ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА МНОГОСЕКЦИОННЫЙ
MULTI-SECTION SILENCER

Изобретение относится к технике глушения шума.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности является многосекционный глушитель шума по патенту РФ №2281405, 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.
Технически достижимый результат - повышение эффективности шумоглушения.
Это достигается тем, что в многосекционном глушителе шума, содержащим цилиндрический корпус, торцевой впускной патрубок, жестко соединенный с центральной трубой, имеющей перфорацию и образующей с корпусом посредством перфорированных перегородок в виде по меньшей мере одной коаксиально расположенной к корпусу и центральной трубе дополнительной перфорированной трубы, а торцы всех труб жестко соединены с корпусом посредством сплошных перегородок, причем одна из них жестко связана с впускным патрубком, а другая расположена с противоположной патрубку стороне, между корпусом и перфорированной трубой расположен звукопоглощающий элемент и в торцевой части центральной трубы расположен звукопоглощающий элемент, фиксируемый стопорной шайбой, причем пористость звукопоглощающего элемента, расположенного между корпусом и перфорированной трубой в 2,5…5,0 раз ниже пористости звукопоглощающего элемента, расположенного в торцевой части центральной трубы, звукопоглощающий элемент, перекрывающий отверстия в торцевой части центральной трубы, содержит каркас, выполненный в виде перфорированных стенок, между которыми размещены слои звукопоглощающего материала, каркас выполнен в виде двух внешних перфорированных стенок, и внутренней, средней стенки, выполненной в виде мембранной резонансной пластины, между которыми размещены слои звукопоглощающего материала, при этом каркас выполнен симметричным относительно средней стенки, которая разделяет его на две конгруэнтные части, каждая из которых имеет три слоя звукопоглощающего материала, причем более жесткие, первые слои выполнены сплошными, профилированными и закреплены соответственно на внешних перфорированных стенках, вторые слои, более мягкие чем первые, выполнены прерывистыми, и расположены с зазором в фокусе звукоотражающих поверхностей первых слоев, вторые имеют форму тел вращения в виде соединенных основаниями конусов, а первые слои выполнены из материала с коэффициентом отражения звука большим, чем его коэффициент звукопоглощения в виде профилей конических поверхностей, фокусирующих отраженный звук на вторые слои, третьи звукопоглощающие слои выполнены из вспененного звукопоглощающего материала в виде строительной герметизирующей пены и расположены в зазорах и пустотах, образованных между первыми и вторыми слоями, при этом каждая из внешних перфорированных стенок жестко связана с соответствующим ей вторым слоем посредством перпендикулярных к ней вертикальных крепежных элементов, выполненных в виде пластин, один конец которых жестко закреплен на внешней перфорированной стенке, а второй конец выполнен в виде хомутов, охватывающих соответственно стержни, и стягивающих их винтами, при этом стержни выполнены параллельными перфорированным стенкам, а средняя стенка, выполненная в виде мембранной резонансной пластины, жестко связана с каркасом за счет строительной герметизирующей пены, расположенной в зазорах и пустотах каркаса.
На фиг. 1 представлен фронтальный разрез предлагаемого глушителя шума, на фиг. 2 -вариант звукопоглощающего элемента 7.
Многосекционный глушитель шума состоит из цилиндрического корпуса 1, жестко связанного с торцевым впускным патрубком 2, жестко соединенным с центральной перфорированной трубой 3. Между корпусом 1 и центральной трубой 3 коаксиально расположена, по меньшей мере одна, дополнительная перфорированная труба 4 с отверстиями 6. Торцы всех труб жестко соединены с корпусом 1 посредством глухой перегородки 5, расположенной со стороны, противоположной впускному патрубку 2. Другая перегородка, связывающая торцы труб, является либо продолжением фланца впускного патрубка (как показано на чертеже), либо может быть жестко прикреплена к нему любым известным способом (на чертеже не показано). Отверстия 6, составляющие перфорацию в трубах на их периферийных частях, расположены с чередованием их места расположения, т.е. в центральной трубе - со стороны глухой перегородки 5, в дополнительной со стороны впускного патрубка 2, а в корпусе 1 - снова со стороны глухой перегородки 5 и т.д. Для увеличения звукопоглощающей способности глушителя между корпусом 1 и перфорированной трубой 4 расположен звукопоглощающий элемент 7. Для исключения прямого проникновения звуковой волны в торцевой части центральной трубы 3 расположен звукопоглощающий элемент 8, с отверстиями 10, фиксируемый стопорной шайбой 9. Звукопоглощающие элементы 7 и 8 могут быть выполнены как из жестких звукопоглощающих материалов, например типа «акмигран», винипор и др., так и из мягких, например минеральной ваты или стекловолокна, тогда в этом случае звукопоглощающие элементы 7 и 8 должны быть помещены в стеклоткань (на чертеже не показано), чтобы предотвратить «выдувание» звукопоглотителя из отверстий 6.
Звукопоглощающий элемент 7 (фиг. 2), перекрывающий отверстия 6, содержит каркас, выполненный в виде двух внешних перфорированных стенок 11 и 12, и внутренней, средней стенки 13, выполненной в виде мембранной резонансной пластины, между которыми размещены слои 14, 15, 16, 17, 22, 23 звукопоглощающего материала. Каркас выполнен симметричным относительно средней стенки 13, которая разделяет его на две конгруэнтные части, каждая из которых имеет три слоя звукопоглощающего материала.
Более жесткие, первые слои 14 и 15 выполнены сплошными, профилированными и закреплены соответственно на внешних 11 и 12 перфорированных стенках, вторые слои 16 и 17, более мягкие чем первые, выполнены прерывистыми, и расположены с зазором в фокусе звукоотражающих поверхностей первых слоев 14 и 15.
Вторые слои 16 и 17 имеют форму тел вращения в виде соединенных основаниями конусов. Первые слои 14 и 15 выполнены из материала с коэффициентом отражения звука большим, чем его коэффициент звукопоглощения в виде профилей конических поверхностей, фокусирующих отраженный звук на вторые слои 16 и 17. Третьи звукопоглощающие слои 22 и 23 выполнены из вспененного звукопоглощающего материала в виде строительной герметизирующей пены и расположены в зазорах и пустотах, образованных между первыми и вторыми слоями. Каждая из внешних перфорированных стенок 11 и 12 жестко связана с соответствующим ей вторым слоем 16 и 17 посредством перпендикулярных к ней вертикальных крепежных элементов 20 и 21, выполненных в виде пластин, один конец которых жестко закреплен на внешней перфорированной стенке, а второй конец выполнен в виде хомутов, охватывающих соответственно стержни 18 и 19, и стягивающих их винтами. При этом стержни 18 и 19 выполнены параллельными перфорированным стенкам 11 и 13.
3
Средняя стенка 13, выполненная в виде мембранной резонансной пластины, жестко связана с каркасом за счет строительной герметизирующей пены, расположенной в зазорах и пустотах каркаса. Первые слои выполнены из звукопоглощающего материала на основе алюмине-содержащих сплавов, наполненными их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м, прочностью на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, например из пеноалюминия.
В качестве звукопоглощающего материала вторых, более мягких, слоев 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 стенок 11, 12 и 13 выполнен из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности стенок, обращенная в сторону звукопоглощающего материала, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».
Звукопоглотитель работает следующим образом.
Звуковая энергия, пройдя через слой одной из внешней перфорированной стенки 11 или 12, затем третьи слои звукопоглотителя, 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 14 или 15 из звукопоглощающего материала, где 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 мембранной резонансной пластины 13.
Возможен вариант, когда на одном из оппозитно расположенных конусов вторых слоев 16 и 17, соединенных основаниями конусов, выполнены резонансные отверстия (на чертеже не показано), выполняющие функции горловины резонаторов Гельмгольца, при этом резонансные отверстия выполнены разного диаметра для поглощения звуковой энергии в широком диапазоне частот.
Возможен вариант выполнения одной из внешних перфорированных стенок сплошной, комбинированной (на чертеже не показано), состоящей из трех слоев: центральный слой выполнен из крошки вибродемпфирующих материалов: резины, пробки, пенопласта, капрона, вспененного полимера, пластиката «Швим», с размером фракций крошки 1,5÷2,5 мм, залитых эластомером, полиуретаном, или из сплошного демпфирующего материала, в котором использована губчатая резина, или иглопробивной материал «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, или нетканый вибродемпфирующий материал, а оппозитно расположенные слои выполнены из жесткого вибродемпфирующего материала «Агат», или «Антивибрит».
Возможен вариант, когда средняя стенка 13, выполненная в виде мембранной резонансной пластины, состоит из плоского, полого прямоугольного параллелепипеда (на чертеже не показано) с резонансными вставками, при этом одна из сторон прямоугольника, в его сечении, по крайней мере в 10 раз меньше другой стороны, а резонансные вставки выполнены разной длины и диаметра для того, чтобы эффективно снижать шум в широкой полосе частот.
Многосекционный глушитель шума работает следующим образом.
Звуковые волны вместе с турбулентным потоком сжатого воздуха поступают в полость центральной перфорированной трубы 3, при этом явление лучевого эффекта полностью исключается за счет наличия глухой перегородки 5, выполняющей функции звукоизолирующего экрана. Резонансные полости, образованные коаксиально расположенными трубами, выполняют функции резонаторов Гельмгольца, при этом отверстия 6 являются горловиной резонаторов, расположенных последовательно. Подбирая зазоры между трубами 1, 3, 4 и диаметры отверстий 6 можно настроить резонаторы Гельмгольца на любую частотную полосу, где требуется шумоглушение, а количеством резонансных полостей можно добиться любой требуемой эффективности. За счет наличия в предлагаемом глушителе нескольких труб увеличивается звукоизолирующая способность шумоглушения на прямое проникновение звуковых волн. Сопротивление предлагаемого глушителя шума невелико за счет расположения отверстий 6 в несквозном исполнении, что позволяет увеличить их проходную способность. Повышение эффективности шумоглушения происходит за счет исключения «лучевого эффекта» и проникновения звуковых волн через стенки глушителя за счет введения на пути распространения звуковых волн звукопоглощающих элементов 7 и 8.