Эффективность глушителя определяется не только затуханием по длине облицованного канала, но и дополнительным снижением звука на входных и выходных участках [см. выражение (3-1)]. Это дополнительное уменьшение передачи звука в области низких частот происходит, главным образом, за счет отражения на изменениях переходного сечения, а в области высоких частот — за счет рассеяния быстрозатухающих волновых мод высокою порядка.
Наиболее значительное отражение низкочастотного звука происходит при выходе газовоздуховодов небольшого размера в открытое пространство. В табл. 5-4 представлены уровни звуковой мощности, сниженные в результате отражения от конца воздуховода, выведенного в открытое пространство, в зависимости от площади проходного сечения [18].
Таблица 5.4
Значение отраженной от конца воздуховода звуковой мощности (дБ)
Площадь поперечного сечения, м2 | Среднегеометрическая частота основной полосы, Гц | |||||
63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | |
0,005 | 27 | 21 | 15 | 10 | 5 | 1 |
0,01 | 24 | 18 | 12 | 7 | 3 | 0 |
0,02 | 20 | 15 | 10 | 5 | 1 | 0 |
0,03 | 19 | 14 | 8 | 4 | 1 | 0 |
0,05 | 17 | 12 | 7 | 3 | 0 | 0 |
0,07 | 16 | 11 | 6 | 2 | 0 | 0 |
0,1 | 14 | 9 | 4 | 1 | 0 | 0 |
0,2 | 12 | 7 | 3 | 1 | 0 | 0 |
0,3 | 11 | 6 | 2 | 0 | 0 | 0 |
0,5 | 8 | 3 | 1 | 0 | 0 | 0 |
0,7 | 7 | 3 | 1 | 0 | 0 | 0 |
1 | 6 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Снижение уровней звуковой мощности для промежуточных значений площади поперечного сечения, не указанных в табл. 5-4, определяется интерполированием.
В глушителях шума обычно стремятся к плавным изменениям проходного сечения с целью создания малого гидравлического сопротивления потоку. Поэтому потери на отражение низких частот в активных глушителях шума на входе и выходе весьма невелики— обычно не более 3 дБ. В то же время поправки на снижение звука высоких частот могут достигать 10 дБ, что необходимо учитывать в расчетах акустической эффективности.
Высокочастотное добавочное поглощение зависит от отношения площади проходного сечения в одной ячейке глушителя SH4 к длине звуковой волны λ. Для трубчатых и пластинчатых глушителей с толщиной пластин 2d|=100-^200 мм концевая поправка ALK определяется по рис. 5-5 [18]. Для глушителей с большей толщиной пластин концевая поправка имеет меньшее значение, чем кривая 1 на рис. 5-5, а для более тонких пластин наибольшее значение ΔLK остается примерно равным 10 дБ, однако, наступает при более малых значениях отношения А-
По-видимому, высокочастотное добавочное поглощение за счет рассеяния волновых мод высокого порядка успевает полностью развиться При длине каналового глушителя порядка трех калибров, что и обусловливает, как было отмечено в § 3-2, экономическую эффективность использования сравнительно коротких глушителей с длиной в несколько калибров.
Рис. 5-5. Концевая поправка в активном глушителе
1 — пластинчатого типа; 2 — трубчатого типа
Рассмотрим некоторые вопросы расчета и проектирования переходных участков от газовоздуховода к глушителю. Для создания минимального гидравлического сопротивления в глушителе и исключения возможности возникновения интенсивного шумообразования в каналах скорость потока в глушителе должна быть минимальной. С другой стороны, обеспечение малой скорости потока в глушителе ведет к возрастанию габаритов и стоимости глушителя.
Обычно скорость потока в глушителях для энергооборудования, которое чувствительно к сопротивлению в газовоздушных трактах, выбирается не более 15—20 м/с. При этом эффектом генерации шума в глушителе практически можно пренебречь. Для больших скоростей потока необходимо вводить поправку на вторичное шумообразование в глушителе по методике, разработанной И. М. Пичугиным и приведенной в Ц8].
При подключении глушителя к газовоздуховоду, скорость потока в котором обычно значительно больше 20 м/с, необходимо использовать переходные участки с постепенным изменением проходного сечения — диффузоры. Для обеспечения минимальных гидравлических потерь и равномерного распределения скоростей потока по сечению следует использовать плавные диффузоры с углами расширения 6—12. Методы расчета конических, прямоугольных и пирамидальных диффузоров с оптимальными углами расширения изложены в работе [7].
При больших требуемых степенях расширения применение диффузоров с малыми углами расширения становится уже нецелесообразным, во-первых, из-за возрастания длины диффузоров и, во-вторых, из-за возникновения неравномерного распределения скоростей в выходном сечении. Поэтому при больших степенях расширения следует использовать короткие диффузоры, имеющие: I) .устройства для отсоса или сдува пограничного слоя, 2) направляющие лопатки или разделительные стенки, 3) криволинейные стенки, 4) оребренные стенки, 5) ступенчатое расширение — сначала короткий диффузор с плавными углами расширения, а затем внезапное расширение уже при меньших скоростях потока. Не все из перечисленных способов улучшения работы коротких диффузоров приемлемы для использования в глушителях шума. Например, в диффузорах со сдувом или отсосом пограничного слоя возникают обходные пути для распространения шума через отверстия в стенках.
Некоторые возможные схемы коротких диффузоров для присоединения глушителей шума представлены на рис. 5-6. Разделительные стенки в диффузоре с большими углами расширения (более 30°) делят его на ряд диффузоров с малыми углами, как показано на схеме а). Число стенок п в зависимости от угла расширения а равно 2— при а = 30°, 4— при а = 45°—60°, 6 — при а=90°—120°. Расстояния между разделительными стенками на входе в диффузор должны быть строго одинаковыми, а на выходе — примерно одинаковыми. На входе и выходе из диффузора разделительные стенки должны иметь продолжение длиной не менее 1/10 расстояния между стенками. Рассмотрен плоский диффузор с разделительными стенками, где расширение осуществляется только в одной плоскости.
Рис. 5-6 Схема коротких диффузоров: а — с разделительными стенками; б — с изоградиеитными криволинейными образующими; в — ступенчатого; г — с разделяющим обтекателем пластины глушителя
Одновременное расширение в двух плоскостях может осуществляться с помощью криволинейного и ступенчатого диффузоров, показанных на рис. 5-6,6 и в. Уравнение образующей криволинейного диффузора, обеспечивающей постоянство градиента давления вдоль канала, для круглого и квадратного сечения имеет вид:
(5-1)
где i/o и t/ι — полуширина диффузора на входе и выходе, соответственно; х—расстояние от входа диффузора на оси; /д — длина диффузора. В случае плоского диффузора показатель 4 в формуле (5-1) меняется на 2.
Гидравлические потери в ступенчатом диффузоре снижаются за счет того, что внезапное расширение происходит после плавного изменения проходного сечения при скоростях меньших, чем в начальном сечении диффузора.
Для разделения диффузора с большим углом расширения на более плавные каналы можно использовать обтекатель пластины глушителя (рис. 5-8,г). Этот прием особенно удобен при расположении в начале глушителя низкочастотной секции с толстыми пластинами. В работе [9] предлагается облицовывать разделительные стенки и обтекатели в коротких диффузорах ЗПМ для повышения эффективности глушителя шума. При этом следует обращать внимание на защиту ЗПМ от выдувания ввиду высоких скоростей потока в диффузоре.
Глушители шума обычно имеют прямоугольное сечение, поэтому для подсоединения к воздуховоду целесообразно использовать прямоугольные диффузоры. В воздуховодах круглого сечения перед диффузором следует установить переходный участок с круга на прямоугольник с небольшими углами расширения порядка 6—10°. Подробные данные о коэффициентах сопротивления различных типов диффузоров приведены в работе (7].
Гидравлическое сопротивление различных ступеней глушителей в паскалях определяют по известной формуле:
(5-2)
где ζΜ — коэффициент местного сопротивления рассматриваемого участка; £тр— коэффициент трения; I — длина секции, м; Dr—гидравлический диаметр, м; v — скорость потока в сечении, к которому приводятся значения коэффициентов ζΜ и ξτρ, м/с; р — плотность среды в газовоздуховоде, кг/м3. Гидравлический диаметр пластинчатого или сотового глушителя равен гидравлическому диаметру одной ячейки.
Коэффициент местного сопротивления для пластинчатых и сотовых глушителей зависит от процента заполнения сечения и от наличия обтекателей перед пластинами. Значения ζΜ при наличии и отсутствии закругленного обтекателя в торцах пластины глушителя приведены [18] ниже:
Наличие закругленных обтекателей на торцах пластины существенно улучшает аэродинамические условия входа потока в секции глушителя и снижает местное сопротивление примерно в 1,4 раза. Коэффициент местного сопротивления для трубчатого глушителя при неизменной площади проходного сечения по сравнению с необлицованным участком равен нулю.
Коэффициенты трения ζτρ в каналах глушителя в зависимости от гидравлического диаметра DT приведены ниже:
Для определения общего гидравлического сопротивления глушителя необходимо суммировать сопротивление отдельных его ступеней, вычисленных по формуле (5-2), с сопротивлением входных и выходных участков, определяемых по данным работы [7].
