RU2667213C2

RU2667213C2 - Multi-section noise suppressor

Info

Publication number: RU2667213C2
Application number: RU2016103887A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2016-02-08
Filing date: 2016-02-08
Publication date: 2018-09-17
Also published as: RU2016103887A

Abstract

FIELD: engine building.SUBSTANCE: invention relates to compressor stations and test boxes for gas turbine engines noise suppression equipment. Muffler contains a cylindrical base, rigidly connected to the end inlet and outlet nozzles, 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, consisting of separate series-connected sections is fixed, each of which is made with sound-absorbing lining, while single sound absorbers are made in the form of a perforated sleeve and covers, filled with a sound absorber, the layer of acoustic transparent shell made of capron 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 being filled with a sound absorber containing perforated walls, between which there are layers of sound-reflecting, as well as sound-absorbing materials of different density are arranged, located in two layers, wherein the sound-reflecting material layers are made with complex shape, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedrons allowing to reflect the incident in all directions sound waves, and which are located respectively at the perforated walls, and the layers of the sound-reflecting material are made of a heat-insulating material.EFFECT: technical result is the noise suppression increased efficiency.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, a leveling 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 an element of the screen type, which includes 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.EFFECT: increased noise attenuation efficiency and 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, содержащим 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», отличающийся тем, что одиночные звукопоглотители выполнены в виде перфорированной втулки и крышек, заполненный 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, а звукопоглощающий элемент содержит перфорированные стенки, между которыми расположены слои звукоотражающего, а также звукопоглощающего материалов разной плотности, расположенные в два слоя, причем слои звукоотражающего материала выполнены сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, и которые расположены соответственно у перфорированных стенок, а слои звукоотражающего материала выполнены из теплоизоляционного материала.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, 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 acoustically transparent shell made of nylon mesh or fiberglass, and the frame contains covers with annular flanges for mounting 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, the space between which is filled with a sound-absorbing element, and the sound-absorbing element contains perforated walls, between which are layers of sound-reflecting, as well as sound-absorbing materials of different density, arranged in two layers, and the layers of sound-reflecting material are made of a complex profile consisting of uniformly distributed hollow tetrahedra, allowing to reflect sound waves incident in all directions, and which are located respectively in perforated walls, and layers of sound-reflecting material made of insulating material.

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. An alignment grating is connected to the base 7 and is connected to an adapter 6 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 звукопоглотителем 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 звукопоглотителем 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 that contains covers 9 and 10 with annular beads 11 for attaching a cylindrical sleeve, the covers being connected by a central rod 12 with hooks at both ends, and the cylindrical sleeve consists of two perforated outer shells 15 and the inner 16, the space between which is filled with a sound absorber 17. Outside of the perforated cylindrical sleeve there is a layer of acoustically transparent shell 19, made for example of a 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 closed shaft 12 in the form of an Archimedes spiral increasing from the center to the periphery by air gaps (not shown in the drawing), while it has a higher porosity compared to a sound absorber 17 located inside the shells 15 and 16. P and this cover 9 and 10 are the outer surfaces of the fairings 13 and 14 of conical shape to reduce the hydraulic resistance when installed in a single absorber sound attenuation systems, compressor stations, and the cylindrical sleeve 9 is fixed and covers 10 by 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 материала, 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, such as foam aluminum or cermet, or metal foam, or in the form of pressed crumbs of solid vibration-damping materials, such as elastomer, polyurethane, or plastic compound such as Agate, Anti-vibration, is used "Sew", and the size of the fractions of the crumbs 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 вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена.As 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 is used. for example polyethylene or polypropylene.

Возможен вариант, когда звукопоглотитель 17 выполнен в виде симметрично расположенных перфорированных 21 и 26 стенок, между которыми расположены слои звукоотражающего 22 и 25 материала, а также звукопоглощающего 23 и 24 материалов разной плотности, расположенные в два слоя, причем слои звукоотражающего материала выполнены сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, и которые расположены соответственно у перфорированных 21 и 26 стенок, а каждая из перфорированных стенок имеет следующие параметры перфорации: диаметр отверстий - 3÷7 мм, процент перфорации 10%÷15%, причем по форме отверстия могут быть выполнены в виде отверстий круглого, треугольного, квадратного, прямоугольного или ромбовидного профиля, при этом в случае некруглых отверстий в качестве условного диаметра следует считать максимальный диаметр вписываемой в многоугольник окружности.It is possible that the sound absorber 17 is made in the form of symmetrically arranged perforated walls 21 and 26, between which layers of sound-reflecting materials 22 and 25 are located, as well as sound-absorbing 23 and 24 materials of different densities located in two layers, the layers of sound-reflecting material made of a complex profile, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedra, allowing to reflect sound waves incident in all directions, and which are located respectively at the perforated 21 and 26 walls, and each each of the perforated walls has the following perforation parameters: the diameter of the holes is 3 ÷ 7 mm, the percentage of perforation is 10% ÷ 15%, and the shape of the holes can be made in the form of holes of a round, triangular, square, rectangular or rhomboid profile, in this case non-circular holes as the conditional diameter should be considered the maximum diameter of the circle inscribed in the polygon.

В качестве материала звукоотражающих слоев 22, 25 может быть 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 звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³.As the material of the sound-reflecting layers 22, 25, a material based on aluminum-containing alloys can be 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 glass staple fiber of the Shumostop type with a material density of 60 ÷ 80 kg / m ³ .

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 a sound-absorbing lining, characterized in that the single sound absorbers are made in the form of a perforated sleeve and covers, for 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 annular beads for fastening the 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, the space between which is filled with a sound absorber containing perforated walls, between which there are layers of sound reflecting, as well as sound glossing materials of different densities, arranged in two layers, the layers of sound-reflecting material made of a complex profile, consisting of uniformly distributed hollow tetrahedra, which allow reflecting sound waves incident in all directions, and which are located respectively near the perforated walls, and the layers of sound-reflecting material are made of heat-insulating material .