МНОГОСЕКЦИОННЫЙ ГЛУШИТЕЛЬ КОЧЕТОВА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ШУМА ВЫХЛОПА ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
MULTI-SECTION SILENCER BY KOCHETOV FOR NOISE REDUCTION OF GAS-DYNAMIC PLANTS EXHAUST

Изобретение относится к технике глушения шума компрессорных станций и испытательных боксов для газотурбинных двигателей.
Известно применение в центробежных вентиляторах, компрессорных станциях и испытательных боксах глушителей шума всасывания и стравливания компрессорных установок [1, 2], которые содержат корпус цилиндрической формы, каркас с центральным стержнем и с перфорированной цилиндрической втулкой, которая заполнена звукопоглощающим материалом.
Недостатком его является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на средних и высоких частотах.
Известен одиночный звукопоглощающий элемент по патенту РФ №2280172 [3], F01N 1/00, 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 его является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на средних и высоких частотах.
Известен звукопоглотитель по патенту РФ №2394162 [4], F01N 1/00, содержащий цилиндрический каркас в виде перфорированной втулки и крышек, заполненный звукопоглотителем, а снаружи втулки расположен слой акустически прозрачной оболочки из капроновой сетки или стеклоткани. Между обечайками перфорированной втулки расположен звукопоглотитель из профилированного пористого листа, причем профиль листа в сечении может быть треугольным, прямоугольным, трапециидальным, или в виде дуг окружностей, или синусоидальным.
Известен звукопоглотитель по патенту РФ №2392501 [5], F01N 1/00, содержащий цилиндрический каркас в виде перфорированной втулки и крышек, заполненный звукопоглотителем, а снаружи втулки расположен слой акустически прозрачной оболочки из капроновой сетки или стеклоткани. Между обечайками перфорированной втулки расположен звукопоглотитель из профилированного пористого листа, причем профиль листа в сечении может быть треугольным.
Недостатками их является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на высоких частотах, так как пористость звукопоглощающих элементов одинакова как между обечайками перфорированной втулки, так и внутри ее.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является многосекционный глушитель шума выхлопа по патенту РФ №2318124 [6], F01N 1/00 (прототип), содержащий цилиндрический цоколь, эжектор, выравнивающую решетку, на которой закреплен звукопоглощающий блок, состоящий из слоя звукопоглощающего материала, облицованного изнутри перфорированной оболочкой, причем звукопоглощающий блок состоит из отдельных последовательно соединенных секций, в каждой секции послойно расположены одиночные звукопоглотители, а в верхней части глушителя расположен элемент экранного типа, включающий в себя цилиндрическую обечайку, сверху соединенную с крышкой, состоящей из перфорированного слоя и звукопоглотителя, причем выхлопные отверстия выполнены в виде щелей, выполненных по периферии обечайки и облицованы звукопоглощающим материалом, одиночные звукопоглотители выполнены в виде двух концентричных объемных поверхностей правильных многогранников, причем одна из поверхностей: внешняя - выполнена перфорированной, а другая: внутренняя - сплошной, а в промежутке между поверхностями расположен звукопоглощающий элемент, при этом поверхности соединены между собой посредством, по крайней мере, двух втулок, выполняющих функции горловин резонатора Гельмгольца, образованного полостью внутри сплошной поверхности правильного многогранника.
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на высоких частотах, так как звукопоглощающий элемент, расположенный внутри обечаек перфорированной цилиндрической втулки выполнен однослойным и не имеет звукоотражающих слоев, выполняющих функции звукоизоляции на высоких частотах.
Технический результат - повышение эффективности шумоглушения и надежности конструкции в целом путем введения в звукопоглощающий элемент звукоотражающих слоев, которые выполняют функцию звукоизоляции на высоких частотах.
Это достигается тем, что в многосекционном глушителе для снижения шума выхлопа газодинамических установок, содержащем цилиндрический цоколь, эжектор, выравнивающую решетку, на которой закреплен звукопоглощающий блок, состоящий из слоя звукопоглощающего материала, облицованного изнутри перфорированной оболочкой, причем звукопоглощающий блок состоит из отдельных последовательно соединенных секций, в каждой секции послойно расположены одиночные звукопоглотители, а в верхней части глушителя расположен элемент экранного типа, включающий в себя цилиндрическую обечайку, сверху соединенную с крышкой, состоящей из перфорированного слоя и звукопоглотителя, причем выхлопные отверстия выполнены в виде щелей, выполненных по периферии обечайки, и облицованы звукопоглощающим материалом, одиночные звукопоглотители выполнены в виде двух концентричных объемных поверхностей правильных многогранников, причем одна из поверхностей: внешняя - выполнена перфорированной, а другая: внутренняя - сплошной, а в промежутке между поверхностями расположен звукопоглощающий элемент, при этом поверхности соединены между собой посредством, по крайней мере, двух втулок, выполняющих функции горловин резонатора Гельмгольца, образованного полостью внутри сплошной поверхности правильного многогранника, звукопоглощающий элемент глушителя выполнен в виде трех слоев: центрального слоя из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, и симметрично прилегающих к нему звукопоглощающих слоев из материалов разной плотности, 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, а в качестве звукопоглощающего материала используются плиты из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральной ваты типа «URSA», или базальтовой ваты типа П-75, или стекловаты с облицовкой стекловойлоком, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа Э3-100 или полимером типа «повиден».
На фиг.1 представлен общий вид предлагаемого многосекционного глушителя шума; на фиг.2 - конструкция одиночного звукопоглотителя, на фиг.3 - разрез звукопоглощающего элемента одиночного звукопоглотителя, расположенного между его концентричными объемными поверхностями.
Многосекционный глушитель для снижения шума выхлопа газодинамических установок содержит цилиндрический цоколь 1 (фиг.1), в который перпендикулярно его оси входит эжектор. На цоколе 1 размещена выравнивающая решетка 2, на которой закреплен звукопоглощающий блок 3, состоящий из слоя звукопоглощающего материала (ЗПМ), облицованного изнутри перфорированной оболочкой 4. Звукопоглощающий блок 3 состоит из отдельных последовательно соединенных секций 6. В каждой секции 6 послойно расположены одиночные звукопоглотители 5. В верхней части корпуса глушителя расположен элемент глушителя 7 экранного типа. Он включает в себя цилиндрическую обечайку 8, сверху соединенную с крышкой 9, состоящей из перфорированного слоя 10 и звукопоглотителя 11, причем выхлопные отверстия выполнены в виде щелей 13, выполненных по периферии обечайки 7, и облицованы звукопоглощающим материалом 12.
Одиночный звукопоглощающий элемент 5 глушителя (фиг.2) выполнен по форме в виде двух концентричных объемных поверхностей правильных многогранников в виде платоновых тел, например куба, тетраэдра, октаэдра, додекаэдра, икосаэдра (на чертеже не показано), причем одна из которых - внешняя 14 выполнена перфорированной, а другая внутренняя 15 - сплошной, между которыми расположен звукопоглощающий элемент 16, обернутый акустически прозрачным материалом 17.
Звукопоглощающий элемент 16 расположен в промежутке между поверхностями, которые соединены между собой посредством, по крайней мере, двух втулок 19, выполняющих функции горловин резонатора Гельмгольца (на чертеже не показано), образованного полостью внутри сплошной поверхности правильного многогранника. Для крепления элемента 5 предусмотрены крючки 18.
Звукопоглощающий элемент выполнен в виде сплошной 15 и перфорированной 14 стенок (поверхностей), между которыми расположен многослойный звукопоглощающий элемент, выполненный в виде трех слоев: центрального слоя 21 из звукоотражающего материала, сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, и симметрично прилегающих к нему звукопоглощающих слоев 20 и 22 из материалов разной плотности. Перфорированная стенка 14 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 стенок 14 и 15 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 стенок 14 и 15 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.
Каждая из стенок 14 и 15 может быть выполнена из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности, обращенная в сторону звукопоглощающей конструкция, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа Э3-100 или полимером типа «повиден», или неткаными материалами, например «лутрасилом».
3
3
В качестве материала звукоотражающего слоя 21 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/м со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, например пеноалюминия, или применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м.
В качестве звукопоглощающего материала слоев 20 и 22 может быть применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая вата типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена. Причем звукопоглощающий материал по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа Э3-100 или полимером типа «повиден», или поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух (например, Acutex Т) или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом.
Кроме того, в качестве звукопоглощающего материала слоев 20 и 22 может быть использован пористый шумопоглощающий материала, например пеноалюминий или металлокерамика или камень-ракушечник со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30÷45%, или металлопоролон, или материал в виде спрессованной крошки из твердых вибродемпфирующих материалов, например эластомера, полиуретана, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин: 0,3…2,5 мм, а также могут быть использованы пористые минеральные штучные материалы, например пемза, вермикулит, каолин, шлаки с цементом или другим вяжущим, или синтетические волокна, при этом поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух, например, типа Acutex Т или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом.
Многосекционный глушитель для снижения шума выхлопа газодинамических установок работает следующим образом.
Звуковые волны вместе с турбулентным потоком сжатого воздуха из эжектора поступают через выравнивающую решетку 2 в полости секций 6 из ЗПМ. При этом явление лучевого эффекта полностью исключается за счет расположения в полостях этих секций одиночных звукопоглощающих элементов 5 глушителя цилиндрической формы.
Повышение эффективности шумоглушения происходит за счет исключения «лучевого эффекта» путем установки в верхней части корпуса элемента глушителя 7 экранного типа, а также выполнения одиночного звукопоглощающего элемента 5 комбинированным, состоящим из активной и реактивной частей.
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.
Источники информации
1. Кочетов О.С., Сажин Б.С. Снижение шума и вибраций в производстве: теория, расчет, технические решения. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001. - 319 с.: с.278, рис. П.III.30.
2. Кочетов О.С. Расчет аэродинамических глушителей шума. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №9, 2013, с.60-63 (рис.2, с. 61 и рис.5, с.62).
3. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Многосекционный глушитель шума выхлопа // Патент РФ на изобретение №2280172. Опубликовано 20.07.2006. Бюллетень изобретений №20.
4. Кочетов О.С. Одиночный звукопоглотитель для глушителя шума // Патент РФ на изобретение №2394162. Опубликовано 10.07.2010. Бюллетень изобретений №19.
5. Кочетов О.С. Одиночный звукопоглотитель Кочетова // Патент РФ на изобретение №2392501. Опубликовано 20.06.2010. Бюллетень изобретений №17.
6. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Кочетов С.С., Кочетов Сергей Сергеевич. Многосекционный глушитель Кочетовых шума выхлопа // Патент РФ на изобретение №2318124. Опубликовано 27.02.2008. Бюллетень изобретений №6.