Выбор принципиальной схемы построения глушителей

5.     Выбор принципиальной схемы построения глушителей

 

При выборе типа глушителя учитывают в основном возможности его компоновки на силовой установке, требуемую акустическую эффективность, необходимость в техническом обслуживании и допустимое значение гидравлического сопротивления. Для любого двигателя может быть рассчитан и изготовлен глушитель камерного типа, имеющий необходимую акустическую эффективность и минимальное сопротивление. Однако глушитель такой конструкции может иметь большие размеры, что практически исключает возможность его использования на силовой установке.

Комбинированные глушители имеют приемлемые габаритные размеры и гидравлическое сопротивление. Наиболее эффективным и имеющим минимальные размеры является клиновой активный глушитель, но он имеет также большое гидравлическое сопротивление и сложен в изготовлении. Активно-реактивные глушители со звукопоглощающими материалами для глушения шума системы выпуска применяют редко, так как в них происходит засмоление материала и снижается акустическая эффективность. Такие глушители требуют периодической очистки звукопоглощающих элементов. Поэтому в качестве глушителей шума системы выпуска используют камерно-резонансные или камерные с перфорированными активными элементами глушители.

Глушители впуска целесообразно совмещать с воздухофильтром. Камерный глушитель состоит из расширительных камер, соединенных между собой трубопроводом. Глушитель пропускает звуковые колебания ниже некоторой граничной частоты f_гр и поглощает колебания, частота которых выше граничной.

Акустическую эффективность реактивных элементов определяют исходя из теории линейной акустики, для частотного диапазона существования плоских волн. Этот диапазон для элементов круглого сечения ограничен частотой

, Гц;

где  - скорость звука в шумопоглащающем элементе, м¤с,

Т – температура газов, К,

D – наибольший диаметр элемента, м.

Снижение шума впуска.

 

Для снижения шума впуска рассмотрим цилиндрический однокамерный глушитель следующей схемы:

Принимаем температуру воздуха Т = 293 К, тогда с = 343 м¤с, f_гр = 811 Гц.

Величину заглушения в однокамерном глушителе определим, используя графики расчета заглушения камерным глушителем (²Охрана окружающей среды² под ред. С.В. Белова, М, ²Высшая школа² 1991 г., стр. 241, рис. 106,б), по соотношениям:

1), где F_к – площадь поперечного сечения камеры; F_m – площадь поперечного сечения трубы; ;

2)kl_k, где  - волновое число;

f и c – частота и скорость звука; l_k – длина камеры глушителя.

 дБ при  м^-1 и kl_k=0,23;

 дБ при k=4,59 и kl_k=0,46;

 дБ при k=9,16 и kl_k=9,2.

Таким образом, данный глушитель производит эффективное заглушение в диапазоне 125, 250 и 500 Гц. Для требуемого снижения уровня шума на частоте 1000 и 2000 Гц рассмотрим резонаторный элемент, который возможно совместить с камерным элементом глушителя.

D_k=0,1 м, d_m=0,05 м,с=343 м/с, l_k=0,03 м,f_гр=2000 Гц.

Эффективность реактивного элемента:

, дБ,

где V – объем резонаторной камеры,

F – площадь проходного сечения трубопровода,

k – проводимость горла резонатора.

.

Принимаем f_р=1050 Гц, тогда

;

;

Определим диаметр и количество отверстий.

Принимаем d_отв=15 мм, d_тр=2 мм,

Определим эффективность снижения шума:

 дБ;

 дБ

.

Таким образом, данный элемент глушителя производит эффективное глушение на частоте f=1000 Гц.

 

Снижение уровня шума выпуска

Принимаем температуру отработавших газов Т=705 К, тогда скорость звука  м/с.

Рассмотрим камерный элемент глушителя, у которого входной и выходной каналы введены в полость расширительной камеры.

l1=l2=l=0,15 м, lm=2l=0,3 м, d1=d2=0,045 м, Dk=0,15 м.

;

где  - волновое число;

;

Таким образом, получаем m=10,11. Граничная частота: Гц.

1)     При f=125Гц, k=1,433; дБ.

2)     При f=250Гц, k=2,86; дБ.

3)     При f=500Гц ; k=5,73;дБ.

4)     При f=1000Гц; k=11,46;дБ.

5)     При f=2000Гц; k=22,93;дБ.

Таким образом, использование камерного глушителя не позволяет полностью достигнуть требуемого снижения уровня шума и требуется дополнительное глушение.

Для этого рассмотрим резонаторный глушитель кольцевого типа.

D_k=0,18 м,d_тр=0,045 м,l_k=0,25 м,с=548 м/с,f_гр=1784 Гц.

.

Принимаем резонансную частоту f_p=180 Гц, тогда проводимость горла резонатора:

Определяем диаметр и количество отверстий. Принимаем d_отв=0,006 м, тогда количество отверстий:

В результате получаем:

 дБ;

 дБ;

 дБ;

 дБ;

 дБ.

Таким образом, произведено снижение уровня шума до требуемой величины в диапазоне октавных частот от f=125 Гц до f=2000 Гц.

 

Расчет полного сопротивления глушителя

Полное сопротивление включает потери давления на входе, в активной зоне и на выходе: Р_гл= Р_акт+Р_вх+Р_вых.

Потери давления на входе определяются по формуле:

Р_вх=Р_вых=0,5m×r×u²;

где m=0,34 – коэффициент гидравлических потерь на входе в глушитель,

r=0,685 кг/м³ – плотность газа при рабочей температуре глушителя,

u=0,05 см/с – скорость газа в глушителе.

Þ Р_вх=0,5×0,34×0,685×0,05²=2,9 Па.

Потери давления в активной зоне:

Р_акт=0,5m×r×u²×L/D_p;

где L=0,3 м – длина первой камеры глушителя шума.

U=0,4V/F;

где V=0,0052 м³  - объем первой камеры,

F=0,003318 м² – площадь внутренней трубки глушителя.

Средняя скорость потока: U=0,4×0,0052/0,003318=0,62 м/с.

Р_акт1=0,5×0,34×0,685×0,62²×0,23/0,15=686 Па.

Р₁=686+5,8=692 Па.

L=0,12 м – длина второй камеры глушителя шума,

V=0,0027 м³ – объем второй камеры.

Р_акт2=0,5×0,34×0,685×0,325²×0,12/0,15=99,8 Па.

Р₂=99,8+5,8=105,6 Па.

Так как система состоит из двух элементов, то:

Р_сумм=Р₁+Р₂=797,6 Па.

Применение глушителей шума выпуска приводит к увеличению противодавления, что в свою очередь приводит к уменьшению коэффициента наполнения.

Оценить влияние дросселирования газов на выпуске можно, смоделировав тепловой расчет двигателя с помощью программы расчета рабочего процесса ДВС – Дизель РК.

Расход топлива и мощность без глушителя составили:

g_e=0,2130 кг/кВтч, N_e=4960 кВт.

Расход топлива и мощность с глушителем составили:

g_e=0,214 кг/кВтч, N_e=4900 кВт.

Это составило около 1% от расхода двигателя, не оснащенного глушителем. Увеличение расхода топлива двигателя является незначительным по сравнению с тем экологическим эффектом, который получен благодаря использованию глушителя.