Абсорбционные глушители

Абсорбционные глушители основаны на использовании в каналах (тру-бопроводах) ЗПМ, главным образом пористых поглотителей. При этом потери вызываются вязким трением в порах при движении в них воздуха, теплообме-ном между воздухом в порах и скелетом материала, а также внутренним трени-ем при деформации скелета. При падении звуковой волны на поверхность по-ристого материала любой толщины, переменный поток воздуха разбивается по отдельным порам, колебательная скорость частиц при этом возрастает, по срав-нению со скоростью в свободной волне, вследствие чего происходит эффектив-ное поглощение энергии звуковой волны. Активные глушители применяют для снижения шума, имеющего характер сплошного спектра (а также дискретного спектра с большим числом гармонических составляющих).

Отметим, что в значительном числе случаев (особенно на выпуске энер-гетических установок) в каналах глушителей протекают газы с высокой темпе-ратурой и большой скоростью потока. Часто газовая среда является агрессив-ной. Это определяет особые требования к звукопоглощающим материалам для глушителей.

Глушитель абсорбционного типа обычно представляет канал, облицован-ный звукопоглощающим материалом. Он выполняется в виде ряда прямоуголь-ных или круглых каналов (сотовый глушитель) или параллельных плоских щи-тов, установленных в канале (пластинчатый глушитель). Часто по конструктив-ным соображениям и для увеличения затухания (путем увеличения длины) ка-налы имеют изогнутую форму.

Известны типовые конструкции абсорбционных глушителей звука в виде прямого, сотового, пластинчатого, криволинейного каналов, а также камерного глушителя с экраном (рис. 4.12).

1– сотовый; 2 – пластинчатый; 3 – криволинейный;	4 – однокамерный; 5 –
камерный пластинчатый; 6– камерный	с экранами.

Рис. 4.12. Типовые конструкции активных глушителей шума.

Перфорированное защитное покрытие позволяет управлять частотной характеристикой поглощения слоя материала в довольно широком диапазоне частот. При коэффициенте перфорации (отношение площади отверстий к об-щей площади покрытия) больше 20 % перфорированное покрытие практически звукопрозрачно и не влияет на акустическую характеристику облицовки (по-ристого слоя); при меньшем коэффициенте перфорации поглощение улуч-шается на низких частотах, но ухудшается на высоких. Кроме того, используя резонансные свойства перфорированного слоя, можно получить высокое звуко-поглощение в заданном узком диапазоне частот.

Облицованные каналы

Глушитель этого типа состоит из внутренней перфорированной трубы или металлической сетки и герметичного кожуха, между которыми находится звукопоглощающий материал (рис. 4.13). Чтобы звук не распространялся по пористому материалу вдоль канала, внутри облицовки устанавливаются попе-

речные перегородки. Зазор между внутренней сеткой и кожухом может быть заполнен поглотителем целиком или частично.

1 – поглотитель; 2 – воздушный зазор (его может не быть); 3 – перфорированный лист или сетка.

Рис. 4.13. Глушитель в виде облицованного канала.

Размеры внутренней трубы лучше выбирать равными размерам канала вне глушителя. Тогда производительность канала сохраняется, КПД его тоже меняется незначительно.

До частоты f в канале распространяется только нулевая мода (плоская волна). Эта частота определяется поперечными размерами канала и скоростью звука в газе с:

f = c/2a,

(4.28)

где а – наибольший размер поперечного сечения канала.

Затухание в канале на единицу длины глушителя после 3 – 5 калибров (калибр – длина канала, равная его диаметру) является постоянным. За единицу длины глушителя принимается величина калибра, определяемая по формуле

d = 4S/П

(4.29)

где S – площадь проходного сечения; П – периметр облицованной части. Частотная характеристика затухания в прямом канале имеет максимум,

величина и частота которого зависят от свойств ЗПМ.

При расположении поглотителя на жесткой стенке максимум будет на частоте

f' = cn/46,

(4.30)

где с_п – скорость звука в поглотителе.

В этом случае на поверхности ЗПМ наблюдается максимум колебатель-ной скорости, вызывающей наиболее эффективное поглощение звуковой вол-ны.

Если применить воздушный зазор между стенкой и поглотителем, то мак-симум поглощения будет на частоте

f = c/28.

(4.31)

В камерных глушителях можно устанавливать звукопоглощающие пла-стины. При равном с канальным пластинчатым глушителем количестве пла-стин, камерный пластинчатый глушитель обеспечивает большее заглушение звука вследствие эффекта расширительной камеры. Однако аэродинамическое сопротивление его больше, чем сопротивление первого глушителя. Акустиче-ский эффект облицованных звукопоглотителем поворотов каналов заметен на частотах выше критической, т. е. выше той, до которой волна остается плоской.

Затухание звуковой энергии по длине глушителей происходит нерав-номерно. Наиболее эффективно работают первые три калибра глушителя. При дальнейшем повышении длины глушителя его эффективность увеличивается слабее. При длине глушителя не более пяти калибров его затухание определя-

ется по эмпирической формуле
Δβ = Δβ1 [1+3lg(l/dэ)]	(4.32)

где Δβ₁ – затухание первого калибра; l – длина глушителя; dэ – эквивалентный диаметр канала.

Физически неравномерность заглушения объясняется изменением харак-тера звукового поля по длине глушителя. Вначале преобладает суммарная энер-гия быстро затухающих нормальных волн высоких номеров; после третьего ка-либра доминирует энергия слабозатухающей основной волны, фронт которой как бы скользит вдоль поверхности звукопоглощающей облицовки. При l > fK эффективность глушителей сильно повышают повороты, обеспечивающие мно-гократные отражения, сопровождающиеся поглощением звука.

Экранные глушители, так или иначе, закрывают выход из трубопровода (рис. 4.14).

Рис. 4.14. Типовые конструкции экранных глушителей звука

При использовании этого типа глушителей на выпуске двигателей необ-ходимы температуростойкие поглотители. Обычно это минеральная вата, стек-ловолокно, асбестовые волокна.

Реактивные глушители

Реактивные глушители подразделяются на камерные, резонансные и комбинированные.

Камерные глушители представляют собой расширенную полость по се-чению трубопровода, пропускающую без заметного ослабления колебания в некоторой области частот, а в других областях отражающие их в обратном на-правлении.

До частоты первого поперечного резонанса при L/D>0,5 (L – длина каме-ры; D – ее диаметр) камера работает как одно-модовый волновод.

На рис. 4.13 приведены характеристики снижения шума соосной цилинд-рической камерой с отношением длины к диаметру L/D = 2.

а – однокамерный; б – двухкамерный; в – комбинированный; г – частотная характеристика снижения шума однокамерным глушителем; 1 – выпуск; 2 – впуск; 3 – поглотитель.

Рис. 4.13. Конструкции реактивных камерных глушителей шума

Эффективность снижения шума растет до частоты, равной половине пер-вой резонансной частоты камеры (т. е. до f_n= c/4L), затем до частоты первого поперечного резонанса камера имеет вид чередующихся полос затухания и на частотах выше f_n в камере возбуждаются продольные, поперечные и комби-нированные волны.