RU2568799C1

RU2568799C1 - Multi-section noise suppressor

Info

Publication number: RU2568799C1
Application number: RU2014125708/02A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов; Мария Олеговна Стареева; Мария Михайловна Стареева; Анна Михайловна Стареева; Татьяна Дмитриевна Ходакова
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2015-11-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: noise suppressor contains a cylindrical casing, end inlet nozzle rigidly connected with central pipe made with perforation. Between the casing and central pipe at least one perforated pipe is located. Pipes are located coaxially with possibility to create resonant cavities. Between the casing and perforated pipe, and in end part of the central pipe the sound absorbing elements are installed. Porosity of the sound absorbing element located between the casing and perforate pipe by 2.5…5.0 times is below the porosity of the sound absorbing element in end part of the central pipe. Sound absorbing elements comprise a smooth surface and a perforated surface between which a multilayer sound absorbing structure is placed and consists of three layers of sound-absorbing material.

EFFECT: increased efficiency of sound suppression.

2 dwg

Description

Изобретение относится к технике глушения шума.The invention relates to a technique for damping noise.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности является многосекционный глушитель шума по патенту РФ №2281405, F01N 1/00 (прототип), содержащий цилиндрический корпус, торцовый выпускной патрубок, жестко соединенный с центральной трубой, имеющей перфорацию, перфорированные перегородки выполнены в виде коаксиально расположенной к корпусу и центральной трубе дополнительной перфорированной трубы, а торцы всех труб жестко соединены с корпусом посредством глухих перегородок.The closest technical solution in technical essence is a multi-section silencer according to the patent of the Russian Federation No. 2281405, F01N 1/00 (prototype), containing a cylindrical body, an end outlet pipe, rigidly connected to a central pipe having perforation, perforated partitions are made in the form of coaxially located to the casing and the central pipe of the additional perforated pipe, and the ends of all pipes are rigidly connected to the casing by means of blind partitions.

Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет возможности возникновения «лучевого эффекта» и, вследствие этого, проникновения звуковых волн как по оси глушителя, так и через его две стенки.The disadvantage of the prototype is the relatively low efficiency of sound attenuation due to the possibility of the occurrence of a "radiation effect" and, as a result, the penetration of sound waves both along the axis of the muffler and through its two walls.

Технический результат - повышение эффективности шумоглушения за счет исключения «лучевого эффекта» и проникновения звуковых волн как по оси глушителя, так и через его две стенки путем введения на пути распространения звуковых волн звукопоглощающих элементов.The technical result is an increase in the efficiency of sound attenuation due to the exclusion of the "radiation effect" and the penetration of sound waves both along the axis of the silencer and through its two walls by introducing sound-absorbing elements on the propagation path of sound waves.

Это достигается тем, что в многосекционном глушителе шума, содержащем цилиндрический корпус, торцевой впускной патрубок, жестко соединенный с центральной трубой, имеющей перфорацию и образующей с корпусом посредством перфорированных перегородок в виде по меньшей мере одной коаксиально расположенной к корпусу и центральной трубе дополнительной перфорированной трубы, а торцы всех труб жестко соединены с корпусом посредством сплошных перегородок, причем одна из них жестко связана с впускным патрубком, а другая расположена с противоположной патрубку стороне, между корпусом и перфорированной трубой расположен звукопоглощающий элемент и в торцевой части центральной трубы расположен звукопоглощающий элемент, фиксируемый стопорной шайбой, пористость звукопоглощающего элемента, расположенного между корпусом и перфорированной трубой, в 2,5…5,0 раз ниже пористости звукопоглощающего элемента, расположенного в торцевой части центральной трубы, а звукопоглощающий элемент содержит гладкую и перфорированную поверхности, между которыми размещена многослойная звукопоглощающая конструкция, которая состоит из трех слоев звукопоглощающего материала, при этом первый слой, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным и закреплен на гладкой поверхности, а второй слой, более мягкий, чем первый, выполнен прерывистым и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя, а третий слой звукопоглощающего элемента выполнен из вспененного звукопоглощающего материала, например строительной герметизирующей пены, и расположен между первым, более жестким, слоем и перфорированной поверхностью звукопоглощающего элемента.This is achieved by the fact that in a multi-section silencer containing a cylindrical body, an end inlet pipe rigidly connected to the central pipe having perforation and forming with the body through perforated baffles in the form of at least one additional perforated pipe coaxially located to the body and the central pipe, and the ends of all pipes are rigidly connected to the body by means of continuous partitions, one of which is rigidly connected to the inlet pipe, and the other is located opposite on the side of the pipe, a sound-absorbing element is located between the body and the perforated pipe and a sound-absorbing element is fixed in the end part of the central pipe, fixed by a lock washer, the porosity of the sound-absorbing element located between the body and the perforated pipe is 2.5 ... 5.0 times lower than the porosity of the sound-absorbing element located in the end part of the Central pipe, and the sound-absorbing element contains a smooth and perforated surface, between which is placed a multilayer sound-absorbing I have a structure that consists of three layers of sound-absorbing material, the first layer being more rigid, made solid and profiled and fixed on a smooth surface, and the second layer, softer than the first, made intermittent and located in the focus of the sound-reflecting surfaces of the first layer, and the third layer of the sound-absorbing element is made of foamed sound-absorbing material, for example, construction sealing foam, and is located between the first, more rigid, layer and the perforated surface of the sound-absorption element.

На фиг. 1 представлен фронтальный разрез предлагаемого глушителя шума, на фиг. 2 - схема звукопоглощающего элемента.In FIG. 1 shows a frontal section of the proposed silencer, FIG. 2 is a diagram of a sound absorbing element.

Многосекционный глушитель шума содержит цилиндрический корпус 1, торцевой впускной патрубок 2, жестко соединенный с центральной трубой 3, имеющей перфорацию 9. Между корпусом 1 и центральной трубой 3 расположена, по меньшей мере, одна дополнительная перфорированная труба 4 с перфорацией 10, причем коаксиально расположенные трубы образуют резонансные полости, а торцы всех труб соединены с корпусом 1 посредством сплошных перегородок, одна из которых жестко связана с впускным патрубком 2, а другая - 5 расположена с противоположной патрубку 2 стороны. Между корпусом 1 и перфорированной трубой 4 расположен звукопоглощающий элемент 7. В торцевой части центральной трубы 3 расположен звукопоглощающий элемент 8, фиксируемый стопорной шайбой. Звукопоглощающие элементы 7 и 8 могут быть выполнены как из жестких звукопоглощающих материалов, например типа «акмигран», винипор и др., так и из мягких, например минеральной ваты или стекловолокна, тогда в этом случае звукопоглощающие элементы 7 и 8 должны быть помещены в стеклоткань (на чертеже не показано), чтобы предотвратить «выдувание» звукопоглотителя через перфорацию 6.The multi-section silencer comprises a cylindrical body 1, an end inlet pipe 2, rigidly connected to a central pipe 3 having a perforation 9. At least one additional perforated pipe 4 with a perforation 10 is located between the body 1 and the central pipe 3, and the pipes are coaxially located form resonant cavities, and the ends of all pipes are connected to the housing 1 by means of solid partitions, one of which is rigidly connected to the inlet pipe 2, and the other 5 is located on the opposite side pipe 2 us. A sound-absorbing element 7 is located between the housing 1 and the perforated pipe 4. At the end of the central pipe 3 there is a sound-absorbing element 8, fixed by a lock washer. Sound-absorbing elements 7 and 8 can be made of both hard sound-absorbing materials, such as Akmigran, Vinipore, etc., and soft, such as mineral wool or fiberglass, then in this case the sound-absorbing elements 7 and 8 should be placed in fiberglass (not shown in the drawing) in order to prevent “absorption” of the sound absorber through the perforation 6.

Многосекционный глушитель шума работает следующим образом.Multi-section silencer operates as follows.

Звуковые волны вместе с турбулентным потоком сжатого воздуха поступают через торцевой впускной патрубок 2 в полость центральной перфорированной трубы 3, при этом явление лучевого эффекта полностью исключается за счет наличия сплошной перегородки 5, выполняющей функции звукоизолирующего экрана. Резонансные полости, образованные коаксиально расположенными трубами 1, 3, 4, выполняют функции резонаторов Гельмгольца, при этом отверстия 6, 9, 10 перфорации являются горловиной резонаторов, расположенных последовательно. Подбирая зазоры между трубами 1, 3, 4 и диаметры отверстий перфорации 6, 9, 10, можно настроить резонаторы Гельмгольца на любую частотную полосу, где требуется шумоглушение, а количеством резонансных полостей можно добиться любой требуемой эффективности. За счет наличия в предлагаемом глушителе нескольких труб увеличивается звукоизолирующая способность шумоглушения на прямое проникновение звуковых волн. Сопротивление предлагаемого глушителя шума невелико за счет расположения отверстий перфорации в несквозном исполнении, что позволяет увеличить их проходную способность. Повышение эффективности шумоглушения происходит за счет исключения «лучевого эффекта» и проникновения звуковых волн через стенки глушителя за счет введения на пути распространения звуковых волн звукопоглощающих элементов 7 и 8.Sound waves along with a turbulent stream of compressed air enter through the end inlet pipe 2 into the cavity of the central perforated pipe 3, while the phenomenon of radiation effect is completely eliminated due to the presence of a solid partition 5, which acts as a soundproof screen. Resonance cavities formed by coaxially arranged tubes 1, 3, 4, perform the functions of Helmholtz resonators, while the holes 6, 9, 10 of the perforation are the neck of the resonators arranged in series. By choosing the gaps between the pipes 1, 3, 4 and the diameters of the perforation holes 6, 9, 10, you can tune Helmholtz resonators to any frequency band where noise attenuation is required, and any desired efficiency can be achieved by the number of resonant cavities. Due to the presence of several pipes in the proposed silencer, the sound-insulating ability of sound attenuation to the direct penetration of sound waves increases. The resistance of the proposed silencer is small due to the location of the perforation holes in a through-hole design, which allows to increase their throughput. The increase in the efficiency of sound attenuation occurs due to the exclusion of the "radiation effect" and the penetration of sound waves through the walls of the muffler due to the introduction of sound-absorbing elements 7 and 8 on the path of propagation of sound waves.

Причем пористость звукопоглощающего элемента 7 в 2,5…5,0 раз ниже пористости звукопоглощающего элемента 8 для исключения возможного повышения сопротивления глушителя шума, что может существенно повлиять на производительность оборудования.Moreover, the porosity of the sound-absorbing element 7 is 2.5 ... 5.0 times lower than the porosity of the sound-absorbing element 8 to exclude a possible increase in the resistance of the silencer, which can significantly affect the performance of the equipment.

Коаксиальное расположение труб позволило существенно упростить конструкции предлагаемого глушителя шума, а также улучшить его эксплуатацию за счет того, что из него легко удаляются загрязнители: капельки воды, масла, которые могут в процессе длительной эксплуатации повысить сопротивление глушителя шума.The coaxial arrangement of the pipes made it possible to significantly simplify the design of the proposed noise suppressor, as well as improve its operation due to the fact that contaminants are easily removed from it: water droplets, oils, which can increase the noise suppressor resistance during long-term operation.

Звукопоглощающий элемент (фиг. 2) выполнен в виде гладкой 11 и перфорированной 12 поверхностей, между которыми размещена звукопоглощающая конструкция, состоящая из трех слоев звукопоглощающего материала, при этом первый слой 13, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным и закреплен на гладкой поверхности 11, второй слой 14, более мягкий, чем первый, выполнен прерывистым и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя 13.The sound-absorbing element (Fig. 2) is made in the form of a smooth 11 and perforated 12 surfaces, between which is placed a sound-absorbing structure consisting of three layers of sound-absorbing material, the first layer 13 being more rigid, made solid and profiled and fixed on a smooth surface 11, the second layer 14, softer than the first, is intermittent and located in the focus of the sound-reflecting surfaces of the first layer 13.

Прерывистый звукопоглощающий слой 14, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 13, выполнен в форме тел вращения, например в виде шаров, эллипсоидов вращения, и крепится с помощью стержней 16 (на чертеже показано сечение с одним стержнем 16), параллельных гладкой 11 и перфорированной 12 поверхностям, которые жестко связанны с гладкой поверхностью 11 посредством вертикальных, перпендикулярных к ним крепежных элементов, например, в виде пластин 17, один конец которых жестко закреплен на гладкой поверхности 11, а второй выполнен в виде хомута, охватывающего стержень 16 и стягивающего его винтом (на чертеже не показано).The intermittent sound-absorbing layer 14, located in the focus of the continuous profiled layer 13, is made in the form of bodies of revolution, for example in the form of balls, ellipsoids of revolution, and is fastened with rods 16 (a section with one rod 16 is shown in the drawing) parallel to smooth 11 and perforated 12 surfaces that are rigidly connected to a smooth surface 11 by means of vertical fastening elements perpendicular to them, for example, in the form of plates 17, one end of which is rigidly fixed to a smooth surface 11, and the second is made in the form of x a collar covering the rod 16 and tightening it with a screw (not shown in the drawing).

Сплошной профилированный слой 13 звукопоглощающего элемента выполнен из более жесткого звукопоглощающего материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, причем профили 15 образованы сферическими поверхностями, соединенными между собой таким образом, что в целом каждый из профилей 15 образует цельный куполообразный профиль, фокусирующий отраженный звук на один и тот же мягкий прерывистый звукопоглощающий слой 14.The continuous profiled layer 13 of the sound-absorbing element is made of a more rigid sound-absorbing material, in which the reflection coefficient of sound is greater than the sound-absorption coefficient, and the profiles 15 are formed by spherical surfaces interconnected so that as a whole each of the profiles 15 forms an integral dome-shaped profile focusing reflected sound on the same soft intermittent sound-absorbing layer 14.

Третий слой 18 звукопоглощающего элемента выполнен из вспененного звукопоглощающего материала, например строительной герметизирующей пены, который повышает звукоизолирующие свойства конструкции в целом за счет заполнения пустот, образованных слоями 11 и 12, а также увеличивает надежность конструкции в целом при установке ее на оборудовании, работающем в условиях с повышенными ударными и вибрационными нагрузками. Третий слой 18 расположен между первым, более жестким, слоем 13 и перфорированной поверхностью 12 звукопоглощающего элемента.The third layer 18 of the sound-absorbing element is made of foamed sound-absorbing material, for example, construction sealing foam, which increases the sound-insulating properties of the structure as a whole by filling the voids formed by layers 11 and 12, and also increases the reliability of the structure as a whole when installed on equipment operating in conditions with increased shock and vibration loads. The third layer 18 is located between the first, more rigid, layer 13 and the perforated surface 12 of the sound-absorbing element.

В качестве звукопоглощающего материала первого, более жесткого, слоя 13 применен материал на основе алюминийсодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м³ со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, например пеноалюминия.As the sound-absorbing material of the first, more rigid layer 13, a material based on aluminum-containing alloys was used, followed by filling them with titanium hydride or air with a density in the range of 0.5 ... 0.9 kg / m ³ with the following strength properties: compressive strength within 5 ... 10 MPa, bending strength in the range of 10 ... 20 MPa, for example foam aluminum.

В качестве звукопоглощающего материала второго, более мягкого, слоя 14 может быть 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.As the sound-absorbing material of the second, softer layer 14, rockwool-type mineral wool or URSA-type mineral wool, or P-75 type cotton wool, or glass wool lined with glass wool, or foamed polymer can be used, for example polyethylene or polypropylene.

Материал перфорированной поверхности 12 может быть выполнен из твердых декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности 12, обращенная в сторону звукопоглощающей конструкция, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа Э3-100 или полимером типа «Повиден».The material of the perforated surface 12 can be made of solid decorative vibration-damping materials, for example, agate, antivibrate, and shvim plastic compounds, the inner surface of the perforated surface 12 facing the sound-absorbing structure, lined with an acoustically transparent material, for example, fiberglass type E3 -100 or "Poviden" type polymer.

Звукопоглощающий элемент работает следующим образом.Sound-absorbing element operates as follows.

Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 12 и третий слой 18 звукопоглощающего элемента, выполненного из вспененного звукопоглощающего материала, падает на прерывистый звукопоглощающий слой 14, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 13, где происходит первичное рассеивание звуковой энергии. Затем звуковая энергия попадает на сплошной профилированный слой 13 из звукопоглощающего материала, образованного сферическими поверхностями, образующими цельный куполообразный профиль, фокусирующий отраженный звук на мягкий звукопоглотитель 14. Здесь 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. Коэффициент перфорации перфорированной поверхности 12 принимается равным или более 0,25.Sound energy, passing through a layer of perforated surface 12 and a third layer 18 of a sound-absorbing element made of foamed sound-absorbing material, falls on an intermittent sound-absorbing layer 14 located at the focus of a continuous profiled layer 13, where the primary dissipation of sound energy occurs. Then, sound energy enters the continuous profiled layer 13 of sound-absorbing material formed by spherical surfaces forming a solid dome-shaped profile focusing the reflected sound onto a soft sound absorber 14. Here, the sound energy is converted into heat (dissipation, energy dissipation), i.e. in the pores of the sound absorber, which are the Helmholtz resonator model, there are energy losses due to friction, which fluctuates with the excitation frequency of the mass of air in the resonator neck against the walls of the neck itself, which has the form of an extensive network of micropores of the sound absorber. The perforation coefficient of the perforated surface 12 is taken to be equal to or more than 0.25.

Claims

A multi-sectional silencer comprising a cylindrical body, an end inlet pipe rigidly connected to a central pipe made with perforation, and at least one additional perforated pipe is located between the body and the central pipe, and the coaxially arranged pipes are capable of forming resonant cavities , the ends of all pipes are connected to the housing by means of continuous partitions, one of which is rigidly connected to the inlet pipe, and the other is located opposite sound side, between the body and the perforated pipe and in the end part of the central pipe there are sound-absorbing elements, and the porosity of the sound-absorbing element located between the body and the perforated pipe is 2.5 ... 5.0 times lower than the porosity of the sound-absorbing element located in the end part central pipe, characterized in that the sound-absorbing element contains a smooth and perforated surface, between which is placed a multilayer sound-absorbing structure, which consists of three oi of sound-absorbing material, the first layer being more rigid, made solid and profiled and fixed on a smooth surface, the second layer, softer, made intermittent and located at the focus of the sound-reflecting surfaces of the first layer, and the third layer of the sound-absorbing element is foamed and located between the first, more rigid layer and perforated surface of sound-absorbing elements.