7.10. Глушители шума
Назначение глушителей – препятствовать распространению шума через трубопроводы, воздуховоды, каналы, всякого рода технологические и смотровые отверстия и т. п.
Глушители являются обязательной составной частью установок с двигателями внутреннего сгорания, газотурбинными и пневматическими двигателями, вентиляторных и компрессорных установок, аэродинамических устройств и т. п. Различают глушители со звукопоглощающим материалом (активные или диссипативные) и без звукопоглощающего материала (реактивные). Глушители без звукопоглощающего материала применяют преимущественно в поршневых машинах, пневматических и ротационных двигателях и двигателях внутреннего сгорания. В остальных случаях наиболее эффективно применение глушителей с звукопоглощающим материалом. Схемы некоторых конструкций глушителей приведены на рис. 7.8.
Рис. 7.8. Схемы глушителей
Реактивный глушитель (рис. 7.8, а) состоит из впускного 1 и выпускного 7 патрубков, корпуса 2, соединительных трубок 4, перегородок 5, диафрагм 6. Корпус и глухие перегородки образуют камеры 3. Действие реактивного глушителя основано на том, что сужения и расширения внутреннего сечения глушителя вызывают отражение звуковых волн обратно к источнику. Кроме того, повышенное гидравлическое сопротивление в местах поворота потока, диафрагмах и т. п. вызывает необратимые потери энергии в колеблющейся массе газа, протекающего через глушитель.
Стрелками на схемах показано направление потока, звук может распространяться как в этом же, так и в противоположном направлениях.
Простейшим активным глушителем является трубчатый (рис. 7.8, б). В корпусе 2, образованном расширением трубопровода, располагается звукопоглощающий пористый материал 10. От выдувания его защищают перфорированной трубой 8 и защитным слоем 9. В качестве звукопоглощающего материала чаще всего используют минеральную или стеклянную вату, а в качестве защитного слоя — стеклоткань.
Перфорированная труба (с площадью отверстий более 19 % общей площади трубы и их диаметром от 2 до 8 мм) обычно имеет сечение, одинаковое с трубопроводом.
Звуковые волны в трубчатом глушителе вследствие дифракции попадают в поглощающий слой, а постоянный поток воздуха или газа беспрепятственно проходит в прямом направлении. Затухание звука определяется частотой звука, длиной глушителя l, диаметром трубы d, толщиной звукопоглотителя а и свойствами звукопоглощающего материала. При правильно подобранных параметрах глушителя величина затухания на один калибр ΔL·d/l составляет в среднем 2 дБ и может доходить до 6 дБ.
В каналах больших размеров (d > 500 мм) устраивают пластинчатые глушители (рис. 7.8, в). В этих глушителях параллельными рядами устанавливают звукопоглощающие стенки (пластины) 10, которые могут иметь такую же конструкцию, как в трубчатых глушителях, либо выкладываться из пористых бетонных блоков (глушители вентиляционных установок метрополитенов, тоннелей и других объектов).
Чем ниже частота звука, тем больше должна быть толщина звукопоглощающих пластин. Максимум поглощения достигается при толщине крайних пластин а = λ/10 (λ – длина звуковой волны в воздухе) и толщине средних пластин, в 2 раза большей. Затухание в пластинчатых глушителях составляет в среднем ΔL·d/l = 1—3 дБ/калибр.
Равномерной характеристикой звукопоглощения в широкой полосе частот обладают камерные глушители (рис. 7.8, г). Они состоят из ряда последовательно расположенных камер 3, облицованных звукопоглотителем 10. Затухание в одной камере составляет 8—12 дБ.
В каналах крупных аэродинамических установок с горячими газами применяют цилиндрические глушители (рис. 7.8, д), состоящие из звукопоглощающих цилиндров 11, свободно подвешенных в вертикальном канале при помощи тяг 12. Количество цилиндров, их шаг, длину и число рядов, определяют расчетом на основе опытных данных. В качестве поглотителя в цилиндрических глушителях применяют огнеупорную минеральную крошку, а перфорированный лист или сетку делают из жаропрочного материала.