Звукопоглощающее проточно-канальное устройство
Устройство предназначено для глушения шума в проточных каналах. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство образует, по меньшей мере, два проточных канала, содержащих впускное отверстие и выпускное отверстие. Проточные каналы, по меньшей мере, частично ограничены тремя рассеивающими акустическую энергию стенками, образованными пакетом из первого, второго и третьего листов, образующих между собой проточные каналы, каждый из указанных первого, второго и третьего листов снабжен, по меньшей мере, одним выступом и/или углублением, причем указанный выступ частично входит в углубление так, что выпускное отверстие проточного канала нельзя увидеть через впускное отверстие и наоборот. Технический результат - дополнительное рассеяние звуковой энергии. 16 з.п. ф-лы, 20 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к звукопоглощающему проточно-канальному устройству, характеризующемуся, по меньшей мере, одним проточным каналом.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Традиционно шумоглушители или звукопоглощающие устройства применяются для ослабления нежелательных звуков в трубах, по которым протекает воздух. Такой шумоглушитель или звукопоглощающее устройство обычно проектируется как дополнительный элемент, который устанавливается в каком-либо месте трубы. Шумоглушители могут быть активного и реактивного типов.
Шумоглушитель сугубо реактивного типа ослабляет звук только за счет разности геометрических размеров трубы и может рассматриваться как отражатель, а не как рассеивающий энергию глушитель.
Активный глушитель часто содержит активные материалы, такие как прессованные стекловата или минеральная вата, пенопласты или полиэфирные волокна, в качестве энергопоглощающего материала. Таким образом, помещение поглощающего материала в виде звукопоглощающих экранов или облицовок боковых стенок в текущий поток является наиболее эффективным путем ослабления звука, поскольку звук существует в потоке. Однако это неизбежно приведет к нежелательным явлениям, таким как падение давления, возникновение шума вследствие турбулентности и уменьшение объемного расхода.
Чтобы избежать падения давления в трубе активного глушителя или уменьшить это падение, можно поместить облицовки стенок снаружи основной трубы, для чего трубу следует частично перфорировать, чтобы звук рассеивался в пористом материале, а также следует установить воздухонепроницаемую стенку за поглощающим материалом, чтобы избежать потери давления и утечки воздуха. Однако недостатком такого решения является то, что для него требуется наличие пространства снаружи воздуховода, а такое пространство может быть ограниченным или отсутствующим во многих случаях применения.
Другие решения включают звукопоглощающий экран из звукопоглощающего материала, помещенный в трубу, по которому проходит поток, или лопасть, помещенную в трубу для уменьшения турбулентности. Такие лопасти часто устанавливаются в изгибах трубы.
В WO 02/089110 раскрыта конструкция глушителя, в которой используются микроперфорированные облицовки на стенках или звукопоглощающие экраны в один или несколько слоев без использования волокнистых поглощающих материалов. Воздушный поток проходит параллельно поверхности с использованием неподвижного воздуха внутри облицовки или экрана в качестве нелокально реагирующего поглотителя. Недостатком данного решения является то, что объем за облицовками или экранами не принимает участия в качестве проточной трубы и лишь уменьшает площадь поперечного сечения потока.
В GB 1536164 описано звукоизолирующее устройство, в котором используются наклонные лопасти в прямой трубе для того, чтобы направлять воздушный поток и звуковое поле. Лопасти образуют множество проточных каналов, распределенных как в поперечном, так и в продольном направлениях трубы.
Звуковое поле направляется так, что звуковые волны взаимодействуют с множеством лопастей, которые покрыты пористым материалом, так что волны теряют энергию при каждом взаимодействии. С точки зрения акустики, лопасти являются в основном отражателями. Однако из-за угла наклона лопастей и большой толщины лопастей и поглощающих слоев лопасти вызовут уменьшение поперечного сечения потока. Кроме того, изгиб потока до зигзагообразной формы приведет к падению давления.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является обеспечение звукопоглощающего проточно-канального устройства, которое позволяет получить эффективное звукопоглощение с одновременным сведением до минимума падения давления потока текучей среды, проходящей через это устройство.
Другой целью настоящего изобретения является обеспечение звукопоглощающего проточно-канального устройства, которое позволяет получить эффективное звукопоглощение с одновременным сведением до минимума падения давления потока текучей среды, проходящей через это устройство, при сохранении малых размеров устройства.
Другой целью настоящего изобретения является обеспечение звукопоглощающего проточно-канального устройства, которое позволяет получить эффективное звукопоглощение с одновременным сведением до минимума падения давления потока текучей среды, проходящей через это устройство, при исключении или сведении к минимуму уменьшения поперечного сечения потока.
Эти цели достигаются с помощью проточно-канального звукоглушителя, образующего, по меньшей мере, один проточный канал, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, причем проточный канал, по меньшей мере, частично разделен, по меньшей мере, одной стенкой, рассеивающей акустическую энергию, вследствие чего выпускное отверстие проточного канала нельзя увидеть через впускное отверстие и наоборот.
Данное устройство будет поглощать звуковые волны в протекающей текучей среде с минимальным возмущающим воздействием на сам поток текучей среды, т.е. с минимальным падением давления. Причина состоит в том, что, поскольку выпускное отверстие проточного канала нельзя увидеть через впускное отверстие и наоборот, обеспечивается принудительное взаимодействие звуковых волн, по меньшей мере, с одной стенкой, рассеивающей акустическую энергию, при пропускании самого потока текучей среды. Таким образом, настоящее изобретение обеспечит отклонение звука таким образом, что он будет вынужден "отскакивать" в проточном канале и терять энергию при каждом столкновении. Изобретение в терминах акустики выражается в том, что стенка, рассеивающая акустическую энергию, имеет акустическое сопротивление, которое соответствует величине примерно в 0,1-10 раз, предпочтительно в 0,5-5 раз и наиболее предпочтительно в 1-3 раза больше волнового сопротивления протекающей текучей среды. В изобретении используются различия при взаимодействии, присущие свойствам материала стенки, в отношении поля течения и акустического поля.
Следует отметить, что изобретение применимо ко многим типам потоков текучей среды как газовых, например воздушный поток, так и жидкостных, например поток воды в водопроводных трубах и поток гидравлической жидкости.
Другими частными типами потоков текучей среды, к которым применимо изобретение, являются потоки пара и потоки газообразных продуктов горения. Частными примерами применения являются вентиляционные каналы, каналы для сжатого воздуха, выхлопные трубы, трубы для гидравлической жидкости и водоводы.
Предпочтительно стенка, рассеивающая акустическую энергию, имеет гладкую кривизну внутри проточного канала. Гладкая кривизна будет предотвращать отделение потока текучей среды от стенки, а это будет способствовать еще большему уменьшению падения давления.
Предпочтительно, как можно видеть, например, на фиг.1, 2 и 3, которые описываются ниже, звукопоглощающее проточно-канальное устройство содержит две рассеивающие акустическую энергию стенки, сформированные первым и вторым листами, образующими между собой проточный канал, причем каждый из указанных листов снабжен, по меньшей мере, одним выступом и/или углублением. Таким образом, указанные выступ и/или углубление могут быть расположены так, что выпускное отверстие проточного канала нельзя видеть через впускное отверстие и наоборот. Это означает, что звуковые волны будут воздействовать на выступ и/или углубление, и таким образом листы будут поглощать звуковые волны, но обеспечат прохождение потока текучей среды.
Следует отметить, что приведенные в приложенных чертежах примеры не ограничивают объем изобретения, который вместо этого определяется пунктами формулы изобретения.
Предпочтительно, чтобы выступ и/или углубление были расположены так, чтобы площадь поперечного сечения проточного канала являлась по существу постоянной. Тем самым падение давления еще больше снижается. Это достигается тем, что выступ на одном из листов располагают так, что он частично входит в углубление в параллельном листе, и обеспечивают поверхности выступа и углубления с соответствующими формами. В особом случае удлиненной формы поперечного сечения проточного канала ширина последнего предпочтительно постоянна.
Предпочтительно, как можно видеть, например, на фиг.20, которая описана ниже, звукопоглощающее проточно-канальное устройство содержит дополнительную рассеивающую акустическую энергию стенку, сформированную третьим листом, который вместе с указанным вторым листом образует второй проточный канал, причем указанный третий лист снабжен, по меньшей мере, одним выступом и/или одним углублением. Таким образом, указанные выступ и/или углубление могут быть расположены так, что выпускное отверстие второго проточного канала нельзя увидеть через впускное отверстие второго проточного канала и наоборот. В результате этого поток текучей среды в трубопроводе может быть разделен на множество отдельных потоков текучей среды, а размер выступа и/или углубления может быть сохранен относительно малым, но при этом тем не менее обеспечиваются особенности, заключающиеся в том, что выпускное отверстие проточных каналов нельзя увидеть через впускное отверстие проточных каналов и наоборот.
Предпочтительно указанные выступ и/или углубление располагаются так, что площадь поперечного сечения второго проточного канала по существу постоянна.
Предпочтительно, как можно видеть, например, на фиг.1, 2, которые описаны ниже, указанный выступ содержит гребень, а указанное углубление содержит впадину, причем указанные гребень и впадина расположены так, что площадь поперечного сечения проточного канала является по существу постоянной.
В одном примере осуществления настоящего изобретения, приведенном на фиг.1, описание которого приведено ниже, гребень и впадина являются по существу прямыми и простираются по существу в поперечном направлении по отношению к направлению проточного канала. В качестве альтернативы, как показано в примере, приведенном на фиг.3, описание которого дано ниже, как гребень, так и впадина образуют замкнутую петлю. Следовательно, гребень и впадина могут быть круговыми. В качестве другого примера, показанного на фиг.2 и описанного ниже, как гребень, так и впадина имеют спиральную форму.
В другом примере осуществления, приведенном на фиг.4, описание которого приведено ниже, указанный выступ содержит выпуклость, а указанное углубление содержит выемку, причем указанные выпуклость и выемка расположены так, что площадь поперечного сечения проточного канала является по существу постоянной.
Предпочтительно, как приведено на фиг.5 и 6, описание которых дано ниже, звукопоглощающее проточно-канальное устройство содержит, по меньшей мере, одну направляющую стенку, ориентированную под углом к ориентации первого и второго листов, чтобы направлять поток текучей среды в плоскости, параллельной первому и второму листам. Таким образом, по меньшей мере, одна направляющая стенка может быть ориентирована перпендикулярно первому и второму листам или под другим углом к последним.
Предпочтительно, как приведено на фиг.7, описание которой дано ниже, каждый из, по меньшей мере, двух листов снабжен, по меньшей мере, одним отверстием, вследствие чего отверстия в смежных листах смещены в направлении, параллельном листам, так что поток текучей среды принудительно является параллельным листам при прохождении от отверстия в одном из листов к отверстию в смежном листе.
В других примерах осуществления, приведенных на фиг.8, 9 и 10, описание которых дано ниже, звукопоглощающее проточно-канальное устройство содержит трубку, вследствие чего, по меньшей мере, одна из рассеивающих акустическую энергию стенок образует, по меньшей мере, один разделитель, обеспечивающий множество проточных каналов в трубке, причем, по меньшей мере, одна из стенок, рассеивающих акустическую энергию, закручена. Кроме того, незакрученная наружная стенка или стенки трубки могут обеспечиваться как стенки, рассеивающие акустическую энергию.
В других примерах осуществления, приведенных на фиг.11 и 12, описание которых дано ниже, стенка, рассеивающая акустическую энергию, свернута в рулон, вследствие чего, по меньшей мере, один проточный канал образуется между соседними витками стенки, рассеивающей акустическую энергию.
В других примерах осуществления, приведенных на фиг.15, описание которых дано ниже, звукопоглощающее проточно-канальное устройство содержит изогнутую трубку, образованную, по меньшей мере, частично, по меньшей мере, одной стенкой, рассеивающей акустическую энергию.
Как будет также объяснено в подробном описании ниже, стенка, рассеивающая акустическую энергию, может быть обеспечена несколькими путями. По меньшей мере, одна из стенок, рассеивающих акустическую энергию, может обеспечиваться как пористая стенка, выполненная из пористого материала, обладающего высоким сопротивлением потока, например из войлока или стекловолокна, или как фильтровальная бумага, или с множеством микроперфораций. В качестве альтернативы или в сочетании с вышеуказанным, по меньшей мере, одна из стенок, рассеивающих акустическую энергию, может содержать лист с поглощающим слоем.
Вместо того чтобы быть снабженной поглощающим слоем, по меньшей мере, одна из стенок, рассеивающих акустическую энергию, может быть выполнена из материала, имеющего существенно высокий коэффициент потерь при вибрации, такого как пластмасса, в частности ЭВА (этиленвинилацетат - примеч. перевод.), акрилы или силикон. Такая стенка может иметь микроотверстия. Последние обеспечивают, кроме поглощения за счет акустического сопротивления, эффект увеличения коэффициента потерь при вибрации стенки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже будут подробно описаны примеры осуществления настоящего изобретения с помощью чертежей, на которых:
- фиг.1 представляет собой общий вид поперечного разреза части звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно одному примеру осуществления изобретения;
- фиг.2 представляет собой общий вид поперечного разреза части звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно другому примеру осуществления изобретения;
- фиг.3 представляет собой общий вид поперечного разреза части звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно следующему примеру осуществления изобретения;
- фиг.4 представляет собой общий вид поперечного разреза части звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно еще одному примеру осуществления изобретения;
- фиг.5 представляет собой общий вид звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно следующему примеру осуществления изобретения;
- фиг.6 представляет собой вид в плане частей устройства, показанного на фиг.5;
- фиг.7 представляет собой схематический вид поперечного разреза звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно еще одному примеру осуществления настоящего изобретения;
- фиг.8 представляет собой общий вид звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно другому примеру осуществления изобретения;
- фиг.9 представляет собой вид с торца звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно другому примеру осуществления изобретения;
- фиг.10 представляет собой вид сбоку части звукопоглощающего проточно-канального устройства, показанного на фиг.9;
- фиг.11 представляет собой общий вид звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно следующему примеру осуществления изобретения;
- фиг.12 представляет собой вид поперечного разреза с секцией, ориентированной, как показано линиями VI-VI на фиг.11;
- фиг.13 и 14 представляют собой поперечные разрезы звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно еще одним примерам осуществления изобретения;
- фиг.15 представляет собой общий вид звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно альтернативному примеру осуществления изобретения;
- фиг.16 представляет собой общий вид звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно следующему альтернативному примеру осуществления изобретения;
- фиг.17 представляет собой вид в плане детали звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно одному примеру осуществления изобретения;
фиг.18 представляет собой вид поперечного разреза детали звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно другому примеру осуществления изобретения;
- фиг.19 показывает схематично проточные каналы в примере осуществления, показанном на фиг.11 и 12, и
- фиг.20 показывает схематично проточные каналы в следующем примере осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На фиг.1 приведен общий вид поперечного разреза части звукопоглощающего проточно-канального устройства 1 согласно одному примеру осуществления изобретения. Устройство 1 образует проточный канал 2, имеющий впускное отверстие 3 и выпускное отверстие 4. Направление потока текучей среды указано стрелками А. Проточный канал 2 частично ограничен двумя рассеивающими акустическую энергию стенками 5 и 6. Проточный канал может быть ограничен еще двумя не показанными на фиг.1 стенками, ориентированными перпендикулярно рассеивающим акустическую энергию стенкам 5 и 6.
Две рассеивающие акустическую энергию стенки 5 и 6 сформированы первым листом 5 и вторым листом 6, образующими между собой проточный канал 2. Каждый из указанных листов 5 и 6 снабжен множеством выступов 7 и углублений 8. Выступы 7 и углубления 8 расположены так, что выпускное отверстие 4 проточного канала 2 нельзя увидеть через впускное отверстие 3 и наоборот.
Каждый выступ 7 образует гребень 7, а каждое углубление 8 образует впадину 8. Гребни 7 и впадины 8 являются по существу прямыми и простираются по существу в поперечном направлении по отношению к направлению проточного канала 2.
Кроме того, гребни 7 и впадины 8 расположены так, что площадь поперечного сечения проточного канала 2 является по существу постоянной. Таким образом, гребень 7 на одном из листов 5 входит частично во впадину 8 в параллельном листе 6, причем впадина 8 расположена напротив гребня 7, а поверхности гребня 7 и впадины 8 имеют соответствующие формы. В этом примере гребни и впадины обеспечивают синусоидальную форму листам 5 и 6, вследствие чего фазовый сдвиг синусоид одинаков для двух листов 5 и 6. Иными словами, листы 5 и 6 расположены так, чтобы они входили один в другой за счет того, что расстояние между листами 5 и 6 меньше, чем амплитуда синусоид. Таким образом, выпускное отверстие 4 проточного канала 2 нельзя увидеть через впускное отверстие 3 и наоборот. Звуковые волны в проточном канале 2 будут воздействовать на поверхности гребней 7/впадин 8 и, таким образом, будут поглощаться. Кроме того, синусоидальные волны обеспечивают рассеивающим акустическую энергию стенкам 5 и 6 плавную кривизну, что сводит к минимуму риск отделения потока текучей среды от поверхностей канала, и поэтому падение давления поддерживается на минимальном уровне.
Листы 5 и 6 могут быть вставлены в качестве гасителей звука в трубу с потоком текучей среды или в качестве альтернативы сами образуют такую трубу. В предыдущем случае листы 5 и 6 предпочтительно являются тонкими. Предпочтительно толщина находится в пределах 0,001-3 мм, а более предпочтительно - в пределах 0,01-1 мм. Листы могут быть выполнены из микроперфорированных металлических или пластмассовых листов, медной или латунной фольги, ткани из полимерных волокон, металлических волокон, текстильных волокон, стекловолокна или минеральной ваты, нетканого материала из полимера, например полиэстера или полипропилена, полиамида, полиэтилена, целлюлозы/бумаги, или тканого материала из металла. Там, где это подходит, эти материалы используются с подходящим связующим веществом.
Преимущественно используется металл, пластмассовая пленка или бумага с высоким коэффициентом затухания. Подходящими способами изготовления могут быть термоформование, прессование, формование с добавлением связующего вещества, повышающего твердость, спекание или способы, использующие сушильные сетки. Качество рассеяния акустической энергии листов 5 и 6 будет обеспечено, как описано несколько ниже. Небольшая толщина позволит свести к минимуму уменьшение поперечного сечения потока.
На фиг.1 показаны только два листа 5 и 6, однако, в качестве альтернативы, могут быть обеспечены три и более листов способом, который описан выше. В частности, дополнительная рассеивающая акустическую энергию стенка может быть обеспечена и сформирована третьим листом, образующим вместе с указанным вторым листом 6 второй проточный канал (не показан), параллельный проточному каналу 2. Указанный третий лист может быть сформирован аналогично листам 5 и 6, которые показаны на фиг.1, и расположен относительно второго листа 6 подобно расположению второго листа 6 относительно первого листа 5.
На фиг.2 приведен общий вид поперечного разреза части звукопоглощающего проточно-канального устройства 1 согласно другому примеру осуществления изобретения. Он аналогичен примеру осуществления изобретения, описанному со ссылкой на фиг.1. Таким образом, устройство 1 образует проточный канал 2, имеющий впускное отверстие 3 и выпускное отверстие 4. Направление потока текучей среды указано стрелками А. Проточный канал 2 частично ограничен стенками 5 и 6, рассеивающими акустическую энергию.
Две рассеивающие акустическую энергию стенки 5 и 6 сформированы первым листом 5 и вторым листом 6, которые образуют между собой проточный канал 2. Каждый из указанных листов 5 и 6 снабжен выступом 7 и углублением 8. Выступ 7 образует гребень 7, а углубление 8 образует впадину 8, при этом каждый из них имеет спиральную форму.
Аналогично примеру осуществления изобретения, описанному выше, гребни 7 и впадины 8 расположены так, что площадь поперечного сечения проточного канала 2 является по существу постоянной. Таким образом, гребень 7 на первом листе 5 частично входит во впадину 8 второго листа 6, причем впадина 8 располагается напротив гребня 7, и поверхности гребня 7 и впадины 8 имеют соответствующие формы. В этом примере, как видно на поперечном разрезе, ориентированном по центру спирали, гребни и впадины обеспечивают синусоидальную форму листам 5 и 6, вследствие чего фазовый сдвиг синусоид одинаков для двух листов 5 и 6. Иными словами, листы 5 и 6 расположены так, чтобы входить один в другой за счет того, что расстояние между листами 5 и 6 меньше, чем амплитуда синусоид. Таким образом, выпускное отверстие 4 проточного канала 2 нельзя увидеть через впускное отверстие 3 и наоборот.
В качестве альтернативы спиральной формы, приведенной на фиг.2, гребни и впадины могут быть обеспечены так, чтобы каждый из них образовывал замкнутую петлю. Таким образом, они могут иметь круговую, эллиптическую или какую-либо другую форму замкнутой петли.
На фиг.3 приведен пример осуществления изобретения с такими замкнутыми петлями. В частности, на фиг.3 приведен общий вид поперечного разреза части звукопоглощающего проточно-канального устройства 1 согласно следующему примеру осуществления изобретения. Он аналогичен примеру осуществления изобретения, описанному со ссылкой на фиг.2, и соответствующие части имеют те же соответствующие номера позиций.
На фиг.3 две рассеивающие акустическую энергию стенки 5 и 6 сформированы первым листом 5 и вторым листом 6, образующими между собой проточный канал 2. Каждый из указанных листов 5 и 6 снабжен множеством выступов 7 и углублений 8. Выступы 7 образуют гребни 7, а углубления 8 образуют впадины 8, причем каждый из них имеет круговую форму.
Аналогично примерам осуществления изобретения, описанным выше, гребни 7 и впадины 8 расположены так, что площадь поперечного сечения проточного канала 2 является по существу постоянной. Таким образом, гребни 7 на первом листе 5 частично входят в соответствующие впадины 8 второго листа 6, причем впадины 8 располагаются напротив соответствующих гребней 7, и поверхности гребней 7 и впадин 8 имеют соответствующую форму. Как видно из поперечного разреза, ориентированного по центру окружностей, гребни и впадины обеспечивают синусоидальную форму листов 5 и 6, вследствие чего фазовый сдвиг синусоид одинаков для двух листов 5 и 6. Иными словами, листы 5 и 6 расположены так, чтобы входить один в другой за счет того, что расстояние между листами 5 и 6 меньше, чем амплитуда синусоид.
Пример осуществления настоящего изобретения, приведенный на фиг.3, обладает тем преимуществом, что устройство можно очень легко изготовить, используя легкодоступные листы.
На фиг.4 приведен общий вид поперечного разреза части звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно другому примеру осуществления изобретения. Он аналогичен примерам осуществления изобретения, описанным со ссылкой на фиг.1 и 2. Таким образом, устройство 1 образует проточный канал 2, имеющий впускное отверстие 3 и выпускное отверстие 4. Направление потока текучей среды указано стрелками А. Проточный канал 2 частично ограничен двумя рассеивающими акустическую энергию стенками 5 и 6.
Две рассеивающие акустическую энергию стенки 5 и 6 сформированы первым листом 5 и вторым листом 6, образующими между собой проточный канал 2. Каждый из указанных листов 5 и 6 снабжен множеством выступов 7 и углублений 8, как видно изнутри канала 2. Каждый выступ 7 содержит выпуклость 7, а указанное углубление 8 содержит выемку 8, причем указанные выпуклость 7 и выемка 8 расположены так, что площадь поперечного сечения проточного канала 2 является по существу постоянной.
Аналогично примерам осуществления изобретения, описанным выше, выпуклости 7 и выемки 8 расположены так, что площадь поперечного сечения проточного канала 2 является по существу постоянной. Таким образом, выпуклость 7 на первом листе 5 частично входит в выемку 8 второго листа 6, причем выемка 8 расположена против выпуклости 7, и поверхности выпуклости 7 и выемки 8 имеют соответствующие формы. В этом примере, как видно на поперечном разрезе, выпуклости 7 и выемки 8 обеспечивают синусоидальную форму листам 5 и 6, вследствие чего фазовый сдвиг синусоид одинаков для двух листов 5 и 6. Иными словами, листы 5 и 6 расположены так, чтобы входить один в другой, причем расстояние между листами 5 и 6 меньше, чем амплитуда синусоид. Таким образом, выпускное отверстие 4 проточного канала 2 нельзя увидеть через впускное отверстие 3 и наоборот.
На фиг.4 выпуклости расположены относительно друг друга по прямоугольной схеме, однако, в качестве альтернативы, они могут образовывать шестиугольники. Независимо от того, снабжено ли устройство выпуклостями, располагающимися по прямоугольной или шестиугольной схеме, такой пример осуществления настоящего изобретения обладает тем преимуществом, что устройство можно изготовить очень легко, используя легкодоступные листы.
На фиг.5 приведен общий вид звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно следующему примеру осуществления изобретения. Устройство 1 образует два проточных канала, имеющих впускное отверстие 3 и выпускное отверстие 4. Каждый проточный канал частично ограничен двумя рассеивающими акустическую энергию стенками 5.
Таким образом, устройство, приведенное на фиг.5, содержит три рассеивающие акустическую энергию стенки 5, сформированные листами 5, образующими между собой проточные каналы. Как и в примере осуществления изобретения, приведенном на фиг.4, каждый из листов 5 снабжен множеством выступов 7 и углублений 8, как видно изнутри проточных каналов, в соответствии с чем каждый выступ 7 содержит выпуклость 7, а указанное углубление 8 содержит выемку 8. Таким образом, выпуклость 7 на одном из листов 5 частично входит в выемку 8 другого листа 5, причем выемка 8 расположена напротив выпуклости 7, и поверхности выпуклости 7 и выемки 8 имеют соответствующие формы.
Звукопоглощающее проточно-канальное устройство содержит направляющие стенки 51, ориентированные под углом к общей ориентации имеющих впадины и выпуклости листов 5, которые в этом случае перпендикулярны ориентации последних. Направляющие стенки 51 проходят через весь пакет имеющих впадины и выпуклости листов 5. На фиг.6 можно видеть, как направляющие стенки 51 принуждают поток протекать по пути через звукопоглощающее проточно-канальное устройство. Можно сказать, что пример осуществления изобретения, приведенный на фиг.5 и 6, обеспечивает второе измерение потока текучей среды.
Такие направляющие стенки 51 могут также применяться совместно с листами, имеющими форму, как показано на фиг.1, 2. Однако листы 5, показанные на фиг.5, обладают особым преимуществом при использовании вместе с такими направляющими стенками 51, поскольку они вынуждают протекающую текучую среду перемещаться вверх и вниз, независимо от горизонтального направления потока.
Как можно видеть на фиг.5, одни направляющие стенки 51 расположены по краям устройства, а еще одна проходит через пакет листов 5 на расстоянии от краев устройства. В любом случае при изготовлении устройства направляющие стенки 51 могут быть легко объединены с пакетом листов 5. Направляющая стенка 51, предназначенная для прохождения через пакет листов 5 на расстоянии от краев устройства, может быть включена просто путем фрезерования пазов в листах 5, вставки направляющей стенки 51 в пазы и прикрепления ее к листам 5, например, сваркой.
На фиг.7 приведен схематический вид поперечного разреза звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно еще одному примеру осуществления изобретения. Устройство образует множество проточных каналов, содержащих ряд впускных отверстий 3 и выпускных отверстий 4. Проточные каналы частично ограничены тремя рассеивающими акустическую энергию стенками 5, которые сформированы листами 5, образующими между собой проточные каналы. Листы 5, выполненные с выступами 7 и углублениями 8, могут быть, например, типов, которые показаны на фиг.1, 2 или 3.
Листы 5 имеют отверстия 52, вследствие чего отверстия в смежных листах смещены в направлении, параллельном листам 5. Таким образом, поток текучей среды вынужден протекать параллельно листам между проходными последовательными отверстиями 52 в пакете листов. Можно сказать, что пример осуществления изобретения, приведенный на фиг.7, обеспечивает третье измерение потока текучей среды. По выбору он может использоваться совместно с направляющими стенками 51, как показано на фиг.5.
На фиг.8 приведен общий вид звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно другому примеру осуществления изобретения. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство 1 включает трубку 101, а четыре рассеивающие акустическую энергию стенки 5 образуют разделители, обеспечивающие четыре проточных канала 2 в трубке 101. Каждый проточный канал 2 имеет впускное отверстие 3 и выпускное отверстие 4. Как можно видеть на фиг.8, трубка 101 закручена и рассеивающие акустическую энергию стенки 5 также закручены. Таким образом, выпускное отверстие 4 проточного канала 2 нельзя увидеть через впускное отверстие 3 и наоборот. Звуковые волны в проточных каналах 2 будут воздействовать на поверхности рассеивающих акустическую энергию стенок 5 и в силу этого будут поглощаться. Кроме того, закручивание обеспечивает рассеивающим акустическую энергию стенкам 5 гладкую кривизну, что сводит к минимуму риск отделения потока текучей среды от поверхностей канала, и поэтому падение давления поддерживается на минимальном уровне.
На фиг.9 приведен вид с торца звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно еще одному примеру осуществления изобретения. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство 1 включает круглую трубку 101, а рассеивающая акустическую энергию стенка 5 формирует разделитель, обеспечивающий два проточных канала 2 в трубке 101. На фиг.10 приведен вид сбоку стенки 5 и можно видеть, что она закручена. Таким образом, выпускное отверстие любого из проточных каналов 2 нельзя увидеть через его впускное отверстие. В силу этого звуковые волны будут поглощаться, а падение давления будет поддерживаться на минимальном уровне по той же причине, которая указана выше в связи с фиг.8.
В качестве альтернативы стенка 5 в примере осуществления изобретения, приведенном на фиг.9 и 10, гофрирована и очень напоминает спираль, которая обычно используется для украшения рождественских елок. Это обеспечит простоту изготовления звукопоглощающего проточно-канального устройства.
На фиг.11 и 12 показано звукопоглощающее проточно-канальное устройство 1 согласно следующему примеру осуществления настоящего изобретения. Устройство 1 содержит рассеивающую акустическую энергию стенку 5, которая свернута в рулон, вследствие чего проточный канал 2 образуется между соседними витками стенки 5, рассеивающей акустическую энергию.
Каждый торец свернутой в рулон стенки 5, рассеивающей акустическую энергию, снабжен торцевыми стенками 102 и 103. Проточный канал 2 имеет два впускных отверстия 3 в каждой из торцевых стенок. В качестве альтернативы он может иметь более одного впускного отверстия в каждой торцевой стенке. В качестве другой альтернативы проточный канал 2 имеет одно или более впускных отверстий 3 только в одной из торцевых стенок. Выпускное отверстие 4 проточного канала обеспечивается наружным концом свернутой в рулон стенки 5, рассеивающей акустическую энергию. Рулонная конфигурация стенки 5, рассеивающей акустическую энергию, приводит к тому, что выпускное отверстие 4 проточного канала 2 нельзя увидеть через впускные отверстия 3 и наоборот. Поэтому звуковые волны в проточных каналах 2 будут воздействовать на поверхности рассеивающих акустическую энергию стенок 5 и в силу этого будут поглощаться. Кроме того, рулон обеспечивает рассеивающей акустическую энергию стенке 5 плавную кривизну, которая сводит к минимуму риск отделения потока текучей среды от поверхностей канала, и поэтому падение давления поддерживается на минимальном уровне.
На фиг.13 приведен поперечный разрез звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно еще одному примеру осуществления изобретения. Устройство 1 включает две рассеивающие акустическую энергию стенки 5, которые свернуты в рулон и расположены так, что образованные рулоны переплетаются. Тем самым между соседними витками стенок 5, рассеивающих акустическую энергию, образуется проточный канал 2.
На фиг.14 приведен поперечный разрез звукопоглощающего проточно-канального устройства согласно другому примеру осуществления настоящего изобретения. Это устройство аналогично устройству, показанному на фиг.13, и отличается тем, что имеет сплющенную форму, что делает его удобным для использования там, где пространство ограничено.
На фиг.15 приведен общий вид звукопоглощающего проточно-канального устройства 1 согласно альтернативному примеру осуществления изобретения. Устройство включает изогнутую трубку 101, образованную рассеивающей акустическую энергию стенкой 5. Трубка 101 образует проточный канал 2, который имеет впускное отверстие 3 и выпускное отверстие 4. Поскольку трубка изогнута, выпускное отверстие 4 проточного канала 2 нельзя увидеть через впускное отверстие 3 и наоборот. Поэтому звуковые волны в проточном канале 2 будут воздействовать на внутреннюю поверхность рассеивающей акустическую энергию стенки 5, и тем самым будут поглощаться. Кроме того, изгиб обеспечивает рассеивающей акустическую энергию стенке 5 плавную кривизну, которая сводит к минимуму риск отделения потока текучей среды от поверхностей канала, и поэтому падение давления поддерживается на минимальном уровне. Следует отметить, что стенка 5 трубки 101 по существу на всем своем пути проходит через центр С винтовой линии, образованной трубкой. Таким образом, обеспечивается устройство, эффективное с точки зрения занимаемого пространства.
На фиг.16 приведен общий вид звукопоглощающего проточно-канального устройства 1 согласно следующей альтернативе изобретения. Устройство 1 расположено так, чтобы оно представляло собой проточный канал, имеющий впускное отверстие 3 и выпускное отверстие 4, причем проточный канал 2 ограничен стенками 5, рассеивающими акустическую энергию. В силу этого проточный канал имеет спирально-винтовую форму, так что по мере подъема ее радиус уменьшается.
Как указано выше, стенка, рассеивающая акустическую энергию, может быть снабжена множеством микроперфораций. Они могут иметь любую подходящую форму, например форму цилиндрических микроотверстий или микрощелей, как описано в EP 0876539 B1 и показано на фиг.17. Микроотверстия или микрощели можно получить любым подходящим способом, таким как лазерная резка, резка отделочным резцом с большим углом наклона или сверлением. В качестве альтернативы стенка, рассеивающая акустическую энергию, может содержать лист, изготовленный, как описано выше со ссылкой на фиг.1, вследствие чего лист обеспечивается поглощающим слоем, который будет создавать эффект гашения вибрации для тонких листов. В качестве следующей альтернативы, показанной на фиг.18, стенка, рассеивающая акустическую энергию, может содержать поглощающий слой 104, расположенный между двумя листами 105, который иногда называется МПМ-листом (металл-пластик-металл). Вместо этого стенка, рассеивающая акустическую энергию, может быть обеспечена в виде так называемого РПР-листа (резина-пластик-резина).
Предпочтительно звукопоглощающее проточно-канальное устройство согласно изобретению расположено так, чтобы оно обеспечивало максимальное рассеяние звуковой энергии посредством множества процессов рассеяния, приводящих к тепловым потерям, таких как:
а) поглощение за счет акустического сопротивления;
б) мембранное поглощение (обусловленное массой возбуждение с потерями при вибрации);
в) поглощение при совпадении (потери при вибрации);
г) потери при упругой деформации.
Поглощение за счет акустического сопротивления может быть обеспечено пористыми материалами, такими как нетканые материалы или листы с микроотверстиями, как описано выше, или микроперфорированной стенкой, как описано выше со ссылкой на фиг.17.
Мембранное поглощение заключается в отклонении волн в зависимости от массы и жесткости стенки. В любом примере осуществления изобретения, в котором смежные проточные каналы разделены стенкой, рассеивающей акустическую энергию (см. например фиг.8, 9, 10, 11 и 12), предпочтительно, чтобы такая стенка 5 была тонкой, и более предпочтительно, чтобы ее толщина была в пределах 0,01-1 мм. Это улучшит глушение звука посредством мембранного поглощения. На фиг.19 схематично показана форма проточного канала, представленная примером осуществления изобретения, приведенным на фиг.11 и 12. Фиг.20 иллюстрирует поток, протекающий через проточные каналы, образованные стенками, имеющими форму, которая показана выше на фиг.1. На фиг.19 и 20 направление потока указано стрелками. Линии 111, которые перпендикулярны направлению потока, изображают зоны высокого давления при распространении звуковых волн, а зоны низкого давления указаны позицией 112. Можно видеть, что некоторые зоны высокого давления 111 возникнут рядом с зонами низкого давления 112 в смежном проточном канале. Поскольку разделительная стенка 5 тонкая, она будет деформироваться из-за этих перепадов давлений, и это приведет к уменьшению энергии звуковых волн.
Поглощение при совпадении является резонансным явлением, которое зависит от собственной длины волны стенки. Пластмассы обладают тем преимуществом, что они имеют высокий коэффициент потерь при вибрации и вследствие этого обеспечивают высокое поглощение звуковой энергии при совпадении. Предпочтительно коэффициент потерь материала стенки 5 при вибрации равен не менее 0,1.
Кроме обеспечения мембранного поглощения тонкая стенка 5 обладает тем преимуществом, что она занимает очень мало места и не уменьшает значительно площадь поперечного сечения потока. Тонкая стенка 5 может быть выполнена из металлических или пластмассовых листов, алюминиевой, медной или латунной фольги, ткани из полимерных волокон, металлических волокон, текстильных волокон, стекловолокна или минеральной ваты, нетканого материала из полимера, целлюлозы/бумаги или тканого материала из металла.
Потери при упругой деформации зависят от уровня деформаций, происходящих в плоскости стенки. Для повышения этого уровня потерь предпочтительно, чтобы стенка была тонкой, как описано выше, и чтобы использовался упругий материал, такой как резина или мягкий пластичный материал.
1. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство, образующее, по меньшей мере, два проточных канала (2) и содержащее впускное отверстие (3) и выпускное отверстие (4), при этом проточные каналы (2), по меньшей мере, частично ограничены тремя рассеивающими акустическую энергию стенками (5, 6), образованными пакетом из первого, второго и третьего листов (5, 6), образующих между собой проточные каналы (2), каждый из указанных первого, второго и третьего листов (5, 6) снабжен, по меньшей мере, одним выступом (7) и/или углублением (8), причем указанный выступ частично входит в углубление, так что выпускное отверстие (4) проточного канала (2) нельзя увидеть через впускное отверстие (3) и наоборот.
2. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство по п.1, в котором каждая из рассеивающих акустическую энергию стенка (5, 6) имеет плавную кривизну внутри проточных каналов (2).
3. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство по п.1 или 2, в котором указанный выступ (7) и/или углубление (8) расположены так, что площадь поперечного сечения каждого из проточных каналов (2) является, по существу, постоянной.
4. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство по п.1, в котором указанный выступ (7) содержит гребень, а указанное углубление (8) содержит впадину, причем указанные гребень и впадина расположены так, что площадь поперечного сечения проточного канала (2) является, по существу, постоянной.
5. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство по п.4, в котором гребень и впадина являются, по существу, прямыми и простираются, по существу, в поперечном направлении относительно направления проточных каналов (2).
6. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство по п.4, в котором как гребень, так и впадина образуют замкнутую петлю.
7. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство по п.6, в котором гребень и впадина являются круговыми.
8. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство по п.4, в котором как гребень, так и впадина имеют спиральную форму.
9. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство по п.1, в котором указанный выступ (7) содержит выпуклость, а указанное углубление содержит выемку, причем выпуклость и выемка расположены так, что площадь поперечного сечения проточного канала (2) является, по существу, постоянной.
10. Звукопоглощающее проточное-канальное устройство по п.1, содержащее, по меньшей мере, одну направляющую стенку (51), ориентированную под углом к ориентации первого, второго и третьего листов (5, 6), чтобы направлять поток текучей среды в плоскости, параллельной первому, второму и третьему листам (5, 6).
11. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство по п.1, в котором каждый из трех листов (5) выполнен, по меньшей мере, с одним отверстием (52), вследствие чего отверстия в смежных листах смещены в направлении, параллельном листам (5), так что поток текучей среды принудительно протекает параллельно листам при прохождении от отверстия в одном из листов к отверстию в смежном листе.
12. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство по п.1 или 2, в котором, по меньшей мере, одна из рассеивающих акустическую энергию стенок (5, 6) снабжена множеством микроперфораций.
13. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство по п.1 или 2, в котором, по меньшей мере, одна из рассеивающих акустическую энергию стенок (5, 6) содержит лист с поглощающим слоем.
14. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство по п.1 или 2, в котором, по меньшей мере, одна из рассеивающих акустическую энергию стенок (5, 6) содержит поглощающий слой между двумя листами.
15. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство по п.1 или 2, в котором толщина, по меньшей мере, одной из рассеивающих акустическую энергию стенок (5, 6) находится в пределах 0,001-3 мм, предпочтительно в пределах 0,01-1 мм.
16. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство по п.1 или 2, в котором, по меньшей мере, одна из рассеивающих акустическую энергию стенок имеет акустическое сопротивление, которое соответствует величине примерно в 0,1-10 раз, предпочтительно в 0,5-5 раз, а наиболее предпочтительно в 1-3 раз, больше волнового сопротивления протекающей текучей среды.
17. Звукопоглощающее проточно-канальное устройство по п.1 или 2, в котором коэффициент потерь при вибрации для материала, по меньшей мере, одной из рассеивающих акустическую энергию стенок (5, 6) равен, по меньшей мере, 0,1.
