Результат интеллектуальной деятельности: ОДИНОЧНЫЙ ЗВУКОПОГЛОТИТЕЛЬ КОЧЕТОВА

Изобретение относится к технике глушения шума компрессорных станций и испытательных боксов для газотурбинных двигателей.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности является звукопоглотитель по патенту РФ №2392501, F01N 1/00, 1994 г. содержащий цилиндрический каркас в виде перфорированной втулки и крышек, заполненный звукопоглотителем, а снаружи втулки расположен слой акустически прозрачной оболочки, из капроновой сетки или стеклоткани.

Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на низких и средних частотах.

Технический результат - повышение эффективности шумоглушения на низких и средних частотах.

Это достигается тем, что в одиночном звукопоглотителе для глушителя шума, содержащим цилиндрический каркас 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 снаружи перфорированной цилиндрической втулки расположен слой акустически прозрачной оболочки, выполненной из капроновой сетки или стеклоткани, при этом звукопоглощающий материал, расположенный во внутренней полости звукопоглотителя выполнен из раскручивающегося рулона, один конец которого жестко зафиксирован на центральном стержне, а свободный конец упирается во внутреннюю обечайку с образованием в сечении, перпендикулярном стержню замкнутой формы в виде спирали Архимеда с увеличивающимися от центра к периферии воздушными промежутками, при этом он имеет более высокую пористость по сравнению со звукопоглотителем, расположенным внутри обечаек, а крышки имеют на внешних поверхностях обтекатели конической формы, звукопоглощающий элемент выполнен в виде внешней и внутренней перфорированных стенок, между которыми размещен звукопоглотитель, состоящий из трех слоев звукопоглощающего материала.

На фиг. 1 представлен общий вид одиночного звукопоглотителя глушителя шума, на фиг. 2 и 3 - схема звукопоглощающего элемента, расположенного между внешней и внутренней обечайками цилиндрической втулки, на фиг. 4 - вариант звукопоглощающего элемента.

Одиночный звукопоглотитель шума состоит из каркаса (фиг. 1), который содержит крышки 1 и 2 с кольцевыми буртиками 3 для крепления цилиндрической втулки, при этом крышки соединены центральным стержнем 4 с крючками на обеих концах, а цилиндрическая втулка состоит из двух перфорированных обечаек - внешней 7 и внутренней 8, пространство между которыми заполнено звукопоглощающим элементом 9. Снаружи перфорированной цилиндрической втулки расположен слой акустически прозрачной оболочки 11, выполненной например, из капроновой сетки или стеклоткани. Звукопоглощающий материал 10, расположенный во внутренней полости звукопоглотителя выполнен из раскручивающегося рулона, один конец которого жестко зафиксирован на центральном стержне 4, а свободный конец упирается во внутреннюю обечайку 8 с образованием в сечении, перпендикулярном стержню 4 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 звукопоглощающим элементом 9, расположенным внутри обечаек 7 и 8. При этом крышки 1 и 2 имеют на внешних поверхностях обтекатели 5 и 6 конической формы для снижения гидравлического сопротивления при установке одиночного звукопоглотителя в системах глушения шума компрессорных станций, а цилиндрическая втулка фиксируется крышками 1 и 2 посредством гаек 12 на стержне 4.

Боковые замкнутые поверхности обечаек 7 и 8 могут иметь в сечении не только круг в случае цилиндрической формы, а также форму треугольника, многогранника, эллипса, или любую комбинацию из этих фигур.

Обечайки 7 и 8 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.

Звукопоглощающий элемент (фиг. 2 и 3) 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 связанны 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 17 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 13 и 14, 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 15, 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 16 может быть применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая ваты 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 6, обращенная в сторону звукопоглощающей конструкция, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».

Возможен вариант звукопоглощающего элемента (фиг. 4), когда он 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.

Каждая из перфорированных стенок 21 и 26 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).

Каждая из перфорированных стенок 21 и 26 может быть выполнена 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. Коэффициент перфорации перфорированных листов принимается равным или более 0,25.

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. В качестве материала звукоотражающих слоев 22, 25 могут быть применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³.

Одиночный звукопоглотитель работает следующим образом.

Звуковая энергия, пройдя через слой внешней перфорированной поверхности 13 и третий слой 20 звукопоглощающего элемента, выполненного из вспененного звукопоглощающего материала, падает на прерывистый звукопоглощающий слой 16, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 15, где происходит первичное рассеивание звуковой энергии. 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. За счет большого декремента затухания в материале возникает поглощение звуковой энергии при диссипации. 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.