ГЛУШИТЕЛЬ ШУМА (ГШ) (ВАРИАНТЫ)
NOISE MUFFLER (NM) (OPTIONS)

Предлагаемое изобретение относится к области снижения шума аэродинамических источников и может быть использовано в сетях воздуховодов систем вентиляции и кондиционирования воздуха.
Известным является устройство для глушения аэродинамических шумов, содержащее корпус с впускным и выпускным отверстиями, снабженный звукопоглощающей облицовкой, выполненной из звукопоглощающего материала переменной толщины с перфорированным экраном и образованием между звукопоглощающим материалом и перфорированным экраном конфузорного кольцевого зазора переменной толщины, сообщенного с атмосферой через отверстия, расположенные со стороны впускного отверстия. Отверстия перфорации экрана выполнены в виде просечек с выпуклыми кромками, обращенными выпуклостью в сторону впускного отверстия, причем углы конфузорности звукопоглощающего материала и перфорированного экрана составляют 10-17°, а кольцевой зазор образован с толщиной, пропорциональной разности углов конфузорности звукопоглощающего материала и перфорированного экрана (Авторское свидетельство СССР №1244423, кл. F16L 55/02, опубл. 15.07.1986, Б.И. №26).
Наличие кольцевого зазора является обходным путем распространения шума, в то же время наличие криволинейных кромок повышает гидравлическое сопротивление конструкции и снижает ее эффективность, в связи с генерацией дополнительного шума при контакте аэродисперсного потока с кромками, также в конструкции необоснованно повышен расход звукопоглощающего материала, что снижает эффективность устройства по абсолютной величине и одновременно сдвигает ее в область низких частот.
BX
ВЫХ
BX
ВЫХ
Прототипом предлагаемого глушителя шума может служить глушитель шума воздушного потока преимущественно систем вентиляции и кондиционирования воздуха, включающий корпус с впускным и выпускным отверстиями, примыкающий к корпусу звукопоглощающий материал с перфорированным экраном, отличающийся тем, что корпус выполнен конфузорной формы и снабжен съемной сеткой, размещенной во впускном отверстии, а соотношение диаметров впускного D и выпускного О отверстий лежит в оптимальном интервале величин O/О=1,2÷1,4 (Патент РФ на изобретение №2372499, кл. F01N 1/24, опубл. 10.11.2009 г.).
Недостатком данного глушителя шума является низкая эффективность глушения шума при переменном направлении потока воздуха и отсутствие удобства монтажа глушителя шума в сеть воздуховодов.
Технической задачей является создание вариантов конструктивного исполнения устройства, обладающих более высокой эффективностью глушения шума при переменном направлении потока воздуха.
Техническим результатом первого варианта конструктивного исполнения глушителя шума является повышение эффективности глушения шума при переменном направлении потока воздуха и повышение удобства монтажа.
Указанный технический результат в первом варианте конструктивного исполнения глушителя шума, достигается тем, что в глушителе шума воздушного потока, преимущественно систем вентиляции и кондиционирования воздуха, включающем корпус, содержащий конфузор, впускное и выпускное отверстия круглой формы, примыкающий к корпусу звукопоглощающий материал с перфорированным экраном, и снабженный воздухопроводным элементом с проходными для воздуха отверстиями, причем соотношение диаметров впускного и проходного отверстий лежит в оптимальном интервале величин равным 1,2÷1,4, при этом корпус выполнен в виде трубы Вентури, содержащей конический конфузорный участок с впускным отверстием и конический диффузорный участок с выпускным отверстием, разделенные цилиндрической горловиной круглого поперечного сечения с парой оппозитных проходных отверстий, при этом диаметры впускного и выпускного отверстий равны между собой, а соотношение диаметров впускного и каждого из оппозитных проходных отверстий горловины лежит в оптимальном интервале величин равным 1,2÷1,4, при этом воздухопроводный элемент выполнен в виде перфорированной упругой мембраны с возможностью упругой деформации под воздействием потока воздуха, размещенной в трубе Вентури, и закрепленной по внутреннему периметру перфорированного экрана на участке горловины или воздухопроводный элемент выполнен в виде рассекателя потока, размещенного в трубе Вентури, и закрепленного по внутреннему периметру перфорированного экрана на участке горловины с образованием сужающегося по ходу потока воздуха кольцевого зазора с экраном конфузорного участка и расширяющегося по ходу потока воздуха кольцевого зазора с экраном диффузорного участка, причем рассекатель имеет форму полого перфорированного двойного конуса с парой оппозитных вершин, одна из которых расположена со стороны впускного отверстия, а другая - со стороны выпускного отверстия, или форму полого перфорированного эллипсоида вращения, вытянутого вдоль продольной оси трубы Вентури, или форму полого цилиндра с перфорированной цилиндрической стенкой и парой заглушенных оснований, одно из которых расположено со стороны впускного отверстия, а другое - со стороны выпускного отверстия, при этом каждое из оснований с двух сторон покрыто слоем звукопоглощающего материала.
Сущность варианта конструктивного исполнения глушителя шума поясняется чертежами: на фиг. 1 схематически изображен глушитель шума с корпусом в форме трубы Вентури и мембраной с проходными отверстиями (продольный разрез); на фиг. 2 схематически изображен глушитель шума с корпусом в форме трубы Вентури и рассекателем потока в форме полого перфорированного двойного конуса (продольный разрез); на фиг. 3 схематически изображен глушитель шума с корпусом в форме трубы Вентури и рассекателем потока в форме полого перфорированного эллипсоида вращения (продольный разрез); на фиг. 4 схематически изображен глушитель шума с корпусом в форме трубы Вентури и рассекателем потока в форме полого цилиндра с перфорированной цилиндрической стенкой (продольный разрез).
Глушитель шума содержит корпус в виде трубы Вентури 1, содержащей конические конфузорный участок 2 с впускным отверстием 3 и диффузорный участок 4 с выпускным отверстием 5, цилиндрическую горловину 6 круглого поперечного сечения, упругую мембрану 7 с проходными отверстиями, перфорированный экран 8, сужающийся по ходу потока воздуха кольцевой зазор 9, расширяющийся по ходу потока воздуха кольцевой зазор 10, рассекатель потока в форме полого перфорированного двойного конуса 11 или в форме полого перфорированного эллипсоида вращения 12, или в форме полого цилиндра 13 с перфорированной цилиндрической стенкой 14 и парой заглушенных оснований 15, покрытых звукопоглощающим материалом 16.
Глушитель шума работает следующим образом.
Воздушный поток поступает в глушитель через впускное отверстие 3 и выходит из глушителя через выпускное отверстие 5. Корпус глушителя имеет вид трубы Вентури 1 и содержит конические конфузорный участок 2, и диффузорный участок 4, разделенные цилиндрической горловиной 6 круглого поперечного сечения и парой оппозитных проходных отверстий. Мембрана 7 (на фиг. 1) закреплена в горловине 6, по внутреннему периметру экрана 8 и выполнена из перфорированного упругого материала с возможностью упругой деформации под воздействием потока воздуха. К конфузорному участку 2, диффузорному участку 4 и горловине 6 примыкает звукопоглощающий материал с перфорированным экраном 8. Звуковые волны, распространяющиеся внутри трубы Вентури 1 через отверстия перфорации экрана 8, свободно проникают в звукопоглощающий материал, где энергия звуковых волн переходит в тепловую энергию. Звукопоглощение достигает максимума, когда колебательное движение молекул воздуха становится максимальным, т.е. когда максимум скорости звуковой волны находится в слое звукопоглощающего материала. Проходя через упругую перфорированную мембрану 7, поток рассекается на отдельные струи, которые поступают в диффузорный участок 4, где происходит снижение скоростей струй, а отверстия в деформированной мембране 7 изменяют направление струй и звуковых волн, которые воздействуют на звукопоглощающий материал под углом. Упругая деформация мембраны 7 вызвана совершением потоком воздуха работы и переходом кинетической энергии потока воздуха в энергию упругой деформации, что снижает как скорость потока, так и аэродинамический шум. Разбивание потока с использованием перфорации на более мелкие отдельные струи снижает градиенты скоростей, увеличивает трение, рассеивает часть энергии пульсаций давления, что ведет к снижению вихревого шума в широком диапазоне частот. Источником аэродинамических шумов являются пульсации (колебания) скорости и давления потока воздуха. Поток воздуха в диффузоре 4 расширяется и турбулизируется, что приводит к росту хаотичности перемещения звуковых волн и способствует их большему затуханию. Конфузорный участок 2 способствует более плотному контакту потока воздуха со звукопоглощающим материалом, что приводит к интенсивному звукопоглощению. Дополнительный эффект шумоглушения обеспечивается за счет того, что распространяющаяся внутри трубы Вентури 1 от источника аэродинамического шума звуковая энергия эффективно снижается на средних и высоких частотах из-за необратимых потерь на трение, а снижение звуковой энергии в области низких частот происходит постепенно в конфузорном участке 2, который имеет переменный объем. Наличие диффузорного участка 4 увеличивает звукопоглощающую поверхность, что так же приводит к снижению шума, при этом глушитель может выполнять свои функции при переменном направлении потока воздуха, что повышает удобство монтажа глушителя в сеть воздуховодов. Так же повышение удобства монтажа достигается тем, что впускное отверстие 3 конфузорного участка 2 и выпускное отверстие 5 диффузорного участка 4 имеют одинаковые диаметры. Рассекатель потока также может быть выполнен в форме полого перфорированного двойного конуса 11 (на фиг. 2), образующего сужающийся по ходу потока воздуха кольцевой зазор 9 с перфорированным экраном 8 конфузорного участка 2 и расширяющийся по ходу потока воздуха кольцевой зазор 10 с перфорированным экраном 8 диффузорного участка 4 или в форме перфорированного полого эллипсоида вращения 12 (на фиг. 3), или в форме полого цилиндра 13 с перфорированной цилиндрической стенкой 14 и заглушенными основаниями 15, которые покрыты слоем звукопоглощающего материала 16 (на фиг. 4). Проходя через отверстия двойного конуса 11 или эллипсоида вращения 12, или цилиндра 13, поток рассекается на отдельные струи, которые сталкиваются друг с другом, что приводит к снижению скорости результирующего потока. Результирующий поток поступает в область диффузорного участка 4 и повторно дросселируется, снижая скорость отдельных струй, при этом отверстия в двойном конусе 11 или в эллипсоиде вращения 12, или в цилиндре 13 изменяют направление струй и звуковых волн, которые воздействуют на звукопоглощающий материал в диффузорном участке 4 под углом. Разбивание потока с использованием перфорации на более мелкие отдельные струи снижает градиенты скоростей, увеличивает трение, рассеивает часть энергии пульсаций давления, что ведет к снижению вихревого шума в широком диапазоне частот. Источником аэродинамических шумов являются пульсации (колебания) скорости и давления потока воздуха. Поток воздуха в диффузоре 4 расширяется и турбулизируется, что приводит к росту хаотичности перемещения звуковых волн и способствует их большему затуханию. Заглушенные основания 15 цилиндра 13 выполняют функции отражательных экранов для звуковых волн.
Техническим результатом второго варианта конструктивного исполнения глушителя шума является повышение эффективности глушения шума при переменном направлении потока воздуха.
Указанный технический результат во втором варианте конструктивного исполнения глушителя шума, достигается тем, что в глушителе шума воздушного потока преимущественно систем вентиляции и кондиционирования воздуха, включающем корпус, содержащий конфузор, впускное и выпускное отверстия круглой формы, примыкающий к корпусу звукопоглощающий материал с перфорированным экраном, и снабженный воздухопроводным элементом с проходными для воздуха отверстиями, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде однополостного гиперболоида, содержащего конфузорный участок с впускным отверстием и диффузорный участок с выпускным отверстием, а воздухопроводный элемент выполнен в виде размещенного в гиперболоиде и закрепленного между конфузорным и диффузорным участками, по внутреннему периметру перфорированного экрана, упругой перфорированной мембраны, имеющей возможность упругой деформации под воздействием потока воздуха или воздухопроводный элемент выполнен в виде рассекателя потока, размещенного в гиперболоиде и закрепленного между конфузорным и диффузорным участками, по внутреннему периметру перфорированного экрана с образованием сужающегося по ходу потока воздуха кольцевого зазора с экраном конфузорного участка, и расширяющегося по ходу потока воздуха кольцевого зазора с экраном диффузорного участка, причем рассекатель имеет форму полого перфорированного двойного конуса с парой оппозитных вершин, одна из которых расположена со стороны впускного отверстия, а другая - со стороны выпускного отверстия, или в форме полого перфорированного эллипсоида вращения, вытянутого вдоль продольной оси гиперболоида, или в форме полого цилиндра с перфорированной цилиндрической стенкой, и парой заглушенных оснований, одно из которых расположено со стороны впускного отверстия, а другое - со стороны выпускного отверстия, при этом каждое из оснований с двух сторон покрыто слоем звукопоглощающего материала.
Сущность варианта конструктивного исполнения глушителя шума поясняется чертежами: на фиг. 5 схематически изображен глушитель шума с корпусом в форме однополостного гиперболоида и перфорированной мембраной (продольный разрез); на фиг. 6 схематически изображен глушитель шума с корпусом в форме однополостного гиперболоида и рассекателем потока в форме полого перфорированного двойного конуса (продольный разрез); на фиг. 7 схематически изображен глушитель шума с корпусом в форме однополостного гиперболоида и рассекателем потока в форме полого перфорированного эллипсоида вращения (продольный разрез); на фиг. 8 схематически изображен глушитель шума с корпусом в форме однополостного гиперболоида и рассекателем потока в форме полого цилиндра с перфорированной цилиндрической стенкой (продольный разрез).
Глушитель шума содержит корпус в виде однополостного гиперболоида 17, содержащего конфузорный участок 18 с впускным отверстием 19 и диффузорный участок 20 с выпускным отверстием 21, к конфузорному участку 18 и диффузорному участку 20 примыкает звукопоглощающий материал с перфорированным экраном 22, перфорированная упругая мембрана 23, закреплена в центральной части гиперболоида 17 по внутреннему периметру перфорированного экрана 22, сужающийся по ходу потока кольцевой зазор 24, расширяющийся по ходу потока кольцевой зазор 25, перфорированный рассекатель потока выполнен в форме полого двойного конуса 26 или в форме полого перфорированного эллипсоида вращения 27 вытянутого вдоль продольной оси гиперболоида 17, или в форме полого цилиндра 28 с перфорированной цилиндрической стенкой 29 и парой заглушенных оснований 30, покрытых звукопоглощающим материалом 31.
Глушитель шума работает следующим образом.
Воздушный поток поступает в глушитель через впускное отверстие 19 и выходит из глушителя через выпускное отверстие 21. Корпус глушителя имеет вид однополостного гиперболоида и содержит конфузорный участок 18, и диффузорный участок 20. Мембрана 23 (на фиг. 5) закреплена по внутреннему периметру перфорированного экрана 22 и выполнена из перфорированного упругого материала с возможностью упругой деформации под воздействием потока воздуха. К конфузорному участку 18, и диффузорному участку 20 примыкает звукопоглощающий материал с перфорированным экраном 22. Звуковые волны, распространяющиеся внутри однополостного гиперболоида 17 через отверстия перфорации экрана 22, свободно проникают в звукопоглощающий материал, где энергия звуковых волн переходит в тепловую энергию. Звукопоглощение достигает максимума, когда колебательное движение молекул воздуха становится максимальным, т.е. когда максимум скорости звуковой волны находится в слое звукопоглощающего материала. Проходя через упругую перфорированную мембрану 23, поток рассекается на отдельные струи, которые поступают в диффузорный участок 20, где происходит снижение скоростей струй, а отверстия в деформированной мембране 23 изменяют направление струй и звуковых волн, которые воздействуют на звукопоглощающий материал под углом. Упругая деформация мембраны 23 вызвана совершением потоком воздуха работы и переходом кинетической энергии потока воздуха в энергию упругой деформации, что снижает как скорость потока, так и аэродинамический шум. Разбивание потока с использованием перфорации на более мелкие отдельные струи снижает градиенты скоростей, увеличивает трение, рассеивает часть энергии пульсаций давления, что ведет к снижению вихревого шума в широком диапазоне частот. Источником аэродинамических шумов являются пульсации (колебания) скорости и давления потока воздуха. Поток воздуха в диффузоре 20 расширяется и турбулизируется, что приводит к росту хаотичности перемещения звуковых волн и способствует их большему затуханию. Конфузорный участок 18 способствует более плотному контакту потока воздуха со звукопоглощающим материалом, что приводит к интенсивному звукопоглощению. Дополнительный эффект шумоглушения обеспечивается за счет того, что распространяющаяся внутри однополостного гиперболоида 17 от источника аэродинамического шума звуковая энергия эффективно снижается на средних и высоких частотах из-за необратимых потерь на трение, а снижение звуковой энергии в области низких частот происходит постепенно в конфузорном участке 18, который имеет переменный объем. Наличие диффузорного участка 20 увеличивает звукопоглощающую поверхность, что так же приводит к снижению шума, при этом глушитель может выполнять свои функции при переменном направлении потока воздуха. Рассекатель потока также может быть выполнен в форме полого перфорированного двойного конуса 26 (на фиг. 6), образующего сужающийся по ходу потока воздуха кольцевой зазор 24 с перфорированным экраном 22 конфузорного участка 18 и расширяющийся по ходу потока воздуха кольцевой зазор 25 с перфорированным экраном 22 диффузорного участка 20 или в форме перфорированного полого эллипсоида вращения 27 (на фиг. 7), или в форме полого цилиндра 28 с перфорированной цилиндрической стенкой 29 и заглушенными основаниями 30, которые покрыты слоем звукопоглощающего материала 31 (на фиг. 8). Проходя через отверстия двойного конуса 26 или эллипсоида вращения 27, или цилиндра 28, поток рассекается на отдельные струи, которые сталкиваются друг с другом, что приводит к снижению скорости результирующего потока. Результирующий поток поступает в область диффузорного участка 20 и повторно дросселируется, снижая скорость отдельных струй, при этом отверстия в двойном конусе 26 или в эллипсоиде вращения 27, или в цилиндре 28 изменяют направление струй и звуковых волн, которые воздействуют на звукопоглощающий материал в диффузорном участке 20 под углом. Разбивание потока с использованием перфорации на более мелкие отдельные струи снижает градиенты скоростей, увеличивает трение, рассеивает часть энергии пульсаций давления, что ведет к снижению вихревого шума в широком диапазоне частот. Источником аэродинамических шумов являются пульсации (колебания) скорости и давления потока воздуха. Поток воздуха в диффузоре 20 расширяется и турбулизируется, что приводит к росту хаотичности перемещения звуковых волн и способствует их большему затуханию. Заглушенные основания 30 цилиндра 28 выполняют функции отражательных экранов для звуковых волн.