Экран энергетического отсека
ENERGY COMPARTMENT SCREEN

Изобретение относится к области машиностроения, в частности транспортного машиностроения, а именно к шумоподавляющим экранам выгородок электрических двигателей/генераторов, или гидравлических двигателей, или двигателей внутреннего сгорания (ДВС), или каких-либо их совокупностей, иначе - к шумоподавляющим экранам, расположенным в отсеках, где установлены излучающие акустический шум энергетические агрегаты.
Из патента RU2640379, 6МПК B60R 13/08, B62D 25/12, публ. 28.12.2017, известен экран, расположенный в выгородке энергетического отсека технического средства, установленный со смещением к капоту выгородки и закреплённый неподвижно к её стенкам. Экран выполнен в виде фасонной оболочки, снабжённой сервисным вырезом аккумуляторной батареи, вентиляционным окном, первым и вторым парапетами, а также подвижно установленным клапаном/заслонкой. Где один из парапетов выполнен с возможностью ограждения аккумуляторной батареи от инфракрасного излучения теплогенерирующего оборудования энергетического отсека, а второй из парапетов, совместно с заслонкой, с возможностью перераспределения направления части потоков проходящего через выгородку воздуха в зависимости от температурных условий среды, окружающей техническое средство.
Решение по патенту направлено, в первую очередь, на оптимизацию температурного режима в подкапотном пространстве энергетического отсека и не имеет в своем составе средств / элементов, эффективно уменьшающих энергию звукового поля, формируемого размещённым в отсеке оборудованием.
Из патента RU2172853, публ. 27.08.2001, а также патента RU2209326, публ. 27.07.2003, 6МПК F02В 77/13, F02F 7/00, известны расположенные в энергетических отсеках технических средств, закрепляемые на корпусных деталях ДВС экраны, каждый из которых включает в себя жёсткую декоративную оболочку, сформированную из плотного полимерного материала, и звуко поглощающую футеровку, образованную фасонными, в плане, прокладками, сформированными из вязкоупругого виброшумодемпфирующего материала и звукопоглощающими пористыми панелями или объёмными элементами сложной пространственной геометрической формы, расположенную со стороны ДВС (со стороны источника акустического шума).
Звукопоглощающие пористые панели или объёмные элементы могут быть выполнены:
- полимерными, открыто ячеистыми, сформированными, например из вспененного пенополиуретана,
- волокнистыми, цельноформованными, сформированными из волокнистого материала органического или искусственного происхождения, например, хлопкового или синтетического, армированного термопластичным волокном.
При этом прокладки выполнены расположенными между звукопоглощающими панелями и оболочкой, адгезивно связанными с оболочкой, а звукопоглощающие пористые панели или объёмные элементы
прикреплёнными к оболочкам или посредством механических крепежных элементов, или посредством липкого клеевого слоя, или посредством термоадгезивного соединения сопрягаемых поверхностей оболочки и поверхности звукопоглощающей панели, или комбинацией указанных выше способов.
пер
пан
пер
пан
2
2
В качестве прототипа выбрано техническое решение по патенту RU2327887, 6 МПК F02В 77/13, публ. 27.06.2008, из которого известен расположенный в энергетическом отсеке технического средства, закрепляемый на корпусных деталях ДВС экран, включающий в себя жёсткую декоративную оболочку, сформированную из плотного полимерного материала, и звуко поглощающую футеровку, образованную, по крайней мере, одной звукопоглощающей панелью, содержащей слой из пористого звукопоглощающего материала и слой из защитной звуко прозрачной плёнки, где звуко прозрачная плёнка выполнена расположенной со стороны ДВС (со стороны источника акустического шума), а слой пористого материала между прозрачной плёнкой и оболочкой. Причем и плёнка и слой пористого материала выполнены перфорированными - коэффициент перфорации k=S/S=0,02...0,06, где S - суммарная площадь отверстий перфорации, м, S - площадь поверхности панели, м.
Недостатком решения по прототипу, как и вышеописанных аналогов, является весьма низкая звукопоглощающая способность в низкочастотной области звукового спектра ввиду того, что основным средством звукопоглощения является слой пористого звукопоглощающего материала.
Как известно, эффективность большинства пористых звукопоглощающих материалов отмечается в частотном диапазоне от 1000 до 4000 Гц - см. Фиг. 4 и пояснение к данной фигуре.
Задачей изобретения является улучшение акустических характеристик экрана энергетического отсека в широкополосном частотном диапазоне, включая диапазон частот от 200 до 800 Гц.
Задача решается в экране энергетического отсека, содержащем несущую оболочку из плотного полимерного материала и звукопоглощающую футеровку.
Новым является то, что:
- оболочка выполнена полой, образованной герметично соединёнными первым, расположенным со стороны источника шума и вторым, расположенным дистанцировано от первого, щитами, а также периферийными стенками и, по меньшей мере одной, расположенной в полости оболочки перегородкой, выполненной с образованием резонаторных камер,
- каждая из резонаторных камер выполнена снабжённой входным отверстием, расположенным на одной из периферийных стенок оболочки, из числа формирующих данную конкретную камеру, и, предпочтительно, на её продольной геометрической оси симметрии,
- каждая из резонаторных камер выполнена снабжённой звукопоглощающей футеровкой, сформированной в виде панели, содержащей слой из пористого звукопоглощающего материала и слой из защитной звуко прозрачной плёнки, где слой из пористого звукопоглощающего материала выполнен неподвижно закреплённым на соответственно расположенном участке одного из щитов оболочки.
При этом любая из панелей звукопоглощающей футеровки заявляемого экрана может быть выполнена перфорированной.
Изобретение поясняется чертежами:
Фиг. 1, 2, 3, где схематично изображены, соответственно, фронтальный вид, продольное и поперечное сечение заявляемого экрана энергетического отсека транспортного средства.
Фиг. 4, где показаны типичные зависимости коэффициента поглощения от частоты для мембранных (1), резонансных (2) и пористых (3) звукопоглощающих изделий. Фигура 4 является копией рис. 1, приведённого в статье К.А.Шашкеева, Е.М.Шульдешова, О.В.Попкова, И.Д. Краева, Г.Ю.Юркова, «Пористые звукопоглощающие материалы (обзор)». Электронный научный журнал «ТРУДЫ ВИАМ», 2016, №6 - интернет ресурс: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=970, просмотрен 26.03.2021.
k1
k2
k3
k1
k2
k3
к1
к2
к3
Изобретение может быть реализовано в экране, расположенном в энергетическом отсеке, содержащем полую несущую оболочку, образованную герметично соединёнными первым 1, располагаемым со стороны источника шума и вторым 2, располагаемым дистанцировано от первого, щитами, а также периферийными стенками (показаны графически). Оболочка, в иллюстрируемом примере, выполнена снабжённой двумя перегородками 3, расположенными в её полости, герметично соединёнными с первым 1 и вторым 2 щитами, а также с двумя оппозитно расположенными периферийными стенками (показано графически) оболочки. Первый 1 и второй 2 щиты, периферийные стенки (показаны графически), а также перегородки 3 оболочки выполнены из плотного полимерного материала. Перегородки 3 расположены в полости оболочки с образованием первой V, второй V и третьей V прямоугольных, в плане, резонаторных камер. При этом каждая из резонаторных камер выполнена снабжённой входным отверстием 4, расположенным на продольной геометрической оси симметрии камеры, сформированным на соответственно расположенном участке одной из периферийных стенок. При этом первая V, вторая V и третья V резонаторные камеры и их входные отверстия 4 формируют собой частотно настроенные технические устройства подавления резонансных шумовых излучений в виде резонаторов Гельмгольца. Изображенный на Фиг. 1 и Фиг.2 экран содержит три резонаторные камеры, различных объемов V, V, V, что обеспечивает подавление шумового излучения на трех дискретных частотах звукового спектра.
Совершенно очевидно, что количество и объем резонаторных камер, выполненных в оболочке экрана, зависит от конкретных характеристик звукового поля, формирующегося в выгородке энергетического отсека при работе расположенного в отсеке оборудования, и может отличаться от приведённого в иллюстрируемом примере.
Также очевидно, что расположение входных отверстий 4 резонаторных камер зависит и от компоновки энергетического отсека, и от конкретных характеристик звукового поля, формирующегося в выгородке энергетического отсека – отверстия могут быть выполнены как расположенными на одной из периферийных стенок оболочки (показано на Фиг. 1 и Фиг. 2), так и разнесёнными на разные периферийные стенки оболочки. В любом случае – снабжённые отверстиями периферийные стенки (участки стенок) оболочки экрана должны быть выполнены согласованно дистанцированными относительно стенок, формирующих собой выгородку энергетического отсека.
f
V
L
S
t
C,
R
k
R
g
o
Собственные резонансные частоты () акустических резонаторов Гельмгольца определяют с учетом их необходимой частотной настройки, обеспечивающей эффективное подавление звукового излучения на дискретных значениях рабочих доминирующих частот, излучаемых расположенным в энергетическом отсеке оборудованием. Это достигается соответствующим исполнением резонатора: - воздушным объемом полости резонаторной камеры (), динамической толщиной  и площадью проходного сечения  входного отверстия 4, рассчитанных с учетом температуры воздуха  имеющей место / достигаемой при установившемся в выгородке энергетического отсека тепловом режиме, а именно:
f
,
R
(1)
f
R
где - собственная резонансная частота акустического резонатора Гельмгольца, Гц;
V
k
3
- объем конкретной резонаторной камеры, м;
t
C
o
о
- температура воздуха при установившемся в энергетическом отсеке тепловом режиме, С;
π
= 3,14,
K
p
- проводимость входного отверстия конкретной резонаторной камеры, м, где
,                                                           (2)
S
g
2
где  - площадь проходного сечения входного отверстия конкретной резонаторной камеры, м;
L
R
- динамическая толщина входного отверстия конкретной резонаторной камеры, м, где
,                                               (3)
h
g
где  - геометрическая (габаритная) толщина входного отверстия (входного канала) конкретной резонаторной камеры (толщина периферийной стенки, в которой сформировано входное отверстие резонаторной камеры, в районе формирования указанного отверстия), м.
Геометрические параметры резонаторов, количество резонаторов и их расположение в полости оболочки, определяют поглощающую способность экрана для низко и среднечастотной составляющих спектра акустического шума.
Для обеспечения поглощающей способности экрана для высокочастотных составляющих спектра акустического шума, по меньшей мере, одна, но предпочтительно, каждая из резонаторных камер выполнена снабжённой звукопоглощающей футеровкой, сформированной в виде панели, содержащей слой из пористого звукопоглощающего материала 5 и слой из защитной звуко прозрачной плёнки 6. Футеровка выполнена неподвижно закреплённой на соответственно расположенном, в пределах резонаторной камеры, участке одного из щитов 1, 2 оболочки. При этом слой из пористого звукопоглощающего материала 5 выполнен расположенным со стороны несущего футеровку щита. Панели звукопоглощающей футеровки могут также быть выполнены, и этот вариант является предпочтительным, перфорированными (содержащими каналы, пронизывающие и слой из пористого звукопоглощающего материала, и слой из защитной звуко прозрачной плёнки). Пространственное расположение экрана в выгородке энерго отсека (не показана) определяет и щит, который будет использован в качестве носителя звукопоглощающей панели. Например, при расположении экрана в, преимущественно, горизонтальной плоскости предпочтительным носителем футеровки будет верхний, в пространственном отношении, щит оболочки.
Для обеспечения возможности установки экрана в энергетическом отсеке, экран выполнен снабжённым известными из уровня техники вибропоглощающими монтажными элементами 7 (в простейшем случае, например, эластичными втулками - показаны условно). Крепление экрана в отсеке может быть выполнено посредством сопряжения монтажных элементов 7 экрана с соответственно расположенными в отсеке крепежными элементами (например, шпильками – не показаны), предварительно интегрированными или со стенками выгородки энергетического отсека, или с расположенным в выгородке виброзвукоизлучающим оборудованием.
Работа экрана понятна из графиков, приведённых на Фиг. 4:
- упруго подвешенная оболочка экрана являет собой мембрану, поглощающую энергию волн из диапазона низких частот (зависит от площади щитов оболочки),
- любая из резонаторных камер, как уже упоминалось выше, являет собой резонатор Гельмгольца, поглощающий энергию волн резонансной для резонатора частоты (зависит от объёма резонаторных камер),
- пористый звукопоглощающий материал, в том числе облицованный звуко прозрачной плёнкой, обеспечивает поглощение энергии волн части спектра из диапазона относительно высоких частот (зависит от физических свойств материалов, применённых в составе футеровочной панели, и от толщины панели).
Применение в составе экрана комбинации технических устройств шумоподавления в виде пористого звукопоглощающего материала и резонаторных камер обеспечивает эффект снижения шума в широкополосном частотном диапазоне, включая диапазон низких и средних частот 200…800 Гц.
Совершенно очевидно, что заявляемый экран может быть выполнен или в виде отдельного узла, упруго закреплённого в выгородке энергетического отсека, или в виде составной части кожуха, огораживающего энергетическое оборудование, или в виде составной части какой-либо из панелей / оболочек, формирующих собой огораживающий энергетическое оборудование кожух, или в виде составной части капота выгородки.
Изобретение обеспечивает создание экранов энергетических отсеков, применение которых обеспечивает эффективное снижение акустического шума, излучаемого во внешнюю среду расположенным в энергетическом отсеке оборудованием.