Устройство для отделения волновой энергии звуковой частоты от движущейся среды

 

. сс..

1 I .б 1

НИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

О П

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 57á 972

К ПАТЕНТУ (6l) Дополнительный к патенту — . (22) Заявлено 26,04.73 (21) 19105! 8/08 (23) Приоритет — (32) 28.04.72 (51) М. Кл! F 01 м 1/10

Государственный комктет

Совета Мкннстров СССР оо делам кзобретенкй к открыткй (31) 248676 (33) США (43} Опубликовано 15.10.77. Бюллетень № 88 (53) УДК 621 43.065 (088.8) (45) Дата опубликования описания 21.11.77

Иностранец

Ричард Е. Ван Дурен (США) (?2) Автор изобретения

Иностранная фирма

" Дональдзон Кампэни, ИнкГ (США) (71) Заявитель (54) . УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ВОЛНОВОЙ ЭНЕРГИИ

ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ ОТ ДВИЖУЩЕЙСЯ СРЕДЫ

Изобретение относится к устройствам уменьшения шума, сопутствующего движущейся текущей среде, например газу, в трубопроводе или канале.

Известны устройства для глушения шума в выхлопных каналах двигателей, включающие канал для прохождения среды и поглощающую камеру, полость которой сообщена с упомянутым каналом (1 j, Известны также акустические ответвители (2),(31.

Недостатком таких устройств является недостаточная эффективность отделения энергии.

С целью повышения эффекптвности отделения энергии в устройстве для отделения волновой энергии звуковой частоты от движущейся среды, включающем канал для прохождения среды и поглощающую камеру, полость которой сообщена с каналом, канал и поглощающая камера выполнены с общей смежной стенкой, а связь между каналом и поглощающей камерой выполнена в виде, по меньшей мере, двух отверстий в смежной стенке, толщина которой принята в пределах 6-10мм, а расстояние между отверстиями равно нечетному кратному одной четверти длины волны переносимой средой энергии.

На фиг. 1 схематически изображен симметрич2 ный двухэлементный направленный акустический ответвитель, вид сбоку в разрезе; на фиг.2— поперечный разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 — система ослабления выхлопных шумов двигателя, использующая ответвитель в 0 децибел; на фиг. 4 — простой ответвнтель в 3 децибел, предназначенный для применения в качестве шумоотражающего прибора; на фиг. 5 — ответвитель в 0 децибел, предназначенный для использования в качестве шумоотражающего прибора.

На фиг. 1 изображен основной вариант акустического направленного ответвителя, применяемого в различных системах, описываемых ниже.

Ответвитель 1 содержит первый трубчатый элемент или канал 2 с впускным отверстием 3 и выпускным отверстием 4, установленный в основном параллельно второму трубчатому элементу или каналу 5 с противоположными открытыми отверстиями 6 и 7. Поперечные сечения каналов 2 и 5 могут иметь разные формы. Если каналы 2 я 5 одинаковы по форме, то это симметричный ответвнтель. Каналы 2 и 5 соединены на определенном расстоянии общей сравнительно тонкой стенкой 8,оснащенной, по меньшей мере, одной парой элементов связи 9 и 10. Общая стенка 8 (см.

576972

3 фиг. 2) может быть выполнена относительно плоской в целях образования достаточного пространства для элементов связи 9 и 10. Необходимость этого условия зависит от размеров элементов связи.

В выполненном согласно данному изобретению глушителе выхлопных шумов двигателя каналы 2 и 5 могут представлять собой тонкостенные стальные трубки, сваренные двумя сторонами друг с другом и cd стенкой 8, образуя таким образом двойную стенку. В предпочтительном варианте 10 элементы связи 9 и 10 — отверстия в стенке 8. Если этого допускает технология, элементы связи могут представлять собой покрьпые мембранами отверствия. Под действием звуковой энергии мембраны вибрируют, перенося тем самым энергию из одного канала в другой.

Если отверстие 3 ответвителя 1сообщается с выхлопным отверстием двигателя илн другим прибором или устройством, где выход газа сопутствует шумообразной звуковой энергии, выхлопные газы беспрепятственно проходят через канал 2.

Основное количество газов будет выходить через отверстие 4. Однако, если элементы связи 9 и 10 являются отверстиями, то некоторое количество выхлопных газов будет поступать кверху через эти отверстия в канал 5, если одно из них или оба открыты.

В основном, однако, канал 2 должен быть выполнен пригодным для оФносительно свободного прохождения потока выхлопных газов.

Ответвитель, изображенный на фиг. 1, в cocm янин переносить звуковую энергию из одного канала в другой,не задерживая потока текущей среды и поглощая лишь небольшое количество переносимой энергии.

Перенос энергии осуществляется установлением элементов связи 9 и 10 вдоль пути распространения волн. Элементы связи могут быть выполнены для переноса любого количества энергии (от нуля до полного значения) из одного канала в другой. В описываемых ниже системах ответвители 1 обычно,@ переносят либо,ноловину энергии, либо всю энергию.,Выраженные в децибелах. данные связи равняются отрицательным величинам звуковой энергии у отверстия 7 относительно величины энергии волны у отверстия З.в децибелах, Значение 0 децибел указывает на полный перенос энергии из одного канала в другой; а значение 3 децибел — на перенос половины энергии, Таким образом, если ответвитель 1 (см.фиг. 1) был выполнен в качестве ответвителя на 0 децибел (для особой частоты или особого диапазона частот), вся звуковая энергия этого диапазона частот переносилась бы из канала 2 в канал 5 без существенного задержания свободного потока выхлопных газов через канал 2. В беэупречной1 системе через отверстие 4 не выходило бы 66 никаких звуковых волн заданного диапазона частот, "Направленность" ответвителя означает, что в идеальном случае, если волю приходит к отверстию 3, то от отверстия 3 к вспомогательном отверстию 6 не может переноситься энергия. 69

Вся звуковая энергия выходит через отверстия 4 и7, причем в количествах. зависящих от степени связи. Целесообразно, чтобы акустический направленный ответвитель имел у входа отверстия 6 низкий уровень энергии, а у отверстия 3 низкий звукоотражающий коэффициент. Соотношение уровня связанной энергии у отверстия 7 к таковому у отверстия 6 в децибелах считается направленностью ответвителя. Для симметричных ответвителей высокая направленность эквивалентю низкому эвукоотражающему коэффициенту на входе. Высокой направленности внутри полосы частот достигают посредством установления отверстий связи на расстоянии одной четверти длины волны от средней частоты. Прн создании ответвителей для описываемых в данном изобретении систем целесообразно предусматривать возможность переноса ответвителем энергии звукового диапазона частот, На фиг. 3 изображен вариант глушителя с впускным отверстием 3 канала 11, сообщающимся с выхлопным отверстием двигателя, Выхлопные газы беспрепятственно проходит по каналу 11 из, отверстия 7. Шумы в пределах заданного диапазона частот переносятся в камеру 12 (соответствует каналу 5) через множество элементов связи (отверстия 13) в. общей стенке между каналом 11 и камерой 12. В этом варианте отверстия 13 предназначены для переноса полной энергии (О децибел) в пределах относительно широкого диапазона частот.

При создании акустических ответвителей для применения в звукозаглушающих системах согласно данному изобретеш ю заранее выбираются размер. и форма каналов, а также средняя частота полосы частот, подлежащих заглушению, Это каса ется и температуры заглушаемого газа. Элементы связи предварительно устанавливаются на расстоякш нечетного кратного одной четверти длины волн от средней частоты. Число элементов связи, начиная от двух и выше, определяется длиной, стоимостью и степенью усовершенствования варианта. Затем следует определить коэффициенты связи и, тем самым, размеры элементов связи. Общая величина элементов связи определяет степень связи, то-есть значение ответвителя в децибелах — 0 или 3 децибел и т.д. При определении величины отдельных элементов связи, их относительной величины друг к другу, следует уделять большое внимание достижению высокой направленности и низкому входному звукоотражающему коэффициенту. И случае применения ответвителей, оборудованных больше, чем двумя элементами связи, величина последних сужается от середины к общим концам. При этом большие отверстия находятся в середине в целях предупреждекия резкой связи, вследствие чего понижается отражение, Фактически подбор величины элементов связи и соют. ношение велип ны последних диктуется нижеподписанными принцш ами и приведенной далее системой электромагнитной связи.

576972

В качестве примера используют ответвитель в

0 децибел для кольцевых каналов при частоте 1000 гц, Окружающая температура равна 800 по

Фаренгейту. Ответвитель, изображенный на фиг. 3, имеет восемь отверстий связи 13, однако их может быть предусмотрено любое число, начиная от двух и выше.

Камера 12 оснащена звукопоглощающим материалом 14 (например фибергласом) для поглощения перенесенного сюда шума. Концы камеры 12 (соответствующие отверстиям 6 и 7) закрыты. В этом фильтре типа поглотителя звуковая энергия переносится в боковой проход или боковую камеру, где она может быть поглощена без задержания потока текучей среды через канал 11.

Несколько поглощающих фильтров, приведенных на фиг. 3, каждый из которых предназначен для особой частоты, могут быть последовательно включены в целях эффективного применения ответвителя в более широком диапазоне частот, Ряд фильтров такого типа может быть соединен последовательно, причем каждый фильтр применяется для относительно узкой полосы частот, тем самым ответвитель применяется для общего сравнительно широкого диапазона частот, не задерживая поток выхлопных газов по каналу 11. В случае, изображенном на фиг. 3, поглощающий фильтр также может быть подключен в целях применения в комбинации со стандартной системой глушителей, Поглощающий фильтр низкого отражения (см. фиг. 3) обладает преимуществом осуществления процесса поглощения вне двигателя и вне потока выхлопных газов. Это допускает достижение максимальных звукоотражающих коэффициентов отражающих устройств и приборов таких, как обыкновенные глушители, независимо от их расположения в выхлопной системе, поскольку поглощающий фильтр находится между отражающим устройством и двигателем, Следует указать на. полезное свойство симметричных акустических ответвителей, типа приведенного на фиг. 1. При выходе волны из отверстия 7 последняя запаздывает по фазе на 90 относительно волны, выходящей из отверстия 4. Таким образом, в симметричном ответвителе в 3 децибел, где половина энергии перенесена в канал 5, выходящая из отверстия 7 звуковая энергия на 90 смещена относительно фазы остающейся звуковой знерпы, выходящей из отверстия 4. Таким образом, с пиметричный акустический ответвитель можно применять в качестве фазовращателя.

Фазовращающие возможности акуспиеского ответвителя могут использоваться для ослабления шумов путем погашения.

Другой вариант звукоглушащей системы с применением акустического ответвителя изображен на фиг. 4. Этот тип глушителя относится к задерживающим полосовым фильтрам. В акустическом ответвителе выхлопные газы или шум, как и в предьщущих вариантах, входят через отверстие 3. В 0

50 задерживающем полосовом фильтре этого типа отверстия 4 и 7 сообщаются изогнутым каналом 15, допускающим свободное движение газов и звуковых волн между отверстиями 4 и 7. Отверстие 6 остается открытым для выхода выхлопных газов.

Выхлопные газы поступают в виде однородного потока через отверстие 3, отверстие 4, канал 15, отверстие 7 и отверстие 6. Звуковые волны, поступающие через отверстие 3, отражаются прн помощи задерживающего полосового фильтра (cM. фиг, 3) обратно к источнику, Оба числа (1. О) у отверстия 3 означают звуковые волны с некоторой амплитудой, поступающие на фильтр и через него, что является, случаем идеального отражения. Число (0.0) у отверстия 6 означает, что внутри расчетной полосы частот из отверстия 6 вообще не выходит звуковой энергии.

На фиг. 4 изображен ответвитель в 3 децибел в задерживающем полосовом фильтре. Два отвегвнтеля в 3 децибел, соединенных концами, образуют составной ответвитель в 0 децибел. Если каналы ответвителей в 3 децибел перекрещиваются, соединяя отверстие 4 первого ответвителя с отверстием 6 второго и т.д., то вся энергия составного ответвителя появляется у отверстия 4. В таком случае, поскольку отверстия 7 и 4 первого ответвителя взаимно соединены, вся звуковая энергия выходит через отверстие 3 (отражение от отверстия 4 составного поперечносвязанного ответвителя) .

Таким образом, при соединении отверстий 4 и 7 симметричного ответвителя в 3 децибел получают отражающее задерживающее полосовое фильтрующее устройство. На практике это означает, что вся энергия отражается обратно к источнику, где она постепенно рассеивается в виде тепла. Преимуществом этого задерживающего полосового фильтрующего приспособления является то, что поток выхлопных газов из двигателя может проходить по прямому каналу без прохождения, через устройство связи, Данное решение уменьшает потери мощности двигателя, вызываемые нежелательным перепадом давления.

На фиг. 5 изображен ответвитель в Одецибел, применяемый в качестве задерживающего полосового фильтра. В этом случае все отверстия з исключением блокированного отверстия 7 открыты. Поскольку ответвитель рассчин на 0 децибел, звуковая энергия, входящая через отверстие 3, полностью переносится к отверстию 7. От блокированного отверстия 7 энергия отражается и полностью переносится в обратном направлении к отверстию 3, где она снова полностью переносится или же отражается к источнику. Этот задерживающий полосовой. фильтр позволяет применение прямого (отверстие 3 — отверстие 4) канала 15 для выхлопных газов при почти полном отсутствии обратного давления, даже в сравнении с задержи. вающим полосовым фильтром в 3 децибел. Единственным требованием является боль я длина, необходимая для ответвителя в 0 децибел.

576972

Таким образом направленности достигают расположением элементов связи на расстоянии одной четверти волны друг от друга. Более высокой направленности, можно достичь расположением элементов на расстоянии нечетных кратных одной четверти длины волны, то есть промежуток между элементами связи может равняться одной четверти длины волны или любому нечетному кратному этой величины. Расстояние в три четверти может оказаться необходим при направленной связи высокочастот.Ной звуковой энергии. В случае высоких частот распо. Ложение элементов на расстоянии одной четверти длины воли может оказаться слишком малым для эффективной направленной связи. Понятие "нечетного кратного", применяемое в предлагаемом изобретении, включает четверть длины волны, а также 3, 5, 7, чет вертей и т.д.

Формула изобретения

Устройство для отделения волновой энергии звуковой частоты от движущейся среды, включающее канал для прохождения среды и поглощающую камеру, полость которой сообщена с каналом, о т л н ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности отделения энергии, канал и поглощающая камера выполнены с общей смежной стенкой, а связь между каналом и поглощающей камерой выполнена в виде, по меньшей мере, двух отверстий в смежной стенке, толщина которой принята в пределах

6-10 мм, а расстояние между отверстиями равно нечетному кратному одной четверти длины волны переносимой средой энергии.

Источники информашки,. принятые во внимание при экспертизе!

1. Авторское свидетельство Х" 178934, кл. F 04 D 29/66, 1965.

2. " the Journal of the @yustical Society of

America" 1970, т. 47, с, 202 (CIIIA)

3. " journal Sounnd Vibration" 1971, т. 15/3. с. 367-372, США. /

576972

Составитель В, Лношко

Техред H Андрейчук

3Ьдактор Н. Лрнстова

Корректор С. Яиаловз

Закат 2962/704

Филиал ППП "Патент", r, Ужтород, ул. Проектнаа, 4

Тираж 682 Подписное

ЦНИИПИ Государсп ениого комитета Совета Министров СССР по дщам июбретений н открьпнй

14 3035, Москва, Ж-35, Раушскаа наб„д. 4/5