Проектирование глушителей впуска и выпуска
Ожидаемые уровни звукового давления.
м,
- показатель направленности;
дБ
а) ожидаемые уровни незаглушенного впуска, дБ:
L63 = 69,5
L125 = 86,5
L250 = 84,5
L500 = 77,5
L1000 = 79,5
L2000 = 73,5
L4000 = 71,5
L8000 = 65,5
б) ожидаемые уровни незаглушенного выпуска, дБ:
L63 = 79,5
L125 = 89,5
L250 = 92,5
L500 = 94,5
L1000 = 96,5
L2000 = 89,5
L4000 = 79,5
L8000 = 71,5
Исходя из допустимого уровня общего шума LAД, определяются допустимые уровни звукового давления в каждой октавной полосе частот (в дБ)
;
где m - число октавных полос, принимаемых в расчете m = 8.
fс.г.,Гц
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
A
26
16
9
3
0
-1
1
Lд63 = 94
Lд125 = 84
Lд250 = 77
Lд500 = 71
Lд1000 = 68
Lд2000 = 67
Lд4000 = 67
L д8000 = 69
Требуемое снижение октавных уровней звукового давления шума:
дБ,
где - количество источников шума
а) впуска
Lтр63 = -19,8
Lтр1000 = 16,2
Lтр125 = 7,2
Lтр2000 = 11,2
Lтр250 = 12,.2
Lтр4000 = 9,2
Lтр500 = 11,2
Lтр8000 = 1,2
б) выпуска
Lтр63 = -9,8
Lтр1000 = 33,2
Lтр125 = 10,2
Lтр2000 = 27,2
Lтр250 = 20,.2
Lтр4000 = 7,2
Lтр500 = 28,2
Lтр8000 = 7,2
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 fгр 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, мс,
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 мс, fгр = 811 Гц.
Величину заглушения в однокамерном глушителе определим, используя графики расчета заглушения камерным глушителем (Охрана окружающей среды под ред. С.В. Белова, М, Высшая школа 1991 г., стр. 241, рис. 106,б), по соотношениям
1), где Fк - площадь поперечного сечения камеры Fm - площадь поперечного сечения трубы
2)klk, где - волновое число
f и c - частота и скорость звука lk - длина камеры глушителя.
дБ при м-1 и klk=0,23;
дБ при k=4,59 и klk=0,46;
дБ при k=9,16 и klk=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.
Dk=0,1 м, dm=0,05 м,с=343 м/с, lk=0,03 м,fгр=2000 Гц.
Эффективность реактивного элемента
, дБ,
где V - объем резонаторной камеры,
F - площадь проходного сечения трубопровода,
k - проводимость горла резонатора.
.
Принимаем fр=1050 Гц, тогда
Определим диаметр и количество отверстий.
Принимаем dотв=15 мм, тр=2 мм,
Определим эффективность снижения шума
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 мс.
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 . Граничная частота: Гц.
При f=125Гц, k=1,433; дБ.
При f=250Гц, k=2,86; дБ.
При f=500Гц ; k=5,73;дБ.
При f=1000Гц; k=11,46;дБ.
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.
Dk=0,18 м,dтр=0,045 м,lk=0,25 м,с=548 м/с,fгр=1784 Гц.
Принимаем резонансную частоту fp=180 Гц, тогда проводимость горла резонатора
Определяем диаметр и количество отверстий. Принимаем dотв=0,006 м, тогда количество отверстий:
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: Ргл= Ракт+Рвх+Рвых.
Потери давления на входе определяются по формуле:
Рвх=Рвых=0,5u2;
где =0,34 - коэффициент гидравлических потерь на входе в глушитель,
=0,685 кг/м3 - плотность газа при рабочей температуре глушителя,
u=0,05 см/с - скорость газа в глушителе.
Рвх=0,50,340,6850,052=2,9 Па.
Потери давления в активной зоне:
Ракт=0,5u2L/Dp;
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=0,40,0052/0,003318=0,62 м/с.
Ракт1=0,50,340,6850,6220,23/0,15=686 Па.
Р1=686+5,8=692 Па.
L=0,12 м - длина второй камеры глушителя шума,
V=0,0027 м3 - объем второй камеры.
Ракт2=0,50,340,6850,32520,12/0,15=99,8 Па.
Р2=99,8+5,8=105,6 Па.
Так как система состоит из двух элементов, то:
Рсумм=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:
ge=0,2130 кг/кВтч, Ne=4960 кВт.
Расход топлива и мощность с глушителем составили:
ge=0,214 кг/кВтч, Ne=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.
Страницы: 1, 2