Резонансний глушник шуму

Винахід відноситься до машинобудування, зокрема двигунобудування, а саме — до глушників шуму дви гунів внутрішнього згорання. Винахід може бути використаний також в інших галузях те хніки, наприклад, для глушіння шуму вентиляторів, компресорів і т. п. Основні джерела шум у двигуна: шумова вібрація поверхонь; шум впуск у повітря; шум випуску відпрацьованих газів. Існує багато типів глушників шум у ви хлопу двигунів внутрішнього згорання. Але переважна більшість заснована на дроселюванні газів, їх завихреннях і т. д., що створює значний аеродинамічний опір, тобто відчутн у втрату потужності двигуна. Практично без втрат потужності працюють глушники шум у з використанням резонансу. Відомий, вибраний як аналог, глушник шуму [1], виконаний у вигляді вхідного та вихідного патрубків, з'єднаних кільцевою трубою прямокутного перерізу із еластичного матеріалу із прорізом по ширині зазору між патрубками, який може перекриватися зйомним кільцем із отворами. Порожнина кільцевої трубки є резонаторним об'ємом, проріз або отвори кільця — горловинами. Регулювання резонансної частоти відбувається заміною кільця із отворами, або зміною об'єму резонансної порожнини шляхом зміни тиску робочого середовища. Недоліками відомого глушника є трудомісткість зміни об'єму заміною кільця, вибірковість застосування регулювання за допомогою зміни тиску, а також — невелика величина розширення діапазону резонансних частот. Відомо, вибраний як аналог, глушник шуму [2], який містить корпус із резонаторною камерою і розміщений співвісно з ним трубопровід, виконаний у вигляді гвинтової стрічкової спіралі із пружного матеріалу, наприклад, із пружної сталі. Один кінець пружини-трубопровода, який є вхідним патрубком, закріплений в корпусі, а другий закріплений на поршні, що спряжений з протилежною стороною корпуса і є вихідним патрубком. Зміна тиску газу викликає переміщення поршня, що приводить до зміни перерізу резонатора, а, отже, — до зміни його резонансної частоти. Недоліком відомого глушника є вузький діапазон регулювання резонансної частоти. Крім того, вищеописані глушники призначені для глушіння тільки однієї частоти — основної. В той же час, як показали наші дослідження, відчутний внесок в загальний шум вносять і вищі гармоніки, для двигунів внутрішнього згорання — сім - вісім наступних гармонік, які також необхідно заглушувати. Тобто, глушник шуму повинен одночасно заглушувати вісім - дев'ять гармонік, включаючи основну. Відомі, вибрані як аналоги, глушники шуму [3, 4], кожен з яких містить вхідний та вихідний патрубок, і корпус перемінного перерізу з наскрізним каналом, перегороджений перегородками, порожнини між якими з'єднані з каналом і які утворюють ряд резонаторних камер перемінної довжини, тобто перемінного об'єму. При проходженні шумом наскрізного каналу відбувається взаємодія звукових хвиль з набором резонаторних камер, які є чвертьхвильовими відростками для дискретних складових шуму. Резонаторні камери найбільшої довжини заглушують вузький спектр низькочастотних звуків. Для більш високочастотних звукових хвиль чвертьхвильовими відростками будуть служити камери меншої довжини. Недоліком відомої конструкції є те, що шум ефективно заглушується тільки у вузькому діапазоні нерегульованих частот. Відомий, вибраний як прототип, резонансний глушник шуму [5], який виконаний у вигляді перегородок в формі торів, розміщених по ходу ви хлопних газів із зменшенням діаметрів, на внутрішній поверхні яких виконані отвори. Таким чином, по ходу газів змінюється резонансна частота тороїдальних глушників, яка може підстроюватися стисненням торів. Дискретні частоти шуму ви хлопних газів будуть глушитися окремими торами-резонаторами під час проходження газів. Недоліком відомої конструкції є незначна величина регулювання власної частоти кожного резонатора, а також те, що зміна резонансних частот всіх резонаторів відбувається одночасно на одну величину — пропорційно ходу одного регулюючого приводу на всі резонатори. Однак, відомо, що резонансні глушники мають надзвичайно високу ефективність саме на резонансних частотах, а незначне відхилення від резонансної частоти приводить до значного падіння ефективності резонансного глушника. Нагадаємо, що графік ефективності резонансного глушника має вигляд надзвичайно вузького та високого «піку». Саме незначне відхилення реальної частоти шуму від «піку» резонансного глушника різко зменшує е фективність останнього. Крім того, при значних змінах частоти складових шуму резонансні глушники не в змозі «вгнатися» за цими змінами, тобто резонансні глушники взагалі перестають працювати. Метою винаходу є створення такого глушника шум у, щоб при значних змінах складових спектра шуму, кожний резонансний глушник (як складова комбінованого глушника) чітко слідував би за «своєю» складовою спектра шуму, максимально її заглушуючи. Поставлена мета досягається тим, що в резонансному глушнику шуму, який містить вхідний та вихідний патрубки, розміщений між ними газопровід з приєднаними до нього резонаторними камерами різного об'єму регульованої величини, останні виконані в кількості основної та важливих для конкретного джерела шуму вищи х гармонік, а регулятори об'ємів камер зв'язані із задатчиком частоти основної та вищи х гармонік, наприклад, з колінчастим валом двигуна внутрішнього згорання; при цьому резонаторні камери виконані з параметрами, які дозволяють регулювати їх власну часто ту коливань в межах зміни частот відповідних гармонік, і у вигляді циліндрів з поршнями, перпендикулярних газопроводу, а привід поршнів кінематичне, з регулюванням передаточного відношення, зв'язаний із задатчиком частот. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де: на Фіг.1 зображена схема можливого варіанта виконання запропонованого глушника шуму; на Фіг.2 — графік ефективності перших чотирьох камер і спектри шуму при основній частоті 50 Гц; на Фіг.3 — те ж, що і на Фіг.2 при основній частоті 120 Гц. Резонансний глушник шуму складається з вхідного 1 та вихідного 2 патрубків і газпроводу 3, до якого приєднані резонаторні камери 4 (по сумарній кількості основної та вищи х гармонік, які істотно впливають на величину шуму) з поршнями 5, що притискуються до копіра 6 роликами 7 завдяки дії пружин 8 на тяги 9. Клин переміщується вліво (на кресленні) під дією регулятора 10, наприклад відцетрового, зв'язаного із заглушуваним поршневим агрегатом, наприклад, з колінчастим валом двигуна внутрішнього згорання, і повертається назад, вправо, під дією пружини 11. Об'єми резонаторних камер регулюються для кожного виду агрегатів з допомогою пристроїв 12, наприклад тарлепів, а сила впливу регулятора 10 — з допомогою пересувних мас 27. Працює глушник наступним чином (на прикладі ДВЗ). При запуску двигуна внутрішнього згорання оберти колінчастого валу з врахуванням кратності та числа циліндрів (тобто, з врахуванням частоти вихлопу) передаються на регулятор глушника 10. Настроєні попередньо резонансні глушники мають власну частоту, яка точно відповідає основній і ближнім вищим гармонікам шуму. При збільшенні числа обертів колінвалу, а значить — частоти ви хлопу, маси 13 віддаляються від осі, тягнуть клин 6 вліво (на кресленні), піднімаючи через ролики 7 і тяги 9 поршні 5. Причому, після відповідного настроювання системи, частота вихлопу і основних (по випромінюваному шум у), і вищих гармонік буде повністю збігатися з піком акустичної ефективності відповідних резонаторних камер. При зменшенні частоти обертів колінвалу пружина 11 потягне копір 6 вправо, зберігаючи рівновагу з регулятором 10 і збільшуючи відповідним чином об'єм резонаторних камер і, отже, зменшуючи їх власн у частоту. Запропонована механічна схема є одним із можливих варіантів виконання запропонованого глушника шум у. А система управління резонансними частотами резонаторних камер може бути й іншою, наприклад електронною. Головне — частота кожного резонансного глушника повинна змінюватися із зміною частоти вихлопу так, щоб кожна шумоутворююча гармоніка була весь час на піку акустичної ефективності «свого» резонансного глушника. При цьому нам відоме простосування для зниження рівня шуму [б], яке містить вхідний та вихідний патрубки і розміщений між ними циліндр, зв'язаний з патрубками герметично та пружно і в якому розміщений поршень, що приводиться в рух спеціальним приводом, наприклад електродвигуном. При роботі поршневого агрегату, наприклад, двигуна внутрішнього згорання, в газовому каналі виникають хвилі розрідження-стиску внаслідок циклічності роботи агрегату. Поршень камери також створює хвилі розрідження-стиску, які поступають в канал в зоні його з'єднання з камерою. В результаті взаємодії вказаних хвиль по каналу розповсюджується суперпозиція хвиль розрідження-стиску. При різниці фаз цих хвиль 180°, тобто коли хвилі знаходяться у протифазі, амплітуда тиску сумарної хвилі буде найменшою. Отже, в нашому випадку камера — резонансний об'єм, а поршень — регулятор об'єму камери, тобто резонансної частоти. У згадуваному пристосуванні [6] циліндр з поршнем — це фактично компресор, який працює у протифазі з поршневим агрегатом, наприклад, з двигуном внутрішнього згорання, що приводить до суперпозиції хвиль розрідження-стиску. Ми вже сказали, що нами описана схема можливого варіанта виконання запропонованого глушника шуму. Так, наприклад, замість відцентрованого регулятора 10 може бути запропонований електричний. Замість системи «копір 6 — ролики 7 — тяги 9 з пружинами 8» може бути виконаний електричний, пневматичний, гідравлічний або інший вид приводу. У випадку різних законів зміни заглушуваних частот — замість тарлепів 12 застосовувати електронні регулятори з відповідною настройкою. Але незмінною залишається основна істотна ознака винаходу — кожна резонаторна камера «веде» свою «підопічну» частоту, тримаючи на «піку» своєї ефективності «пік» заглушуваної частоти. На Фіг.2 показано графіки частотних ефективностей резонансних глушників, а саме— лініями з цифровими позначеннями 21¸24 — відповідно для глушників, що входять до складу комбінованого, які настроєні на придушення першої - четвертої (в даному випадку) гармонік частоти шуму. Ширина ефективної смуги резонансного глушника Df знаходиться в межах 10¸50 Гц (в залежності від конструктивних особливостей глушника). Також на Фіг.2 показані для спрощення лише 4 гармоніки: 31 — для першої (основної) f1 = 50 Гц; 32 - для другої f2 = 2 f 1 = 100 Гц і т. д. Причому, величина основної гармоніки f1 знаходиться за формулою [7]: ni f1 = , 60 t де n - частота обертання колінчастого валу, хв.-1 ; i - кількість циліндрів; t - коефіцієнт тактності (для чотирьохтактних ДВ 3 t=2). Як показано на Фіг.3 зміна основної гармоніки f1 на 120 - 50 = 70 Гц призводить до наступного ряду змін вищих гармонік: f2 на 240-100=140 Гц; f3 на 360-150=210 Гц; f4 на 480-200=280 Гц. Причому, при будь-якій зміні частоти f1 виконується залежність: fn = nf1 , де n = 1, 2, 3... [7]. Графіки на Фіг.2 та на Фіг.3 — ідеальні. В них висота «піків» зменшується рівномірно по мірі збільшення номеру гармоніки. Насправді ж, як показали досліди, перші вищі гармоніки можуть за енергією бути досить близькими до основної гармоніки (і не виключено, що деякі можуть, навіть, перевищувати її). А потім — різкий спад. Саме за результатами таких досліджень і вибирається число резонаторних камер резонансного глушника. Таким чином, запропонований резонансний глушник шуму володіє істотною новизною і корисністю — він забезпечує при зміні частоти вихлопу заглушуваного поршневого агрегату, наприклад, двигуна внутрішнього згорання, зміну власних частот резонаторних камер, які змінюються, після відповідного настроювання для кожного типу поршневого агрегату, строго у відповідності із зміною частот вихлопу і вищи х гармонік заглушуваного поршневого агрегату — заглушувані частоти завжди збігаються із «піком» ефективності відповідних резонаторних камер. ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ 1. Доник В.Д., Савченко П.С., Эрастов Е.В., Николаев А.С. Глуши тель шума. Патент РФ № 2051 278 от 24.04.1992 г., МКИ F 01N 1/00, 1/08. Оп убл. 27.12.1995 г., БИ № 36. 2. Власов Ю.Н., Прохоров Б.М., Гончаров В.В., Харитошин П.П. Глушитель шума. Авт. свид. СССР № 730 999 от 31.10.1978 г., МКИ F 01N 1/16. Опубл. 30.04.1980 г., БИ № 16. 3. Симонов И.П. Глушитель шума Симонова. Авт. свид. СССР № 761 726 от 21.06.1974 г., МКИ F01N 1/02. Опубл. 07.09.1980 г., БИ № 33. 4. Симонов И.П. Глушитель шума. Авт. свид. СССР № 1040 195 от 27.06.1978 г., МКИ F01N 1/02. Опубл. 07.09.1983 г., БИ № 33. 5. Торопов В.А. Резонансний глуши тель шума. Патент РФ № 2131 046 от 21.11.1997 г., МКИ F 01N 1/02. Опубл. 27.05.1999 г., БИ № 15. 6. Коробочко A.M. Устройство для снижения шума газового потока. Авт. свид. СССР №1420200 от 15.12.1986 г., МКИ F01N 1/18, 9/00. Опубл. 30.08.1988 г., БИ № 32. 7. Разумовский М.А. Прогнозирование шумовых характеристик поршневых двигателей. — Минск : Вышэйш. Школа. — 1981. — 31с.