Pierwszenstwo: Opublikowano: 17.IV.1969 (P141 113) 31.1.1973 SLUZBOTY 67033 KI. 14k,l/06 MKP FOln 1/06 UKD Twórca wynalazku: Leszek Bonikowski Wlasciciel patentu: Wytwórnia Silników Wysokopreznych „Delta — Andrychów'' Przedsiebiorstwo Panstwowe, Andrychów (Polska) Sposób tlumienia dzwieków towarzyszacych wyplywowi nieustalonego strumienia gazu oraz tlumik do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób tlumienia dzwie¬ ków towarzyszacych wyplywowi nieustalonego strumie¬ nia gazu, zwlaszcza halasu wylotu silników spalinowych, oraz tlumik do stosowania tego sposobu, umozliwiaja¬ cy skuteczne tlumienie dzieki wytworzeniu warunków dla dysypowania energii akustycznej w materiale ab¬ sorpcyjnym ze zwiekszona intensywnoscia.Znane metody wykorzystujace dla tlumienia dzwieków zjawiska akustyczne oparte sa na teorii drgan linio¬ wych, która to teoria jest wazna dla malych amplitud cisnienia. Tlumiki (filtry akustyczne) spelniaja swe za¬ danie, gdy dlugosc fali akustycznej jest znacznie wieksza niz wymiary tlumika. Znany sposób tlumienia przez in¬ terferencje destruktywna polega na wzajemnym wyga¬ szaniu sie fal biegnacych w tym samym kierunku i ma¬ jacych taka sama czestotliwosc, jesli nakladaja sie one na siebie z przesunieciem fazowym równym polowie dlugosci fali. Znany jest równiez sposób tlumienia ab¬ sorpcyjnego polegajacy na zamianie energii akustycznej fal dzwiekowych na cieplo wskutek mechanicznego tar¬ cia drgajacych czastek gazu o porowaty material ab¬ sorpcyjny.Znane tlumiki refleksyjne maja postac rezonatorów szeregowych i bocznikowych. Rezonator szeregowy, zwany równiez filtrem niskiej czestotliwosci, którym jest komora usytuowana szeregowo w stosunku do rury, przepuszcza wszystkie dzwieki o czestotliwosci mniej¬ szej niz jego wlasna czestotliwosc. Dzialanie jego jest tym skuteczniejsze im wieksza jest czestotliwosc wyga¬ szanych dzwieków w stosunku do wlasnej czestotliwosci 10 15 20 25 30 rezonatora. Konieczne w praktyce, przy tlumieniu ha¬ lasu wylotu silnika spalinowego, tlumienie dzwieków o niskich czestotliwosciach wymaga duzych objetosci ko¬ mór rezonatora szeregowego.Rezonatorem bocznikowym, zwanym inaczej filtrem wysokiej czestotliwosci a tlumiacym dzwieki w waskim zakresie czestotliwosci bliskiej jego wlasnej czestotliwo¬ sci, jest komora usytuowana bocznikowo w stosunku do przelotowej rury. Komora ta ma polaczenie przelotowa rura jednym lub wieloma otworami wykonanymi w tej rurze. Rezonator bocznikowy nadaje sie dla tlumienia drgan o malej amplitudzie, jest wiec nieskuteczny w przypadku zastosowania go w ukladach wylotowych silników pracujacych przy srednim i duzym obciazeniu.Znane tlumiki interferencyjne isa ukladami przewo¬ dów i wystepuja w dwu odmianach a mianowicie: uklad z zamknietym odgalezieniem oraz uklad z odgalezie¬ niem otwartym. W przypadku ukladu z odgalezieniem zamknietym tlumienie uzyskuje sie w ten sposób, ze fa¬ la odbita od zamknietego konca rury powraca do odga¬ lezienia przelotowego, z dobranym przesunieciem fazo¬ wym, i oddzialywa tlumiaco na fale przemieszczajace sie w tym odgalezieniu przelotowym.W ukladzie z odgalezieniem otwartym oddzialywanie fali wracajacej do odgalezienia przelotowego na fale w nim biegnace uzyskuje sie dzieki zróznicowaniu — o polowe dlugosci wygaszanej fali — dróg przemieszcze¬ nia sie tych fal we wspólpracujacych odgalezieniach tlu¬ mika. Jedno odgalezienie zapewnia tlumienie dzwieków tylko o czestotliwosci podstawowej i nieparzystych wyz- 6703367033 szych jej harmonicznych. Dla niskich czestotliwosci pod¬ stawowych, jak w przypadku tlumienia halasu wylotu silnika spalinowego^ róznice pomiedzy dlugosciami od¬ galezien sa rzedu kilku metrów. Ponadto, poniewaz sprawnosc tlumienia interferencyjnego zalezy od do¬ kladnosci przesuniecia fazy, wymaganym jest utrzyma¬ nie stalosci predkosci dzwieku. Predkosc dzwieku za¬ lezna miedzy innymi od temperatury przeplywajacego gazu w warunkach rzeczywistych jest rózna we wspól¬ pracujacych odgalezieniach tlumika majacych niejedna¬ kowa dlugosc, ze wzgledu na odmienne warunki ich chlodzenia.Znany absorpcyjny tlumik idzwieku sklada sie z jed¬ nego lub kilku przelotowych przewodów perforowanych umieszczonych wewnatrz obudowy wypelnionej materia¬ lem pochlaniajacym. Materialy pochlaniajace malo sku¬ tecznie tlumia dzwieki o czestotliwosci ponizej 500 Hz.Równiez przeplyw gazów w miare wzrostu ich pred¬ kosci powoduje obnizanie skutecznosci tlumienia ab¬ sorpcyjnego. Wymienione cechy tlumików absorpcyj¬ nych ograniczaja ich zastosowanie i powoduja, ze spo¬ tyka sie je tylko w tlumikach zespolonych jako sekcje absorpcyjne wspólpracujace z ukladami refleksyjnymi lub refleksyjno-interferencyjnymi.Celem wynalazku jest poprawienie skutecznosci ab¬ sorpcyjnego tlumienia dzwieku. Zadanie techniczne pro¬ wadzace do osiagniecia tego celu polega na opracowa¬ niu: sposobu zmiany charakteru ruchu falowego i fi¬ zycznych parametrów fal akustycznych powstajacych podczas przeplywu nieustalonego strumienia gazu, oraz tlumika do stosowania tego sposobu.Sposób tlumienia dzwieków towarzyszacych wyplywo¬ wi nieustalonego strumienia gazu, wedlug wynalazku, jest nastepujacy. Gaz rozdzielany jest na parami jedna¬ kowe strumienie, które nastepnie sa prowadzone do miejsca ich zderzania sie z symetrycznymi przewodami o ksztalcie i wymiarach geometrycznych dostosowanych dla uyskania zjawiska dyfrakcji akustycznej. Przemie¬ szczajace sie w strumieniach gazu fale nakladaja sie na siebie majac jednakowe energie i czestotliwosci nato¬ miast przeciwne kierunki predkosci. W wyniku takiego nakladania sie fal nastepuje zmiana charakteru ruchu falowego i powstaja stojace fale akustyczne o dlugosci równej odleglosci pomiedzy sasiednimi miejscami zde¬ rzania sie strumieni gazu.Energia akustyczna powstalych fal stojacych jest w wiekszosci zatrzymywana w ogniwie dzieki zjawisku dy¬ frakcji i dysypowana ze zwielokrotniona intensywnoscia w materiale absorpcyjnym. Tlumik do stosowania spo^ sobu wedlug wynalazku sklada sie z (perforowanych ru¬ rowych przewodów majacych postac symetrycznych ogniw o obwodzie zamknietym, przy czym ogniwa te sa umieszczone w materiale absorpcyjnym i zamkniete wewnatrz obudowy. Ogniwa sa polaczone z soba w ten sposób, ze tworza uklad lancuchowy, przy czym osie zlaczonych z soba przewodów przecinaja sie.Zmiana charakteru ruchu falowego dzieki sposobowi wedlug wynalazku, dajaca w efekcie zwiekszenie czesto¬ tliwosci drgan czastek gazu, do wysokosci odpowiadaja¬ cej maksymalnym wspólczynnikom pochlaniania dzwie¬ ku przez material absorpcyjny, zwielokratnia skutecz¬ nosc tlumienia absorpcyjnego. Dzieki zastosowaniu w tlumiku wedlug wynalazku sposobu zatrzymywania wiekszosci energii akustycznej w ogniwie uniezaleznio¬ no, efekt tlumienia absorpcyjnego od predkosci prze¬ plywu gazu. Sposób tlumienia wedlug wynalazku umo¬ zliwil równiez czterokrotne zmniejszenie objetosci tlu¬ mika w stosunku do objetosci tlumików dzialajacych w oparciu o znane sposoby tlumienia. Ponadto dzieki spo- 5 sobowi tlumienia wedlug wynalazku efekt tlumienia jest niezalezny od amplitudy fal. Dlugosc stojacej fali aku¬ stycznej równa dlugosci polówki ogniwa jest wielokrot¬ nie mniejsza od dlugosci fali odpowiadajacej czestosci podstawowej silnika dzieki czemu jedno ogniwo tlumika 10 wedlug wynalazku jest juz tlumikiem dla wszystkich czestosci podstawowych i ich harmonicznych, zastoso¬ wanie zas nastepnych ogniw kaskaduje proces tlumienia.Przedmiot wynalazku jest wyjasniony na przykladach jego zastosowania dla tlumienia wylotu silników spali- 15 nowych i zobrazowane na rysunku na którym fig. 1 przedstawia tlumik w widoku z czesciowym przekrojem po zdjeciu polowy obudowy, fig. 2 przedstawia odmia¬ ne tlumika w przekroju wzdluznym.W sposobie tlumienia wedlug wynalazku dla zatrzy- 2o mywania wiekszosci energii akustycznej w ogniwie je¬ go wymiary geometryczne musza byc tego samego rzedu co dlugosc fal, te zas powinny miec jak najwieksza cze¬ stotliwosc. Osie zas polaczonych z soba ogniw powinny przecinac sie pod katem 90°. Zmniejszenie dlugosci fal 25 do wielkosci równej dlugosci polówek ogniw osiagnieto przez nakladanie na siebie z przeciwnymi kierunkami predkosci fal o jednakowych parametrach powodujac powstawanie akustycznych fal stojacych. Warunkiem po¬ wstawania fal stojacych jest pelna symetria ogniw za- 30 pewniajaca równy rozdzial strumienia gazu oraz wiek¬ szy od czterech stosunek dlugosci polówki ogniwa do jego srednicy. Korzystnym jest zarówno dla przebiegu zjawisk akustycznych jak i dynamicznych aby polówka ogniwa byla wykonana w postaci przewodu dwustozko- 35 wego zwezajacego sie w kierunku polaczen.Tlumik wedlug wynalazku sklada sie z zamknietego wewnatrz obudowy 1 umieszczonego w materiale ab¬ sorpcyjnym 2, lancuchowego ukladu A perforowanych przewodów rurowych stanowiacych parami ogniwa. Do 40 lancuchowego ukladu ogniw A gazy wplywaja rura do¬ plywowa 3 i lacznikiem wejsciowym 4, a odplywaja lacznikiem wyjsciowym 5 i rura odplywowa 6. Ogniwa stanowiace elementy lancuchowego ukladu A skladaja sie z symetrycznych perforowanych przewodów ruro- 45 wych 7 i 8, 9 i 10, 11 i 12, 13 i 14, 15 i 16 polaczonych trwale lacznikami krzyzakowymi 17, 18, 19 i 20 oraz trójramiennymi lacznikami wejsciowym 4 i wyjscio¬ wym 5.Tlumik wedlug wynalazku dziala w ten sposób, ze 50 nieustalony strumien gazu, doplywajacy do lancuchowe¬ go ukladu ogniw A umocowana w obudowie 1 rura 3, rozdziela sie w laczniku wejsciowym 4 na dwa jednako- kowe strumienie, które przeplywaja tworzacymi ogniwo pierwsze przewodami rurowymi 7 i 8 a nastepnie zde- 55 rzaja sie w krzyzakowym laczniku 17. W laczniku 17 gazy ponownie rozdzielaja sie na dwa strumienie wply¬ wajac do przewodów 9 i 10 ogniwa drugiego, aby zde¬ rzyc sie w krzyzakowym laczniku 18 i po raz trzeci roz¬ dzielic sie w nim wplywajac do przewodów 11 i 12 60 stanowiacych trzecie ogniwo.Strumienie plynace ogniwem trzecim zderzaja sie po raz trzeci i rozdzielaja po raz czwarty w laczniku 19 wplywajac do przewodów 13 i 14 ogniwa czwartego. Z ogniwa czwartego gazy przeplywaja, zderzajac sie po 65 raz czwarty i rozdzielajac po raz piaty w laczniku 205 67033 6 do ogniwa piatego utworzonego przez przewody 15 i 16.Strumienie gazu plynace w ogniwie piatym zderzaja sie w laczniku wyjsciowym 5 po raz piaty, nastepnie wy¬ plywaja na zewnatrz tlumika umocowana w jego obu¬ dowie 1 rura odplywowa 6. Jest oczywiste, ze ilosc ogniw tlumika wedlug wynalazku dobierana jest zalez¬ nie od wymaganej skutecznosci wytlumienia dzwieków.Odmiana tlumika wedlug wynalazku jest lancucho¬ wym ukladem B przewodów rurowych utworzonych przez ogniwo wejsciowe 21 w dwu miejscach polaczone z ogniwem wyjsciowym 22. Oba ogniwa, po przeciw¬ nych stronach wzajemnych polaczen, sa wykonane z ru¬ rowego przewodu perforowanego i osloniete szczelnie rurowymi plaszczami 23 i 24, przy czym przestrzen wewnetrzna tych plaszczy wypelniona jest materialem absorpcyjnym 25, 26 i 27. Po przeciwnych stronach po¬ laczen ogniw 21 i 22 rurowy przewód ogniwa wejsciom wego 21 jest zaopatrzony w rure 28 doprowadzajaca gazy do tlumika, natomiast rurowy plaszcz 24, czesci ogniwa wyjsciowego 22, ma rure 29 odprowadzajaca gazy na zewnatrz tlumika.Odmiana tlumika wedlug wynalazku dziala w ten sposób, ze nieustalony strumien gazu doplywajacy rura 28 do ogniwa 21 rozdziela sie w nim na dwie równe czesci, z których jedna plynie prawa, a druga lewa cze¬ scia tego ogniwa, az do miejsca jego polaczen z ogni¬ wem wyjsciowym 22. W nieoslonietej plaszczem 23 cze¬ sci ogniwa 21 ograniczonej .polaczeniami z ogniwem 22 nastepuje zderzanie sie strumieni gazu. Gazy plynace dwoma strumieniami w ogniwie 21 wplywaja do ogni¬ wa 22 w miejscu polaczen tych ogniw, przy czym stru¬ mien plynacy lewa czescia ogniwa 21 wplywa do pra¬ wej czesci ogniwa 22, a strumien plynacy w prawej cze¬ sci ogniwa 21 wplywa do lewej czesci ogniwa 22. Stru¬ mienie gazu plynace w ogniwie 22 zderzaja sie z soba w sasiedztwie rury 29, a nastepnie perforacjami w ogni¬ wie 22 wplywaja do niewypelnionej materialem absorp¬ cyjnym objetosci zamknietej plaszczem oslaniajacym 24 i dalej rura 29 odplywaja na zewnatrz tlumika.Tlumik wedlug wynalazku w którym tlumienie ruchu falowego nie ogranicza przeplywu gazu, umozliwia do¬ branie najkorzystniejszego oporu przeplywu warunkuja¬ cego poprawna wymiane ladunku w silniku. Zastosowa¬ nie tlumika wedlug wynalazku w ukladzie wylotowym 6-cio cylindrowego silnika z zaplonem samoczynnym o objetosci skokowej 6,5 dcm3, który ma czterokrotnie mniejsza objetosc od znanych tlumików, dalo przykla¬ dowo przy predkosci obrotowej momentu maksymalne¬ go równej 1500 min—1 oraz przy pelnym obciazeniu sil¬ nika obnizenie poziomu glosnosci dominujacego w cha¬ rakterystyce halasu pasma czestotliwosci podstawowej o 34 dB, nie wplywajac ujemnie na wskazniki robocze 5 silnika.Wynalazek obejmuje równiez inne rodzaje zastoso¬ wan tego sposobu tlumienia, oraz technicznych rozwia¬ zan przedstawionego tlumika. PL