RU171331U1

RU171331U1 - Реактивный глушитель шума

Info

Publication number: RU171331U1
Application number: RU2016149537U
Authority: RU
Inventors: Сергей Георгиевич Смирнов; Вероника Аркадьевна Николаева; Александр Иванович Комкин; Алексей Иванович Быков
Original assignee: Сергей Георгиевич Смирнов
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2017-05-29

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к технике глушения шума ДВС. Реактивный глушитель содержит корпус цилиндрической формы, ограниченный с двух торцов стенками, имеющий две внутренние непроницаемые продольную и поперечную перегородки и разделенный ими на четыре камеры, а также газовоздушный канал в виде трубы с отверстиями, отличающийся тем, что газовоздушный канал выполнен в виде гладкой трубы-образной формы, проходящей последовательно через две первые камеры, расположенные вдоль корпуса, поворачивающийся на 180° и проходящий в обратном направлении последовательно через две другие камеры, также расположенные вдоль корпуса, имеющий круглые отверстия на боковой поверхности в зоне двух смежных камер у одного торца корпуса, образуя, таким образом, два кольцевых резонатора, и прямоугольные окна в зоне двух смежных камер у другого торца корпуса, образуя две расширительные камеры с вдвинутыми в них отрезками трубы.Полезная модель позволяет эффективно снизить шум в широком диапазоне частот. 1 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к технике глушения шума. Предлагаемая конструкция может быть использована для снижения уровня шума двигателя внутреннего сгорания (ДВС), роторных и поршневых компрессоров, газодувок, т.е. для энергетических установок, работа которых сопровождается аэродинамическими и акустическими излучениями с выраженными дискретными составляющими в широком диапазоне частот (63-4000 Гц).

Известны реактивные глушители шума, работа которых основана на интерференционных процессах наложения прямых и отраженных волн в камерах и патрубках (патенты на полезную модель RU № 128246, кл. F01N 1/00, опубл. 20.05.2013 и RU № 144064, кл. F01N 1/00, опубл. 10.08.2014). Эти конструкции содержат несколько расширительных камер, соединенных патрубками определенной длины, в которых происходит наложение волн в противофазе и отражение звуковой энергии назад к источнику ее генерации. Для эффективного снижения шума размеры элементов таких глушителей (длина камер и соединительных патрубков) должны равняться четверти длины волны. На низких частотах, например на частоте 63 Гц, их длина должна составлять 1365 мм, что нецелесообразно с конструктивной и экономической точках зрения. Кроме того, заглушение в таких конструкциях на высоких частотах происходит также и за счет сравнительно высокого аэродинамического сопротивления газовому потоку.

Технической проблемой предлагаемой полезной модели является устранение отмеченных недостатков и создание такой конструкции реактивного глушителя шума, которая состояла бы из отдельных стандартных резонаторных камер и каналов и позволила получить высокую эффективность снижения шума как на низких, так и на высоких частотах, без использования звукопоглощающих материалов и при минимальном аэродинамическом сопротивлении в газовоздушном канале глушителя.

Технический результат заключается в расширении частотного диапазона высокой эффективности шумоглушения за счет создания оригинальной конструкции, составленной из набора различных элементов резонансного типа, настроенных на дискретные частоты спектра шума энергетических установок.

Проблема решается и технологический результат достигается тем, что реактивный глушитель шума содержит корпус цилиндрической формы, ограниченный с двух торцов стенками и имеющий две внутренние непроницаемые продольную и поперечную перегородки и разделенный ими на четыре камеры, а также газовоздушный канал в виде трубы с отверстиями, который выполнен в виде гладкой трубы

-образной формы, проходящей последовательно через две первые камеры, расположенные вдоль корпуса, поворачивающийся на 180° и проходящий в обратном направлении последовательно через две другие камеры, также расположенные вдоль корпуса, имеющий круглые отверстия на боковой поверхности в зоне двух смежных камер у одного торца корпуса, образуя, таким образом, два кольцевых резонатора, и прямоугольные окна в зоне двух смежных камер у другого торца корпуса, образуя две расширительные камеры с вдвинутыми в них отрезками трубы. Длина двух отрезков трубы, образованных наличием в ней прямоугольных окон, в одной расширительной камере размером

может составлять соответственно

и

а длина двух отрезков трубы, образованных прямоугольными окнами, в другой расширительной камере соответственно

и

. Поворотная часть

-образной трубы может быть соединена перемыкающим каналом, при этом длина перемыкающего канала и длина поворотной части соотносятся как 1:3.

На фиг. 1 изображен реактивный глушитель шума.

На фиг. 2 схематически изображены стоячие волны, образующиеся в расширительных камерах при распространении акустической волны и их отражении от торцевых стенок.

На фиг. 3 показана изогнутая часть

-образного канала.

Глушитель содержит корпус 1 в сечении цилиндрической формы, который ограничен торцевыми стенками 2 и 3. Внутренний объем корпуса разделен на четыре камеры 4, 5, 6 и 7 непроницаемой продольной перегородкой 8 и поперечной перегородкой 9. Газовоздушный канал глушителя выполнен в виде трубы 10

-образной формы. Один конец трубы 10 прикреплен к выхлопному патрубку ДВС фланцевым соединением 11.

Канал, по которому протекает газовоздушный поток и распространяются акустические волны, последовательно проходит через все камеры. Камеры 4 и 7 примыкают друг к другу, и каждая камера представляет собой полость объемом V(м³), соединенную с каналом отверстиями 12 диаметром 8 ÷ 20 мм в зависимости от диаметра трубы 10: каждое площадью S(м²), в количестве, равном n. Кольцевые резонаторы настроены на любые низкие частоты, например 63, 125 или 250 Гц, т.е. среднегеометрические частоты трех первых октавных полос. Собственная частота таких резонаторов ƒ₀ определяется выражением

где c - скорость звука в газовоздушном потоке с учетом его температуры, м/с; L - эффективная длина горла резонатора, которая определяется по формуле

4

где t и d - соответственно глубина отверстий (толщина стенки трубы 10) и их диаметр, м. Подбором количества отверстий n, их диаметра d и площади S при известном объеме камер V можно добиться искомого результата ƒ₀ Гц.

Камеры 5 и 6, также примыкающие друг к другу, представляют собой расширительные камеры 13, 14, 15 и 16 с вдвинутыми в них отрезками трубы 10 различной длины, образованные наличием прямоугольных окон 17. Вышеназванные отрезки трубы в расширительных камерах 5 и 6 образуют четвертьволновые резонаторы, настроенные на различные гармонические дискретные составляющие спектра шума энергоустановок. При длине расширительных камер

(м) их основная резонансная частота определяется выражением

а первая и последующие гармоники ƒ_i ^Kопределяются как

где i - натуральные числа 1, 2, 3,… и т.д.

В узлах стоячих волн (фиг.2) звуковое давление равно нулю, и через узловые точки звуковая энергия не распространяется. В связи с этим отрезки трубы 10, расположенные в камерах 5 и 6, имеют длину, достигающую узлов различных гармонических составляющих заглушаемого шума. Все нечетные гармоники ƒ₁, ƒ₃, ƒ₅ и т.д. в середине расширительной камеры имеют узел звукового давления, т.е. заглушение этих гармонических составляющих шума в камере 5 может достигнуто длиной отрезка трубы (6), равной

Для заглушения гармоник ƒ₂, ƒ₆, ƒ₁₀ длина отрезка трубы 13 должна равняться

гармоник ƒ₄, ƒ₁₂ длина отрезка трубы 16 должна равняться

гармоники ƒ₈ длина отрезка 15 должна равняться

Таким образом, расширительные камеры обладают широкополосным заглушением в средней и высокочастотной частях спектра - от первой до пятнадцатой гармонической дискретной составляющей шума.

Изогнутая часть трубы 10 соединена перемыкающим каналом 18. При этом длина перемыкающего канала и длина поворотной части соотносятся как 1:3. Следовательно, звуковые волны из точки А распространяются по двум направлениям:

-образному каналу и перемычке.

Две волны встречаются в точке В, и на определенных частотах волны встретятся в противофазе. Заглушение за счет явления интерференции наблюдается на частотах, связанных с длиной перемычки,

определяемых из выражения

где i - натуральные числа 1, 2, 3, и т.д.

На этих частотах разность хода двух волн составляет нечетное число половин длин волн. Такой элемент конструкции можно назвать «полуволновый резонатор».

Анализ акустических характеристик предлагаемого реактивного глушителя с применением численного метода расчета на основе конечно-элементного моделирования с помощью программного пакета «COMSOL Multiphysics» показал высокую эффективность заявленной конструкции (более 30-40 дБ в частотном диапазоне 100-3600 Гц). Что касается аэродинамического сопротивления газовоздушному потоку, то он минимален, т.к. последний движется беспрепятственно по трубе, имея всего один сглаженный поворот.

Claims

1. Реактивный глушитель шума, содержащий корпус цилиндрической формы, ограниченный с двух торцов стенками, имеющий две внутренние непроницаемые продольную и поперечную перегородки и разделенный ими на четыре камеры, а также газовоздушный канал в виде трубы с отверстиями, отличающийся тем, что газовоздушный канал выполнен в виде гладкой трубы

-образной формы, проходящей последовательно через две первые камеры, расположенные вдоль корпуса, поворачивающийся на 180° и проходящий в обратном направлении последовательно через две другие камеры, также расположенные вдоль корпуса, имеющий круглые отверстия на боковой поверхности в зоне двух смежных камер у одного торца корпуса, образуя, таким образом, два кольцевых резонатора, и прямоугольные окна в зоне двух смежных камер у другого торца корпуса, образуя две расширительные камеры с вдвинутыми в них отрезками трубы.

2. Глушитель шума по п. 1, отличающийся тем, что длина двух отрезков трубы, образованных наличием в ней прямоугольных окон, в одной расширительной камере размером l_K составляет соответственно l_K/2 и l_K/4, а длина двух отрезков трубы, образованных прямоугольными окнами, в другой расширительной камере составляет соответственно l_K5/8 и l_K3/16.

3. Глушитель шума по п. 1, отличающийся тем, что поворотная часть

-образной трубы соединена перемыкающим каналом, при этом длина перемыкающего канала и длина поворотной части соотносятся как 1:3.