В соответствии с ГОСТ 27436 - 87 и ОСТ 27.004.022 - 86 уровень шума, измеренный на расстоянии 7,5 м от осевой линии двигателя, для дизелей не должен превышать 77 дБ.

Проектирование глушителей впуска и выпуска

Ожидаемые уровни звукового давления.

м,

- показатель направленности;

дБ

а) ожидаемые уровни незаглушенного впуска, дБ:

б) ожидаемые уровни незаглушенного выпуска, дБ:

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.

Требуемое снижение октавных уровней звукового давления шума:

дБ,

где - количество источников шума

а) впуска

б) выпуска

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;

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.

;

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:

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: 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