Результат интеллектуальной деятельности: АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЛУШИТЕЛЬ КОЧЕТОВА

Изобретение относится к средствам глушения аэродинамического шума пневматического оборудования и систем выпуска сжатого газа или воздуха.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности является глушитель шума выхлопа, содержащий впускной патрубок и примыкающий к нему корпус из пористого материала (патент РФ 2300641, F01N 1/24 - прототип).

Недостатком известного технического решения является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на низких частотах.

Технический результат - повышение эффективности шумоглушения. Это достигается тем, что в глушителе шума, содержащем впускной патрубок и жестко связанный с ним корпус, содержащий шумопоглощающие элементы, корпус содержит патрубок, выполненный в виде одной из боковых крышек корпуса, перпендикулярно к которой жестко прикреплена внутренняя цилиндрическая втулка, соосная с периферийно расположенными перфорированными втулками, причем другой конец внутренней цилиндрической втулки жестко соединен со второй боковой крышкой корпуса посредством винта, взаимодействующего с резьбовой частью втулки, причем во внутренней втулке выполнены калиброванные отверстия диаметром d, оси которых перпендикулярны оси втулки, а полость, образованная перфорированными втулками, заполнена шумопоглощающим элементом, причем отношение длины Н внешней периферийно расположенной перфорированной втулки к ее диаметру D находится в диапазоне оптимальных величин: H/D=1,0…2,5., а отношение диаметра d калиброванных отверстий к внутреннему диаметру d₁ внутренней втулки находится в диапазоне оптимальных величин: d/d₁=0,3…0,9, а отношение толщины b шумопоглощающего элемента к длине Н периферийно расположенных перфорированных втулок находится в диапазоне оптимальных величин: b/Н=0,05…0,25, шумопоглощающий элемент выполнен из металлокерамики со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30…45%, или шумопоглощающий элемент выполнен в виде послойной и перекрестной намотки из пористых нитей, намотанных на акустически прозрачный каркас, или шумопоглощающий элемент выполнен из жесткого пористого шумопоглощающего материала, или камня-ракушечника, шумопоглощающий элемент выполнен в виде корпуса с внешней и внутренней перфорированными стенками, между которыми размещены слои звукопоглощающего материала, при этом первый слой, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным и закреплен на внешней поверхности, второй слой, более мягкий, чем первый, выполнен прерывистым и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя, при этом первый слой, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным, а второй слой, более мягкий, чем первый, выполнен прерывистым и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя, а третий слой звукопоглощающего элемента выполнен из вспененного звукопоглощающего материала и расположен между первым, более жестким слоем, и перфорированной поверхностью звукопоглощающего элемента, прерывистый звукопоглощающий слой, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя, выполнен в форме тел вращения и крепится с помощью стержней, параллельных перфорированным поверхностям, которые жестко связаны между собой посредством вертикальных, перпендикулярных к ним, крепежных элементов, один конец которых жестко закреплен на гладкой поверхности, а второй выполнен в виде хомута, охватывающего стержень и стягивающего его винтом, при этом сплошной профилированный слой выполнен из более жесткого звукопоглощающего материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, причем профили образованы сферическими поверхностями, соединенными между собой таким образом, что в целом каждый из профилей образует цельный куполообразный профиль, фокусирующий отраженный звук на один и тот же мягкий прерывистый звукопоглощающий слой.

На фиг. 1 представлен фронтальный разрез предлагаемого глушителя шума, на фиг. 2 - вариант шумопоглощающего элемента 6, расположенного в полости, образованной перфорированными втулками 7 и 8.

Аэродинамический глушитель содержит впускной патрубок 1 с отверстием и жестко связанный с ним корпус. Корпус содержит патрубок 1, выполненный в виде одной из боковых крышек 2 корпуса, перпендикулярно к которой жестко прикреплена внутренняя цилиндрическая втулка 9, соосная с периферийно расположенными перфорированными втулками 7 и 8. Диаметр 5 перфорации втулок 7 и 8 выбирается в диапазоне 1…5 мм. Другой конец внутренней цилиндрической втулки 9 жестко соединен со второй боковой крышкой 3 корпуса посредством винта 4, взаимодействующего с резьбовой частью втулки 9, причем во внутренней втулке 9 выполнены калиброванные отверстия 11 диаметром d, оси которых перпендикулярны оси втулки, а полость, образованная перфорированными втулками 7 и 8, заполнена шумопоглощающим элементом 6, причем отношение длины Н внешней периферийно расположенной перфорированной втулки 7 к ее диаметру D находится в диапазоне оптимальных величин: H/D=1,0…2,5., а отношение диаметра d калиброванных отверстий к внутреннему отверстию 10 диаметром d₁ внутренней втулки 9 находится в диапазоне оптимальных величин: d/d₁=0,3…0,9, а отношение толщины b шумопоглощающего элемента к длине Н периферийно расположенных перфорированных втулок находится в диапазоне оптимальных величин: b/Н=0,05…0,25.

Шумопоглощающий элемент выполнен в виде корпуса с внешней и внутренней перфорированными стенками, между которыми размещены слои звукопоглощающего материала, а прерывистый звукопоглощающий слой, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя, выполнен в форме тел вращения, например в виде шаров, эллипсоидов вращения, и крепится с помощью стержней, параллельных перфорированным поверхностям, которые жестко связаны между собой посредством вертикальных, перпендикулярных к ним, крепежных элементов, например в виде пластин, один конец которых жестко закреплен на гладкой поверхности.

Шумопоглощающий элемент 6 может быть выполнен из металлокерамики со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30…45%, или в виде послойной и перекрестной намотки из пористых нитей, намотанных на акустически прозрачный каркас (на чертеже не показано), например проволочный каркас, или из жесткого пористого шумопоглощающего материала, например металлопоролона или камня-ракушечника.

Возможен вариант выполнения шумопоглощающего элемента 6 (фиг. 2) в виде внешней 12 и внутренней 13 перфорированных поверхностей, между которыми размещен звукопоглотитель, состоящий из трех слоев звукопоглощающего материала, при этом первый слой 14, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным и закреплен на внешней поверхности 12, второй слой 16, более мягкий, чем первый, выполнен прерывистым и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя 14.

Прерывистый звукопоглощающий слой 15, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 14, выполнен в форме тел вращения, например в виде шаров, эллипсоидов вращения, и крепится с помощью стержней 17 (на чертеже показано сечение с одним стержнем 17), параллельных перфорированным поверхностям 12 и 13, которые жестко связаны между собой посредством вертикальных, перпендикулярных к ним, крепежных элементов, например в виде пластин 18, один конец которых жестко закреплен на внешней поверхности 12, а второй выполнен в виде хомута, охватывающего стержень 17 и стягивающего его винтом (на чертеже не показано).

Сплошной профилированный слой 14 звукопоглощающего элемента выполнен из более жесткого звукопоглощающего материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, причем профили 16 образованы сферическими поверхностями, соединенными между собой таким образом, что в целом каждый из профилей 16 образует цельный куполообразный профиль, фокусирующий отраженный звук на один и тот же мягкий прерывистый звукопоглощающий слой 15.

Третий слой 19 звукопоглощающего элемента выполнен из вспененного звукопоглощающего материала, например строительной герметизирующей пены, который повышает звукоизолирующие свойства конструкции в целом за счет заполнения пустот, образованных слоями 12 и 13, а также увеличивает надежность конструкции в целом при установке ее на оборудовании, работающем в условиях с повышенными ударными и вибрационными нагрузками. Третий слой 19 расположен между первым, более жестким слоем 14, и перфорированной поверхностью 13 звукопоглощающего элемента.

Звуковая энергия, пройдя через слой внешней перфорированной поверхности 12 и третий слой 15 звукопоглощающего элемента, выполненного из вспененного звукопоглощающего материала, падает на прерывистый звукопоглощающий слой, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 14, где происходит первичное рассеивание звуковой энергии. Затем звуковая энергия попадает на сплошной профилированный слой 14 из звукопоглощающего материала, образованного сферическими поверхностями, образующими цельный куполообразный профиль, и фокусирующий отраженный звук на мягкий звукопоглотитель. Здесь осуществляется переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии), т.е. в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца", имеют место потери энергии за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети микропор звукопоглотителя. Низкочастотное звукопоглощение осуществляется за счет мембранного возбуждения стенок корпуса и, косвенно, внутренних объемов воздуха.

Глушитель шума работает следующим образом.

Звуковые волны вместе с турбулентным потоком сжатого воздуха от пневматического оборудования поступают через впускной патрубок 1, через его отверстие в корпус. При этом явление лучевого эффекта полностью исключается за счет наличия втулок 7 и 8, между которыми размещен шумопоглощающий элемент 6, а также крышки 3. Эффективность шумоглушения возрастает за счет подбора геометрических параметров корпуса и втулок и пористости структуры предлагаемых шумопоглощающих материалов.

Возможен вариант, когда сплошной профилированный слой 14 звукопоглощающего элемента выполнен из материала 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.