Шумоподавляющее устройство
NOISE SUPPRESSING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к шумоподавляющему устройству для использования в различных устройствах, аналогичных пылесосам и другим устройствам с перемещающимися текучими средами (это может быть воздух, вода или другие текучие среды), в которых образуются пульсовые колебания давления, перемещающиеся по воздуховодам/трубкам/системам трубок, таким как фены, устройства для укладки волос с вентилятором, очистители воздуха, увлажнители воздуха, устройства для кондиционирования воздуха, кофемашины, гладильные устройства, устройства для респираторной поддержки, молокоотсосы и т.д., в которых генерируются импульсы давления, которые проходят через каналы/трубы/трубки. Изобретение также относится к такому приспособлению, снабженному шумоподавляющим устройством.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В US 6450289 раскрыто устройство для ослабления шума, имеющее массив из четвертьволновых резонаторов, которые имеют переменные значения ширины устья, расположенных вблизи сквозного отверстия или вентиляционного отверстия, имеющего заданную ширину. Резонаторы настроены на резонансную частоту, увеличивающуюся от одной стороны устройства для ослабления шума к другой, так что ширина каждого устья больше, чем ширина отверстия или вентиляционного отверстия, соответственно. При необходимости второй массив, настроенный на другую частоту, может быть расположен на противоположной стороне сквозного отверстия, и сквозное отверстие может быть изогнуто таким образом, что отсутствует прямая видимость через устройство.
В статье S. K. Tang, J. Acoust. «Narrow sidebranch arrays for low frequency duct noise control». Soc. Am. 132 (5), ноябрь 2012 г., исследуются потери при передаче звука через участок бесконечно длинного воздуховода, в котором одна или более узких трубок с боковыми ответвлениями установлены заподлицо со стенкой воздуховода. Широкополосные характеристики устройства могут быть значительно улучшены за счет соответствующей установки длин трубок и/или путем соединения массивов на двух боковых стенках воздуховода.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача изобретения, помимо прочего, заключается в предоставлении усовершенствованного шумоподавляющего устройства. Настоящее изобретение определено независимыми пунктами формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно первому аспекту изобретения в шумоподавляющем устройстве, содержащем основную трубу, имеющую первую пропускную область, через которую текучая среда входит в основную трубу, и боковое ответвление, соединенное с основной трубой, причем основная труба содержит суженный участок, имеющий вторую пропускную область, которая по меньшей мере на 25% (предпочтительно по меньшей мере на 50%, а более предпочтительно по меньшей мере на 60%, например, на 75%) меньше, чем первая пропускная область, при этом боковое ответвление соединено с суженным участком основной трубы. Если боковое ответвление соединено с основной трубой, боковое ответвление предпочтительно плотно закрыто крышкой, которая является акустически прозрачной, и которая может быть непроницаемой для текучей среды.
Второй аспект изобретения предлагает шумоподавляющее устройство, содержащее основную трубу, имеющую первую пропускную область, через которую текучая среда входит в основную трубу, и боковое ответвление, соединенное с основной трубой, в котором в месте соединения бокового ответвления с основной трубой, боковое ответвление плотно закрыто крышкой, которая является акустически прозрачной, и которая может быть непроницаемой для текучей среды.
Такие шумоподавляющие устройства преимущественно используют в устройстве для перемещения текучей среды (например, пылесосе), содержащем двигатель для перемещения текучей среды (например, газа или жидкости).
Первый аспект изобретения основан на признании того факта, что, хотя четвертьволновые трубы могут быть эффективным инструментом снижения шума, использование такого инструмента требует много дополнительного места, которое часто отсутствует. Авторы изобретения пришли к выводу, что такое же снижение шума также может быть обеспечено, если пропускная область основной трубы, к которой присоединены боковые ответвления, сужена, при этом такое сужение позволяет легче встроить шумоподавляющее устройство в устройство, которое должно производить меньше шума, такое как пылесос. Например, если пропускная область основной трубы уменьшена на 25%, все шумоподавляющее устройство становится на 25% меньше. Более значительные преимущества могут быть получены, если пропускная область уменьшена на 50%, 60% или 75%. Однако, чем меньше пропускная область основной трубы шумоподавляющего устройства, тем большее сопротивление оказывается жидкости, проходящей через основную трубу, что может привести к тому, что, например, в конкретном пылесосе с питанием от аккумуляторной батареи пропускная область предпочтительно уменьшена примерно на 60%, в то время как для пылесоса с питанием от сети пропускная область может быть уменьшена на 75% или более. Уменьшение пропускной области предпочтительно происходит постепенно, например под углом в диапазоне примерно 18° - 26°, например 20°, когда основная труба сужается, и под углом в диапазоне примерно 7° - 10°, например 9,5°, когда основная труба снова расширяется.
Что касается одного или более боковых ответвлений, считается, что если они имеют такую же площадь, что и основная труба, они могут на 100% подавить конкретную частоту. Однако авторы изобретения пришли к выводу, что часто отсутствует необходимость в полном подавлении конкретной частоты, но существует необходимость достаточного подавления частотного диапазона, например, на 10 дБ. Для этой цели достаточно иметь множество боковых ответвлений, настроенных на разные частоты в частотном диапазоне, в котором должен быть уменьшен шум, с боковыми ответвлениями, каждое из которых имеет площадь, которая составляет, например, 25% от площади пропускной области основной трубы. Если, как объяснено выше, пропускная область основной трубы уменьшена по меньшей мере на 25%, так что оба боковых ответвления уменьшены с одинаковым коэффициентом (поскольку для 100%-ного подавления достаточно, чтобы боковое ответвление имело такую же площадь, что и основная труба), и, например, на 75%, то этого достаточно, чтобы достичь уменьшения на 10 дБ в требуемом частотном диапазоне. Следует отметить, что важно, чтобы общая площадь боковых ответвлений была настроена на конкретную частоту и они находились на одинаковом расстоянии от начала основной трубы, так чтобы соответствующие площади множества боковых ответвлений, настроенных на одинаковую частоту, могли суммироваться. Однако, если в направлении потока в основной трубе размещено 2 боковых ответвления, площадь каждого из которых составляет 50% от площади основной трубы (и, таким образом, подавляет только 50% шума на конкретной частоте), и они настроены на одинаковую частоту и размещены друг за другом, общее шумоподавление на этой частоте составляет не 100%, а 50% + (50% от оставшихся 50%) = 75%.
Чтобы обеспечить прохождение жидкости через основную трубу без нежелательной турбулентности, которая может привести к дополнительному сопротивлению и/или нежелательной генерации шума, боковые ответвления предпочтительно закрыты в местах их соответствующих соединений с основной трубой крышкой (например, фольгой, мембраной или сеткой), которая акустически прозрачна, но непроницаема для жидкости, протекающей через основную трубу. При этом «акустически прозрачный» не обязательно должен быть полностью акустически прозрачным; важно то, что боковое ответвление по-прежнему может эффективно функционировать как четвертьволновая труба. Кроме того, «непроницаемый» не обязательно должен быть полностью непроницаемым; важно то, что текучая среда может проходить через основную трубу без значительных возмущений. В контексте системы, которая не позволяет грязи, которая могла бы попасть в боковой ответвление, попасть в шумоподавляющее устройство, достаточно, чтобы крышка была акустически прозрачной, в то же время это все же делает боковые ответвления «невидимыми» для жидкости, которая проходит через основную трубу, тем самым предотвращая возникновение нежелательной турбулентности, поскольку такая нежелательная турбулентность может привести к дополнительному сопротивлению и/или нежелательному шуму.
Эти и другие аспекты изобретения будут понятны и объяснены со ссылкой на варианты осуществления изобретения, описанные далее в настоящем документе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показано сечение основной трубы по варианту осуществления шумоподавляющего устройства согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2 показано несколько боковых ответвлений, соединенных с суженным участком основной трубы по фиг. 1.
На фиг. 3 проиллюстрировано соединение бокового ответвления с основной трубой по предпочтительному варианту осуществления шумоподавляющего устройства согласно настоящему изобретению.
На фиг. 4 проиллюстрировано, как одиночная четвертьволновая труба может снизить шум на 10 дБ в определенной полосе пропускания.
На фиг. 5 проиллюстрировано, как 8 одиночных четвертьволновых труб могут снизить шум на 10 дБ в определенной полосе пропускания.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показано сечение основной трубы MT по варианту осуществления шумоподавляющего устройства согласно настоящему изобретению; Направление потока F текучей среды (жидкости, газа) указано стрелкой. На входе E основной трубы MT указана пропускная область A1. Основная труба MT имеет суженный участок NS, который имеет пропускную область A2 < A1.
На фиг. 2 показано несколько боковых ответвлений, соединенных с суженным участком NS основной трубы  MT по фиг. 1. Боковые ответвления SB имеют взаимно различающиеся длины, чтобы быть настроенными на взаимно различающиеся частоты шума, который необходимо уменьшить. Боковые ответвления SB могут быть перпендикулярны суженному участку или находиться под другим углом. Различные боковые ответвления SB не обязательно должны иметь одинаковую ширину. Основная труба и различные боковые ответвления не обязательно должны иметь круглые пропускные области, так что, например, возможна квадратная или овальная форма, и они могут быть скорее криволинейными, чем прямыми. Таким образом, можно «спрятать» шумоподавляющее устройство в ограниченном доступном пространстве, обусловленном конструкцией устройства, в котором должно применяться шумоподавляющее устройство.
На фиг. 3 проиллюстрировано соединение бокового ответвления SB с суженным участком NS основной трубы MT по предпочтительному варианту осуществления шумоподавляющего устройства согласно настоящему изобретению; Мембранная конструкция M закрывает все отверстие бокового ответвления SB. Выполнение этого обеспечивает 2 преимущества: поток жидкости через основную трубу MT не нарушается турбулентностью, вызванной наличием боковых ответвлений SB, и боковые ответвления SB не собирают какую-либо грязь, которая может присутствовать в текучей среде, из-за чего теряют свою эффективность в части, касающейся шумоподавления. Для достижения максимальных шумоподавляющих характеристик целесообразно поддерживать сопротивление мембраны M как можно более низким. Для этого мембрана М должна быть тонкой, предпочтительно менее 0,1 мм, а предпочтительно порядка 0,01 мм, например, из пластика, используемого для пластиковых пакетов для пищевых продуктов. Сетка с небольшими отверстиями (например, 0,3 мм) показала себя хорошо с точки зрения не слишком сильного уменьшения шумоподавления, но хуже с точки зрения уменьшения турбулентности в основной трубе. Этот аспект изобретения мог бы также использоваться в шумоподавляющем устройстве, в котором по меньшей мере одно боковое ответвление соединено с основной трубой, которая не имеет сужения.
На фиг. 4 показано, что одиночная четвертьволновая труба, настроенная на частоту около 1100 Гц, может снизить шум на 10 дБ в полосе пропускания почти 300 Гц (т.е. приблизительно с 950 Гц до приблизительно 1250 Гц). Горизонтальная ось показывает частоту в Гц, а вертикальная ось показывает снижение шума в дБ. На фиг. 5 показано, что 8 одиночных четвертьволновых труб, настроенных на взаимно разные частоты шумоподавления, могут совместно снизить шум на 10 дБ в полосе пропускания около 900 Гц (т.е. приблизительно с 250 Гц до приблизительно 1150 Гц). Для этого боковые ответвления SB могут иметь меньшую площадь поперечного сечения, чем пропускная область A2 суженного участка NS основной трубы MT. Хотя это не показано на фиг. 4 и 5, четвертьволновые трубы также приводят к снижению шума, нечетно кратным частотам шумоподавления, на которые они настроены.
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления скорее иллюстрируют, чем ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области техники смогут разработать множество альтернативных вариантов осуществления, не выходя за рамки прилагаемой формулы изобретения. Например, вместо боковых ответвлений, которые являются смежными друг с другом, боковые ответвления могут быть вложенными, т.е. концентрическими. Никакие ссылочные позиции в скобках в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения. Слово «содержащий» не исключает наличия элементов или этапов, отличных от перечисленных в формуле изобретения. Присутствие одного элемента не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано с помощью аппаратных средств, содержащих несколько отдельных элементов. В формуле устройства, перечисляющей несколько средств, несколько из этих средств могут быть реализованы одним и тем же элементом аппаратного обеспечения. Меры, изложенные во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, могут быть в комбинации использованы для получения преимущества.