(В
'"Oow**? I
Научные разработки и исследова
Противодавление в глушителях шума выпуска автомобилей
С.А. Айрбабамян,
доцент МГТУ «МАМИ», к.т.н., Г.И. Калабухов,
аспирант МГТУ «МАМИ»
Противодавление в глушителе шума выпуска является одной из главных нормируемых характеристик. Оно должно удовлетворять требованиям, предъявляемым к современным глушителям. Высокое противодавление сказывается на мощностных показателях и эффективности глушителя. В статье рассматривается влияние противодавления на эффективность глушителя, приводится расчет противодавления в глушителе.
Ключевые слова: эффективность, перфорация, перегородка, конструкция, глушитель.
Counter-pressure in the exhaust system's muffler of automobiles
S.A. Airbabamyan, G.I. Kalabukhov
Counter-pressure in the exhaust system's muffler is one of the main normalized characteristics. It should meet requirements shown to modern mufflers. High counter-pressure affects on power indicators, efficiency of the muffler. In article authors consider influence of counter-pressure on efficiency of the muffler, counter-pressure calculation in the muffler is resulted.
Keywords: efficiency, perforation, structure, partition, muffler.
Глушитель в системе выпуска автомобиля служит для снижения уровня звука и выполняет функцию акустического фильтра. Первые глушители представляли собой простую расширительную камеру небольшого объема (10...20 л) с прямолинейным движением газов и имели малоэффективные резонансные элементы. По мере ужесточения требований, предъявляемых к глушителям, их конструкция усложнялясь за счет включения в нее устройств, обеспечивающих многократный поворот газового потока и рациональную организацию его движения.
Современный глушитель состоит из 2.4 камер, перфорированных перегородок и трубок, объединенных в
расширительный элемент (корпус). Шумоподавление в глушителе обеспечивается расширением и сужением перетекающего потока, поворотом его на 90.360°, отражением и поглощением звука.
Перфорированные элементы в конструкции повышают эффективность в широком диапазоне звуковых частот, а поворот потока оказывает воздействие на средних и высоких частотах. Очень эффективным способом снижения шума является применение звукопоглощающего наполнения, увеличивающего свое влияние на высоких частотах. Использование резонансных элементов в глушителях довольно противоречиво: полной ясности об их воздействии в узкой полосе частот (как это описано в литературе) нет.
Все элементы, применяемые при проектировании глушителя шума, - перфорированные перегородки и трубки, расширительные камеры, устройства поворота потока, за исключением элементов звукопоглощения - увеличивают противодавление, влияние которого в глушителе различно.
При разработке глушителей шума выпуска следует находить правильное соотношение необходимого шу-моглушения и минимального противодавления. Для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) увеличение противодавления на 3.5 кПа приводит к потере проектной мощности двигателя на 2.3 %. При этом потери связаны не только с конструкцией глушителя (таблица), но и с типом двигателя (бензиновый, дизельный, с тур-бонаддувом).
Противодавление зависит от ряда факторов, главными из которых являются гидравлическое сопротивление глушителя, режим работы двигателя и волновое сопротивление системы выпуска. В свою очередь гидравлическое сопротивление зависит от режима работы двигателя, поэтому оценку противодавления и связанного с ним снижения мощности принято относить к ее номинальному значению.
При расчете противодавления за основу берут расчетную схему проектируемого глушителя и учитывают падение давления на входной и выходной трубах глушителя, а также на трубах, соединяющих его камеры. Учитываются потери давления за счет трения и на местных сопротивлениях у срезов труб
А^(къх+квых+х/Ж)ру2 (1) 2 ' где Квх и Квых - коэффициенты местного сопротивления на входе потока в трубу и на выходе из нее; Лт - коэффициент трения потока газов о стенку трубы; ёг = 4 5т / - гидравлический диаметр трубы (для трубы с круговым сечением dr =dт); /т, dт и Г - длина, внутренний диаметр и внутренний периметр трубы, м; 5т - площадь проходного сечения трубы, м2; р - плотность газов в трубе, кг/м3; V - средняя скорость движения газов в трубе, м/с.
I ,.ifffflTmTTTr„- Д|Дн4Д1<
«Транспорт на альтернативном топливе» № 5 (23) октябрь 2011 г.
учные разработки и исследования
ш
Влияние конструкции глушителя на противодавление
Глушитель и его элементы Ориентировочная эффективность, дБ Противодавление, %
Прямой трубопровод 0 100
Расширительная камера 4-6 130
Реактивно-резонансный глушитель 1-2 110
Элементы перфорации:
с перегородкой 8-9 210
без перегородки 6-7 160
Если срезы соединительных труб располагаются в камерах, то для вычисления коэффициентов Квх и Квых можно использовать формулы:
*ВЫх=МТЛк)2>
(2) (3)
где 5к - площадь сечения камеры, м2.
Для выходной трубы глушителя коэффициент местного сопротивления на выходе из нее при расчете принимается равным единице. Коэффициент трения:
к=-
1,01
при 2103 <Ке<2105, (4)
Л =
п
30*'
(7)
где п - частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1; t - тактность двигателя.
Дальнейшие вычисления параметров среды в глушителе начинают с его последнего элемента - выходной трубы глушителя, статическое давление в которой на первом этапе расчета принимают равным атмосферному.
Определяют плотность
Р = МошРЛКТ),
(8)
где Мсм - молярная масса смеси, кг/кмоль; рс - статическое давление в элементе глушителя шума, Па; К - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль-К); Т - температура газов в элементах выпускной системы, К.
Затем скорость газов в выходной трубе
У = ^м /(р ) •
Определяется скорость звука в трубе
с =
М-5
где Ре - число Рейнольдса.
Ые = ™/тр/ц. (5)
Здесь ц - динамическая вязкость газов, Па-с.
Для труб глушителей шума выпуска ДВС рекомендуется принимать Л = 0,02.
Так как скорость движения газов в камерах обычно на порядок меньше, чем в трубах, и отсутствуют резкие изменения проходного сечения, то потери давления в них незначительны и поэтому ими можно в первом приближении пренебречь.
Принимая массовый расход ОГ приблизительно равным массовому расходу Gм во входном отверстии системы впуска двигателя, рассчитывают вначале
<Л, ~ Рв^йДВсЛ ' (6)
где рв - плотность атмосферного воздуха при нормальных условиях Т=293К и рат=101325 Па, кг/м3; ДВС - рабочий объем двигателя, м3; ^ - основная частота газообмена, равная первой гармонической составляющей спектра шума выпуска, Гц.
ИуТ
м.
(9)
(10)
где у - показатель адиабаты ОГ. Число Маха находят по формуле М = у/с. (11)
Затем определяют значения К , К , Л и Ре соответс-
1 т вх вых т
твенно по формулам (2), (3), (4) и (5). Задавшись геометрическими размерами трубы и последней камеры на основе расчетной схемы, вычисляют по формуле (1) падение давления на выходной трубе Дрт и статическое давление в камере по формуле
Рк - Рит + Арт .
(12)
Определив рк, вычисляют параметры р и с по формулам (8) и (10) в камере, а также V и М по формулам (9) и (11) в ее проточной части.
Последнюю и предпоследнюю камеры обычно соединяет труба, срезы которой введены в них. Ее геометрические размеры определены на расчетной схеме. Принимают условно, что давление в соединительной трубе равно давлению в последней камере рт=рк. Затем рассчитывают р, V, с и М в трубе.
В зависимости от организации движения потока газов в камерах при входе и выходе их из трубы определяют Квх и Квых по соответствующим формулам. Определив Ре и Лт, находят по формуле (1) падение давления на соединительной трубе Дрт и статическое давление в предпоследней камере глушителя по формуле (12).
Таким образом, переходя от последующего элемента к предыдущему, вычисляют параметры среды в каждом элементе глушителя, необходимые для расчета коэффициентов их матриц передачи. Определив падение давления на каждом /-м элементе глушителя Др. (обычно на
«Транспорт на альтернативном топливе» № 5 (23) октябрь 2011 г.
m
'"»ou«**? I
Научные разработки и исследо
ва,
трубах и последовательно размещенных диссипативных элементах типа перфорированных перегородок), находят в первом приближении падение давления на глушителе или, иначе говоря, создаваемое им в выпускной системе противодавление:
il
(13)
1=1
где п - число принимаемых в расчет элементов глушителя от входной трубы до концевого отверстия выходной трубы глушителя шума выпуска двигателя.
Если рассчитанное противодавление, которое создаст на выпуске проектируемый глушитель, Дргл окажется со значительным запасом меньше допустимого Дргл доп , то повторный цикл пересчета Дргл не потребуется. В противном случае необходимо, используя данные первого цикла, выполнить повторный цикл расчета для уточнения параметров среды и, в том числе, падения давления на глушителе. Если в результате пересчета значения Дргл мало изменилось, то его следует принять в качестве ожидаемого противодавления, создаваемого проектируемым глушителем. При выполнении в итоге условия
Если условие (14) выполнено, то переходят к вычислению матриц передачи элементов глушителя и других акустических величин, используя рассчитанные параметры газовой среды.
Изложенная методика позволила разработать глушитель, который при частоте вращения на максимальной мощности двигателя (пе = 2500 мин-1) создает противодавление в выпускном коллекторе 11,6 кПа, которое ниже допустимого для дизельных двигателей (13 кПа). При этом противодавлении ожидаемое снижение максимальной мощности двигателя не превысит 2 %.
Литература
Ар™ ^Др»
(14)
можно сделать вывод о соответствии падения давления на проектируемом глушителе допустимому противодавлению.
1. Айрбабамян С.А., Бангоян Э.Г. Снижение шума автопогрузчиков // Сб. матер. Второй Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Экология и безопасность». - Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. - 120 с.
2. Айрбабамян С.А., Бангоян Э.Г. Шум дизельных автопогрузчиков и методы его снижения // Сб. статей IX Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь». - Пенза: Изд-во Пензенского университета, 2006. - 326 с.
3. Алексеев С.П., Казаков А.М., Колотилов Н.Н. Борьба с шумом и вибрацией в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1970.
4. Иванов Н.И. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом. - М.: Логос, 2008.
5. Луканин В.Н., Гуднов В.Н., Бочаров Н.Ф. Снижение шума автомобиля. - М.: Машиностроение, 1981.
6. Старобинский Р.Н. Глушители шума. В кн. «Техническая акустика транспортных машин: Справочник». / Под ред. Н.И. Иванова. - СПб.: Политехника, 1992. - С. 194-264.
Автомобильные газовые баллоны
ООО «Бапсити» является единственным производителем в: России, изготавливающим баллоны дон С У Г, сертифицированные по Международным Правилам ЕЭК ООН №67-01, На Предприятии внедрена И действует система менеджмента качества в соответствии с ГОСТ Р ИСО 9001-2006 ( ISO 9001-200В )
В настоящее время серийно и з гота впиваются:
- цилиндрические баллоны емкостью от 30 до220 л,
- тороидальные баллоны емкостью от 42 до 94 л,
- блоки цилиндрических баллонов различной емкости (спаренные баллоны).
Широкое разнообразие Типов и объемов выпускаемых баллонов позволяет оснастить ими автомобили любой марки.
ООО «Бале и? и» является эксклюзивным поставщиком баллонов на конвейер Горько веко го автозавода ГАЗ.
Тел. +7 (495) 955-43-77
Факс +7 (495) 7вЗ-В4-92
E-mail: baîc rty@balcity.ru
Сайт: www.balcity.rLi
I ..ifffflrmnTr,.-. Д|Дн4Д1<
«Транспорт на альтернативном топливе» № 5 (23) октябрь 2011 г.