 8 közegkibocsátó nyílások és a 7, ill. 9 csatornák réven eltérő impedanciájú a 17 belépő nyílásától, ezért a 4 közegbevezető csatornában a hanghullámok reflektálódnak s így a 6, 8 közegkibocsátó nyílásokon kevesebb hangenergia jut tovább. Az akusztikai illesztés következő reflexiós helye a 6, 8 közegkibocsátó nyílásokat lezáró porózus anyag, a gömbalakú poliuretán hab 14 test által létrehozott ún. furatreflexió.

Az alacsony frekvencia tartományban a porózus anyag tömegével vesz részt a hangnyomásingadozások csillapításában, vagyis hanggátol. A magas frekvencia tartományban a porózus anyag tömegtehetetlenségc okoz csillapítást, mivel a levegörészecskék be4 jutnak a pórusokba és ott vesztik el mozgási energiájuk nagy részét. A külső bevonat, a 15 külső réteg konzisztenciájánál fogva egyesítve van a gömbalakú poliuretán hab 14 testtel, tehát szervesen kapcsolódik a porózus anyaghoz, annak hangelnyelésből adódó energiadisszipációját hanggátlással fokozza, anélkül, hogy a lefújott gáz eltávozását hátrányosan befolyásolná. A 15 külső réteg védi a gömbalakú poliuretán hab 14 testet külső szennyeződésekkel, nedvesedéssel szemben, ami akusztikai tulajdonságait befolyásolná.

Claims

Szabadalmi igénypontok

1. Hangtompító szerkezet légnemű közeget lefújó berendezések, előnyösen lefújó szelepek zajának csökkentesére, melynek a közeg által átáramolt porózus anyagú körszimnieti íkus alakú teste van, azzal jellemezve, hogy a körszimmetrikus porózus anyagú test (14) - célszerűen gömb - rugalmasan deformábiiis kiképzésű, melynek tengelyével egytengelyűén, abba benyúlóan hanggátló közegkibocsátó nyílással (6, 8) kiképzett közegbevezető csatornával (4) rendelkező illesztő tagja (2) van, a porózus anyagú testet (14) azzal egyesített deformábiiis, légáteresztő külső réteg (15) veszi körül.
2. Az 1. igénypont szerinti hangtompító szerkezet azzal jellemezve, hogy a porózus anyagú testet (14) poliuretán hab képezi, melynek térfogatsúlya 40 g/ dm³ feletti, előnyösen 75-85 g/dm³ térfogatsúlyú, rugalmas deformábilitása legalább 25 %.
3. Az I. vagy 2. igénypont szerinti hangtompító szerkezet azzal jellemezve, hogy a külső rétegei (15) poliuretán prepolimer vagy poliészter vagy epoxitgyanta lakk képezi.
4. Az 1 - 3. igénypontok bármelyike szerinti hangtompító szerkezet azzal jellemezve, hogy a külső réteggel (15) egyesített porózus anyagú test (14) légáteresztő képessége legfeljebb a fele a porózus anyagú test (14) légáteresztő képességének.
5. Az 1 - 4. igénypontok bármelyike szerinti hangtompító szerkezet azzal jellemezve, hogy a következő méretarányokkal rendelkezik:

gömbalakú porózus anyagú test (14) esetében

F_f —- < 1, ahol * C

D_g — a porózus anyagú test (14) külső átmérője,

- az illesztő tag (2) közegbevezető csatornájának (4) átmérője,

V_b - az illesztő tag (2) közegbevezető csatornájának (4) térfogata,

Vg — a porózus anyagú test (14) térfogata

L_b — az illesztő tagnak (2) a porózus anyagú testben (14) elhelyezkedő hossza.

196 649

L_c - az illesztő tag (2) közegbevezető csatornájának (4) hossza,

F_r - az illesztő tag (2) közegkibocsátó nyílásának [nyílásai (6, 8) közül az akusztikailag jellemző nyílás] felülete,

F_c - az illesztő tag (2) közegbevezető csatornájának (4) felülete.
6. Az 5. igénypont szerinti hangtompító szerkezet azzal jellemezve, hogy a porózus anyagú testen (14) levő fészekben (13) a műanyagból kiképzett illesztő lag (2) ragasztással van rögzítve, az illesztő tag (2) _ közcgbcvczctö csatornájával (4) egytengelyűén kiképzett központi közegkibocsátó nyílása (6) van, az említett tengellyel megközelítőleg 50°-os szöget bezáró további, az előzővel célszerűen azonos vagy kisebb keresztmetszetű közegkibocsátó nyilasai (8) vannak.