ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ВЫПУСКА
EXHAUST SILENCER

Изобретение относится к средствам глушения аэродинамического шума пневматического оборудования и систем выпуска сжатого газа или воздуха.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности является глушитель шума выхлопа, содержащий впускной патрубок, и примыкающий к нему корпус из пористого материала (патенту РФ №2299336, F01N 1/24, - прототип).
Недостатком известного технического решения является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на низких частотах.
Технический результат - повышение эффективности шумоглушения.
2
1
2
1
Это достигается тем, что в глушителе шума выпуска, содержащим впускной патрубок, и жестко связанный с ним корпус из пористого материала, корпус выполнен из пористого материала в виде обечайки усеченного конуса, большее основание которого жестко связано с торцом впускного патрубка, а меньшее выполнено в виде сплошного пористого диска, причем отношение высоты корпуса Н к диаметру D впускного патрубка находится в диапазоне оптимальных величин: H/D - 2,0…3,0; а отношение диаметра D большего основания обечайки усеченного конуса к диаметру D меньшего основания находится в диапазоне оптимальных величин: D/D=2,0…3,5; а отношение толщины b пористого материала обечайки к высоте корпуса Н находится в диапазоне оптимальных величин: b/Н=0,05…0,2, или корпус выполнен из металлокерамики со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30…45%, или корпус выполнен в виде послойной и перекрестной намотки из пористых нитей, намотанных на акустически прозрачный каркас, например проволочный каркас, или корпус выполнен из жесткого пористого шумопоглощающего материала, например металлопоролона или камня-ракушечника, звукопоглощающая обечайка усеченного конуса корпуса выполнена двухслойной, причем слой, прилегающий к одной из стенок, выполнен звукопоглощающим, а прилегающий к другой перфорированной стенке, выполнен из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны., а 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 ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».
На фиг. 1 представлен фронтальный разрез предлагаемого глушителя шума, на фиг. 2, 3 -варианты выполнения звукопоглощающей обечайки усеченного конуса 5 корпуса (элемент осевого сечения).
2
1
2
1
Глушитель шума содержит впускной патрубок 1, имеющий торец 3, отверстие 2 и резьбовой участок, а также жестко связанный с ним корпус 5 из пористого материала. Корпус выполнен из пористого материала в виде звукопоглощающей обечайки усеченного конуса 5, большее основание которого жестко связано с торцом впускного патрубка 3, а меньшее выполнено в виде сплошного пористого диска 4, причем отношение высоты Н корпуса 5 к диаметру D впускного патрубка 1 находится в диапазоне оптимальных величин: H/D=2,0…3,0; а отношение диаметра D большего основания звукопоглощающей обечайки 5 усеченного конуса к диаметру D меньшего основания находится в диапазоне оптимальных величин: D/D=2,0…3,5; а отношение толщины b пористого материала обечайки к высоте корпуса Н находится в диапазоне оптимальных величин: b/Н=0,05…0,2. Корпус 5 может быть выполнен из металлокерамики со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30…45%, или в виде послойной и перекрестной намотки из пористых нитей, намотанных на акустически прозрачный каркас (на чертеже не показано), например проволочный каркас, или из жесткого пористого шумопоглощающего материала, например металлопоролона или камня-ракушечника.
Возможен вариант выполнения звукопоглощающей обечайки усеченного конуса 5 (фиг. 2) корпуса (элемент осевого сечения) в виде двух перфорированных стенок 6 и 7, между которыми расположен двухслойный комбинированный звукопоглощающий элемент, причем слой 8, прилегающий к одной из стенок 6, выполнен звукопоглощающим, а слой 9, прилегающий к другой перфорированной стенке 7, выполнен из звукоотражающего материала, сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны. Перфорированная стенка 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. При этом звукопоглощающий слой 8 помещен в акустически прозрачный материал 10, например стеклоткань типа ЭЗ-100, или полимер типа «повиден», или нетканый материал, например «лутрасил».
В качестве звукоотражающего материала применен материал на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолстом. Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого, излучающего интенсивный шум, объекта, пройдя через перфорированные стенки 6 и 7 попадает на слои 8 и 9. Слой 9 позволяет отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, а часть звуковой энергии проходит через слой 9 из звукоотражающего материала, и взаимодействует со слоем 8 из звукопоглощающего материала, где происходит окончательное рассеивание звуковой энергии.
Глушитель шума работает следующим образом.
Звуковые волны вместе с турбулентным потоком сжатого воздуха от пневматического оборудования поступают через впускной патрубок 1, через отверстие 2 в корпус 5. При этом явление лучевого эффекта полностью исключается за счет наличия пористой перегородки в виде сплошного диска 4, а эффективность шумоглушения возрастает за счет подбора геометрических параметров корпуса-поглотителя и пористости структуры предлагаемых шумопоглощающих материалов.
На фиг. 3 представлен вариант выполнения звукопоглощающей обечайки усеченного конуса 5 корпуса (элемент осевого сечения), выполненной в виде двух внешних перфорированных стенок 11 и 12, и внутренней, средней стенки 13, выполненной в виде мембранной резонансной пластины, между которыми размещены слои 14, 15, 16, 17, 22, 23 звукопоглощающего материала. Каркас выполнен симметричным относительно средней стенки 13, которая разделяет его на две конгруэнтные части, каждая из которых имеет три слоя звукопоглощающего материала.
Более жесткие, первые слои 14 и 15 выполнены сплошными, профилированными и закреплены соответственно на внешних 11 и 12 перфорированных стенках, вторые слои 16 и 17, более мягкие чем первые, выполнены прерывистыми, и расположены с зазором в фокусе звукоотражающих поверхностей первых слоев 14 и 15.
Вторые слои 16 и 17 имеют форму тел вращения в виде соединенных основаниями конусов. Первые слои 14 и 15 выполнены из материала с коэффициентом отражения звука большим, чем его коэффициент звукопоглощения в виде профилей конических поверхностей, фокусирующих отраженный звук на вторые слои 16 и 17. Третьи звукопоглощающие слои 22 и 23 выполнены из вспененного звукопоглощающего материала в виде строительной герметизирующей пены и расположены в зазорах и пустотах, образованных между первыми и вторыми слоями.
Каждая из внешних перфорированных стенок 11 и 12 жестко связана с соответствующим ей вторым слоем 16 и 17 посредством перпендикулярных к ней вертикальных крепежных элементов 20 и 21, выполненных в виде пластин, один конец которых жестко закреплен на внешней перфорированной стенке, а второй конец выполнен в виде хомутов, охватывающих соответственно стержни 18 и 19, и стягивающих их винтами. При этом стержни 18 и 19 выполнены параллельными перфорированным стенкам 11 и 13.
Средняя стенка 13, выполненная в виде мембранной резонансной пластины, жестко связана с каркасом за счет строительной герметизирующей пены, расположенной в зазорах и пустотах каркаса.
3
Первые слои выполнены из звукопоглощающего материала на основе алюминесодержащих сплавов, наполненными их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м, прочностью на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, например из пеноалюминия.
В качестве звукопоглощающего материала вторых, более мягких, слоев применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая ваты типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена.
Материал перфорированных стенок 11, 12 и 13 выполнен из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности стенок, обращенная в сторону звукопоглощающего материала, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».
Звуковая энергия, пройдя через слой одной из внешней перфорированной стенки 11 или 12, затем третьи слои звукопоглотителя, выполненного из вспененного звукопоглощающего материала, падает на прерывистый звукопоглощающий слой, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя, где происходит первичное рассеивание звуковой энергии. Затем звуковая энергия попадает на сплошной профилированный слой 14 или 15 из звукопоглощающего материала, где осуществляется переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии), т.е. в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца", имеют место потери энергии за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети микропор звукопоглотителя. Низкочастотное звукопоглощение осуществляется за счет мембранной резонансной пластины 13.
Возможен вариант, когда на одном из оппозитно расположенных конусов вторых слоев 16 и 17, соединенных основаниями конусов, выполнены резонансные отверстия (на чертеже не показано), выполняющие функции горловины резонаторов Гельмгольца, при этом резонансные отверстия выполнены разного диаметра для поглощения звуковой энергии в широком диапазоне частот.
Возможен вариант выполнения одной из внешних перфорированных стенок сплошной, комбинированной (на чертеже не показано), состоящей из трех слоев: центральный слой выполнен из крошки вибродемпфирующих материалов: резины, пробки, пенопласта, капрона, вспененного полимера, пластиката «Швим», с размером фракций крошки 1,5÷2,5 мм, залитых эластомером, полиуретаном, или из сплошного демпфирующего материала, в котором использована губчатая резина, или иглопробивной материал «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, или нетканый вибродемпфирующий материал, а оппозитно расположенные слои выполнены из жесткого вибродемпфирующего материала «Агат», или «Антивибрит».
Возможен вариант, когда средняя стенка 13, выполненная в виде мембранной резонансной пластины, состоит из плоского, полого прямоугольного параллелепипеда (на чертеже не показано) с резонансными вставками, при этом одна из сторон прямоугольника, в его сечении, по крайней мере в 10 раз меньше другой стороны, а резонансные вставки выполнены разной длины и диаметра для того, чтобы эффективно снижать шум в широкой полосе частот.