Результат интеллектуальной деятельности: РЕАКТИВНЫЙ ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА

Изобретение относится к технике глушения шума.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности является многокамерный глушитель шума по патенту РФ №2305779, F01N 1/00, (прототип), содержащий цилиндрический корпус, торцовый выпускной патрубок, жестко соединенный с центральной трубой, имеющей перфорацию, перфорированные перегородки выполнены в виде коаксиально расположенной к корпусу и центральной трубе дополнительной перфорированной трубы, а торцы всех труб жестко соединены с корпусом посредством глухих перегородок.

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 за счет настройки камерного глушителя путем поворота звукопоглощающего элемента.

Это достигается тем, что в реактивном глушителе шума, содержащем цилиндрический корпус, жестко соединенный с торцевым впускным и выпускным патрубками, и перегородки, в корпус, перпендикулярно направлению движения аэродинамического потока, установлены по крайней мере два диска с отверстиями, образующие камеры, причем отверстия дисков поочередно смещены относительно оси корпуса таким образом, что отверстия в двух смежных дисках не совпадают, при этом отношение длины корпуса L₁ к его диаметру D лежит в оптимальном интервале величин: L_l/D=3,5…4,0; а отношение диаметра корпуса D к диаметру D₁ выпускного патрубка лежит в оптимальном интервале величин: D/D₁=4,5…5,5; а отношение диаметра корпуса D к диаметру d отверстия дисков лежит в оптимальном интервале величин: D/d=5,0…6,0; а отношение диаметра корпуса D к длине камеры L_K лежит в оптимальном интервале величин: D/L_K=2,0…4,5. Корпус выполнен из конструкционных материалов, с нанесенным на его поверхности с одной или двух сторон слоем 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 в камерах установлены звукопоглощающие кольцевые элементы, и звукопоглощающие круглые элементы.

На фиг.1 представлен фронтальный разрез предлагаемого глушителя шума, на фиг.2 - звукопоглощающие кольцевые элементы 7, установленные коаксиально цилиндрическому корпусу 1, в камерах 4 (осевое сечение) на фиг.3 - звукопоглощающие круговые элементы 8, установленные на дисках с отверстиями 3 со стороны впускного 5 патрубка (осевое сечение).

Реактивный глушитель шума содержит цилиндрический корпус 1, жестко соединенный с впускным 5 и выпускным 6 патрубками. В корпусе 1, перпендикулярно направлению движения аэродинамического потока, установлены по крайней мере два диска 2 с отверстиями 3, образующие камеры 4, причем отверстия 3 дисков поочередно смещены относительно оси корпуса 1 таким образом, что отверстия в двух смежных дисках 2 не совпадают. Отношение длины корпуса L₁ к его диаметру D лежит в оптимальном интервале величин: L₁/D=3,5…4,0; а отношение диаметра корпуса D к диаметру D₁ выпускного патрубка лежит в оптимальном интервале величин: D/D₁=4,5…5,5; а отношение диаметра корпуса D к диаметру d отверстия дисков лежит в оптимальном интервале величин: D/d=5,0…6,0, а отношение диаметра корпуса D к длине камеры L_K лежит в оптимальном интервале величин: D/L_K=2,0…4,5.

На дисках с отверстиями 3, со стороны впускного 5 патрубка, установлены по крайней мере два звукопоглощающих круглых элемента 8. Корпус 1 выполнен из конструкционных материалов, с нанесенным на его поверхности с одной или двух сторон слоем 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).

Коаксиально цилиндрическому корпусу 1, в камерах 4, установлены звукопоглощающие кольцевые элементы 7, осевое сечение которых представлено на фиг.2.

Каждый из звукопоглощающих кольцевых элементов 7 (фиг.2) выполнен в виде жесткой 9 и перфорированной 12 стенок, между которыми расположены два слоя: звукоотражающий слой 10, прилегающий к жесткой стенке 9, и звукопоглощающий слой 11, прилегающий к перфорированной стенке 12. 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 11 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 материал, 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 10 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 10 могут быть применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³.

Звукопоглощающий элемент 7 работает следующим образом.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого излучающего интенсивный шум объекта, пройдя через перфорированную стенку 12 попадает на слой 11 из мягкого звукопоглощающего материала, где происходит ее поглощение, а затем на слой 10 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.

На дисках с отверстиями 3, со стороны впускного 5 патрубка, установлены по крайней мере два звукопоглощающих круглых элемента 8 (фиг.3), каждый из которых выполнен в виде внешней 13 и внутренней 14 перфорированных поверхностей, между которыми размещен звукопоглотитель, состоящий из трех слоев звукопоглощающего материала, при этом первый слой 15, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным и закреплен на внешней поверхности 13, второй слой 16, более мягкий, чем первый, выполнен прерывистым и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя 15.

Прерывистый звукопоглощающий слой 16, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 15, выполнен в форме тел вращения, например в виде шаров, эллипсоидов вращения, и крепится с помощью стержней 18 (на чертеже показано сечение с одним стержнем 18), параллельных перфорированным поверхностям 13 и 14, которые жестко связаны между собой посредством вертикальных, перпендикулярных к ним, крепежных элементов, например в виде пластин 19, один конец которых жестко закреплен на внешней поверхности 13, а второй выполнен в виде хомута, охватывающего стержень 18 и стягивающего его винтом (на чертеже не показано).

Сплошной профилированный слой 15 звукопоглощающего элемента выполнен из более жесткого звукопоглощающего материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, причем профили 15 образованы сферическими поверхностями, соединенными между собой таким образом, что в целом каждый из профилей 17 образует цельный куполообразный профиль, фокусирующий отраженный звук на один и тот же мягкий прерывистый звукопоглощающий слой 16.

Третий слой 20 звукопоглощающего элемента выполнен из вспененного звукопоглощающего материала, например строительной герметизирующей пены, который повышает звукоизолирующие свойства конструкции в целом, за счет заполнения пустот, образованных слоями 15 и 16, а также увеличивает надежность конструкции в целом при установке ее на оборудовании, работающем в условиях с повышенными ударными и вибрационными нагрузками. Третий слой 20 расположен между первым, более жестким слоем, и перфорированной поверхностью 14 звукопоглощающего элемента.

В качестве звукопоглощающего материала первого, более жесткого, слоя 15 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 звукопоглощающего материала второго, более мягкого, слоя 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.

Материал перфорированных поверхностей 13 и 14 может быть выполнен из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности 30, обращенная в сторону звукопоглощающей конструкция, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».

Каждый из звукопоглощающих круглых элементов 8 (фиг.3) работает следующим образом. Звуковая энергия, пройдя через слой внешней перфорированной поверхности и третий слой звукопоглощающего элемента, выполненного из вспененного звукопоглощающего материала, падает на прерывистый звукопоглощающий слой, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя, где происходит первичное рассеивание звуковой энергии. Затем звуковая энергия попадает на сплошной профилированный слой из звукопоглощающего материала.

Реактивный глушитель шума работает следующим образом.

Звуковые волны вместе с турбулентным потоком сжатого воздуха поступают в полость корпуса и встречают на своем пути диски с отверстиями, образующими реактивные камеры, при этом явление «лучевого эффекта» полностью исключается за счет резонансной и звукопоглощающей камер. Камерные полости, образованные дисками, выполняют функцию акустического фильтра низкой частоты.