ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА ВЫПУСКА ПНЕВМОКЛАПАНОВ
NOISE SUPPRESSOR OF PNEUMATIC VALVES OUTLET

Изобретение относится к машиностроению, в частности к средствам снижения шума выпуска пневмоклапанов.
Наиболее близким техническим решением является глушитель шума выпуска пневмоклапанов по патенту РФ №2280171, F01N, 1/08 (прототип), содержащий впускной патрубок и выпускной патрубок, образованный по меньшей мере двумя поперечными перегородками, расположенными перпендикулярно оси отверстия впускного патрубка, причем одна из них жестко закреплена на впускном патрубке, а другая выполнена глухой и установлена по отношению к первой с образованием торцевого зазора, перегородки по их периферийной части закреплены по меньшей мере тремя винтами с калиброванными шайбами, расположенными между перегородками.
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения из-за того, что звуковая энергия, выходя из зазора между перегородками, не встречает на своем пути звукопоглотительных элементов.
Технически достижимый результат - повышение эффективности шумоглушения за счет того, что звуковая энергия, выходя из зазора между перегородками, встречает на своем пути звукопоглотительные элементы экрана, а также осуществляется поворот потока на 90°, что также приводит к потере акустической мощности.
Это достигается тем, что глушитель шума содержит впускной и выпускной патрубок, образованный по меньшей мере двумя поперечными перегородками, расположенными перпендикулярно оси отверстия впускного патрубка, одна из которых жестко закреплена на впускном патрубке, а другая выполнена глухой и установлена по отношению к первой с образованием торцевого зазора, перегородки по их периферийной части закреплены тремя винтами с калиброванными шайбами, расположенными между перегородками, а к последней перегородке жестко прикреплен сплошной экран, имеющий форму стакана, причем крепление осуществлено посредством днища соосно перегородкам, а боковые поверхности экрана образуют с периферийной частью перегородок кольцевой зазор L, отношение которого к зазору S между перегородками лежит в интервале оптимальных величин: L/S=7…10, а экран выполнен из пористого звукопоглотителя.
На фиг. 1 представлен фронтальный разрез предлагаемого глушителя шума, на фиг. 2 - акустическая облицовка боковой поверхности 11 стакана.
Глушитель шума выпуска пневмоклапана состоит из впускного патрубка 1 с центральным отверстием 2 диаметром D. Выпускной патрубок образован по меньшей мере двумя поперечными перегородками 3 и 4, одна из которых жестко закреплена на открытом конце впускного патрубка 1, заподлицо с его торцом, а другая 4 - выполнена с центральным отверстием 8 с диаметром, равным диаметру впускного отверстия 2. Для увеличения пропускной способности глушителя могут быть установлены дополнительные перегородки 7 и 9, причем все перегородки друг с другом образуют один и тот же зазор S. Закреплены перегородки с первой посредством по меньшей мере трех винтов 5 через калиброванные шайбы 6, причем крепление перегородок осуществляется по их периферийной части. К последней перегородке прикреплен экран 10, выполненный в виде стакана, причем крепление осуществляется через днище стакана посредством винтов 5 через калиброванные шайбы 6. Боковые поверхности 11 стакана образуют с периферийной частью перегородок кольцевой зазор L, отношение которого к зазору S между перегородками лежит в интервале оптимальных величин: L/S=7…10.
Экран 10 может быть выполнен целиком из пористого твердого звукопоглотителя, например, типа «акмигран», или днище экрана может быть выполнено из пористого звукопоглотителя, или только боковые поверхности экрана могут быть выполнены из пористого звукопоглотителя.
Закрепленные таким образом перегородки и экран образуют радиальный или кольцевой зазор L, величина которого была установлена экспериментально в зависимости от торцевого зазора S между перегородками.
2
Для пневмоклапанов с давлением от 2 до 8 кгс/см определено оптимальное с точки зрения снижения шума соотношение величин зазора L и зазора S. Оно лежит в интервале величин: L/S=7…10.
Снижение уровней звукового давления при этом происходит на 15 дБ в спектре в полосе частот 2000-8000 Гц и до 6 дБА по уровню звука.
Акустическая облицовка (фиг. 2) боковой поверхности 11 стакана выполнена в виде жесткой 12 и перфорированной 15 стенок, между которыми расположены два слоя: звукоотражающий слой 13, прилегающий к жесткой стенке 12, и звукопоглощающий слой 14, прилегающий к перфорированной стенке 15. При этом слой звукоотражающего материала выполнен сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, а 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. В качестве звукопоглощающего материала слоя 14 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 вспененный полимер, например полиэтилен или полипропилен. Поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух (например, «Acutex Τ»), или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например «Лутрасилом».
3
В качестве материала звукоотражающего слоя 13 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 пеноалюминий.
3
В качестве материала звукоотражающего слоя 13 могут быть применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м.
Акустическая облицовка (фиг. 2) боковой поверхности 11 стакана работает так. Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого излучающего интенсивный шум объекта, пройдя через перфорированную стенку 15, попадает на слой 14 из мягкого звукопоглощающего материала, где происходит ее поглощение, а затем на слой 13 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, снова направляя их на звукопоглощающий материал для вторичного поглощения и рассеяния звуковой энергии. В волокнистых поглотителях рассеяние энергии колебания воздуха и превращение ее в тепло происходит на нескольких физических уровнях. Во-первых, вследствие вязкости воздуха, а его очень много в межволоконном пространстве, колебание частиц воздуха внутри поглотителя приводит к трению. 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. Кроме того, происходит трение воздуха о волокна, поверхность которых также велика. В-третьих, волокна трутся друг о друга, и, наконец, происходит рассеяние энергии из-за трения кристаллов самих волокон. Этим объясняется, что на средних и высоких частотах коэффициент звукопоглощения волокнистых материалов находится в пределах 0,4…1,0.
Глушитель шума выпуска пневмоклапана работает следующим образом.
Струя воздуха из пневмоклапана поступает в центральное отверстие 2 впускного патрубка 1 глушителя шума, при этом происходит предварительное ослабление турбулентности потока за счет протяженности этого канала. Эффект значительного шумоглушения достигается за счет постепенного увеличения эффективной площади проходного сечения пневмосопротивления, образованного поперечными перегородками, закрепленными относительно друг друга с зазором S. Происходит дробление воздушной струи на более мелкие струйки, движущиеся единым фронтом от центра сопла к периферии во всех направлениях, т.е. от 0° до 360° по плоскостям, образующим торцевой зазор S. При этом имеет место плавное, спокойное (ламинарное) течение струй, без вихреобразований.
Такой закон изменения площади проходного сечения выпускного патрубка эквивалентен по своему физическому эффекту, в смысле выравнивания скоростей потока, протяженному коническому раструбу с небольшим уклоном (конусностью). Потери звуковой энергии имеют место и при повороте воздушного потока на 90° при встрече его с экраном 10, что исключает явление "лучевого эффекта" за счет звукоизолирующей и звукопоглощающей способности экрана. В случае выполнения глушителя с дополнительными перегородками 7 и 9 его пропускная способность увеличивается пропорционально их числу, т.е. выхлоп происходит быстрее.
Следует отметить, что предлагаемая конструкция глушителя шума выхлопа является надежной и долговечной в эксплуатации за счет того, что механические частицы и капельки воды, масла, содержащиеся в большинстве существующих пневмомагистралей, не задерживаются и не накапливаются в глушителе, а либо стекают по поверхности перегородок, либо проталкиваются давлением воздуха в зазоре наружу.
Кроме того, предлагаемая конструкция проста в обслуживании и ремонте.