Пластинчатый глушитель шума

Полезная модель относится к области энергетики, металлургии, химической промышленности и может применяться, например, для снижения шума от газовоздушных трактов энергетических и водогрейных котлов, от вентиляционных установок и др. с каналами прямоугольного сечения, имеющими повороты.
Известно устройство для снижения шума энергетического оборудования (патент на полезную модель RU 187883 U1, МПК F01N 1/24, опубл. 21.03.2019 г., бюл. №9), в котором пластинчатый глушитель установлен на прямом участке канала перед поворотом, который снабжен направляющими лопатками, расположенными непосредственно в повороте и повторяющими форму его закругления, при этом количество направляющих лопаток может быть одна или более.
Недостатком этого технического решения является его высокое аэродинамическое сопротивление.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является пластинчатый глушитель шума (патент на полезную модель RU 208307 U1, МПК F01N 1/24, опубл. 13.12.2021 г., бюл. №35), который содержит пластины переменного сечения, внутри которых находится звукопоглощающий материал, защищенный от выдувания стеклотканью и перфорированным листом, имеющими на торцах входные цилиндрические и выходные клиновидные обтекатели. Пластины размещены равномерно в канале прямоугольного сечения таким образом, что на входе в глушитель расстояние между ними составляет А, а расстояние от крайней пластины до стенки канала А/2.
Недостатком данного технического решения является высокое аэродинамическое сопротивление, которое ухудшает условия работы тягодутьевых механизмов и вентиляторов, приводя к перерасходу электроэнергии на собственные нужды и топлива, а также может стать причиной ограничения основных технических характеристик оборудования.
Основные потери давления при течении с поворотом вызываются образованием вихрей у внутренней стенки. В непосредственной близости к внутренней стенке поворота появляется конфузорный эффект, который обуславливается повышением давления у внешней стенки и понижением его у внутренней при переходе потока из прямолинейного участка трубопровода в изогнутый. Такое перераспределение давлений на повороте возникает вследствие действия центробежной силы, направленной от центра кривизны к внешней стенке трубы. Таким образом, вблизи внешней стенки проявляется диффузорный эффект, а скорость потока будет меньше у внешней стенки и больше у внутренней. Переход потока из изогнутой части в прямолинейную (после поворота) сопровождается обратными явлениями: диффузорным эффектом вблизи внутренней стенки и конфузорным вблизи внешней.
Наиболее практичным вариантом, позволяющим существенно снизить возникновение конфузорного, диффузорного эффекта и перетока потока на повороте от внутренней стенки к наружной, является установка концентрических направляющих лопаток.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в том, что устраняются потери давления при течении потока в повороте, течение потока становится равномерным, вследствие чего аэродинамическое сопротивление пластин специальной формы, устанавливаемых в повороте, отсутствует или близко к нулю.
Технический результат заключается в оптимизации аэродинамики канала, снижении перерасхода электроэнергии на собственные нужны и топлива, а также в снятии ограничений основных технических характеристик оборудования из-за аэродинамического сопротивления глушителя.
вх
Это достигается тем, что пластинчатый глушитель шума, выполненный с возможностью установки в канал прямоугольного сечения, и содержащий переменного сечения пластины, установленные в коробе канала, при этом пластины заполнены звукопоглощающим материалом, обернутым в стеклоткань и закрепленным между перфорированными листами, на торцах пластин установлены входные цилиндрические и выходные клиновидные обтекатели, согласно полезной модели пластины расположены в повороте и выполнены в виде концентрических дуг, повторяющих форму поворота, при этом количество пластин определяется из выражения  где δ - толщина входной кромки пластины, В - ширина канала, k - коэффициент живого сечения, выбранный из диапазона от 0,70 до 0,75 таким, чтобы N было целым числом.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена модель, а на фиг. 2 схема установки пластинчатого глушителя шума в повороте.
Пластинчатый глушитель шума, установленный в канал прямоугольного сечения 1 в повороте, содержит пластины 2, установленные в каркас (например, из уголков) в коробе канала, расположенные концентрично образующей поворота, при этом на входе потока в часть канала, где расположены пластины 2, расстояние между пластинами составляет А, а расстояние от крайней пластины до стенки канала составляет А/2. Количество пластин определяется из выражения:
вх
где δ - толщина входной кромки пластины, мм; В - ширина канала, мм; k - коэффициент живого сечения, рассчитанный по входной кромке пластин, принимается в диапазоне от 0,70 до 0,75 таким, чтобы N было целым числом.
Длина каждой из пластин определяется геометрическими характеристиками канала и шагом А между ними:
Пластины 2 выполнены переменного сечения и состоят из звукопоглощающего материала 3, обернутого в стеклоткань 4 и закрепленного между перфорированными листами 5.
Коэффициент перфорации листов 5 составляет не менее 35%. На торцах пластин 2 установлены входные цилиндрические 6 и выходные клиновидные 7 обтекатели. Выходные клиновидные обтекатели 7 выполнены с углом в вершине обтекателя α (показан на фиг. 2). Пластины 2 выполнены с равномерным изменением толщины, при этом отношение выходной толщины пластины ко входной составляет 0,5.
Пластинчатый глушитель шума работает следующим образом.
При работе устройства среда, которая движется в канале прямоугольного сечения 1, проходит через предлагаемый глушитель шума в повороте в направлении уменьшения толщины пластин 2.
Для более плавного входа потока среды в диффузорные каналы, образованные пластинами 2 глушителя, установлены входные цилиндрические обтекатели 6. Между пластинами 2 за счет выходных клиновидных обтекателей 7 образуется диффузорный канал, в котором происходит плавное снижение скорости потока среды и восстановление статического давления. Предлагаемый вариант пластинчатого глушителя в повороте позволяет обеспечить равномерное течение среды с плавным уменьшением скорости в диффузорных каналах между пластинами.
При прохождении потока среды звуковая энергия поглощается звукопоглощающим материалом 3, заполняющим пластины 2. Материал 3 защищается от выдувания стеклотканью 4 и перфорированным металлическим листом 5.
По сравнению с ближайшим аналогом предлагаемая модель имеет меньшее аэродинамическое сопротивление по следующим причинам:
1. Пластины 2 глушителя специальной формы, установленные в повороте, выполняют роль направляющих лопаток, снижая таким образом его сопротивление.
2. Благодаря тому, что пластины 2 выполнены переменной формы, причем их толщина уменьшается от входа к выходу, снижается аэродинамическое сопротивление собственно глушителя.
3. Благодаря тому, что пластины 2 специальной формы, установленные в повороте, заполнены звукопоглощающим материалом, обеспечивается снижение шума на 5-7 дБ. Это приводит к сокращению длины дополнительного пластинчатого глушителя, который может быть установлен вне поворота и уменьшению его сопротивления.
Дополнительное снижение аэродинамического сопротивления предлагаемого глушителя обеспечено клиновидной формой выходных обтекателей 7. Между клиновидными обтекателями 7 также формируется диффузорный канал, в котором происходит плавное снижение скорости потока и выравнивание его профиля после поворота.
Использование полезной модели позволяет устранить потери давления при течении потока в повороте, создать равномерное течение потока, при этом аэродинамическое сопротивление пластин специальной формы, устанавливаемых в повороте, отсутствует или близко к нулю, вследствие чего снижается перерасход электроэнергии на собственные нужны и топлива, а также снимаются ограничения основных технических характеристик оборудования из-за аэродинамического сопротивления глушителя в результате оптимизации аэродинамики канала.