Расчет характеристик звукопоглощающей конструкции

Для снижения шума силовых установок часто применяются локально-реагирующие облицовки. Обычно они состоят из перфорированного листа или тонкого слоя пористого материала с сотовой подложкой. Этот пакет прилегает к твердой стенке канала. Однослойная звукопоглощающая конструкция представляется как набор резонаторов Гельмгольца.

Резонатор характеризуется диаметром отверстий, коэффициентом перфорации (отношением суммарной площади отверстий ко всей площади панели), толщиной перфорированной панели, глубиной воздушной полости резонатора, поперечным размером сотовой ячейки.

Принцип работы полуволнового акустического гасителя колебаний основан на отражении звуковой волны и интерференции набегающей и отраженной волны.

Схема полуволнового гасителя

Скорость распространения звука в газовой среде определяется по формуле

где k – показатель адиабаты (для воздуха k = 1,4, для продуктов сгорания k = 1,3...1,33); R – газовая постоянная; T – температура газовой среды, К.

Длина гасителя выбирается таким образом, чтобы отражение от задней стенки гасителя происходило в противофазе. Это условие выполняется, если l = /2, где  – длина акустической волны. При известной частоте колебаний f длина гасителя определяется по формуле:

L = c /2π f.

Для проектирования ЗПК с перфорацией и сотовыми резонаторами по расчету шума определяется спектр шума в канале на всасывании и выхлопе, по которому определяются номера наиболее интенсивных составляющих и их частоты.

Выполняется схема проточной части ГТД и определяются условия размещения ЗПК и длины их секций в долях калибра. Для наружного контура ГТД с размещением ЗПК за вентилятором по периферии и втулке

,

где и – возможная длина размещения ЗПК в канале наружного контура; – средняя высота канала наружного контура.

ЗПК, размещенные в наружном контуре, снижают только шум, распространяющийся из выхлопного канала.

Определяется эквивалентная длина двухстороннего размещения ЗПК в воздухозаборном канале

.

ЗПК, размещенные во входном канале, снижают только шум, распространяющийся на всасывании.

По частотам и определяются эквивалентные частоты и .

Далее порядок расчета ЗПК для входного и выходного каналов одинаков (индекс «П» или «З» опущен).

Определяется коэффициент влияния скорости на эффективность ЗПК:

при ; при более 0,6; .

Определяется оптимальная толщина слоя ЗПК и оптимальная степень перфорации листа ЗПК:

, мм, , проценты,

где – частота в кГц; – 288 К; – температура в канале, К.

Процент перфорации и диаметры отверстий защитных перфорированных покрытий должны соответствовать требованиям, указанным в таблице

Процент перфорации	Диаметр отверстий, мм, не более
10	0,7
15	1,5
20	3
25	5
30	6

Определяется величина акустической эффективности ЗПК в зависимости от толщины ЗПК

, дБ, где – в мм.

Определяется коэффициент влияния длины ЗПК в канале

.

Определяется поправочный коэффициент влияния суммарного уровня шума:

при менее 120 дБ,

при более 120 дБ.

Определяется коэффициент влияния отклонения величины центральной частоты 1/3-октавной полосы, содержащей частоту :

при , при менее .

Определяется спектр эффективности ЗПК:

.

Таким образом, определены спектры эффективности ЗПК на всасывании и на выхлопе .

Матрица шума вентилятора на всасывании с учетом ЗПК имеет вид:

,

Внутреннее покрытие каналов

Покрытие внутренней поверхности каналов звукопоглощающим материалом позволяет добиться значительного снижения уровня шума. В таблице в качестве примера даны показатели снижения шума в дБ/погонный м в воздуховодах при их покрытии звукопоглощающим материалом.

Показатели приведены в диапазонах 250, 500 и 1000 Гц, на которые приходится наибольшая вероятность появления шума при работе ГТУ. При проектировании звукоизолирующих покрытий необходимо иметь в виду, что на некоторых видах звукопоглощающего материала могут образовываться грибки, появляться мох и т.д., а при использовании стекловаты может происходить отслоение волокон. Поэтому выбор звукоизоляционного материала должен осуществляться с учетом названных факторов и/или должна производиться их соответствующая обработка (например, можно использовать материал, имеющий эластичную защитную пленку).

Снижение шума в воздуховодах прямоугольной формы, выполненных из стального листа и покрытых внутри звукопоглощающим материалом толщиной 25 мм (32 кг/м²).

Внутренние габариты, мм	Частота 250 Гц	Частота 500 Гц	Частота 1000 Гц
100 х 150	10	19,6	40
100 х 300	8	15,5	31,5
150 х 250	6	12,5	31,5
150 х 450	5	10,5	21
200 х 300	5	10	19,5
200 х 400	4	9	17,5
250 х 400	4	7	15
250 х 750	3	6	12,5
300 х 450	3	6	13
300 х 900	2,5	5	10,5
380 х 560	2,5	5	10,5
380 х 1150	2	4	8

При гашении шумов на низких частотах применяют пористые звукопоглощающие материалы с малой удельной плотностью (рыхлые), для гашения шумов в высокочастотном диапазоне – с большой удельной плотностью. Наиболее дешевым материалом является стекловата, но при работе двигателя через некоторое время волокна ваты начинают вымываться через перфорацию, попадают в проточную часть двигателя и на рабочие лопатки компрессора. Более дорогие, но менее опасные материалы изготавливают на основе базальтовых волокон.

Многослойный звукоизолирующий стеклохолст Вибростек-V300. Он применяется при в качестве звукоизолирующей подложки, а также в качестве виброизолирующих прокладок при монтаже каркасных звукоизолирующих конструкций.

Упругие свойства материалов пористо-волокнистого типа, к числу которых относится звукоизолирующая подложка Вибростек-V300, обеспечиваются физическими свойствами самих волокон материала. Это определяет значительно более стабильное поведение материала под статическими и динамическими нагрузками и сохранение заявленных акустических свойств в течение длительного времени. Отличительные особенности материала – высокая эффективность при малой толщине, стабильность характеристик под воздействием статических и динамических нагрузок, долговечность. Поверхностная плотность материала – 300 г/м², динамический модуль упругости Е_д = 0,18 МПа при нагрузке 2 кПа, 0,35 МПа при нагрузке 5 кПа.

Изоляция шума материалом Вибростек-V300

Акустические испытания выполнены лабораторией акустических измерений НИИСФ РААСН г. Москва
Частота, Гц	100	125	160	200	250	320	400	500
Снижение приведенного уровня шума ΔLn	5,2	7,2	7,0	6,4	10,5	15,0	17,1	23,6
Частота, Гц	630	800	1000	1250	1600	2000	2500	3200
Снижение приведенного уровня шума ΔLn	31,9	39,0	48,6	57,2	61,5	62,6	63,9	65,7