Расчет реактивной части комбинированных аэродинамических глушителей шума Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ НАУЧНОЙ РАБОТЫ

РАСЧЕТ РЕАКТИВНОЙ ЧАСТИ КОМБИНИРОВАННЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ГЛУШИТЕЛЕЙ ШУМА

Кочетов Олег Савельевич, Московский технологический университет, г. Москва

E-mail: [email protected]

Аннотация. В работе приведен расчет реактивной части комбинированного глушителя шума и результаты исследований акустических • характеристик комбинированных аэродинамических глушителей шума, используемых в промышленных пылесосах.

Ключевые слова: источник шума, звуковая энергия, глушитель аэродинамического шума, акустические характеристики.

Актуальность работы заключается в том, что при эксплуатации промышленных пылесосов наблюдается превышение уровней шума, регламентированных санитарными нормами. Для проведения предпроектных изысканий использовался ориентировочный метод измерения шумовых характеристик в инструментальном цехе Рижского завода текстильного оборудования. 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 -три. Расчет шумовых характеристик пылесоса НПП-2 проводился согласно ОСТ 27-72-218-85 [1,с.100; 2,с.18; 3,с.109; 4,с.23].

Остановимся на расчете и 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, равной:

f = nz/60 =(11200 12)/60 = 2240 Гц,

ВЕСТНИК НАУКИ И ТВОРЧЕСТВА

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 длины волн, звуковое поле в ней приобретает диффузный характер. Условие диффузности звука в объеме выражается неравенством [5,с.62]

с

7 ^ (1)

где с =340 м/сек - скорость звука в воздухе;

-к'Вк'Нк

• Ук = ^/Бк'Нк = 0,42'0,12'0Д46 = 7,4'10-3 - объем камеры в м3.

Тогда для нашего случая частота, с которой начинается диффузность звука в камере определится так:

340

/ > , = 1789,5 Гц

У 7,4 х 10"3

Для диапазона частот 1789,5...8000 Гц , потери звуковой мощности в камере глушителя со звукопоглощающей облицовкой из пенополиуретана можно представить следующим образом

М = 101ё

С о \

1 +

ч Fo у

(2)

где Sk ,ак - площадь внутренних поверхностей камеры и коэффициент их звукопоглощения; F0 - площадь выходного отверстия в камере.

Рис. 1 Расчетная схема многокамерного аэродинамического • глушителя шума с обработкой внутренних полостей

звукопоглотителем толщиной 10 мм

Подсчитаем потери звуковой мощности для полос со среднегеометрическими частотами 2000 Гц(ак=0,85); 4000 Гц(ак=0,8); 8000 Гц (ак=0,75).

М?ппп = 1012

1 +

= 1012

1 +

0,85 х 0,24 0,012

= 12,5 дБ; = 12,3 дБ; А£ятп = 12 дБ.

Таким образом, в результате проведенных расчетов получено, что эффективность камерного глушителя в диапазоне высоких частот 2000...8000 Гц, когда звуковое поле в объеме камеры приобретает диффузный характер, составляет 12...12,5 дБ.

Для снижения шума в низкочастотной области 250...1000 Гц служит реактивная часть камерного глушителя шума. Этот глушитель пропускает звук ниже граничной частоты £р (для нашего случая выберем £р=295 Гц), препятствуя распространению колебаний звуковых волн, частота которых превышает граничную [6, 10].0бычно в таких расчетах выбирают граничную частоту пропускания шума, а затем рассчитывают объем камеры глушителя шума, исходя из габаритных размеров пылесоса по формуле

п

ВЕСТНИК НАУКИ И ТВОРЧЕСТВА

УК = 2 . ,2 (3)

4п 1тр1 г р

где с - скорость звука в воздухе (340 м/с);

S = pdвх /4 - площадь проходного сечения трубопровода;

dвх - диаметр трубопровода, соединяющего вентилятор с глушителем;

1тр - длина участков трубопровода соответственно до и после камеры, м.

с25 3402 х 6,6 х 103 _ _

V = —--— =--—--- = 7,4 х 103 м3

к 4ж21 /2гр 4 х 3,142 х 0,03 х 2952 ,

Теперь подсчитаем эффективность снижения уровня шума однокамерным глушителем для полосы частот со среднегеометрической частотой 500 Гц по формуле [6, 11]

М = 10^1 + 0,25(т - ш~1)2 вт2 кЬк ]

= 1018

1 + 0,25(2,65 - 2,65-1)2 вт2(

2 х 3,14 х 500

340

■ х 0,42)

= 2 дБ.

(4)

"2

где т = F2 ^ = (0,146 0,12)/6,6 10- = 2,65 - отношение сечения камеры к сечению трубопровода, к = 2р^с - волновое число.

В качестве вариантов были испытаны серийно устанавливаемые на пылесосе типа НПП-2 многокамерные реактивные глушители, и вновь разработанные [6,с.8; 7,с.19; 8,с.14]. Многокамерный реактивный глушитель (рис.1) 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

ВЕСТНИК НАУКИ И ТВОРЧЕСТВА

наблюдалось превышение УЗД в высокочастотной области 4000...8000 Гц и составляло порядка 6...9 дБ.

Расчетная эффективность камерного глушителя шума для нашего случая оказалась небольшой (всего 2 дБ). Это связано с тем, что степень расширения т = 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 возрастании степени расширения т. Так, при т = 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.2). 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 соосного расположения входного и выходного отверстий одного диаметра.

ВЕСТНИК НАУКИ И ТВОРЧЕСТВА

Пылесос Т-1

2 J к- 1 1 i 1 I I ?

па \ \ \ 1 к — -1 1 1 1 ^Nj

■ S 1 . а „ " 1 ^ «i Í ^^^^^ Ч L | i

| ¡

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Частота, Гц

Рис. 2 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 настройкой резонансной части глушителя была выбрана частота fp = 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

ВЕСТНИК НАУКИ И ТВОРЧЕСТВА

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.3).

Выводы:

Результаты проведенных испытаний подтвердили основные положения методики и выбранных расчетных схем и показали, что общая эффективность комбинированного глушителя шума на выходе составляет в полосе частот 2508000 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. Разработанные средства модернизации серийного глушителя для пылесоса НПП-

2, выполненные с использованием элементов звукопоглощения, позволили повысить его эффективность в высокочастотной области на 8-12 дБ.

Литература:

1. Кочетов О.С. Расчет акустических характеристик промышленного пылесоса для ткацкого производства. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - 2001. - №2. - С. 99-104.

2. А.С. СССР № 1567184. Пылесос // Семов А.Д., Кочетов О.С., Церлюк М.Б. Опубликовано. Бюллетень изобретений № 20, от 27.10.1990 г.

3. Кочетов О.С. Методика расчета шума в производственных помещениях текстильных предприятий. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - 1997. - № 2. - С. 106-111.

4. Кочетов О.С. Расчет малошумной системы вентиляции. Безопасность труда в промышленности. - 2010. - №1. - С. 22-25.

5. Кочетов О.С. Расчет аэродинамических глушителей шума. Безопасность труда в промышленности. - 2013. - №9. - С. 60-63.

6. Кочетов О.С. Аэродинамический глушитель шума выпуска Кочетова. Патент РФ на изобретение №2389884. Опубликовано 20.05.10. Бюллетень изобретений №14.

7. Кочетов О.С. Аэродинамический глушитель шума Кочетова. - Патент РФ на изобретение №2412360. Опубликовано 20.02.11. Бюллетень изобретений №5.

8. Кочетов О.С. Аэродинамический глушитель. Патент РФ на изобретение №2411370. Опубликовано 10.02.11. Бюллетень изобретений №4.