CC BY
17
О.С. Кочетов
профессор кафедры «Экология и безопасность жизнедеятельности»,
д.т.н., профессор,
Московский государственный университет приборостроения и информатики
O.S. Kochetov Dr.Sci.Tech., professor
professor of "Ecology and Health and Safety" chair of the Moscow state university of instrument making and informatics (o_kochetov@mail.ru, 89096623323)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМБИНИРОВАННЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ГЛУШИТЕЛЕЙ ШУМА
Аннотация. В работе приведены исследования мероприятий по снижения шума путем применения многокамерных комбинированных аэродинамических глушителей шума в промышленных пылесосах.
Annotation. In work researches of actions on decrease in noise by use of the mul-tichamber combined aerodynamic mufflers of noise are given in industrial vacuum cleaners.
Ключевые слова: снижение шума в источнике, звуковая энергия, глушитель аэродинамического шума, акустические характеристики. Key words: decrease in noise in a source, sound energy, the muffler of aerodynamic noise, acoustic characteristics.
Для снижения шума пылесосов, работающих в производственных помещениях текстильного профиля, используются аэродинамические глушители шума [1, 2, 3, 4, 5, 6]. В инструментальном цехе Рижского завода текстильного оборудования были проведены экспериментальные исследования опытных образцов аэродинамических глушителей шума для промышленных пылесосов. Испытания проводились на расстоянии d = 1 м от контура пылесоса, причем расстояние до ограждающих поверхностей цеха было больше величины d + 1 м. При исследованиях использовался комплект акустической аппаратуры типа ИШВ-1, а испытываемый пылесос был установлен свободно на полу в цехе с размерами: длина D = 20 м, ширина W = 12 м, высота H = 3,4 м. Режим работы пылесоса соответствовал вращению крыльчатки вентилятора со скоростью n = 3000 об/мин. Количество точек измерения равнялось пяти, а число измерений в каждой точке - 3. Расчет шумовых характеристик пылесоса НПП-2 проводился согласно ОСТ 2772-218-85.
В качестве первого варианта был испытан серийно устанавливаемый на пылесосе типа НПП-2 многокамерный реактивный глушитель [7], который содержит цилиндрический корпус, жестко соединенный с торцевым впускным и выпускным патрубками. В корпусе, перпендикулярно направлению движения аэродинамического потока, установлены, по крайней мере, два диска с отверстиями, образующие камеры, причем отверстия дисков поочередно смещены относительно оси корпуса таким образом, что отверстия в двух смежных дисках не совпадают. Конструктивно он выполнен в виде цилиндрической трубы диаметром 204 мм, длиной 766 мм и толщиной 2 мм, внутри которой установлены девять жестких перегородок, имеющих отверстия диаметром 40 мм и образующих
десять реактивных камер, причем перегородки установлены таким образом, что отсутствует «лучевой эффект». Однако наблюдалось превышение УЗД в высокочастотной области 4000...8000 Гц и составляло порядка 6...9 дБ. Для устранения этого недостатка при разработке средств модернизации в схему реактивного глушителя шума были введены элементы звукопоглощения [8]. На рис.1 представлена схема многокамерного глушителя [9] с обработкой внутренних полостей звукопоглотителем толщиной 10 мм, который содержит цилиндрический корпус 1, жестко соединенный с торцевым впускным 6 и выпускным 8 патрубками, при этом корпус изнутри облицован звукопоглощающим материалом 7, а также диски 2 облицованы звукопоглощающим материалом 5 со стороны движения аэродинамического потока. В результате эксперимента были выявлены следующие оптимальные соотношения параметров нового глушителя: отношение длины корпуса Ll к его диаметру D лежит в оптимальном интервале величин: Ll/ D = 3,5.. .4,0; а отношение диаметра корпуса D к диаметру Dl выпускного патрубка лежит в оптимальном интервале величин: D / D1 = 4,5.5,5; а отношение диаметра корпуса D к диаметру d отверстия дисков лежит в оптимальном интервале величин: Б / (1 = 5,0.. .6,0,
1
обработкой внутренних полостей звукопоглотителем толщиной 10 мм.
А отношение диаметра корпуса D к длине камеры Lк лежит в оптимальном интервале величин: D/ Lк = 2,0.4,5. Корпус 1 выполнен из конструкционных материалов, с нанесенным на его поверхности с одной или двух сторон слоя мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, или материала типа «Герлен-Д», при этом соотношение между толщиной облицовки и вибродемпфирующего покрытия лежит в оптимальном интервале величин - 1: (2,5.3,5). По сравнению с серийный у нового глушителя эффективность снижения шумана частотах 4000 Гц и 8000 Гц соответственно составила 8 дБ и 12 дБ. Результаты испытания активного глушителя шума показали также хорошие результаты в области высоких частот: его эффективность в диапазоне частот 2000...8000 Гц на 3 дБ выше, чем у серийного глушителя. Недостатком активного глушителя шума является его невысокая эффективность в области низких и
средних частот, где его эффективность ниже на 5...10 дБ серийного глушитель шума. Поэтому наиболее перспективным направлением для создания аэродинамических глушителей шума машин такого класса является разработка схем комбинированных глушителей шума, состоящих из реактивной и активной частей [10,11].
] НПП-2 ггушгтель рчалглвкыи мноихкамьрны!'. | №1
- НПП-2 ггуш/чгль реачлвньы многсламерныР с обработкой ЗПМ. тслшЛС мм. т. N8
Частота, Гц
Рис.2. Сравнительные акустические характеристики пылесоса НПП-2 с многокамерными серийным и глушителя с обработкой внутренних полостей звукопоглотителем толщиной 10 мм.
Остановимся на настройке глушителя шума на выходе побудителя тяги на примере пылесоса типа Т-1. Подсчитаем частоту лопастного шума от побудителя тяги (центробежного вентилятора) на частоте вращения [6]: f = ^/60 =(11200х 12)/60 = 2240 Гц ,
где п - число оборотов диска в минуту; z - число лопаток на диске. Так как необходимо снизить шум в широкополосном спектре частот, начиная от 400 до 2240 Гц и выше, глушитель шума выполнен комбинированным, т.е. состоящим из звукопоглощающих элементов, расширительной камеры и резонансных полостей. Активная часть (звукопоглощающие элементы облицовки камеры) входит составной частью в реактивную, образуя камерный глушитель, внутренние поверхности которого имеют звукопоглощающую облицовку. В диапазоне высоких частот, когда размеры камеры в несколько раз превышают
Расчетная эффективность камерного глушителя шума для нашего случая оказалась небольшой (всего 2 дБ). Это связано с тем, что степень расширения m = 2,65 очень незначительна, однако увеличить ее реально не позволяют габаритные размеры, отведенные под глушитель шума в пылесосе. Следует иметь в виду, что эффективность однокамерного глушителя шума увеличивается при воз-
растании степени расширения m. Так, при m = 9 заглушение на частоте максимума составляет около 13 дБ, а при т = 16 - около 18 дБ.
Были проведены следующие испытания схем аэродинамических глушителей шума применительно к пылесосу типа Т-1 (рис.3). в точке № 2 (см.рис.4): Кривая 1- точка №2 (без шланга на входе и без глушителя на выходе); Кривая 2-точка №2 (шланг и глушитель на выходе без резонансных полостей и звукопоглощающей облицовки камеры); Кривая 3- точка №2 (шланг и глушитель на выходе без резонансных полостей, но с облицовкой камеры ЗПМ); Кривая 4- точка №2 (без шланга, но с глушителем на выходе); Кривая 5- точка №2 (шланг и глушитель на выходе с резонансными полостями и облицовкой камеры ЗПМ). Из представленных результатов можно сделать вывод о том, что снижение шума реактивным однокамерным глушителем шума имеет место в низкочастотной области, начиная с 250 Гц, т.е. выбор для расчета ^р=295 Гц явился обоснованным. Эффективность в этом случае в диапазоне частот 250...1000 Гц (см.кривые 1 и 2) составила 4...7 Гц. Увеличение эффективности по сравнению с расчетной (2 дБ на частоте 500 Гц) можно объяснить наличием в глушителе поворота потока на 90°, что вызвало увеличение потерь звуковой мощности.
Облицовка камеры глушителя звукопоглощающим материалом (ЗПМ) позволила снизить уровни звукового давления в диапазоне частот 2000...8000 Гц (кривая 3) на 8...9 дБ (расчетная эффективность в этом диапазоне составляет 12... 12,5 дБ). Эффективность облицовки камерного глушителя, полученная экспериментальным путем оказалась ниже расчетной на 3...4 дБ по той причине, что расчетная формула для определения теоретической эффективности справедлива для соосиого расположения входного и выходного отверстий одного диаметра.
Рис.3. Результаты испытаний промышленного пылесоса Т-1.
В нашем случае имеет место поворот потока на 90°, а выходной патрубок представлен 8-ю отверстиями диаметром 44 мм. Эффективность резонансной части глушителя составила на частоте 2000 Гц - 7 дБ (кривая 5), а на частоте 4000 Гц - 5 дБ (для настройки резонансной части глушителя была выбрана частота fр = 2240 Гц, равная частоте "лопастного" импульсного шума вентилятора, что совпадает с расчетными данными). Следует отметить, что эффективность снижения шума шлангом для насадок составляет в полосе частот 500...8000 Гц 7...10 дБ и объясняется его работой как активного глушителя большой длины (см. кривые 4 и 5).Таким образом, общая эффективность комбинированного глушителя шума на выходе составляет в полосе частот 250...8000 Гц 13...20 дБ, а уровни звукового давления при работе с пылесосом Т-1, оснащенным глушителями шума на входе и выходе побудителя тяги при скорости 11200 об/мин не превышают санитарно-гигиенические нормы (см. рис.5).
На рис. 4 и 5 представлены новые конструкции аэродинамических глушителей шума для систем выпуска воздуха [11,12] с увеличенным звукопоглощением стенок корпуса глушителя.
11 12
Рис.4. Аэродинамический глушитель шума вертикального исполнения.
Рис.5. Аэродинамический глушитель шума с увеличенным звукопоглощением стенок корпуса.
Глушители шума, представленные на рис.4 и 5 содержат впускной патрубок 2, и жестко связанный с ним корпус 1. Корпус содержит основание 1, выполненное в виде стакана с буртиком 3 в его верхней части 4, с которым взаимодействуют по крайней мере два элемента 5 и 6 звукопоглощающей конструкции в виде цилиндрических внешней 5 и внутренней 6 втулок, верхние основания которых соединены с крышкой 7, имеющей буртик для фиксации втулок, и жестко соединены с основанием 1 цилиндрического стакана посредством резьбовой шпильки 8, расположенной соосно стакану 1, втулкам 5 и 6 и крышке 7, и имеющей на концах шайбы 10 и 11 и гайки 9 и 12. Отношение высоты всего корпуса 1 (А + С) к высоте В втулок 5 и 6 из пористого материала, находится в диапазоне оптимальных величин: (А+С)/В = 1,5...2,5. Звуковые волны вместе с турбулентным потоком сжатого воздуха от оборудования поступают через впускной патрубок 2, через его отверстие в корпус 1. При этом явление лучево-
го эффекта полностью исключается за счет наличия перфорированных коаксиальных втулок внешней 5 и внутренней 6, между которыми расположен звуко-поглотитель, а эффективность шумоглушения возрастает за счет подбора геометрических параметров корпуса и втулок и пористости структуры звукопогло-тителя.
Список источников:
1. Сажин Б.С., Кочетов О.С. Снижение шума и вибраций в производстве: Теория, расчет, технические решения.- М., 2001.- 319с.
2. Кочетов О.С. Расчет акустических характеристик промышленного пылесоса для ткацкого производства // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.-2001, № 2.С.99-104.
3. Кочетов О.С. Методика расчета средств снижения шума промышленного пылесоса для прядильного производства // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.- 2003, № 6.С.91-97.
4. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Синев А.В., Ходакова Т.Д. Методика расчета снижения шума звукопоглощением в условиях текстильного производства // Безопасность жизнедеятельности. - 2002, № 6. С. 13-17.
5. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Ходакова Т.Д. Методы и средства снижения шума и вибрации в текстильной промышленности // Безопасность жизнедеятельности. - 2004, № 11. С. 10-15.
6. Кочетов О.С. Расчет аэродинамических глушителей шума. Журнал «Безопасность труда в промышленности», № 9, 2013, стр. 60-63.
7. Кочетов О.С. Реактивный глушитель шума промышленного пылесоса. / Патент РФ № 2305779, Б.И. № 25 от 10.09.2007г.
8.Кочетов О.С. Камерный глушитель шума промышленного пылесоса. / Патент РФ № 2305783, Б.И. № 25 от 10.09.2007г.
9. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Кочетов С.С., Кочетов С.С. Реактивный глушитель шума промышленного пылесоса. // Патент РФ на изобретение № 2305779. Опубликовано 10.09.2007. Бюллетень изобретений № 25.
10. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Кочетов С.С., Кочетов С.С. Камерный глушитель шума промышленного пылесоса. // Патент РФ на изобретение № 2305783. Опубликовано 10.09.2007. Бюллетень изобретений № 25.
11. Кочетов О.С. Аэродинамический глушитель шума выпуска Кочетова. // Патент РФ на изобретение № 2389884. Опубликовано 20.05.10. Бюллетень изобретений № 14.
12. Кочетов О.С. Аэродинамический глушитель шума Кочетова. // Патент РФ на изобретение № 2412360. Опубликовано 20.02.11. Бюллетень изобретений № 5.
