RU2643889C1

RU2643889C1 - Multi-section noise suppressor

Info

Publication number: RU2643889C1
Application number: RU2017120725A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2018-02-06

Abstract

FIELD: instrument engineering.

SUBSTANCE: suppressor is designed for noise suppression of the compressor stations and test boxes for the gas turbine engines. Suppressor comprises the cylindrical housing, which is rigidly connected with the end inlet and outlet pipes, which are rigidly connected to the central partitions that have the perforation, the base leveling grid is arranged, it is connected to the adapter, on which the sound-absorbing unit is fixed, the unit consists of separate consecutively connected sections, each of which is made with sound-absorbing lining, thickness "a", and the section consists of four subsections with the characteristic size "c", in which the single sound absorbers with the certain pitch "b" are situated, the single sound absorbers are made in the form of perforated sleeve and covers, which are filled with the sound absorber, the layer of acoustic transparent shell made of capronic mesh made of glass cloth is arranged outside of bushing, and the frame comprises covers with circular collars for cylindrical bushing fixing, where the covers are connected by the central rod to the hooks at both ends, and the cylindrical bushing consists of two perforated shells, outer and inner, the space between them is filled with the sound-absorbing element, which is made in the form of the rigid and perforated walls, between which the multi-layer sound-absorbing element is located, which is designed in the form of two layers: one of which being adjacent to the rigid wall, is sound-absorbing, and the other one being adjacent to the perforated wall, is made with the perforation made of the sound-reflecting material of complex profile, which consists of the uniformly distributed hollow tetrahedrons, while the material based on aluminum-containing alloys is used as the sound-reflecting material with their further filling with titanium hydride or air.

EFFECT: technical result is the increased efficiency of noise suppression.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к технике глушения шума компрессорных станций и испытательных боксов для газотурбинных двигателей.The invention relates to techniques for damping the noise of compressor stations and test boxes for gas turbine engines.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является многосекционный глушитель шума выхлопа по патенту РФ №2280176, F01N 1/00 (прототип), содержащий цилиндрический цоколь, эжектор, выравнивающую решетку, на которой закреплен звукопоглощающий блок, состоящий из слоя звукопоглощающего материала, облицованного изнутри перфорированной оболочкой, причем звукопоглощающий блок состоит из отдельных последовательно соединенных секций, в каждой секции послойно расположены одиночные звукопоглотители, а в верхней части глушителя расположен элемент экранного типа, включающий в себя цилиндрическую обечайку, сверху соединенную с крышкой, состоящей из перфорированного слоя и звукопоглотителя, причем выхлопные отверстия выполнены в виде щелей, выполненных по периферии обечайки, и облицованы звукопоглощающим материалом.The closest technical solution to the technical nature and the achieved result is a multi-section exhaust silencer according to the patent of the Russian Federation No. 2280176, F01N 1/00 (prototype), containing a cylindrical socle, an ejector, an alignment grating, on which a sound-absorbing block consisting of a layer of sound-absorbing material is fixed, lined with a perforated shell inside, and the sound-absorbing block consists of separate series-connected sections, in each section single sound absorbers are located in layers, and in the upper part of the muffler is a screen-type element including a cylindrical shell, connected to the top with a cover consisting of a perforated layer and a sound absorber, and the exhaust holes are made in the form of slots made on the periphery of the shell, and lined with sound-absorbing material.

Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на высоких частотах, так как звукопоглощающий элемент, расположенный внутри обечаек перфорированной цилиндрической втулки, выполнен однослойным и не имеет звукоотражающих слоев, выполняющих функции звукоизоляции на высоких частотах.The disadvantage of the prototype is the relatively low efficiency of sound attenuation at high frequencies, since the sound-absorbing element located inside the shells of the perforated cylindrical sleeve is single-layer and has no sound-reflecting layers that perform sound insulation functions at high frequencies.

Технический результат - повышение эффективности шумоглушения и надежности конструкции в целом путем введения в звукопоглощающий элемент звукоотражающих слоев, которые выполняют функцию звукоизоляции на высоких частотах.The technical result is to increase the efficiency of sound attenuation and the reliability of the structure as a whole by introducing sound-reflecting layers into the sound-absorbing element, which perform the function of sound insulation at high frequencies.

Это достигается тем, что в многосекционном глушителе шума, содержащем цилиндрический цоколь, жестко соединенный с торцевым впускным и выпускным патрубками, жестко соединенными с центральными перегородками, имеющими перфорацию, на цоколе размещена выравнивающая решетка, соединенная с переходником, на котором закреплен звукопоглощающий блок, состоящий из отдельных последовательно соединенных секций, каждая из которых выполнена со звукопоглощающей облицовкой, толщиной «а», причем секция состоит из четырех подсекций с характерным размером «с», в которых расположены одиночные звукопоглотители с определенным шагом «b», одиночные звукопоглотители выполнены в виде перфорированной втулки и крышек, заполненных звукопоглотителем, а снаружи втулки расположен слой акустически прозрачной оболочки из капроновой сетки или стеклоткани, а каркас содержит крышки с кольцевыми буртиками для крепления цилиндрической втулки, при этом крышки соединены центральным стержнем с крючками на обеих концах, а цилиндрическая втулка состоит из двух перфорированных обечаек - внешней и внутренней, пространство между которыми заполнено звукопоглощающим элементом, который выполнен в виде жесткой и перфорированной стенок, между которыми расположен многослойный звукопоглощающий элемент, который выполнен в виде двух слоев: один из которых, прилегающий к жесткой стенке, является звукопоглощающим, а другой, прилегающий к перфорированной стенке, выполнен с перфорацией из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, при этом в качестве звукоотражающего материала применен материал на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м³ со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, например пеноалюминий, или звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³, или материал на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолстом.This is achieved by the fact that in a multi-section silencer containing a cylindrical base, rigidly connected to the end inlet and outlet pipes, rigidly connected to the central partitions having perforations, a leveling grid connected to the adapter is mounted on the base, on which a sound-absorbing unit consisting of separate series-connected sections, each of which is made with a sound-absorbing cladding, thickness "a", and the section consists of four subsections with a characteristic size rum "c", in which single sound absorbers with a certain step "b" are located, single sound absorbers are made in the form of a perforated sleeve and covers filled with sound absorbers, and on the outside of the sleeve there is a layer of acoustically transparent shell made of nylon mesh or fiberglass, and the frame contains covers with ring collars for attaching a cylindrical sleeve, while the covers are connected by a central rod with hooks at both ends, and the cylindrical sleeve consists of two perforated shells - external and internal d, the space between which is filled with a sound-absorbing element, which is made in the form of a rigid and perforated walls, between which there is a multilayer sound-absorbing element, which is made in the form of two layers: one of which adjacent to the rigid wall is sound-absorbing, and the other adjacent to the perforated the wall is made with perforation from a sound-reflecting material of a complex profile, consisting of evenly distributed hollow tetrahedrons, while as a sound-reflecting material, ene-based material alyuminesoderzhaschih alloys followed by filling them with air or titanium hydride having a density in the range of 0.5 ... 0.9 kg / m ³ with the following strength properties: compressive strength in the range of 5 ... 10 MPa, the flexural strength in the range 10 ... 20 MPa, for example foam aluminum, or soundproofing boards based on glass staple fiber of the Shumostop type with a material density of 60 ÷ 80 kg / m ³ , or a material based on a magnesian binder with reinforcing fiberglass or fiberglass.

На фиг. 1 представлен общий вид многосекционного глушителя шума; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 представлен общий вид одиночного звукопоглотителя глушителя шума; на фиг. 4 - схема звукопоглощающего элемента, расположенного внутри обечаек перфорированной цилиндрической втулки.In FIG. 1 shows a general view of a multi-section silencer; in FIG. 2 is a section AA of FIG. one; in FIG. 3 shows a general view of a single sound absorber of a noise muffler; in FIG. 4 is a diagram of a sound-absorbing element located inside the shells of a perforated cylindrical sleeve.

Многосекционный глушитель шума содержит (фиг. 1) цилиндрический цоколь 7, в который перпендикулярно его оси входит эжектор 1. На цоколе 7 размещена выравнивающая решетка, соединенная с переходником 6, на котором закреплен звукопоглощающий блок 3, состоящий из отдельных, последовательно соединенных секций 8, разрез одной из которых приведен на фиг. 2. Каждая из секций 8 выполнена со звукопоглощающей облицовкой 4, толщиной «а». Секция 8 состоит из четырех подсекций с характерным размером «с» (например, стороной квадрата), в которых расположены одиночные звукопоглотители 5 с шагом «b». Секции 8 могут быть выполнены в сечении, перпендикулярном оси, прямоугольной, цилиндрической и любой другой формы, а также иметь любое количество подсекций, начиная с одного, и в сечении, перпендикулярном оси, иметь прямоугольную, цилиндрическую и любую другую формы (на чертеже не показано).The multi-section silencer contains (Fig. 1) a cylindrical base 7, into which an ejector 1 enters perpendicular to its axis. A leveling grating connected to an adapter 6 is placed on the base 7, on which a sound-absorbing block 3 is mounted, consisting of separate, connected in series sections 8, a section of one of which is shown in FIG. 2. Each of the sections 8 is made with sound-absorbing lining 4, a thickness of "a". Section 8 consists of four subsections with a characteristic size of "c" (for example, the side of the square), in which there are single sound absorbers 5 with a step of "b". Section 8 can be made in a section perpendicular to the axis, rectangular, cylindrical and any other shape, and also have any number of subsections, starting from one, and in a section perpendicular to the axis, have a rectangular, cylindrical and any other shape (not shown )

Одиночный звукопоглотитель 5 (фиг. 3) состоит из каркаса, который содержит крышки 9 и 10 с кольцевыми буртиками 11 для крепления цилиндрической втулки, при этом крышки соединены центральным стержнем 12 с крючками на обеих концах, а цилиндрическая втулка состоит из двух перфорированных обечаек - внешней 15 и внутренней 16, пространство между которыми заполнено звукопоглощающим элементом 17. Снаружи перфорированной цилиндрической втулки расположен слой акустически прозрачной оболочки 19, выполненной например, из капроновой сетки или стеклоткани. Звукопоглощающий материал 18, расположенный во внутренней полости звукопоглотителя выполнен из раскручивающегося рулона, один конец которого жестко зафиксирован на центральном стержне 12, а свободный конец упирается во внутреннюю обечайку 16 с образованием в сечении, перпендикулярном стержню 12, замкнутой формы в виде спирали Архимеда с увеличивающимися от центра к периферии воздушными промежутками (на чертеже не показано), при этом он имеет более высокую пористость по сравнению со звукопоглощающим элементом 17, расположенным внутри обечаек 15 и 16. При этом крышки 9 и 10 имеют на внешних поверхностях обтекатели 13 и 14 конической формы для снижения гидравлического сопротивления при установке одиночного звукопоглотителя в системах глушения шума компрессорных станций, а цилиндрическая втулка фиксируется крышками 9 и 10 посредством гаек 20 на стержне 12.A single sound absorber 5 (Fig. 3) consists of a frame, which contains covers 9 and 10 with annular collars 11 for fastening a cylindrical sleeve, with the covers connected by a central rod 12 with hooks at both ends, and the cylindrical sleeve consists of two perforated shells - an external 15 and inner 16, the space between which is filled with a sound-absorbing element 17. Outside of the perforated cylindrical sleeve there is a layer of acoustically transparent shell 19 made, for example, of nylon mesh or fiberglass. Sound-absorbing material 18 located in the internal cavity of the sound absorber is made of a spinning roll, one end of which is rigidly fixed on the central shaft 12, and the free end abuts against the inner shell 16 with the formation in the cross section perpendicular to the shaft 12 of a closed shape in the form of an Archimedes spiral with increasing from center to the periphery by air gaps (not shown in the drawing), while it has a higher porosity compared to the sound-absorbing element 17 located inside the shell nuts 15 and 16. Moreover, the covers 9 and 10 have conical shaped fairings 13 and 14 on the outer surfaces to reduce hydraulic resistance when installing a single sound absorber in compressor station noise suppression systems, and the cylindrical sleeve is fixed by covers 9 and 10 by means of nuts 20 on the rod 12 .

Обечайки 15 и 16 выполнены из перфорированного листа из нержавеющей стали или оцинкованного листа толщиной 0,7 мм с полимерным защитно-декоративным покрытием типа «Пурал» толщиной 50 мкм или «Полиэстер» толщиной 25 мкм, или алюминиевого листа толщиной 1,0 мм и толщиной покрытия 25 мкм. В качестве звукопоглощающего материала звукопоглотителя 17 между обечайками 15 и 16 используется пористый шумопоглощающий материал, например пеноалюминий или металлокерамика, или металлопоролон, или в виде спрессованной крошки из твердых вибродемпфирующих материалов, например эластомера, полиуретана, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин: 0,3…2,5 мм (на чертеже не показано).Shells 15 and 16 are made of perforated sheet of stainless steel or galvanized sheet with a thickness of 0.7 mm with a protective and decorative polymer coating such as Pural 50 μm thick or Polyester 25 μm thick, or an aluminum sheet 1.0 mm thick and thick coatings 25 microns. As the sound-absorbing material of the sound absorber 17 between the shells 15 and 16, a porous sound-absorbing material is used, for example, foam aluminum or cermet, or metal foam, or in the form of pressed crumbs of solid vibration-damping materials, such as elastomer, polyurethane, or agate, anti-vibration plastic compound, "Sew", and the size of the crumbs fractions lies in the optimal range of values: 0.3 ... 2.5 mm (not shown in the drawing).

В качестве звукопоглощающего материала 18, расположенного во внутренней полости одиночного звукопоглотителя, используется минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая вата типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененный полимер, например полиэтилен или полипропилен.As the sound-absorbing material 18 located in the inner cavity of a single sound absorber, rockwool-type mineral wool or URSA-type mineral wool, or P-75 type basalt wool, or glass wool lined with glass wool, or foamed polymer are used. for example polyethylene or polypropylene.

Возможен вариант, когда звукопоглощающий элемент 17 (фиг. 4) выполнен в виде жесткой стенки 21 и перфорированной стенки 22, между которыми расположен двухслойный комбинированный звукопоглощающий элемент, причем слой 23, прилегающий к жесткой стенке 21, выполнен звукопоглощающим, а прилегающий к перфорированной стенке 22 слой 24 выполнен с перфорацией 25 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны.It is possible that the sound-absorbing element 17 (Fig. 4) is made in the form of a rigid wall 21 and a perforated wall 22, between which there is a two-layer combined sound-absorbing element, and the layer 23 adjacent to the rigid wall 21 is made sound-absorbing, and adjacent to the perforated wall 22 layer 24 is made with perforation 25 of a sound-reflecting material of a complex profile, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedrons, allowing reflecting sound waves incident in all directions.

В качестве звукопоглощающего материала слоя 23 может быть применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая вата типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененный полимер, например полиэтилен или полипропилен. При этом поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается пористыми красками, пропускающими воздух, например, типа Acutex Т или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом.As sound-absorbing material of layer 23, rockwool-type mineral wool or URSA-type mineral wool, or P-75-type basalt wool or glass wool lined with glass wool, or foamed polymer, such as polyethylene or polypropylene can be used. The surface of the fibrous absorbers is treated with porous paints that allow air to pass through, such as Acutex T, or coated with breathable fabrics or non-woven materials, such as Lutrasil.

В качестве материала звукоотражающего слоя 24 применен материал на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м³ со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10...20 МПа, например пеноалюминия, или применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³, или материал на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолетом.As the material of the sound-reflecting layer 24, a material based on aluminum-containing alloys was used, followed by filling them with titanium hydride or air with a density in the range of 0.5 ... 0.9 kg / m ³ with the following strength properties: compressive strength in the range of 5 ... 10 MPa, bending strength in the range of 10 ... 20 MPa, for example foam aluminum, or soundproofing boards based on “Shumostop” glass staple fiber with a material density of 60 ÷ 80 kg / m ³ or a material based on a magnesian binder with reinforcing glass fiber were used New or glass.

Звукопоглощающий элемент 17 работает следующим образом.Sound-absorbing element 17 operates as follows.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого, излучающего интенсивный шум, объекта, пройдя через перфорированную стенку 22 попадает на слой 24 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, а часть звуковой энергии проходит через слой 24 из звукоотражающего материала, и взаимодействует со слоем 23 из звукопоглощающего материала, где происходит окончательное рассеивание звуковой энергии. Коэффициент звукопоглощения волокнистых материалов находится в пределах 0,4…1,0. Выполнение перфорации на звукоотражающим слое способствует более эффективному шумоглушению на средних частотах, так как часть звуковых волн будет проходить через перфорацию 25 и рассеиваться на слое 23 из звукопоглощающего материала.Sound energy from equipment located in the room, or another object that emits intense noise, passing through the perforated wall 22 enters the layer 24 of sound-reflecting material of a complex profile, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedrons, which allow reflecting sound waves incident in all directions, and part of the sound energy passes through the layer 24 of sound-reflecting material, and interacts with the layer 23 of sound-absorbing material, where the final dispersion of sound energy occurs WGIG. The sound absorption coefficient of fibrous materials is in the range of 0.4 ... 1.0. Performing perforation on the sound-reflecting layer contributes to a more effective sound attenuation at medium frequencies, as part of the sound waves will pass through the perforation 25 and scatter on the layer 23 of sound-absorbing material.

Многосекционный глушитель шума работает следующим образом.Multi-section silencer operates as follows.

Звуковые волны вместе с турбулентным потоком сжатого воздуха из эжектора 1 поступают через выравнивающую решетку 2 в полости секций 8. При этом явление лучевого эффекта полностью исключается за счет расположения в полостях этих секций одиночных звукопоглотителей 5. Повышение эффективности шумоглушения происходит за счет увеличенной поверхности звукопоглощения одиночных звукопоглотителей 5. В волокнистых звукопоглотителях рассеяние энергии колебания воздуха и превращение ее в тепло происходит на нескольких физических уровнях. Во-первых, вследствие вязкости воздуха, а его очень много в межволоконном пространстве, колебание частиц воздуха внутри поглотителя приводит к трению. Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца", где потери энергии происходят за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети пор звукопоглотителя. Кроме того, происходит трение воздуха о волокна, поверхность которых также велика. В-третьих, волокна трутся друг о друга и, наконец, происходит рассеяние энергии из-за трения кристаллов самих волокон. Этим объясняется, что на средних и высоких частотах коэффициент звукопоглощения волокнистых материалов находится в пределах 0,4…1,0.Sound waves together with a turbulent stream of compressed air from the ejector 1 enter through the leveling grating 2 in the cavity of the sections 8. The phenomenon of radiation effect is completely eliminated due to the location of single sound absorbers in the cavities of these sections 5. The sound absorption efficiency is increased due to the increased sound absorption surface of single sound absorbers 5. In fibrous sound absorbers, the energy dissipation of air vibrations and its transformation into heat occurs at several physical levels. Firstly, due to the viscosity of the air, and there is a lot of it in the interfiber space, the oscillation of air particles inside the absorber leads to friction. The transition of sound energy into thermal energy (dissipation, energy dissipation) occurs in the pores of a sound absorber, which are the Helmholtz resonator model, where energy losses occur due to friction of the mass of air in the resonator neck oscillating with the frequency of excitation on the neck wall, which has the form of a branched sound absorber pore network. In addition, there is air friction on the fibers, the surface of which is also large. Thirdly, the fibers rub against each other and, finally, energy dissipation occurs due to the friction of the crystals of the fibers themselves. This explains that at medium and high frequencies the sound absorption coefficient of fibrous materials is in the range of 0.4 ... 1.0.

Claims

A multi-section silencer containing a cylindrical base rigidly connected to the end inlet and outlet pipes rigidly connected to the central partitions having perforations, a leveling grid connected to the adapter, on which a sound-absorbing unit consisting of separate series-connected sections is mounted, is each mounted of which is made with sound-absorbing cladding, thickness "a", and the section consists of four subsections with a characteristic size of "c", in which single sound absorbers with a certain step “b” are provided, characterized in that the single sound absorbers are made in the form of a perforated sleeve and covers filled with a sound absorber, and on the outside of the sleeve there is a layer of an acoustically transparent shell made of nylon mesh or fiberglass, and the frame contains covers with ring beads for mounting a cylindrical sleeve, with the lids connected by a central shaft with hooks at both ends, and the cylindrical sleeve consists of two perforated shells - external and internal, the space between which is filled with a sound-absorbing element, which is made in the form of rigid and perforated walls, between which there is a multilayer sound-absorbing element, which is made in the form of two layers: one of which adjacent to the rigid wall is sound-absorbing, and the other adjacent to the perforated wall, made with perforation from a sound-reflecting material of a complex profile consisting of uniformly distributed hollow tetrahedrons, while m was used as a sound-reflecting material material based on aluminum-containing alloys, followed by filling them with titanium hydride or air with a density in the range of 0.5 ... 0.9 kg / m ³ with the following strength properties: compressive strength in the range of 5 ... 10 MPa, bending strength in the range of 10 ... 20 MPa, for example foam aluminum, or soundproofing boards based on Shumostop glass staple fiber with a material density of 60 ÷ 80 kg / m ³ , or a magnesia binder based material with reinforcing fiberglass or fiberglass.