Результат интеллектуальной деятельности: ТРУБЧАТЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА

Изобретение относится к технике глушения шума.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности является глушитель шума по Патенту РФ №2298667, F01N 1/00, содержащий цилиндрический корпус, впускной и выпускной патрубки и звукопоглотитель (прототип).

Недостатком его является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения.

Технический результат - повышение эффективности шумоглушения.

Это достигается тем, что в трубчатом комбинированном глушителе шума, содержащем цилиндрический корпус, жестко соединенный с торцевым впускным и выпускным патрубками, звукопоглотитель, расположенный между цилиндрическим корпусом и перфорированным элементом, и акустически прозрачный материал, расположенный между перфорированным элементом и звукопоглотителем, причем по оси глушителя установлена звукопоглощающая цилиндрическая вставка, на одной из торцевых сторон перфорированной цилиндрической вставки закреплен обтекатель конической формы, а цилиндрическая вставка закреплена к впускному и выпускному патрубкам посредством по крайней мере двух ребер жесткости, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси глушителя, причем внутри цилиндрической вставки расположен звукопоглотитель и акустически прозрачный материал, расположенный между перфорированным элементом вставки и звукопоглотителем.

На фиг. 1 представлен фронтальный разрез предлагаемого глушителя шума, на фиг. 2 - профильная проекция, на фиг. 3, 4 - варианты выполнения звукопоглотителя 2.

Трубчатый комбинированный глушитель шума содержит цилиндрический корпус 3, жестко соединенный с торцевым впускным и выпускным патрубками 1, звукопоглотитель 2, расположенный между цилиндрическим корпусом 3 и перфорированным элементом 4, и акустически прозрачный материал (не показан), расположенный между перфорированным элементом 4 и звукопоглотителем 2, причем по оси глушителя установлена звукопоглощающая цилиндрическая вставка 5. На одной из торцевых сторон перфорированной цилиндрической вставки 5 закреплен обтекатель 8 конической формы, а цилиндрическая вставка закреплена к впускному и выпускному патрубкам 1 посредством по крайней мере двух ребер жесткости 6 и 7, расположенных в плоскостях, перпендикулярной оси глушителя, причем внутри цилиндрической вставки 5 расположен звукопоглотитель и акустически прозрачный материал, расположенный между перфорированным элементом вставки и звукопоглотителем. Сопротивление глушителя определяется величиной зазора 10 между внутренним диаметром D цилиндрического корпуса 3 и внешнего диаметра D₁ цилиндрической вставки 5.

Отношение внешнего диаметра D₁ цилиндрической вставки к внутреннему диаметру D корпуса лежит в оптимальном интервале величин: D₁/D=0,56…0,71; а отношение разности внутреннего диаметра D цилиндрического корпуса к внешнему диаметру D₁ цилиндрической вставки к длине глушителя L лежит в оптимальном интервале величин: (D-d)/L=0,11…0,15; а отношение внутреннего диаметра D цилиндрического корпуса к длине глушителя L лежит в оптимальном интервале величин: D/L=0,25…0,5; а отношение внешнего диаметра D₁ цилиндрической вставки к длине глушителя L лежит в оптимальном интервале величин: D₁/L=0,14…0,36.

Корпус 3 и патрубки 1 выполнены из конструкционных материалов с нанесенным на их поверхности с одной или двух сторон слоем мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, или материала типа «Герлен-Д», при этом соотношение между толщинами материала и вибродемпфирующего покрытия лежит в оптимальном интервале величин: 1/(2,5…3,5).

Звукопоглотитель, расположенный в корпусе и цилиндрической вставке, выполнен из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральной ваты типа «URSA», или базальтовой ваты типа П-75, или стекловаты с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».

Звукопоглотитель выполнен 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.

Звукопоглотитель выполнен из жесткого пористого шумопоглощающего материала, например пеноалюминия или металлокерамики, или металлопоролона, или камня-ракушечника со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30…45%. Звукопоглотитель выполнен в виде 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.

Трубчатый комбинированный глушитель шума работает следующим образом.

Звуковые волны вместе с турбулентным потоком сжатого воздуха поступают в полость 10 глушителя и взаимодействуют со звукопоглотителем, расположенным в корпусе и цилиндрической вставке 5. Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглотителя, представляющих собой 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. Коэффициент перфорации перфорированного элемента 4 принимается равным или более 0,25. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрен акустически прозрачный материал, например стеклоткань типа ЭЗ-100, расположенная между звукопоглотителем 2 и перфорированным элементом 4.

Возможен вариант выполнения звукопоглотителя 2 в виде звукопоглощающего элемента кольцевого типа (фиг. 3), в осевом сечении который выполнен в виде кольца, стенки которого выполнены в виде жесткой 11 и перфорированной 14 стенок, между которыми расположены два слоя: звукоотражающий слой 12, прилегающий к жесткой стенке 11, и звукопоглощающий слой 13, прилегающий к перфорированной стенке 14. При этом слой звукоотражающего материала выполнен сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, а перфорированная стенка 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. В качестве звукопоглощающего материала слоя 13 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 вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена. Поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух (например, «Acutex Т») или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например «Лутрасилом».

В качестве звукопоглощающего материала может быть использован пористый шумопоглощающий материала, например пеноалюминий или металлокерамика или камень-ракушечник со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30÷45%, или металлопоролон, или материал 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, а также могут быть использованы пористые минеральные штучные материалы, например пемза, вермикулит, каолин, шлаки с цементом или другим вяжущим, или синтетические волокна, при этом поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух, например, типа Acutex Т или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом.

Перфорированная стенка 14 может быть выполнена из конструкционных материалов, с нанесенным на их поверхности с одной или двух сторон слоя мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, или материала типа «Герлен-Д», при этом соотношение между толщинами материала и вибродемпфирующего покрытия лежит в оптимальном интервале величин: 1/(2,5…3,5).

Перфорированная стенка 14 может быть выполнена из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности, обращенная в сторону звукопоглощающей конструкция, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «повиден», или неткаными материалами, например «лутрасилом».

Звукопоглощающий элемент кольцевого типа (фиг. 3) работает следующим образом.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого, излучающего интенсивный шум, объекта, пройдя через перфорированную стенку 14,попадает на слой 13 из мягкого звукопоглощающего материала, где происходит ее поглощение, а затем на слой 12 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, снова направляя их на звукопоглощающий материал для вторичного поглощения и рассеяния звуковой энергии. В волокнистых поглотителях 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 собой модель резонаторов "Гельмгольца".

Возможен вариант, когда звукопоглощающий элемент (фиг. 4) звукопоглотителя 2 выполнен в виде жесткой 15 и перфорированной 20 стенок, между которыми расположены слои звукоотражающего 16 и 19 материала, а также звукопоглощающего 17 и 18 материалов разной плотности, расположенных 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 жесткой 15 и перфорированной 20 стенок, а перфорированная стенка 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.

Слои звукопоглощающего материала выполнены из теплоизоляционного материала, способного поддерживать заданный микроклимат в помещении, в качестве звукопоглощающего материала использован листовой шумозащитный материал, который выполнен на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолетом, или полиэстер, или пористый звукопоглощающий керамический материал, имеющий объемную плотность 500÷1000 кг/м³ и состоящий из 100 мас. частей перлита с диаметром зерна 0,1÷8,0 мм, 80÷250 мас. частей одного из спекающих материалов, выбранных из группы, включающей зольную пыль, шлак, кварц, лаву, камни или глину в качестве основного материала, 5÷30 мас. частей неорганического связующего, причем после спекания смеси частицы перлита образуют сообщающиеся отверстия между своими контактирующими поверхностями так, что внутренние поры являются сообщающимися между собой.