Результат интеллектуальной деятельности: ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ЭЖЕКЦИОННОГО ТИПА

Изобретение относится к технике глушения шума.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности является глушитель шума по Патенту РФ №2309270, F01N 1/00, содержащий цилиндрический корпус, торцовый выпускной патрубок, жестко соединенный с центральной трубой (прототип).

Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет возможности возникновения «лучевого эффекта» и, вследствие этого, проникновения звуковых волн как по оси глушителя, так и через его две стенки.

Технический результат - повышение эффективности шумоглушения.

Это достигается тем, что в глушителе шума эжекционного типа, содержащем корпус, сопло и приемную камеру, сопло выполнено коническим со срезом диаметром D и жестко соединено посредством акустически прозрачного жесткого элемента с корпусом с образованием зазора Z, причем корпус изнутри облицован звукопоглощающим материалом, покрытым акустически прозрачной пленкой, при этом отношение длины эжекторной части корпуса L_e к его внутреннему диаметру D_e лежит в оптимальном интервале величин: L_e/D_e=3,5…4,5; а отношение внутреннего диаметра D_e эжекторной части корпуса к диаметру D среза сопла лежит в оптимальном интервале величин: D_e/D=4,0…5,0; а отношение толщины слоя звукопоглощающей облицовки Н_обл к внутреннему диаметру D_e эжекторной части корпуса лежит в оптимальном интервале величин: Н_обл/D_e=0,05…0,1, а отношение зазора Z к диаметру среза сопла D лежит в оптимальном интервале величин: Z/D=3,5…4,5, при этом корпус выполнен из конструкционных материалов, с нанесенным на его поверхности с одной или двух сторон слоя мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, или материала типа «Герлен-Д», при этом соотношение между толщиной облицовки и вибродемпфирующего покрытия лежит в оптимальном интервале величин - 1:(2,5…3,5), а звукопоглощающий материал 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».

На фиг. 1 представлен фронтальный разрез предлагаемого глушителя шума, на фиг. 2 - вариант звукопоглощающего элемента 4 кольцевого типа (осевое сечение).

Глушитель шума эжекционного типа содержит коническое сопло 1 со срезом диаметром D, жестко соединенное посредством акустически прозрачного жесткого элемента 2 с корпусом 3 таким образом, что образуется зазор Z. Корпус изнутри облицован звукопоглощающим материалом 4, покрытым акустически прозрачной пленкой 5. Основные параметры эжекторного глушителя шума связаны следующими соотношениями.

Отношение длины эжекторной части корпуса L_e к его внутреннему диаметру D_e лежит в оптимальном интервале величин: L_е/D_e=3,5…4,5; а отношение внутреннего диаметра D_e эжекторной части корпуса к диаметру D среза сопла лежит в оптимальном интервале величин: D_e/D=4,0…5,0; а отношение толщины слоя звукопоглощающей облицовки Н_обл к внутреннему диаметру D_e эжекторной части корпуса лежит в оптимальном интервале величин: Н_обл/D_e=0,05…0,1, а отношение зазора Z к диаметру среза сопла D лежит в оптимальном интервале величин: Z/D=3,5…4,5.

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

Звукопоглощающий материал 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».

Звукопоглощающий материал выполнен на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа. Звукопоглощающий материал 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% (на чертеже не показано).

Звукопоглощающий материал выполнен в виде элементов с послойной и перекрестной намоткой из пористых нитей, намотанных на акустически прозрачный каркас, например проволочный каркас (на чертеже не показано). Звукопоглощающий материал 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 (на чертеже не показано).

Возможен вариант звукопоглощающего материала в виде звукопоглощающего элемента 4 кольцевого типа (фиг. 2).

Звукопоглощающий элемент 4 выполнен в виде жесткой 6 и перфорированной 9 стенок, между которыми расположены два слоя: звукоотражающий слой 7, прилегающий к жесткой стенке 6, и звукопоглощающий слой 8, прилегающий к перфорированной стенке 9. 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 8 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, «Асutех 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.

В качестве материала звукоотражающего слоя 7 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.

В качестве материала звукоотражающего слоя 7 могут быть применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала равной 60÷80 кг/м³.

Звукопоглощающий элемент работает следующим образом.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого, излучающего интенсивный шум, объекта, пройдя через перфорированную стенку 9, попадает на слой 8 из мягкого звукопоглощающего материала, где происходит ее поглощение, а затем на слой 7 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 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.

Глушитель шума эжекционного типа работает следующим образом.

Принцип действия эжекторного глушителя основан на переформировании факела струи, вытекающей из сопла 1 таким образом, чтобы ядро звукового излучения приходилось на вставку 4 из звукопоглощающего материала. Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглощающего материала 4, представляющих собою также каноническую элементарную 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.