125741 (Испытательная станция турбовинтовых двигателей ТВ3–117 ВМА–СБМ1 серийного производства), страница 7

где — исходный уровень звуковой мощности бокса с учетом числа излучающих шум источника.

Подставляя в эту формулу значение находят:

При заглушении шума испытательных боксов, имеющих два или три источника внешнего шума (глушитель выхлопа, шахта всасывания и шахта подсоса), целесообразно заглушить шахту всасывания и подсоса так, чтобы излучаемая ими звуковая мощность на всех частотах была на 8—10 дБ меньше излучаемой глушителем выхлопа. Это условие объясняется тем, что заглушение шахт подсоса и всасывания достигается более простыми средствами. В таком случае в расчет шума излучаемого боксом в атмосферу, принимают только один источник — глушитель выхлопа.

Для определения уровня звуковой мощности в дБ, идущей в шахты всасывания и подсоса, экспериментально установлена зависимость:

где - звуковая мощность, излучаемая в бокс;

— звуковая мощность источника шума, дБ.

Звуковую мощность, излучаемую в шахту всасывания, в дБ определяют по формуле:

где S - площадь, сечения шахты всасывания, м².

При наличии в боксе шахты подсоса звуковую мощность, идущую в нее, в дБ определяют по формуле:

где г_с — расстояние от средней точки открытой части струи до входного сечения шахты, м.

По полученному значению требуемой эффективности подбирают соответствующую конструкцию глушителя.

Расчет эффективности глушителей особенно для
стороны выхлопа представляет трудную задачу. Применявшиеся ранее эмпирические формулы, основанные на модельных исследованиях без учета влияния температуры и скорости потока, часто давали неудовлетворительные совпадения расчетов и результатов натурных измерений.

Снижение эффективности, которое наблюдается (не только в глушителях выхлопа газодинамических установок, но в глушителях вентиляционных систем, объясняется вторичной генерацией шума, возникающей при протекании газовоздушного потока через глушитель. В глушителях с газовоздушным потоком уровни шума на выходе и, следовательно, фактическое заглушение обусловлено, помимо звукопоглощающих свойств конструкции, акустической мощностью шума, генерируемого потоком, которая возрастает с увеличением его скорости.

Исследования работы глушителя выхлопа показали изменение эффективности глушителя при постоянной активной длине звукопоглотителей, но при измененных сечениях и скоростях газовоздушного потока. Было установлено, что генерация шума сказывается тем раньше, чем меньше исходная звуковая мощность, чем больше величина удельной генерации (генерация на единицу длины глушителя) и затухания звука в глушителе. В результате вторичной генерации шума в глушителе эффективность в ряде случаев не может быть полностью реализована, и она почти перестает возрастать при увеличении длины активной части звукопоглотителя.

Эти вопросы теоретически еще недостаточно изучены и на практике приходится принимать эффективность глушителей выхлопа, основываясь на результатах экспериментальных исследовании.

В практической работе для перечисленных глушителей скорость газовоздушного потока принимают до 40 м/с с последующей проверкой влияния скорости газа на шумообразование в глушителе.

Следующим этапом расчета является определение геометрических размеров глушителя. Для этого определяют количество воздуха, которое необходимо подмешать к струе, чтобы охладить ее до допустимых значений. Сначала рассчитывают коэффициент эжекции:

Где — температура газовой струи, °К;

- допустимая температура газовоздушной смеси, °К;

Общее количество газовоздушной смеси в м³/с oпределяют по формуле:

где — расход воздуха через двигатель, кг;

- плотность газа при , кг/м³

Необходимое проходное сечение глушителя определяют из соотношения

Далее, в результате гидравлического расчета, определяют скорость газовоздушного потока в глушителе, при которой обеспечивается принятый коэффициент эжекции n. По ней выбирают в первом приближении тот или иной тип глушителя.

Если эта скорость не превышает 20—25 м/с, то на этом расчет можно закончить.

Глушители со стороны всасывания

Эффективность глушителей со стороны всасывания, где скорость потока обычно не бывает больше 25 м/с, определяют без учета влияния скорости воздушного потока. Для газодинамических установок, каналы всасывания
которых имеют сечения от нескольких до многих десятков квадратных метров, применяют пластинчатые глушители, по форме подобные глушителям вентиляционных систем. Их эффективность обычно определяют
экспериментально.

При определении затухания в глушителях больше длины (6—8 м) было установлено, что из-за наличия обходных путей распространения шума (монтажные зазоры, стенки глушителей) практически нельзя получить величину затухания более 70—75 дБ. Особенно сильно влияют на снижение эффективности зазоры между торцами звукопоглощающих щитов и стенками канала. Когда такие зазоры имеют величину, измеряемую несколькими сантиметрами, эффективность может снижаться на 10—15 дБ в широком диапазоне частот.

Увеличение скорости воздуха на стороне всасывании свыше 25 м/с приводит обычно к значительному разрежению в боксе, искажению параметров испытуемых объектов и увеличению нагрузки на ограждающие конструкции, что нежелательно. Наиболее целесообразная скорость для установок, излучающих шум в атмосферу 10—15 м/с.

Форма и тип глушителей, устанавливаемых на стороне всасывания газодинамических установок, зависит в первую очередь от величины расхода воздуха. Если для работы установки требуется 1—2 кг воздуха в секунду, то его можно подавать через каналы вентиляционных систем, где и предусматриваются соответствующие глушители шума. При расходе воздуха 3—10 кг/с его можно подавать через специально установленные вентиляционные глушители. При расходе воздуха свыше 10—12 кг/с испытательные боксы снабжают специальным всасывающим каналом (шахтой).

Для уменьшения шума, излучаемого в атмосферу палом всасывания, используют различные звукопоглощающие конструкции.

Для шахт испытательных боксов и других газодинамических установок применяют щиты.

Широко применяют щиты, каркас которых изготовляют из дюралюминиевых профилей, обшитых снаружи перфорированными алюминиевыми листами. В качестве звукопоглощающего материала в них используют базальтовое или стеклянное супертонкое волокно в оболочке из стеклоткани, плотность заполнения составляет 20-25 кг/м³.

Щиты расчаливают за крюки проволокой к стенам
шахты. Размеры щита увязывают с размерами шахты. Одни из возможных размеров щита — 200X200X 2000мм.

В больших каналах щиты устанавливают один на другой и при помощи распорок соединяют между собой. Такую конструкцию применяют для заглушения боксов, в которых испытывают турбовинтовые и поршневые двигатели и каналы всасывания газотурбинных установок.

Боксы газодинамических установок.

В таких боксах размещают установки для испытания камер сгорания, сопловых аппаратов и других струйных агрегатов, транспортных газотурбинных двигателей, имеющих расход воздуха до 15—20 кг/с. Звуковая мощность этих установок меньше, чем например, реактивного двигателя, однако, если не принять мер по заглушению, то на расстоянии нескольких десятков, а иногда и сотен метров шум от них будет превышать допускаемые санитарными нормами величины.

Наиболее надежным методом устранения шума газодинамических установок является размещение их в боксах, подобных тем, в которых испытывают полноразмерные реактивные двигатели. Геометрические размеры боксов определяются габаритами испытываемых изделий, транспортных средств и заданными условиями испытаний. Условиями испытания предусматривается забор воздуха из бокса и выхлоп в глушитель через эжекторную трубу.

Воздух поступает в бокс через всасывающий канал, где установлены звукопоглощающие щиты. При определении скорости воздуха между щитами необходимо учитывать его расход не только через двигатель, но и эжекцию газовой струи. На каждые два бокса делается кабина наблюдения и дистанционного управления с окнами и дверями повышенной звукоизоляции. Бокс оборудуют также выхлопным глушителем.

8.2 Снижение шума газовой струи воздействием на процесс шумообразования

Образование шума газовой струи происходит на ограниченной длине, причем шум различных частот образуется на разных участках струи. Эту особенность используют для изменения характера шума или для его уменьшения в глушителях.

Другим способом воздействия на процесс шумообразовывания является применение преобразователей шума в виде сеток или перфорированных преград, устанавливаемых непосредственно за соплом. При определенных соотношениях размеров сетки, ее расположении по отношению к струе удается преобразовать низкочастотный шум в высокочастотный, заглушение которого достигается более легко.

Для высокотемпературных газовых струй такой способ пока не получил применения. Преобразователь в виде сетки или решетки должен находиться на близком расстоянии от сопла в ядре струи. Способа охлаждения этой части струи пока не найдено, а преобразователи в зоне высокой температуры разрушаются.

Более подходящим способом воздействия на процесс образования шума оказалась система эжектор — перфорированный насадок.

Экспериментальным путем подобрано такое сочетание размеров эжектора и
насадка, при котором обеспечивалась необходимая эжекция воздуха для охлаждения струи на входе и одновременное снижение шума.

Теоретически процесс шумообразования в таких системах еще недостаточно изучен, поэтому для практического их применения в шумоглушащих устройствах используют зависимости, полученные экспериментальным путем. Размеры перфорированного насадка определяют из следующего соотношения: S = 0,016G, где S — суммарная площадь отверстий насадка, м2; G — расход газа через сопло, кг/с.

При температуре газовой струи свыше 900⁰К применяют впрыск воды в начале эжектора, Отверстия насадка способствуют хорошему испарению воды и уменьшению температуры до расчетной. Описанная система применена для ряда глушителей выхлопа испытательных боксов.

Глушители выхлопа повышенной эффективности.

Необходимость повышения эффективности глушителей выхлопа вызывается ростом рабочих температур и расхода газа у современных реактивных двигателей. Для создания высокоэффективного глушителя требуется увеличение его длины (или высоты), так как скорость газа в глушителе должна быть ограничена для получения расчетного заглушения.

Компромиссным решением явилось создание глушителя с увеличенным проходным сечением без существенного увеличения длины звукопоглощающих элементов по сравнению с существующими. Конструкция такого глушителя основана на принципе параллельного соединения низкочастотного глушителя (в виде шахт ограниченных размеров 3,5X3,5 м), облицованных по периметру толстым слоем звукопоглотителя обычных цилиндрических звукопоглотителей, pacположенные по всему сечению и выполняющих роль высокочастотного глушителя. Глушитель с параллельным расположением низкочастотных и высокочастотных звукопоглощающих элементов представляет собой вертикальную металлическую шахту, соединенную с эжекторной трубой. Нижняя часть шахты имеет цилиндрический цоколь с переходом на квадратное сечение. Колодцы образуются из крупных блоков, внутренняя сторона которых имеет защитную акустически прозрачную кассету и за которой размещается толстый cлой звукопоглотителя (например, из минераловых плит). Размер колодцев определяют в соответствии с необходимой пропускной способностью глушителя. Число колодцев может быть различным. Толщину звукопоглощающего слоя выбирают исходя из требуемого заглушения, она должна быть ≥300.

9. Описание технологического оборудования и конструкции стенда для испытания

Пульт управления