Глушитель
SILENCER

Изобретение относится к области пневматических машин и предназначен для снижения шума выброса сжатого воздуха в атмосферу.
Известно множество глушителей шума газовых потоков состоящих из корпуса в котором последовательно установлены шумоподавляющие элементы с многочисленными перфорированными и пористыми дисками или коаксиальными перфорированными оболочками, различными шумоподавляющими наполнителями и многочисленными поворотами и рассекателями потока (например, патент РФ №2038492, патент РФ №2484267, патент РФ на полезную модель №28189, патент РФ №2107170 - аналоги).
Недостатками вышеуказанных агрегатов являются невысокая эффективность шумоподавления, снижение ресурса работы из-за засоряемости пористых элементов, повышенное гидравлическое сопротивление потоку рабочих газов, необходимость длительной экспериментальной отработки ввиду отсутствия аппарата физико-математических расчетов.
Наиболее близким по технической сущности является пневмоглушитель (патент РФ на полезную модель №59152 - прототип), который состоит из входного корпуса, крышки, шайбы-рассекателя, внутренней и наружной перфорированных оболочек, а закон изменения эквивалентных проходных сечений элементов пневмоглушителя обеспечивает их непрерывное увеличение, обеспечивающее отсутствие режима критического истечения на всех элементах глушителя.
а
-3
Недостатком этого пневмоглушителя является то, что он имеет ограниченное количество дросселирующих элементов (всего, по заявленному конструктивному исполнению их может быть только три: входная шайба-рассекатель и две перфорированных цилиндрических корпусных оболочки: внутренняя и наружная, на которых реализуется докритический перепад давления), что ограничивает область его применения узким диапазоном давлений рабочих газов, т.к. пневмоглушитель эффективно гасит шум входного газового потока когда на всех дросселирующих элементах осуществляется докритическое истечение, при этом не генерируя собственные шумы, так например для трех дроссельных элементов и при выбросе газа в окружающую атмосферу (р = 1 ата) глушитель эффективно работает до входного давления не более 1 ата × 0,528 = 6,8 ата для воздуха. При этом для увеличения пропускной способности глушителя необходимо увеличивать его геометрические размеры (для сохранения небольших докритических перепадов на трех дросселирующих элементах). Другим недостатком пневмоглушителя является то, что для расширения области эффективной работы пневмоглушителя по диапазону входных давлений в этом пневмоглушителе применен дополнительный элемент в виде мелкогранулированного поглотителя, что вносит нестабильность в шумоподавляющие свойства агрегата при его серийном изготовлении из-за различных физико-механических свойств гранул в зависимости от партии их изготовления. И при этом усложняется конструкция за счет дополнительных материалов. Еще одним недостатком этого глушителя является наличие значительного объема внутренней полости, являющегося резонатором который на определенных режимах работы (расходах, давлениях на входе, определенных частотах шума) может усиливать звук.
Еще одним недостатком является присутствие разнородных материалов с различными коэффициентами температурного линейного расширения (металлические стенки корпуса и неметаллические гранулы), что может приводить к деформациям и даже разрушению элементов шумоглушителя при работе, т.к. при дросселировании газы (воздух) будут сильно захолаживать конструкцию (создавать значительные градиенты температурных полей) и тем более при стравливании газов при криогенных температурах, что характерно для ракетно-космической техники.
Задачей заявленного технического решения является расширение диапазона применения глушителя по входным параметрам рабочего газа (давлениям на входе, расходам, температурами рабочего газа до низких, криогенных), уменьшение габаритов, обеспечение стабильных шумоподавляющих характеристик при серийном изготовлении, упрощение конструкции, исключение резонирующих (усиливающих шум) режимов работы в широком диапазоне частот, исключение влияния температурных деформаций и разрушений гранул или корпуса после работы в дросселирующем режиме, особенно в зоне криогенных температур.
Поставленная задача решается тем, что глушитель, содержащий корпус с входным отверстием, внутри которого последовательно установлены элементы шумоподавления, у которых эквивалентные проходные сечения увеличиваются по направлению потока газа, обеспечивая отсутствие критического режима истечения на каждом элементе глушителя, отличающийся тем, что каждый элемент шумоподавления состоит из мелкоячеистой сетки, перфорированного диска и элемента крепления, при этом мелкоячеистая сетка плотно уложена на перфорированный диск со стороны входа потока и неподвижно прикреплена к нему посредством элемента крепления, шумоподавляющие элементы последовательно установлены в корпусе через разделительные кольца и поджаты крышкой с выходными отверстиями, а толщина разделительных колец и размер отверстий в перфорированном диске равны толщине перфорированных дисков, при этом количество отверстий в перфорированных дисках увеличивается по ходу потока.
На фиг. 1 представлен глушитель в продольном разрезе.
На фиг. 2 представлен продольный разрез одного из шумоподавляющих элементов глушителя.
Глушитель содержит корпус с входным отверстием 1, элементы шумоподавления 2, разделительные кольца 3, крышку с выходными отверстиями 4. Шумоподавляющий элемент состоит из мелкоячеистой сетки 5, перфорированного диска 6 и элемента крепления 7 (например, вальцующей втулки).
Глушитель работает следующим образом. Носитель шума - газовый поток через входной патрубок корпуса 1 подается во внутреннюю полость глушителя и, распространяясь по нему, последовательно проходит через мелкоячеистые сетки и отверстия перфорированных дисков 4, снижая свое давление на каждом шумоподавляющем элементе на докритическую величину, обеспечивая скорость истечения газового потока из каждого элемента шумоподавления ниже звуковой. Отсутствие сверхзвуковых скоростей в потоке предотвращает образование скачков уплотнения, являющихся одной из основных причин возникновения шума.
При этом эквивалентные проходные сечения шумоподавляющих элементов рассчитываются по известным газодинамическим формулам.
Предлагаемая конструкция глушителя позволяет комплектовать его любым необходимым количеством шумоподавляющих элементов, а чем больше число таких элементов - тем большее давление можно подавать на вход глушителя, снабдив его при этом достаточно прочным корпусом. Шумоподавление при стравливании газов высокого давления (200-350 атм) особенно актуально во время испытаний ракетно-космической техники.
При этом на высоких входных давлениях работают все элементы шумоподавления, а по мере снижения рабочих давлений поочередно автоматически выпадают из работы и не создают дополнительного сопротивления потоку шумоподавляющие элементы начиная от конечного, при этом на самом малом входном давлении (менее 2 ата) работает только первый со стороны входа элемент. Это особенно актуально при постепенном стравливании газов из емкости высокого давления, когда оно постепенно снижается до минимума.
Использование стандартных мелкоячеистых сеток с гарантированным размером ячеек и точно изготовленными отверстиями в перфорированных дисках позволяет гарантированно получать стабильные параметры шумоподавления при серийном изготовлении глушителей.
Ограниченные объемы резонаторов между элементами шумоподавления уменьшают вероятность усиления шума (особенно на низких - наиболее опасных частотах) и смещают основные гармоники в зону высоких (менее опасных) частот.
Все элементы глушителя изготавливаются из однородного материала (например, нержавеющей стали), который имеет одинаковый коэффициент температурного линейного расширения, что исключает остаточные деформации при циклических нагрузках и разрушение элементов глушителя. А также подбор соответствующего материала может обеспечивать криогенную стойкость конструкции.
Заявленное техническое решение позволяет повысить эффективность шумоподавления и обеспечить стабильность характеристик при серийном производстве, обеспечивает работу с истечением газов, сжатых до высоких давлений и в полях криогенных температур, не требует длительной отработки опытных образцов и легко рассчитывается при проектировании.