Спосіб глушіння шумів та пристрій для його здійснення

F01 N 18 СПОСІБ ГЛУШШНЯ ШУМІВ ТА ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ Винахід відноситься до області машинобудування, зокрема двигунобудування, а саме, до способу глушіння шумів і глушників шуму, і може використовуватися для зменшення шумів різноманітного походження, переважно потоку газів із шумовими компонентами, наприклад, шумів вихлопних газів у двигунах внутрішнього згоряння. Відомий спосіб глушіння шумів (SU, а.с. 246967, F 01 N 01\12, 1969), що включає поділ потоку газу на струмені, введення їх по примусовій траєкторії в однакові спіральні канали, подальше зведення струменів у загальний потік із наступним виведенням в атмосферу. Розділений на струмені потік газу проходить по примусовій спіральній траєкторії, інтерферує у загальному руслі і виводиться єдиним потоком, в результаті чого потік втрачає свою кінетичну енергію і шум заглушається Недоліком відомого способу € його низька акустична ефективність в силу неповного гасіння хвиль в усьому звуковому полі протягом довжини спіральних траєкторій , прийнятної для двигунів внутрішнього згоряння, а також у силу низкої ефективності способу, що включає обмежений за кількістю і функціональному призначенні набір прийомів. Найближчим по технічній суті до заявлюваного способу є спосіб глушіння шумів у двигунах внутрішнього згоряння (заявка ЕПВ № 0271465, F 01 N 1/24, 1986), що включає утворення 'Чвильового корка" вихлопних газів шляхом введення їх у замкнуту порожнину у вигляді еліптичної розширювальної камери в місці розміщення одного з фокусів еліпса, потім організоване переміщення фронту звукового тиску за законом відбиття від еліптичних поверхонь, подальше звукопоглинання внутрішньою поверхнею еліпсу І виведення газів з порожнини розширювальної камери поза перетинанням фокальних осей еліпса Проте способові-прототипу притаманна невисоке акустична ефективність, тому що в ньому не згладжується нерівномірність початкової подачі газів при квантуванні двигуном потоку вихлопних газів, а також відбувається гасіння шумів не всього звукового спектру, зокрема неповне гасіння однорідних нормальних хвиль різноманітних номерів. Гасіння нульових хвиль практично відсутнє Відомий глушник шуму (SU, ас 1629576, F 01 N 16, 1991), що містить корпус із 2 поперечним перетином у формі еліпсу, впускний і випускний патрубки, перфоровану перегородку, що розд іляє еліптичний корпус на камери (розширювальну та інтерференц ійну), торцеві стінки корпусу. При цьому перегородка розміщена в площині великої осі еліпсу, патрубки розміщені в торцевих стінках у зоні розширювальної камери, а отвори перфорації перегородки розташовані поздовжньо в три ряди — вздовж осі корпусу в зоні прийомного газоходу Газохід має перемінний перетин Вихлопні гази через впускний патрубок потрапляють у розширювальну камеру, де, розширяючись, втрачають частину своєї енергії і створюють у камері надлишковий тиск у порівнянні з інтерференційною камерою При цьому гази і звукові коливання, поступааючи в інтерференційну камеру, відбиваються від її стінок за законом відбиття від еліптичних поверхонь паралельно великій фокальній осі. Причому на різних частотах вихлопу відбиті звукові складов і піддаються інтенсивній і безладній інтерференції, що значно послабляє звукові коливання в усьому частотному діапазоні вихлопу 3 інтерференц ійної камери гази через отвори перфорації середнього ряду перегородки надходять до прийомного газоходу у напрямку, перпендикулярному поширенню звукових коливань, тобто в зоні найменшого звукового тиску, і далі через випускний патрубок викидаються в атмосферу Проте відомий пристрій має недостатню акустичну ефективність, оскільки як розширювальна, так і інтерференційна камери складають половину обсягу еліпсу, що знижує реактивний ефект і обмежує використання повною мірою властивостей еліптичних поверхонь відбиття. Найближчим по технічній суті до заявлюваного пристрою є глушник (Глушник Калабіна // Ж-л "Изобретатель и рационализатор", № 12, 1991, С 11), що містить прийомну трубу (впускний патрубок — на вході в глушник) з двома рядами перфораційних отворів і корпус-обечайку, між якими розміщений дротовий вкладиш» що зигзагом обгинає трубу, і вихідне щілинне сопло по всій довжині глушника. Газові канали утворені трубою, вкладишем і обечайкою. Вихлопні гази надходять із прийомної труби через перфораційні отвори в корпусіобечайці, де, будучи розділеними на декілька струменів, протікають, розширяючись, між сусідніми витками дроту по окремих каналах, що розширюються, у напрямку до вихідного сопла Проте в пристроі-прототипі забезпечується недостатня акустична ефективність, обумовлена обмеженим зниженням шуму в каналах Це відбувається за рахунок розширення каналів по лінійній залежності, не забезпечуючи гасіння звукових складових всього спектру частот, а виникнення вихрового шуму — в силу кон структивного викон ання сопла Струмінь газу виходить із кожного каналу, зливаючись у два загальних потоки з кожного боку сопла, при цьому струмені обов'язково зіштовхуються при зливанні в потік, а потоки зливаються у вихіднім соплі, яке звужується, викликаючи на виході газу вихровий шум Скорочений цикл глушіння шумів передбачає в пристроі-прототипі тільки активне розширення дросельованих струменів у лабіринтах корпусу, що не забезпечує надійного шумогасіння у всьому спектрі звукового поля і не згладжує квантування двигуном вхідного потоку газів У винаході вирішується задача удосконалення способу глушіння шумів і пристрою для його здійснення за рахунок того, що в потоку рухомих газів , наділених масою та енергією, віднімають енергію потоку всередині пристрою при забезпеченні більш плавного і рівномірного переходу в навколишнє середовище шляхом його ламінаризації всередині сопла, в результаті чого забезпечується підвищення акустичної ефективності глушіння шуму в усім частотнім діапазоні Поставлена задача в частині способу вирішується за рахунок комплексного впливу на звукові складові потоку газу в просторі і в часі, як-от, сполучення створення "хвилястого корка", дроселювання потоку, організації його примусового переміщення по оптимальній траєкторії і виведення в атмосферу широким фронтом, а також можливістю здійснення примусового підсосу газів із циліндра в зоні розрідження, прямо пропорційного швидкості подачі потоку Для цього у відомім способі, що включає введення потоку газів із звуковими коливаннями, наприклад, відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згоряння, що включає утворення "звукового корка" вихлопних газів шляхом введення їх у замкнуту порожнину у вигляді еліптичної розширювальної камери (в місці розміщення одного з фокусів еліпсу), потім організоване переміщення фронту звукового тиску за законом відбиття від еліптичних поверхонь і виведення їх поза перетинанням фокальних осей еліпсу, відповідно до винаходу, потік газів розділяють на декілька струменів, які спрямовують по примусовій траєкторії, відмінній від прямолінійної, і виводять широким фронтом з розширенням по прямолінійній та/або по криволінійній траєкторії не нижче другого порядку Можливість ство ренн я е кранн о го гл у шни ка шл яхом в ст ановл ення п ер ед ви хід ним соп ло м звукопоглигаючого екрану та забезпечення додаткової ежекції виведеного газу посилює ефективність способу. A Поставлена задача в частині [ірисгрою вирішується тим, що > відомому глушникові шумів, який містить розміщені спшосно внутрішній та зовнішній корпуси, впускний патрубок, вкладиш для створення каналів між корпусами, вихідне щілинне сопло, розташоване по всій довжині зовнішнього корп усу, відповідно до винаходу, корп уси виконані еліптичними, впускний патрубок розміщений у фокусі еліпсу внутрішнього корпусу, вкладиш виконаний у вигляді окремих непрямолінійних, наприклад, зигзагоподібних, в тому числі хвилястих, елементів, а стінки щілинного сопла виконані в перерізі прямолінійними та/або у вигляді кривої не нижче другого порядку." Сопло може містити ежектор, розташований на його виході, наприклад, у вигляді вентилятора, або шумопоглинаючии екран для додаткового створення екранного глушника. Існує тісний причинно-наслідковий зв'язок між усією сукупністю суттєвих ознак І технічним результатом. Так, сполучення прийомів способу дозволяє здійснити поетапне шумоглушіння в різних спектрах частот звукових коливань потоку газів . Особливо суттєве глушіння відбувається при проходженні газів по хвилястому каналу, оскільки звуков ій хвилі доводиться увесь час змінювати напрямок руху, натикаючись на стінки каналу, тобто, стінки вставок. Цей сумарний ефект шумоглушіння пояснюється таким чином. Кожну нормальну хвилю можна уявити собі у вигляді суперпозиції двох плоских біжучих хвиль із певними кутами нахилу їхніх фронтів , а звуков е поле в будь-якому хвилеводі, у тому числі в хвилястих каналах, являє собою суперпозицію однорідних і неоднорідних нормальних хвиль різних типів (номерів). Неоднорідні нормальні хвилі експоненційно $гасаюіь в міру поширення у хвилеводі (каналах), тому при достатньому віддаленні від джерела (виходів з отворів) вони вносять незначний внесок у повне звукове поле. Однорідні нормальні хвилі поширюються в прямому хвилеводі, не затухаючи. Найбільш простою із них є нульова хвиля, що аналогічна плоскій хвилі у вільному просторі : швидкості часток у ній паралельні напрямкові поширення, наприклад стінкам прямого хвилеводу. Будь-яку іншу однорідну нормальну хвилю можна уявити у вигляді суперпозиції двох плоских біжучих хвиль із певними кутами нахилу до осі хвилеводу. При збільшенні номеру нормальної хвилі кути нахилу цих плоских хвиль зростають. Виконання ж каналів хвилястими (зигзагоподібними) при проходженні газу між хвилястими вставками виключає проходження без загасання навіть нульових хвиль і посилює загасання хвиль більш високих номерів. Так. порожнина пристрою працює як глушник реактивного типу, де поглинання звуку відбувається внаслідок утворення "'хвильового корка", що утрудняє проходження звуку на вибраній частоті (у пас — 100 Гц) через інертність маси повітря. Реактивний глушник 5 найбільше ефективний на частотах, близьких до вибраної. При вибраних розмірах його акустична ефективність складає 14.5 дБ А. Поділ потоку вихлопних газів шляхом дроселювання через отвори дає значне зниження шуму на всіх частотах, тому що отвори згладжують різницю тиску окремих струменів газу і покращують шумоглушїння шляхом інтерференції звукових хвиль сусідніх струменів. Виконання вихідного отвору у вигляді поздовжньої щілини великої загальної площі зменшує швидкість потоку вихлопних газів і їхню турбулентність, що різко зменшує шум, тому що зменшення швидкості руху потоку вдвічі рівноцінно зменшенню перетвореної в шум енергії в 256 разів або зниженню рівня шуму на 24 дБ При поєднанні вихідного отвору й ежектора (наприклад, розміщення вихідного сопла над вентилятором) створюється додатковий ежекторний ефект, що призведе до відсмоктування вихлопних газів струменем повітря з вентилятора, тобто до збільшення потужності двигуна при незмінній витраті пального або до зменшення витрати палива при збереженні потужності двигуна. При встановленні перед вихідним соплом великого перерізу звукопоглинаючого екрану може бути додатково створений ефективний екранний глушник. Суть способу полягає в тому, що вводять потік газів у замкнуту порожнину у вигляді еліптичної розширювальної камери з утворенням "звукового корка" вихлопних газів, потім здійснюють організоване переміщення фронту звукового тиску за законом відбиття від еліптичних поверхонь і виведення їх поза перетинанням фокальних осей еліпсу через дроселюючі отвори, далі потік газів розділяють на багато струменів, які спрямовують по примусовій траєкторії, відмінній від прямолінійної. Кожний струмінь наділяють можливістю не менше одного разу змінювати напрямок руху. Струмені зводять у суцільний потік і виводять широким фронтом з розширенням по прямолінійній та/або криволінійній траєкторії не нижче другого порядку. Забезпечення додаткової ежекції виведеного газу посилює ефективність способу. Суть пристрою полягає в тому, що він містить корп ус із перфорованою стінкою, впускний патрубок, зигзагоподібні вкладиші, вихідне щілинне сопло, утворене зовнішнім корпусом, а також містить додатковий співосний корпус, вкладиші, наприклад, із дроту, для створення непрямолінійних, наприклад, зигзагоподібних каналів, що виключають прямолінійну траєкторію, сопло має перемінний перетин, розмір якого змінюється по лінійній залежності або по кривій не нижче другого порядку, а впускний патрубок співосний 6 із фокальнимми осями Перфораційні отвори розташовані на стінці внутрішнього корп усу, протилежної щілинному соплу і розміщені вздовж половини великої фокальної осі Обидва корпуси виконані еліптичними і співосні вздовж великої фокальної осі Канали виконані однакової довжини в напрямку до щілинного сопла Спосіб здійснюється таким чином Потік вихлопних газів, що характеризується високою швидкістю і перепадами зон високого і низького тисків, що створюють коливання звукової частоти , виходить із колектора двигуна у вихлопну трубу, з'єднану з впускним патрубком глушника Далі вводять потік газів у замкнуту порожнину у вигляді еліптичної розширювальної камери Порожнина працює як глушник реактивного типу, де поглинання звуку відбувається внаслідок створення "звукового корка", що утрудняє проходження звуку на вибраній частоті Звукову хвилю вводять із впускного патрубка в порожнину не у вигляді площини, перпендикулярної осі труби, а у вигляді сфери, що поширюється до еліптичних стінок корпусу, де після відбиття від протилежних стінок хвиля повинна повернутися до продовження осі в порожнині Так здійснюють організоване переміщення фронту звукового тиску за законом відбиття від еліптичних поверхонь Оскільки ж хвилі в різних місцях порожнини відбиваються ще і під різними кутами від стінки, то відбувається значне згасання звукових хвиль за рахунок їхньої інтерференції Далі потік газів розділяють на множину струменів дроселюванням через отвори, при цьому згладжується різниця тисків окремих струменів газу, посилюючи шумоглушіння за рахунок інтерференції сусідніх струменів, втрачається енергія газу Потім усі струмені спрямовують в сторону виходу по примусовій зигзагоподібній траєкторії, що виключає прямолінійну В такий спосіб нульові хвилі, розповсюджуючись по прямій, не можуть безперешкодно потрапити на вихід Кожний струмінь примушують не менше одного разу змінювати напрямок руху, що посилює згасання усіх без винятку звукових хвиль Траєкторії вибирають близькими за довжиною для рівних можливостей згасання всіх складових Струмені зводять у суцільний потік і виводять широким фронтом з розширенням по прямолінійній та/або криволінійній траєкторії не нижче другого порядку Забезпечення додаткової ежекції виведеного газу при створенні примусового підсосу газу на виході, а також додаткове створення екранного глушника шляхом встановлення перед вихідним соплом звукопоглинаючого екрану посилює ефективність способу На фіг І представлений глушник шумів у перетині, на фіг 2 — розтин А-А на фіг 1, на фіг 3 — винесення Б на фіг 2 Глушник шумів містить внутрішній 1 і зовнішній 2 корпуси еліпсоподібної форми, між їхніми стінками розміщені хвилеподібні вкладиші З, що виконані, наприклад, із дроту й утворюють N зигзагоподібних каналів, виступи яких цілком перекривають прямолінійну траєкторію й орієнтовані поперек осі глушника Торці глушника закриті заднім 4 і переднім 5 днищами Переднє днище 5 обладнане впускним патрубком 6, з'єднаним із вихлопною трубою двигуна (не показана) і розташованим коаксиально фокальним осям еліпсів перетину корпусу 1. Верхня частина стінки корпусу І вище малої фокальної осі оснащена наскрізними отворами 7, що з'єднують порожнину корпусу І із каналами, утвореними вкладишами З Пристрій обладнаний вихідним щілинним соплом 8 із довжиною вздовж усієї довжини глушника Стінки сопла 8 виконані за лінійною і/або нелінійною залежністю (фіг. 2), можуть бути виконані як їхня комбінація Глушник може бути обладнаний ежектором (на кресленнях не показаний), розташованим над щілинним соплом, наприклад, у вигляді вентилятора, а також екранним глушником (не показаний). Глушник працює таким чином. Вихлопний газ надходить у порожнину між стінкою корпусу 1 і днищами 4 і 5, де одержує можливість розширюватися у всьому обсязі, створюючи «хвильовий корок». Внаслідок того, що порожнина корпусу в перетині виконана у вигляді еліпсу, а вісь випускного патрубка 6 збігається з першою фокальною віссю еліптичного перетину корп усу, то в силу геометричних властивостей еліпсу, фронт звуков ого тиску, розповсюджуючись в усі боки від першої фокальної осі, відбивається від внутрішньої еліптичної поверхні розширювальної камери корпусу й організовано переміщується в напрямку другої фокальної осі, втрачаючи ще частину енергії Після цього потік газу дроселюється через отвори 7 у канали між стінками корпусу 1, 2 і вкладишами 3, при цьому втрачається ще частина енергії потоку, згладжується пульсація потоку і відбувається Інтерференція звукових хвиль сусідніх струменів. Взаємне розташування вкладишів З виключає прямолінійне або еліптичне проходження фронту звукових складових в силу перекриття траєкторії виступами сусідніх вставок Просуваючись між вкладишами 3, звукові хвилі змушені постійно змінювати напрямок руху, наштовхуючись на стінки вкладишів 3, у значній мірі втрачаючи енергію При цьому відбувається інтерференц ія звукових хвиль 8 Через перетин вихідного щілинного отвору сопла 8 гази виводяться широким фронтом Приклад Глушник шуму вихлопу заявленої конструкції для Італійського двигуна RD 210 із робочим обсягом 954 см3 , частотою оборотів валу (2 циліндри) — 3000 об/хв (тобто частота вихлопу — 100 Гц), внутрішшми розмірами еліптичної порожнини а = 100 мм, в = 80 мм, внутрішн ім діаметром вихлопної труби 48 мм зменшує шум (акустична ефективність) на частоті вихлопу на 20дБ. Виміри проводилися шумоміром ВШВ-О03-М2 відповідно до ГОСТ 27436-87 : 4 г та ПРИСТРІЙ СПОСІБ ГЛУШІННЯ ШУМІВ для його здійснення 7 4 щщшШШш тшшшшжжжшжттш ШшишШ^шшШжіШшжШжіШІМ J ШШШШШШШШШШШШМШШл // ^V * > rj r j Л* ^ > * O fj S j * * > S j #* > У > ^ v V r j // ** > rj /> * J * TS r j // >V X/ * *> \ \ \ J ^S Sj Л* > V Sj • \ Фіг, 1 А -А Фіг, З ^ —. і 8 ^^^^ 1 t Фіг, 2 АВТОРИ! Федоров В,В, Сахно ВЛ, Капко А,О, Федоров В,А,