|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[**] Изобретение относится к способу шумопоглощения, основанному на теории преломления звукового луча. Используя систему низкотемпературного охлаждения внутри и вне камеры шумоглушителя, данный способ образует градиент температуры, притом температура внутри стенки трубопровода камеры шумоглушителя выше, чем температура вне стенки трубопровода. Градиент температуры может воздействовать на звуковой луч шума, который преломляется к направлению, где температура низкая, и таким образом ловит и снижает шум систем. Изобретение представляет шумоглушитель, основанный на теории преломления звукового луча, содержащий корпус шумоглушителя, на внутренней стенке корпуса (1) которого закладывается шумопоглощающая конструкция (4), отличающийся тем, что на внешней стенке корпуса (1) шумоглушителя на месте, соответствующем шумопоглощающей конструкции (4), устанавливается система низкотемпературного охлаждения (2). Система низкотемпературного охлаждения (2), по крайней мере, должна покрывать 5% площади наружной стенки корпуса (1) шумоглушителя. Система низкотемпературного охлаждения (2) еще соединяется с одним регулятором температуры (3) и осуществляет количественное регулирование градиента температуры. Изобретение улучшает эффект поглощения шума шумоглушителей. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Изобретение относится к способу шумопоглощения, основанному на теории преломления звукового луча. Используя систему низкотемпературного охлаждения внутри и вне камеры шумоглушителя, данный способ образует градиент температуры, притом температура внутри стенки трубопровода камеры шумоглушителя выше, чем температура вне стенки трубопровода. Градиент температуры может воздействовать на звуковой луч шума, который преломляется к направлению, где температура низкая, и таким образом ловит и снижает шум систем. Изобретение представляет шумоглушитель, основанный на теории преломления звукового луча, содержащий корпус шумоглушителя, на внутренней стенке корпуса (1) которого закладывается шумопоглощающая конструкция (4), отличающийся тем, что на внешней стенке корпуса (1) шумоглушителя на месте, соответствующем шумопоглощающей конструкции (4), устанавливается система низкотемпературного охлаждения (2). Система низкотемпературного охлаждения (2), по крайней мере, должна покрывать 5% площади наружной стенки корпуса (1) шумоглушителя. Система низкотемпературного охлаждения (2) еще соединяется с одним регулятором температуры (3) и осуществляет количественное регулирование градиента температуры. Изобретение улучшает эффект поглощения шума шумоглушителей.
WO 2010/097014
PCT/CN2010/000242
P73491407EA
СПОСОБ ШУМОПОГЛОЩЕНИЯ И ШУМОГЛУШИТЕЛЬ, ОСНОВАННЫЙ НА ТЕОРИИ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЗВУКОВЫХ ЛУЧЕЙ
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к шумоглушителю, в частности к способу шумопоглощения и к шумоглушителю, основанному на теории преломления звукового луча.
Уровень техники
В последние десятилетия авиатранспорт является удобным средством передвижения при поездках, но в то же время является причиной катастрофического шумового загрязнения. Исследование показало, что шум самолета возникает, главным образом, при взлете и посадке, особенно при взлете. Обычно аэропорт расположен недалеко от города, к тому же маршрут полета частично проходит над городом. Так что авиационный шум уже стал важной составной частью городского шума, и серьезно мешает нормальной жизни народа. Проблема снижения шума при полете, а особенно при взлете и посадке, стала серьезным и неотложным вопросом.
Источником авиационного шума, главным образом, являются реактивный шум авиадвигателя и шум вентилятора. На протяжении длительного времени исследователи прилагают усилия для поиска акустического затухания для снижения реактивного шума и шума вентилятора, которое имеет хорошие свойства шумопоглощения в более широкой полосе частот. В настоящий момент применяют следующие способы и нормы конструирования:
1. Для снижения реактивного шума конструируется двигатель с высокой степенью двухконтурности и жерло.
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
2. Регулируется конструирование крыла вентилятора статора/ротора и скорости, для снижения шума вентилятора.
3. Закладывается акустическая облицовка на внутренней поверхности трубопровода для снижения излучаемого шума двигателя.
Хотя акустическая облицовка на поверхности трубопровода достигла хороших показателей в области уменьшении шума, она все еще не удовлетворяет настоящему требованию Управления шумом при полете, экологического контроля шума в аэропортах и шумовой пригодности к полету. Как известно, компания Аэробус вкладывает огромный капитал для того, чтобы принять участие в программе исследований шума самолета по инициативе девяти стран Европы. Главной целью является овладение технологией снижения шума самолета. Цель программы заключается в том, чтобы в течение 8 лет снизить шум самолета, производимый в размере 6 ДБ. А на самом деле, исходя из средней амплитуды снижения шума самолета, средний уровень снижения шума за каждый десяток лет не превышает 8 дБ.
При использовании предшествующих способов и средств невозможно достичь значительного снижения шума двигателей самолета, так как средне- и низкочастотные шумы обычно не могут контролироваться эффективно в среде с высокой силой звука, что является результатом значительного увеличения глубины воздушной полости звукопоглощающей конструкции для увеличения поглощения, которое не может осуществляться при уменьшении шума. Таким образом, следует и дальше разрабатывать возможность поглощения звука облицовкой поверхности трубопровода двигателя, связанного с воздухом, чтобы в базовой конструкции не менялся глушитель, и исследовать способы и средства для улучшения способности поглощения звука на поверхности двигателя самолета, пытаясь не изменять конструкцию глушителя.
Благодаря воздействию, оказываемому градиентом температуры окружающей среды на распространение звука в атмосфере, мы получили настоящее изобретение. Днем мы можем наблюдать, что окружающая среда
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
более шумная, чем ночью, что является причиной воздействия температурного градиента на передачу звуковой волны таким образом, что скорость звука тесно связана с температурой, и градиент температуры является причиной изменения скорости звука над землей. Днем, в особенности в солнечный день, значительный отрицательный градиент температуры от земли является причиной того, что температура поверхности выше, чем температура воздуха, скорость звука на земле быстрее, а скорость звука в воздухе ниже, и поэтому, согласно принципу Ферма, звук может быть передан за более короткое время. Таким образом, днем звуковой луч может изгибаться или преломляться к "холодному спаю - к небу". Несмотря на возникновение зоны звукотени, преломленный вверх звуковой луч почти не прикасается к земной поверхности, которая не может выступать в качестве шумопоглощающей конструкции. Поэтому днем более шумно. Ночью, наоборот, положительный градиент в температуре поднимается вверх от земной поверхности, что приводит к тому, что температура земной поверхности ниже, чем атмосферная температура. Скорость звука на земной поверхности ниже скорости звука в воздухе. Согласно принципу Ферма, звуковые лучи изгибаются и преломляются к холодному спаю - к земной поверхности. Только часть звуковых волн отбивается обратно в атмосферу, но большинство энергии передается через поры почвы, которая поглощается и уменьшается, когда звуковая волна в воздухе попадает в такую пористую земную поверхность. Именно ночью под действием градиента температуры земной поверхности, которая выступает в качестве холодного спая, является шумопоглощающей конструкцией, поэтому ночью менее шумно.
Более того, когда идет снег, становится тише, так как земная поверхность выступает в роли "шумопоглощающей конструкции холодного спая покрытой снегом" вместе с градиентом температуры земной поверхности, которая выступает в качестве холодного спая. На фиг. 2 и фиг. 3 показано преломление звукового луча, которое происходит в том случае, если температура понижается в течение дня.
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
Основываясь на примере воздействия градиента температуры окружающей среды на атмосферную передачу звука, мы пришли к выводу, что под действием градиента температуры, звуковой луч может преломляться к направлению "холодного спая". Благодаря этому появляется возможность с помощью "холодной ловушки" ловить и уменьшать шум и осуществляется таким образом: используя вышеуказанный способ, производят шумоглушитель, который основывается на градиенте температуры и преломлении звукового луча и имеет систему низкотемпературного охлаждения для того, чтобы повысить его способность к шумопоглощению.
В настоящее время в области изучения конструирования шумоглушителя учитывается только влияние температуры, а не влияние преломления звукового луча вызванного тем, что внутри шумоглушителя присутствует градиент температуры на повышение уровня звукопоглощения звука. Приведем следующие публикации: "Численный анализ шумоглушителя с перфорированной трубой", Чжу Хэйлинь; Лю Чжэнши, "Научный журнал о контроле шума и вибрации", № 3 06.2006; "Испытание и анализ статического свойства шумоглушителя двигателя", Ван Сяоцзюнь, Ли Чжи Юань, Вэй Хаочжэн, "Научный журнал о контроле шума и вибрации", № 4 08.2007.
Описание изобретения
Цель изобретения заключается в преодолении недостатков известных способов шумопоглощения и норм конструирования, которыми ограничивается пространство для улучшения звукопоглощаемости, и рассмотрении способа шумопоглощения и шумоглушителя, основанного на теории преломления звукового луча.
Для осуществления вышеизложенной цели, в изобретении представлен способ шумопоглощения, основанный на теории преломления звукового луча. Согласно принципу Ферма, этот способ основан на температурном градиенте, где температура на внешней поверхности камеры ниже, чем на внутренней поверхности камеры, между внутренней и внешней камерой посредством низкой
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
температуры, охладительная система устанавливается на внешней поверхности стенки трубопровода глушителя; и при установке системы низкотемпературного охлаждения на наружной стенке трубопровода шумоглушителя внутри и вне камеры шумоглушителя образуется градиент температуры, где температура внутри стенки трубопровода выше, чем температура вне стенки трубопровода. Используя градиент температуры, звуковой луч внутри стенки трубопровода преломляется в направлении низкотемпературной наружной стенки трубопровода шумоглушителя, чтобы большинство звуковых лучей под острым углом входило в звукопоглощающую конструкцию внутри шумоглушителя. Это приводит к тому, что при скользящем падении угол падения звуковых волн увеличивается, коэффициент шумопоглощения шумопоглощающей конструкции повышается, эффективное поглощение шума внутри трубопровода увеличивается, амплитуда в модели акустических нормальных колебаний внутри трубопровода снижается; величина шумопоглощения увеличивается; излучаемые помехи снижаются.
Настоящее изобретение представляет шумоглушитель, основанный на теории преломления звукового луча, содержащий корпус шумоглушителя. На внутренней стенке корпуса шумоглушителя закладывается звукопоглощающая конструкция 4, отличающаяся тем, что на месте, соответствующем шумопоглощающей конструкции 4, устанавливается система 2 низкотемпературного охлаждения. Данная система 2 низкотемпературного охлаждения, по крайней мере, должна покрывать 5% площади наружной стенки корпуса 1 шумоглушителя. Поперечное сечение корпуса 1 шумоглушителя может быть круглым, овальным или прямоугольным.
Еще одним усовершенствованием настоящего изобретения является система 2 низкотемпературного охлаждения, которая соединяется с одним регулятором температуры 3. Посредством регулятора температуры 3 осуществляется количественное регулирование градиента температуры. Сфера количественного регулирования градиента температуры составляет 1°С -2000° С, то есть температура внутри трубопровода корпуса 1 шумоглушителя
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
выше на 1°С - 2000 °С, чем температура холодного спая наружной стенки трубопровода корпуса 1 шумоглушителя
Указанная шумопоглощающая конструкция 4, описанная в вышеизложенном техническом решении, может быть получена из пористого звукопоглощающего материала, звукопоглощающей конструкции при резонансе тонких пластин, звукопоглощающей конструкции при резонансе тонких плёнок, звукопоглощающей конструкции с перфорированными панелями, звукопоглощающей конструкции с микроперфорированными панелями, звукопоглощающей конструкции с микротрещинами, звукопоглощающей конструкции при резонансе перфорированных панелей с пучком труб или звукопоглощающей конструкции при многократном резонансе перфорированных панелей с пучком труб, при этом толщина звукопоглощающей конструкции составляет 1 - 1000 мм.
В указанной системе 2 низкотемпературного охлаждения допускается применение компрессорного охлаждения, полупроводникового охлаждения, охлаждения жидким азотом, охлаждения сухим льдом, термоакустическое охлаждение, химическое охлаждение, магнитное охлаждение, адсорбционное охлаждение, охлаждения на пульсационной трубе или солнечного охлаждение. Охлаждение еще можно осуществлять путем транспортировки газа или охлаждающей жидкости, температура которых ниже, чем температура в трубопроводе, или путем покрытия холодного спая, образованного коркой льда и расположенного на наружной стенке трубопровода корпуса 1 шумоглушителя.
Согласно настоящему изобретению, структуры разных систем низкотемпературного охлаждения шумоглушителя содержит систему охлаждения компрессорного оборудования, которая в свою очередь содержит: компрессорное оборудование 10, конденсатор 11, выпариватель 12 и ресивер-осушитель 5; при этом, трубопровод выпаривателя 12 обматывается на наружной стенке трубопровода шумоглушителя; система охлаждения компрессорного оборудования соединяется с регулятором температуры 3;
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
регулятор температуры содержит расширительный клапан 6 и баллон с капилляром 7;
Система полупроводникового охлаждения содержит керамит 13, металлический проводник 14, полупроводники 15 N -типа и Р -типа и источник питания постоянного тока 16; после соединения образуются холодный спай 17 и горячий спай 18 соответственно, где холодный спай 17 прикрепляется на наружную стенку корпуса 1 шумоглушителя. Для регулятора температуры 3 используется теплоотвод с охлаждающим ребром, вентилятором, ветром и водой. Полупроводниковые холодильные чипы прикрепляются на наружную стенку трубопровода шумоглушителя, чтобы управлять теплоотводом горячего спая полупроводниковых холодильных чипов, регулируя температуру наружной стенки корпуса 1 звукоглушителя.
Система охлаждения жидким азотом содержит сосуды Дьюара для хранения жидкого азота 19, баллон для газообразного азота 39 и трубопроводный охладитель 20; жидкий азот и газообразный азот проникают в трубопроводный охладитель 20 и смешиваются в нем. Трубопроводный охладитель 20 покрывает наружную стенку корпуса 1 шумоглушителя и электронно соединяется с расходомером регулятора температуры 3; температура наружной стенки корпуса 1 контролируется путем регулирования расхода жидкого азота и газообразного азота;
Система магнитного охлаждения содержит рабочее вещество для магнитного охлаждения 27, магнитный полюс N 25, магнитный полюс S 26, радиатор 28 и трубопроводный охладитель 20; рабочее вещество для магнитного охлаждения 27 в высокотемпературной зоне 23 изотермически намагничивается и высвобождает теплоту; с помощью радиатора 28 выводит тепло; а в низкотемпературной зоне 24 адиабатически размагничивается; и поглощает теплоту. Трубопроводный охладитель 20 устанавливается в низкотемпературной зоне рабочего вещества для магнитного охлаждения 27, посредством рабочего вещества для магнитного охлаждения 27 изотермически намагничивается и
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
поглощает теплоту, образует холодный спай, покрывая наружную стенку корпуса 1 шумоглушителя.
Термоакустическая система охлаждения является термоакустическим охладителем стоячей волны, термоакустическим охладителем бегущей волны, охладителем Stirling или охладителем на импульсных трубках. Согласно термоакустическому принципу, на высокотемпературном теплообменнике 30 высвобождается теплота; на низкотемпературном теплообменнике 31 поглощается теплота и образуется холодный спай. Низкотемпературный теплообменник 31 соединяется с охладителем трубопровода 20, который покрывает наружную стенку корпуса 1 шумоглушителя; термоакустический охладитель содержит генератор звуковых волн 29, высокотемпературный теплообменник 30, низкотемпературный теплообменник 31, регенератор 32, резонансную полость 33 и охладитель трубопровода 20. Термоакустический охладитель бегущей волны содержит генератор звуковых волн 29, высокотемпературный теплообменник 30, низкотемпературный теплообменник 31, регенератор 32, акустический волновод бегущей волны 34 и трубопроводный охладитель 20. Охладитель Stirling содержит генератор звуковых волн 29, поглотитель звуковых волн 35, высокотемпературный теплообменник 30, низкотемпературный теплообменник 31, регенератор 32 и трубопроводный охладитель 2. Охладитель на импульсных трубках содержит генератор звуковых волн 29, высокотемпературный теплообменник 30, низкотемпературный теплообменник 31, регенератор 32, пневмокамеру 36, клапан 37, пульсационную трубу 38 и трубопроводный охладитель 20.
Газ или охлаждающая жидкость, температура которых ниже, чем температура внутри трубопровода, проходят через трубопроводный охладитель 20, этот трубопроводный охладитель покрывает наружную стенку корпуса 1 шумоглушителя и образуется холодный спай.
Ледяная корка образуется за счет покрытия трубопроводного охладителя 20 сухим льдом. Этот трубопроводный охладитель покрывает наружную стенку
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
корпуса 1 шумоглушителя, при помощи физических свойств сухого льда получается холодный спай.
Согласно настоящему изобретению, путем установки системы низкотемпературного охлаждения на наружной стенке трубопровода шумоглушителя дополнительно производиться градиент температуры внутри и вне стенки трубопровода шумоглушителя. Это приводит к тому, что температура внутри стенки трубопровода выше, чем температура вне трубопровода. Согласно принципу Ферма, используя градиент температуры, звуковой луч внутри стенки трубопровода производит преломление к направлению наружной стенки трубопровода шумоглушителя, на которой устанавливается система низкотемпературного охлаждения. Это приводит к тому, что больше звуковых лучей входят в шумопоглощающую конструкцию внутри шумоглушителя под острым углом, а не в виде скользящего падения, и достаточно эффективно проявляют свойства шумопоглощения, снижают амплитуду в модели акустических нормальных колебаний внутри шумоглушителя, и предлагают шумоглушитель, основанный на теории преломления звукового луча.
Шумоглушитель, основанный на теории преломления звукового луча, который является объектом изобретения, является трубчатым шумоглушителем. В наружной стенке корпуса шумоглушителя устанавливается система низкотемпературного охлаждения. В системе низкотемпературного охлаждения возможно применение компрессорного охлаждения, полупроводникового охлаждения, охлаждения жидким азотом, охлаждения сухим льдом, термоакустического охлаждения, химического охлаждения, магнитного охлаждения, адсорбционного охлажденияе или солнечного охлаждения. Охлаждение еще можно осуществлять путем траспортировки газа или охлаждающей жидкости, температура которых ниже, чем температура в трубопроводе. Для создания холодного спая даже можно применять способ покрытия наружной стенки корпуса шумоглушителя ледяной коркой. Если в системе низкотемпературного охлаждения применяется компрессорное охлаждение, можно обматывать трубопровод выпаривателя вокруг наружной
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
стенки трубопровода шумоглушителя. Если в системе низкотемпературного охлаждения применяется полупроводниковое охлаждение, то можно прикреплять полупроводниковый холодильный чип к наружной стенке трубопровода шумоглушителя. Если в системе низкотемпературного охлаждения осуществляется охлаждение жидким азотом или охлаждение сухим льдом, то жидкий азот и сухой лёд может быть помещен в теплообменник, затем покрывать наружной стенку трубопровода шумоглушителя. Путем регулятора температуры регулируется температура системы низкотемпературного охлаждения, и устанавливается градиент температуры внутри и вне шумоглушителя. Температура внутри стенки трубопровода шумоглушителя должна быть выше, чем температура вне стенки трубопровода. Между внутренней и наружной частью стенки трубопровода шумоглушителя образуется градиент температуры для того, чтобы звуковые лучи изгибались и преломлялись к шумопоглощающей конструкции внутренней стенки звукоглушителя. При этом четко проявляются свойства шумопоглощения шумопоглощающей конструкции, и увеличивается поглотительность шумопоглощающей конструкции, состояние шумопоглощающей конструкции переходит с недонасыщенной на насыщенную или перенасыщенную. Наряду с этим преломление звуковых лучей при скользящем падении увеличивает угол падения звуковых волн, повышает коэффициент шумопоглощения шумопоглощающей конструкции и увеличивает шумопоглощаемость.
В связи с этим в настоящем изобретении предлагается способ, согласно которому с помощью "холодной ловушки" ловят и снижают шум, именно шумоглушитель, который изготовляется на основе градиента температуры и преломления звукового луча, имеет систему низкотемпературного охлаждения. Такой шумоглушитель нового типа содержит трубчатый шумоглушитель, низкотемпературную холодильную систему и регулятор температуры. На внутренней стенке трубчатого шумоглушителя закладывается шумопоглощающая конструкция, на наружной стенке трубчатого шумоглушителя устанавливается система низкотемпературного охлаждения.
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
Система охлаждения снижает температуру задней стенки шумопоглощающей конструкции, и таким образом, внутри шумопоглощающей конструкции шумоглушителя возникает градиент температуры от относительно высокой температуры до относительно низкой температуры. Использование градиента температуры, возникающего благодаря холодному спаю в системе низкотемпературного охлаждения, что приводит к изгибанию и преломлению звукового луча внутри трубопровода, и большее количество звуковых волн косо падают в шумопоглощающую конструкцию. Таким образом, шумопоглощающая конструкция может поймать еще больше шума благодаря холодному спаю системы низкотемпературного охлаждения, а не пропускать шум мимо её поверхностности. Это позволяет в полной мере использовать потенциальные возможности шумопоглощающей конструкции и ее шумопоглощаемость, повышать свойства шумопоглощаемости, и таким образом шумопоглощающая способность от недонасыщенного положения превращается в насыщенное или перенасыщенное звукопоглощающее положение, при этом эффект шумопоглощающей конструкции значительно повышается, на основе первоначальной величины шумопоглощения заданного шумоглушителя производится избыточная величина шумопоглощения.
Согласно изобретению, шумоглушитель, основанный на теории преломления звукового луча, может использоваться не только для конструирования шумопоглощения гондолы авиационного турбовентиляторного двигателя, но и для шумопоглощения контура турбовального двигателя вертолёта, а также облегчения осуществления шумопоглощения трубопровода системы низкотемпературного охлаждения или холодного спая. Когда шумоглушитель, основанный на теории преломления звукового луча и содержащий систему низкотемпературного охлаждения, применяется при проектировании звукоглушения гондолы авиационного турбовентиляторного двигателя, для экономии энергоресурсов систему низкотемпературного охлаждения запускают лишь на стадии взлета и посадки самолета, а на стадии крейсеровки закрывают эту систему. Это позволяет в значительной степени
WO 2010/097014 PC I7CN2010/000242
увеличивать величину шумопоглощения шумопоглощающей конструкции гондолы авиационного турбовентиляторного двигателя, чтобы ещё более эффективно контролировать шум окружающей среды вокруг аэропорта, и удовлетворять требованиям по шумопоглощаемости.
Преимущества изобретения состоят в том, что на основании теории преломления звукового луча, изобретение в дальнейшем повышает величину шумопоглощения известных трубчатых шумоглушителей. Ввиду того, что изобретение является улучшением известных трубчатых шумоглушителей, систему низкотемпературного охлаждения нужно устанавливать только на наружной стенке трубопровода шумоглушителей. Это облегчает монтаж и распространение. Согласно настоящему изобретению, система низкотемпературного охлаждения устанавливается только на конструкции первоначального шумоглушителя, цельная конструкция, в основном, не изменяется. В связи с этим снижается себестоимость и облегчается реконструирование.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображена схема шумоглушителя, имеющего систему низкотемпературного охлаждения, согласно настоящему изобретению;
На фиг.2 изображена схема преломления звукового луча при условии постепенного снижения температуры днём вслед за высотой;
На фиг.З изображена схема преломления звукового луча при условии постепенного повышения температуры ночью вслед за высотой;
На фиг 4 изображена схема покрытия наружной стороны шумоглушителя льдом толщиной 100мм, и использования шумопоглощающей конструкции при многократном резонансе перфорированных панелей с пучком труб;
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
На фиг 5 изображена диаграмма измерения вносимых потерь при покрытии наружной стороны шумоглушителя льдом толщиной 100мм и при отсутствия льда;
На фиг.6 изображена диаграмма измерения вносимых потерь при проникновении высокотемпературного дыма во вход аксиального вентилятора, и имеющая, при покрытии наружной стороны шумоглушителя, льдину толщиной 100мм и не имеющая льдину;
На фиг.7 изображена схема примера осуществления настоящего изобретения, использующего компрессор в качестве системы охлаждения;
На фиг. 8 изображена схема, согласно примеру настоящего изобретения, шумоглушителя, изготавливаемого при помощи системы полупроводникового охлаждения;
На фиг.9 изображена схема, согласно примеру настоящего изобретения, шумоглушителя, имеющего систему охлаждения жидким азотом;
На фиг. 10 изображена транспортировка газа шумоглушителя, температура которого ниже температуры внутри трубопровода на наружной стенке корпуса шумоглушителя;
На фиг. 11 изображена схема шумоглушителя, имеющего систему магнитного охлаждения;
На фиг. 12 изображена схема, согласно примеру настоящего изобретения, шумоглушителя, имеющего систему охлаждения с термоакустическим охладителем стоячей волны;
На фиг. 13 изображена схема, согласно примеру настоящего изобретения, шумоглушителя, имеющего систему охлаждения с термоакустическим охладителем бегущей волны;
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
На фиг. 14 изображена схема, согласно примеру настоящего изобретения, шумоглушителя, имеющего систему охлаждения с термоакустическим охладителем Stirling;
На фиг. 15 изображена схема, согласно примеру настоящего изобретения, шумоглушителя, имеющего систему охлаждения с термоакустическим охладителем с пульсационной трубой;
На фиг. 16 изображена схема структуры наморози на дне шумопоглощающей конструкции с микротрещинами;
На фиг. 17 изображен результат измерения характеристик шумопоглощения трубопровода стоячей волны при условии замерзания на дне шумопоглощающей конструкции с микротрещинами;
На фиг. 18 изображена схема шумоглушителя, имеющего систему охлаждения, когда покрытая площадь его системы охлаждения составляет 100%;
На фиг. 19 изображена схема шумоглушителя, имеющего системы охлаждения, когда покрытая площадь его системы охлаждения составляет 5%;
Ссылки на чертежы:
1- корпус шумоглушителя
2- система низкотемпературного охлаждения 2' корка льда толщиной 100мм.
2" - система полупроводникового охлаждения
3- регулятор температуры
4- шумопоглощающая конструкция
4' - шумопоглощающая конструкция при многократном резонансе перфорированных панелей с пучком труб
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
5- ресивер-осушитель
6- расширительный клапан
7- баллон с капилляром
8- минусовая трубка
9- полюсовая трубка
10- компрессор
11- конденсатор
12- выпариватель
13- керамит
14- металлический проводник
15- полупроводник N- и Р-типа
16- источник питания постоянного тока
17- холодный спай
18 - горячий спай
19 - сосуды Дьюара для хранения жидкого азота
20 -трубопроводный охладитель
21- шумопоглощающая конструкция с микротрещинами
22- лед
23- высокотемпературная зона
24- низкотемпературная зона
WO 2010/097014
PCT/CN2010/000242
25- магнитный полюс N
26- магнитный полюс S
27- рабочее вещество для магнитного охлаждения
28- радиатор
29- генератор звуковых волн
30- высокотемпературный теплообменник
31- низкотемпературный теплообменник
32- регенератор
33- резонансная полость
34- акустический волновод бегущей волны
35- поглотитель звуковых волн
36- пневмокамера
37- клапан
38- пульсационная труба
39- азотный баллон Детальное описание
Далее настоящее изобретение будет описано в деталях, ссылаясь на чертежи и примеры
Изобретение представляет собой шумоглушитель, основанный на теории преломления звукового луча. Как показано на фиг.1, шумоглушитель содержит корпус 1 шумоглушителя и систему низкотемпературного охлаждения 2 и регулятор температуры 3. Во внутренней стенке корпуса 1 шумоглушителя
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
закладывается шумопоглощающая конструкция 4 с определенной толщиной (11000мм). На наружной стенке корпуса 1 шумоглушителя устанавливается система низкотемпературного охлаждения 2. В системе низкотемпературного охлаждения допускается использование компрессорного охлаждения, полупроводникового охлаждения, охлаждения жидким азотом, охлаждения сухим льдом, термоакустического охлаждения, химического охлаждения, магнитного охлаждения, адсорбционного охлаждения или солнечного охлаждения. Для транспортировки газа, температура которого ниже температуры внутри трубопровода, можно использовать известные системы охлаждения окружающей обстановки. Для получения холодного спая даже можно применять способ покрытия наружной стенки корпуса шумоглушителя ледяной коркой. Трубопровод системы низкотемпературного охлаждения 2 покрывает, по крайней мере, 5% площади наружной стенки трубопровода воздушного потока. Система низкотемпературного охлаждения 2 настоящего изобретения устанавливается на шумоглушителе, из-за высокой температуры внутри трубопровода воздушного потока возникает большой градиент температуры (1°С - 2000° С). Согласно принципу Ферма, звуковые лучи распространяются по кратчайшему и быстрейшему пути; звуковые лучи изгибаются и преломляются к холодному спаю, а именно к шумопоглощающей конструкции внутренней стенки трубопровода воздушного потока. Это уменьшает часть звуковых волн внутри трубопровода шумоглушителя, который не прикасается к шумопоглощающей конструкции шумоглушителя и проходит мимо нее. Большое количество звуковых волн косо падает в шумопоглощающую конструкцию, и таким образом могут ещё более достаточно и эффективно проявить шумопоглощающие свойства шумопоглощающей конструкции; увеличивать эффективное поглощение шума внутри трубопровода; снижать амплитуду в модели акустических нормальных колебаний внутри трубопровода; увеличивать величину шумопоглощения шумоглушителя, снижать излучаемый шум. Температура внутри трубопровода воздушного потока может быть обыкновенной или высокой. Чем выше температура, тем выше относительный градиент температуры, тем больше часть изгибания и преломления звуковых
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
лучей. Это в полной мере благоприятствует проявлению шумопоглощающих свойств звукопоглощающей конструкции.
Пример осуществления 1
Ссылаясь на Фиг.4, шумоглушитель, основанный на теории о преломлении звукового луча и содержащий систему низкотемпературного охлаждения, состоит из корпуса 1 шумоглушителя, звукопоглощающей конструкции 4 и системы низкотемпературного охлаждения 2. В настоящем примере осуществления для шумопоглощающей конструкции 4 применяется шумопоглощающая установка при резонансе микроперфорированных панелей с пучком труб, на поверхности которой комбинируется слой шумопоглощающей минеральной ваты. На наружной стенке корпуса 1 данного шумоглушителя наносится ледяная корка толщиной 100мм, которая выступает в качестве системы низкотемпературного охлаждения 2, затем на внутренней стенке корпуса 1 шумоглушителя закладывается вышеизложенная шумопоглощающая конструкция при многократном резонансе перфорированных панелей с пучком труб. На основе покрытия корпуса 1 шумоглушителя ледяной коркой толщиной 100мм, расположенного на выходе аксиального вентилятора, проводилось действительное измерение вносимых потерь, вызванных покрытием ледяной корки толщиной 100 мм, параметры эксперимента приведены ниже:
Параметры эксперимента: внешняя температура 12° С, дебит вентилятора 8000 мЗ/час, ветровое давление 200 Па, скорость ветра 12,7 м/с, размер протока внутри шумоглушителя 0,7м х 0,25м, длина 1м. Для шумоглушителя 1 применяется шумопоглощающая конструкция при многократном резонансе перфорированных панелей с пучком труб, где толщина звукопоглощающей минеральной ваты 100мм, объемный вес 32 кг/мЗ, длина пучка труб 10 мм, диаметр трубопровода 1,6 мм, коэффициент перфорирования 3,6%, длина трещины 3,6 мм, ширина трещины 0,04 мм, глубина полости 100 мм.
Результаты измерения показаны на фиг. 5 и таб. 1.
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
1. Таб. 1 Результат испытания вносимых потерь, вызванных покрытием наружной стенки шумоглушителя ледяной коркой толщиной 100 мм.
Частота (Гц)
Шум на выходе шумоглушителя при отсутствии наружной стенки шумоглушителя ледяной коркой
Шум на выходе шумоглушителя при отсутствии
покрытия наружной стенки шумоглушителя ледяной коркой толщиной 100 мм (ДБ)
Вносимые потери, вызванные покрытием ледяной коркой
59,4
59,9
-0,5
59.1
58,8
0,3
31,5
58.1
59,9
-1,8
58.7
59,9
-1,2
57.2
55,8
1,4
56.7
56,8
-од
100
54.6
53,2
1,4
125
50.2
2,2
160
53,2
1,8
200
59.6
59,1
0,5
250
50.3
-0,7
WO 2010/097014
PCT/CN2010/000242
315
54.3
52,8
1,5
400
50.4
48,3
2,1
500
52.4
48,7
3,7
630
55.2
53,3
1,9
800
56.1
51,7
4,4
52.8
48,1
4,7
1,25k
50.6
46,4
4,2
1,6k
49.3
45,5
3,8
45,4
4,6
2,5k
48.8
45,7
3,1
3,15k
47.2
44,8
2,4
47.1
44,9
2,2
46.7
44,7
6,3k
46.1
44,1
44.1
40,4
3,7
10k
40.4
35,7
4,7
12.5k
38.6
33,8
4,8
16k
35.7
30,1
5,6
20k
32.5
25,8
6,7
WO 2010/097014
PCT/CN2010/000242
Линейность L
70.2
69,5
0,7
Уровень звука
62.5
59,4
3,1
Как показано на фиг. 5 и таб. 1, градиент температуры, производимый холодным спаем, обеспечивает возникающие в результате изгибания и преломления звуковых лучей вносимые потери в размере 1,5-6,7дБ в диапазоне частот 100 Гц - 200 Гц, и 0,5-2,2 дБ в диапазоне частот 315 Гц -20 КГц, и составляет 3,1 дБА при покрытии ледяной коркой толщиной 100 мм.
Кроме того, при возникновении дыма на входе аксиального вентилятора, температура дыма внутри шумозвукоглушителя достигнет 65°С. При этом, на наружной стенке шумозвукоглушителя появляется ледяная корка толщиной 100 мм. Было проведено измерение вносимых потерь, вызванных покрытием ледяной корки толщиной 100 мм, внешняя температура которой 12°С, Результаты измерения представлены на фиг. 6 и таб. 2.
Таб.2 Результат испытания вносимых потерь, вызванных покрытием наружной стенки шумоглушителя ледяной коркой толщиной 100 мм.
Частота (Гц)
Шум на выходе
Шум на выходе
Вносимые потери,
шумоглушителя
шумоглушителя
вызванные
при отсутствии
при отсутствии
покрытием
покрытия
покрытия
ледяной коркой
внешней стенки
внешней стенки
шумоглушителя
шумоглушителя
ледяной коркой
ледяной коркой
толщиной 100 мм
(ДБ)
81,3
73,2
81,7
73,6
8,1
WO 2010/097014
PCT/CN2010/000242
31,5
80,4
69,5
10,9
69,4
8,6
77,9
68,2
9,7
77,3
65,5
11,8
76,2
61,8
14,4
100
73,8
57,3
16,5
125
72,6
54,3
18,3
160
70,4
55,3
15,1
200
67,6
59,8
7,8
250
62,7
51,2
11,5
315
61,6
54,5
7,1
400
59,5
49,7
9,8
500
58,4
51,7
6,7
630
56,7
55,1
1,6
800
56,6
54,2
2,4
51,8
-1,8
1,25k
48,4
-0,4
1,6k
46,5
46,7
-0,2
47,8
0,2
WO 2010/097014
PCT/CN2010/000242
2,5k
47,4
0,4
3,15k
43,8
46,4
-2,6
43,9
45,9
44,6
46,5
-1,9
6,3k
43,2
45,1
-1,9
39,6
42,6
10k
36,2
38,3
-2,1
12.5k
34,7
-2,3
16k
32,2
34,1
-1,9
20k
29,4
30,5
-1,1
Линейность L
88,4
78,8
9,6
Уровень звука
66,6
61,4
5,2
Как показано на фиг. 6 и таб. 2, при возникновении дыма на входе аксиального вентилятора градиент температуры, производимый холодным спаем ледяной корки толщиной 100 мм, обеспечивает возникающие в результате изгибания и преломления звуковых лучей вносимые потери в размере 7,1-18,3 дБ в диапазоне частот 20 Гц- 400 Гц, а и 2,4-6,7дБ в диапазоне частот 500Гц -800 Гц, В диапазоне частот более 1К Гц увеличивается на -2,4-0,4 дБ. При возникновении дыма на входе аксиального вентилятора вносимые потери, вызываемые покрытием ледяной корки толщиной 100 мм, составляют 5,2 дБА. Из-за повышения градиента температуры между центром шумоглушителя и наружной стеной еще больше звуковых лучей изгибаются и преломляются к шумопоглощающей конструкции внутренней стенки шумоглушителя, это в
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
дальнейшем проявляет звукопоглощающие свойства шумоглушителя и увеличивает величину шумопоглощения.
Несмотря на то, что градиент температуры, производимый холодным спаем ледяной корки толщиной 100 мм, (0-12° С и 0-65° С) небольшой, но дополнительная величина шумопоглощения, вытекающая отсюда, составляет 3,1-5,2 дБА. Путем теоретического анализа можно сделать вывод, чем выше градиент температуры, тем выше степень отклонения звукового луча, тем больше звуковых волн косо падают в шумопоглощающую конструкцию. Это содействует проявлению шумопоглощающего потенциала шумоглушителя.
Шумоглушитель настоящего изобретения содержит трубчатый шумоглушитель, систему низкотемпературного охлаждения и регулятор температуры. На внутренней стенке трубчатого шумоглушителя закладывается шумопоглощающая конструкция, на наружной стенке трубчатого шумоглушителя устанавливается система низкотемпературного охлаждения. Система охлаждения снижает температуру задней стенки шумопоглощающей конструкции, и таким образом, внутри шумопоглощающей конструкции шумоглушителя производится градиент температуры от относительно высокой температуры до относительно низкой температуры. Использование градиента температуры, производимого холодным спаем системы низкотемпературного охлаждения, приводит к изгибанию и преломлению звукового луча внутри трубопровода, и большее количество звуковых волн косо падают в шумопоглощающую конструкцию. В связи с этим путем системы низкотемпературного охлаждения шумопоглощающая конструкция может ловить еще больше шума, а не пропускать шум мимо её поверхностности. Это позволяет в полной мере использовать потенциальные возможности шумопоглощающей конструкции, и в достаточной мере использовать ее шумопоглощаемость, повышать свойства шумопоглощаемости, и таким образом шумопоглощающая способность от недонасыщенного положения превращается в насыщенное или перенасыщенное звукопоглощающее положение, эффект шумопоглощающей конструкцией значительно повышается, на основе
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
первоначальной величины шумопоглощения заданного шумоглушителя производится избыточная величина шумопоглощения. Когда данная технология применяется для конструирования гондолы авиадвигателя с температурным градиентом, который может достигать выше тысячи градусов, можно получить не только уровень снижения шума в размере 3-5 дБ, а к тому же технология снижения шума авиадвигателя будет развиваться на более высоком уровне.
Пример осуществления 2
Ссылаясь на Фиг.7, шумоглушитель, согласно настоящему примеру осуществления, основанный на теории преломления звукового луча и содержащий систему низкотемпературного охлаждения, состоит из корпуса 1 шумоглушителя, системы низкотемпературного охлаждения 2, регулятора температуры 3 и шумопоглощающей конструкции 4. На наружной стенке корпуса 1 шумоглушителя устанавливается система низкотемпературного охлаждения 2. Для охлаждения данной системы охлаждения используется компрессор. Система охлаждения состоит из компрессора 10, конденсатора 11, выпаривателя 12, минусовой трубки 8, полюсовой трубки 9 и ресивера-осушителя 5. Регулятор температуры 3 -обычный регулятор температуры в данной специальности, то есть регулятор температуры 3 состоит из расширительного клапана 6 и баллона с капилляром 7. Для поглощения тепла, выпариватель 12 обматывается вокруг наружной стенки трубопровода шумоглушителя. Количественное регулирование градиента температуры осуществляется посредством системы охлаждения 2 и регулятора 3 температуры. На внутренней стенке корпуса 1 шумоглушителя закладывается шумопоглощающая конструкция 4; в качестве шумопоглощающей конструкции на внутренней стенке корпуса шумоглушителя, указанной в данном примере осуществления, выступает пористый звукопоглощающий материал, также могут выступать и шумопоглощающая конструкция при резонансе тонких пластин, шумопоглощающая конструкция при резонансе тонких плёнок, шумопоглощающая конструкция с перфорированными панелями, шумопоглощающая конструкция с микроперфорированными панелями,
WO 2010/097014
PCT/CN2010/000242
шумопоглощающая конструкция с микротрещинами, а также шумопоглощающая конструкция при резонансе перфорированных панелей с пучком труб и ее шумопоглощающая конструкция при многократном резонансе, раскрытые в заявке на патент (номер патента в Китае ZL00100641.X).
Регулятор температуры системы низкотемпературного охлаждения предназначен для обеспечения градиента температуры в пределах 1-2000° С между внутренней и внешней стенами трубопровода шумоглушителя, причем температура внутри трубопровода выше, чем температура холодного спая наружной стенки трубопровода. Система низкотемпературного охлаждения, по крайней мере, должна покрывать 5% площади наружной стенки корпуса шумоглушителя.
Пример осуществления 3
Ссылаясь на Фиг. 8, шумоглушитель, согласно настоящему примеру, основанный на теории преломления звукового луча и содержащий систему низкотемпературного охлаждения, состоит из корпуса 1 шумоглушителя, системы низкотемпературного охлаждения 2", регулятора температуры 3 и шумопоглощающей конструкции 4, где на наружной стенке корпуса 1 шумоглушителя устанавливается система низкотемпературного охлаждения 2'. В системе низкотемпературного охлаждения настоящего примера осуществления используется полупроводниковое охлаждение, состоящее из керамита 13, металлического проводника 14, полупроводников N -типа и Р-типа 15 и источника питания постоянного тока 16, для образования холодного спая 17 и горячего спая 18 соответственно; указанный регулятор 3 температуры может управлять потерей тепла посредством обычного ребра, вентилятора, охлаждения воздуха, водяного охлаждения. Полупроводниковые холодильные чипы прикрепляются на наружную стенку трубопровода шумоглушителя, посредством системы охлаждения и регулятора температуры осуществляется количественное регулирование градиента температуры. На внутренней стенке корпуса 1 шумоглушителя закладывается шумопоглощающая конструкция 4.
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
Система низкотемпературного охлаждения настоящего примера осуществления применяет полупроводниковое охлаждение, что позволяет прикреплять полупроводниковый холодильный чип, то есть холодный спай 17, к наружной стенке трубопровода шумоглушителя; в остальном, шумоглушитель такой же как и в примере осуществления 2.
Пример осуществления 4
Ссылаясь на Фиг.9, шумоглушитель, согласно настоящему примеру осуществления, основанный на теории преломления звукового луча и содержащий систему низкотемпературного охлаждения, состоит из корпуса 1 шумоглушителя, системы 2 низкотемпературного охлаждения, регулятора температуры 3 и шумопоглощающей конструкции 4, где на наружной стенке корпуса 1 шумоглушителя устанавливается система низкотемпературного охлаждения 2; В системе охлаждения, в настоящем примере осуществления, используется охлаждение жидким азотом, где система низкотемпературного охлаждения состоит из сосуда Дьюара 19 и охладителя трубопровода 20. Для регулирования регулятора температуры используется клапан. Количественное регулирование температуры осуществляется с помощью управления клапаном давления азота в сосуде Дьюара для хранения жидкого азота 19 и в баллоне для азота 39 и расхода жидкого азота и газообразного азота, входящих в охладитель трубопровода 20. На внутренней стенке корпуса 1 шумоглушителя закладывается шумопоглощающая конструкция 4. В настоящем примере осуществления используется система охлаждения жидким азотом. Жидкий азот и газообразный азот проникают в охладитель трубопровода 20 и смешиваются в нем и покрывают охладитель трубопровода 20 на наружной стенке корпуса 1 шумоглушителя; Температура наружной стенки корпуса 1 шумоглушителя регулируется регулятором температуры 3 путем управления расхода жидкого азота в сосуде Дьюара 19 и газообразного азота в баллоне 39.
В остальном, шумоглушитель такой же, как и в примере осуществления 2.
Пример осуществления 5
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
Ссылаясь на Фиг. 10, шумоглушитель, согласно настоящему примеру осуществления, основанный на теории преломления звукового луча и содержащий систему низкотемпературного охлаждения, состоит из корпуса 1 шумоглушителя, системы низкотемпературного охлаждения 2, регулятора 3 температуры и шумопоглощающей конструкции 4, где на наружной стенке корпуса 1 шумоглушителя устанавливается система низкотемпературного охлаждения 2; В данном примере осуществления для транспортировки газов или охлаждающих жидкостей, температуры которых ниже температуры внутри трубопровода на наружную стену корпуса 1 шумоглушителя, можно и использовать известные системы охлаждения окружающей среды. Для регулирования регулятора температуры используется клапан. С помощью клапана управляют расходом газа или жидкости, содержащиеся в трубопроводном охладителе 20, температура которых ниже температуры внутри трубопровода, чтобы осуществлять количественное регулирование температуры.
В остальном, шумоглушитель такой же, как и в примере осуществления 2.
Пример осуществления 6
Ссылаясь на Фиг. 11, шумоглушитель, согласно настоящему примеру осуществления, основанный на теории преломления звукового луча и содержащий систему низкотемпературного охлаждения, состоит из корпуса 1 шумоглушителя, системы низкотемпературного охлаждения 2, регулятора температуры 3 и шумопоглощающей конструкции 4, где на наружной стенке корпуса 1 шумоглушителя устанавливается система низкотемпературного охлаждения 2; система охлаждения, в данном примере осуществления, использует магнитное охлаждение, состоящее из рабочего вещества для магнитного охлаждения 27, магнитного полюса N 25, магнитного полюса Р 26, радиатора 28 и охладителя трубопровода 20; рабочее вещество для магнитного охлаждения 27 в высокотемпературной зоне 23 изотермически намагничивается и высвобождает тепло, которое рассеивается радиатором 28, а в низкотемпературной зоне 24 адиабатически размагничивается и поглощает
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
тепло. Теплообменник устанавливается в низкотемпературной зоне рабочего вещества для магнитного охлаждения 27, где он намагничивается, поглощает теплоту и образует холодный спай; температура наружной стенкистенки корпуса шумоглушителя снижается с помощью охладителя трубопровода 20. В остальном, шумоглушитель такой же, как и в примере осуществления 2.
Пример осуществления 7
Ссылаясь на Фиг. 12, Фиг. 13, Фиг 14 и Фиг 15, согласно настоящему примеру осуществления, шумоглушитель, основанный на теории преломления звукового луча и содержащий систему низкотемпературного охлаждения, состоит из корпуса 1 шумоглушителя, системы низкотемпературного охлаждения 2, регулятора температуры 3 и шумопоглощающей конструкции 4, где на наружной стенке корпуса 1 шумоглушителя устанавливается система низкотемпературного охлаждения 2; система охлаждения, в данном примере осуществления, использует термоакустическое охлаждение, термоакустический охладитель стоячей волны, термоакустический охладитель бегущей волны, охладитель Stirling и охладитель на импульсных трубках соответственно. Как показано на фиг. 12, термоакустический охладитель стоячей волны состоит из генератора звуковых волн 29, высокотемпературного теплообменника 30, низкотемпературного теплообменника 31, регенератора 32, резонасной полости
33 и охладителя трубопровода 20. Как показано на фиг. 13, термоакустический охладитель бегущей волны состоит из генератора звуковых волн 29, высокотемпературного теплообменника 30, низкотемпературного теплообменника 31, регенератора 32, акустического волновода бегущей волны
34 и трубопроводного охладителя 20. Как показано на фиг. 14, охладитель Stirling состоит из генератора звуковых волн 29, поглотителя звуковых волн 35, высокотемпературного теплообменника 30, низкотемпературного теплообменника 31, регенератора 32 и трубопроводного охладителя 20. Как показано на фиг. 15, охладитель на импульсных трубках состоит из генератора звуковых волн 29, высокотемпературного теплообменника 30,
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
низкотемпературного теплообменника 31, регенератора 32, пневмокамеры 36, клапана 37, импульсного трубопровода 38 и охладителя трубопровода 20.
Согласно термоакустическому принципу, на высокотемпературном теплообменнике 30 высвобождается тепло, на низкотемпературном теплообменнике 31 поглощается тепло и образуется холодный спай. Температура наружной стенки шумоглушителя снижается посредством охладителя трубопровода 20. В остальном, шумоглушитель такой же, как и в примере осуществления 2.
Пример осуществления 8
Ссылаясь на Фиг. 16, шумопоглощающую конструкцию 21 с микротрещинами помещают в морозилку и замораживают на протяжении 10 часов, затем льдину 22 помещают вниз шумопоглощающей конструкции 21 с микротрещинами для получения замерзшей шумопоглощающей конструкции 21 с микротрещинами.
Параметры шумопоглощающей конструкции с микротрещинами 21: длина микротрещины 1,8 мм, ширина микротрещины 0,03 мм, расстояние между микротрещинами 5 мм, толщина панели 0,8 мм, глубина полости 298 мм, толщина льда 42 мм. Льдина замерзает и закрепляется внизу шумопоглощающей конструкции с микротрещинами, шумопоглощающая конструкция с микротрещинами, дно которого замерзает, закрепляется на испытательном терминале трубопровода стоячей волны.
Для шумопоглощающей конструкции с микротрещинами, дно которой замерзает, согласно настоящему примеру осуществления, на трубе стоячей волны проводится испытание свойства шумопоглощения в виде нормального падения для шумопоглощающей конструкции с микротрещинами. Коэффициенты шумопоглощения при нормальном падении до и после замерзания внизу шумопоглощающей конструкции с микротрещинами показаны на Фиг. 17. В диапазоне частот 125 Гц, 160 Гц и 200 Гц коэффициенты
WO 2010/097014
PCT/CN2010/000242
шумопоглощения замерзшей шумопоглощающей конструкции с микротрещинами повышаются от прежних 0,410, 0,400, 0,420 до 0,685,0,720 и 0,620 на 0,1-0,3, чем коэффициенты шумопоглощения незамерзшей шумопоглощающей конструкции с микротрещинами. В диапазоне частот 800 Гц~1600 Гц коэффициенты шумопоглощения при замерзании дна выше, чем коэффициенты шумопоглощения незамерзшего дна.
При сравнении коэффициентов шумопоглощения шумопоглощающих конструкций до и после замерзания дна нетрудно заметить, что после замерзания дна шумопоглощающей конструкции с микротрещинами в значительной степени повышается не только коэффициент шумопоглощения в диапазоне низких частот, но и коэффициент шумопоглощения в диапазоне средних частот, это эффективно удерживает широкополосный шум и повышает шумопоглощаемость целого диапазона частот.
Пример осуществления 9
Ссылаясь на Фиг. 18 и 19, шумоглушитель, согласно настоящему примеру осуществления, основан на теории преломления звукового луча и содержит систему низкотемпературного охлаждения,
Системы низкотемпературного охлаждения, установленные в отдельности на наружной стенке корпуса шумоглушителя, занимают площадь поверхности шумоглушителя 5% и 100% соответственно. В практике, площадь покрытия может колебаться от 5% до 100% поверхности шумоглушителя.
В заключение, сущность шумоглушителя настоящего изобретения, основанного на теории преломления звукового луча, состоит в том, что используя изгибание и преломление звукового луча, вызванные "холодной ловушкой", производимой градиентом температуры, максимально ловят и снижают шум. В то же время ещё сильнее и эффективнее проявляются шумопоглощающие свойства известной шумопоглощающей конструкции. Это является технологией снижения шума, которая основывается на градиенте
WO 2010/097014
PCT/CN2010/000242
температуры и на теории преломления звукового луча и имеющая систему низкотемпературного охлаждения. Он отличается тем, что выступая в качестве параметра конструирования и оптимизации, градиент температуры искусственно вводится в конструкцию шумоглушителя. В случае, когда достигается предельная способность шумопоглощения, устанавливается система низкотемпературного охлаждения на наружной стенке шумоглушителя и обеспечивается звукоглушителем на холодном спае с системой низкотемпературного охлаждения, производящей градиент температуры. Используя градиент температуры, звуковые лучи внутри стенкистенки трубопровода направляются к холодному спаю, то есть воздушный поток изгибается и преломляется к шумопоглощающей конструкции, расположенной на внутренней стенке трубопровода. Это уменьшает количество звуковых волн внутри трубопровода шумоглушителя, которые не прикасаются к шумопоглощающей конструкции шумоглушителя и проходят мимо нее, и приводит к тому, что еще большее количество звуковых волн косо падают в шумопоглощающую конструкцию, и, таким образом, шумоглушитель ещё сильнее проявляет шумопоглощающие свойства шумопоглощающей конструкции, что увеличивает эффективное поглощение шума внутри трубопровода, снижает амплитуду в модели акустических нормальных колебаний внутри трубопровода, увеличивает величину шумопоглощения шумоглушителя, снижает шум, излучаемый от внутренней части трубопровода.
Чем выше температура внутри трубопровода воздушного потока, тем выше относительный градиент температуры, тем больше количество изгибания и преломления звуковых лучей. Это в полной мере благоприятствует проявлению шумопоглощающего свойства известной шумопоглощающей конструкции. Путем регулирования температуры холодного спая системы низкотемпературного охлаждения, данный шумоглушитель осуществляет количественное регулирование градиента температуры, дальнейшее повышение величины шумопоглощения шумоглушителя и оптимизацию полосы частот звукопоглощения. Установка системы низкотемпературного охлаждения на
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
наружной стенке трубопровода известного шумоглушителя обеспечивает шумоглушитель дополнительной величиной шумопоглощения, не изменяя его структуры, так как данный способ является улучшением известного трубчатого шумоглушителя.
Результаты примеров осуществления 1 и 8 доказали, что способ, который основывается на градиенте температуры и преломлении звукового луча, имеет выполнимость технологии низкотемпературного охлаждения и эффективность снижения шума. С одной стороны, градиент температуры, производимый холодным спаем, приводит к изгибанию и преломлению звуковых лучей, это возбуждает дополнительную величину шумопоглощения. Из этого следует, что первоначальный шумоглушитель ещё обладает определенным потенциалом шумопоглощения. Градиент температуры, производимый холодным спаем, приводит к изгибанию и преломлению звукового луча внутри трубопровода, проявляя свойства шумопоглощения. С другой стороны, даже в случае вертикального падения, свойства шумопоглощения шумопоглощающей конструкции холодного спая в определенной степени также повышаются. Под действием градиента температуры, температура холодного спая приводит к тому, что часть звуковых волн, которая вертикально падает, не может отражаться, утекает и снова входит в шумопоглощающую конструкцию, снова подвергается шумопоглощающей обработке.
Путем оптимального выбора и изменения способа образования холодного спая системы низкотемпературного охлаждения, система низкотемпературного охлаждения может использовать охлаждение специального компрессора, полупроводникового охлаждения, охлаждение жидким азотом, охлаждение сухим льдом, термоакустическое охлаждение, химическое охлаждение, магнитное охлаждение, адсорбционное охлаждение или солнечное охлаждение. Охлаждение еще можно осуществлять путем транспортировки газа или охлаждающей жидкости, температура которых ниже, чем температура в трубопроводе. Для представления холодного спая даже можно применять способ покрытия наружной стенкистенки корпуса шумоглушителя ледяной коркой,
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
причем образуется градиент температуры холодного спая, удовлетворяющий спрос на значительное снижение шума, допущенный условиями эксплуатации для того, чтобы удовлетворить требования разных условий подавления шумов.
Настоящее изобретение может быть предназначено для шумопоглощения газопроводов, например, для шумопоглощения гондолы авиадвигателя, контуров турбовального двигателя вертолета, газовой турбины, а также и при других условиях среды, удобных и допустимых для внедрения холодных спаев системы низкотемпературного охлаждения.
В конце концов нужно подчеркнуть, что вышеуказанные примеры осуществления используются только для разъяснения, а не для ограничения технического решения настоящего изобретения. Ссылаясь на детальное описание настоящего изобретения с учетом примеров осуществления, специалист в данной отрасли должен понимать, что изменение технического решения настоящего изобретения и альтернативные замены не выходят за пределы заявленного изобретения, которые должны включаются в формулу настоящего изобретения.
WO 2010/097014
PCT/CN2010/000242
Формула изобретения
1. Способ шумопоглощения, основанный на теории о преломлении звукового луча, согласно принципу Ферма путем установки системы низкотемпературного охлаждения на наружной стенке трубопровода шумоглушителя, данный способ внутри и вне камеры шумоглушителя образует градиент температуры, при этом температура внутри стенки трубопровода выше, чем температура снаружи стенки трубопровода; причем используя градиент температуры, звуковые лучи внутри стенки трубопровода производят преломление к направлению низкотемпературной наружной стенки трубопровода шумоглушителя для того, чтобы большинство звуковых лучей под острым углом входили в шумопоглощающую конструкцию внутри шумоглушителя; это приводит к тому, что при скользящем падении увеличивается угол падения звуковых волн; повышается коэффициент шумопоглощения звукопоглощающей конструкции; увеличивается эффективное поглощение шума внутри трубопровода; снижается амплитуда в модели акустических нормальных колебаний внутри трубопровода; увеличивается величина шумопоглощения шумоглушителя; снижается излучаемый шум.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что система низкотемпературного охлаждения по крайней мере должна покрывать 5% от площади наружной стенки трубопровода шумоглушителя.
3. Шумоглушитель, основанный на теории о преломлении звукового луча, включающий в себя корпус шумоглушителя, на внутренней стенке корпуса (1) которого закладывается шумопоглощающая конструкция (4), отличающийся тем, что на наружной стенке корпуса (1) шумоглушителя на месте, соответствующем шумопоглощающей конструкции (4) устанавливается система низкотемпературного охлаждения (2); данная система низкотемпературного охлаждения (2), по крайней мере, должна покрывать 5% от площади наружной стенки корпуса (1) шумоглушителя.
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
4. Шумоглушитель по п. 3, отличающийся тем, что система низкотемпературного охлаждения (2) также соединяется с одним регулятором температуры (3), при этом путем регулятора температуры (3) осуществляется количественное регулирование градиента температуры.
5. Шумоглушитель по п. 4, отличающийся тем, что сфера количественного регулирования градиента температуры составляет 1°С - 2000°С, то есть температура внутри трубопровода корпуса (1) шумоглушителя выше на 1°С -2000° С, чем температура наружной стенки трубопровода корпуса (1) шумоглушителя.
6. Шумоглушитель по п. 3, отличающийся тем, что выступать в качестве шумопоглощающей конструкции (4) могут: пористый звукопоглощающий материал, шумопоглощающая конструкция при резонансе тонких пластин, шумопоглощающая конструкция при резонансе тонких плёнок, шумопоглощающая конструкция с перфорированными панелями, шумопоглощающая конструкция с микроперфорированными панелями, шумопоглощающая конструкция с микротрещинами, шумопоглощающая конструкция при резонансе перфорированных панелей с пучком труб или шумопоглощающая конструкция при многократном резонансе перфорированных панелей с пучком труб.
7. Шумоглушитель по п. 3, отличающийся тем, что поперечное сечение корпуса (1) шумоглушителя является круглым, овальным или прямоугольным.
8. Шумоглушитель по п. 3, отличающийся тем, что толщина звукопоглощающей конструкции (4) составляет 1 - 1000 мм.
9. Шумоглушитель по п. 3, отличающийся тем, что для системы низкотемпературного охлаждения (2) допускается применение компрессорного охлаждения, полупроводникового охлаждения, охлаждения жидким азотом, охлаждения сухим льдом, термоакустического охлаждения, химического охлаждения, магнитного охлаждения, адсорбционного охлаждения, охлаждения
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
на пульсационной трубе или солнечного охлаждения, при этом охлаждение также возможно осуществлять посредством траспортировки газа или охлаждающей жидкости, температура которых ниже, чем температура в трубопроводе, или посредством покрытия слоем льда наружной стенки корпуса (1) шумоглушителя.
10. Шумоглушитель по п. 9, отличающийся тем, что система охлаждения компрессорного оборудования включает в себя: компрессор (10), конденсатор (11), выпариватель (12) и ресивер-осушитель (5), где трубопровод выпаривателя (12) намотан на наружную стенку трубопровода шумоглушителя; система компрессорного охлаждения соединена с регулятором температуры (3); регулятор температуры включает в себя: расширительный клапан (6) и баллон с капилляром (7).
11. Шумоглушитель по п. 9, отличающийся тем, что система полупроводникового охлаждения включает в себя: керамит (13), металлический проводник (14), полупроводники N - типа и Р - типа (15) и источник питания постоянного тока (16); после соединения в отдельности образуются холодный спай (17) и горячий спай (18), где холодный спай (17) наклеивается на наружную стенку корпуса (1) шумоглушителя; управляя теплоиспуеканием, регулятор температуры (3) использует охлаждающее ребро, вентилятор, воздух или воду; полупроводниковые холодильные чипы наклеиваются на наружную стенку трубопровода шумоглушителя для управления теплоиспусканием горячего спая полупроводниковых холодильных чипов посредством регулирования температуры наружной стенки корпуса (1) шумоглушителя.
12. Шумоглушитель по п. 9, отличающийся тем, что система охлаждения жидким азотом включает в себя: сосуд Дьюара для хранения жидкого азота (19), баллон для азота при нормальной температуре (39) и охладитель трубопровода (20); жидкий азот и азот при нормальной температуре подаются в охладитель трубопровода (20) и смешиваются; охладитель трубопровода (20) покрывается на наружной стенке корпуса (1) шумоглушителя; расходомер регулятора
WO 2010/097014 PCT/CN2010/000242
температуры (3) присоединяется электрическим образом, температура наружной стенки корпуса (1) контролируется путем регулирования расхода жидкого азота и азота при нормальной температуре.
13. Шумоглушитель по п. 9, отличающийся тем, что система магнитного охлаждения включает в себя рабочее вещество для магнитного охлаждения (27), магнитный полюс N (25), магнитный полюс S (26), радиатор (28) и охладитель трубопровода (20); рабочее вещество для магнитного охлаждения (27) в высокотемпературной зоне (23) изотермически намагничивается и высвобождает тепло, посредством радиатора (28) отводит тепло и в низкотемпературной зоне (24) адиабатически размагничивается, поглощая тепло посредством охладителя трубопровода (20), установленного в низкотемпературной зоне рабочего вещества для магнитного охлаждения (27); путем адиабатического размагничивания рабочего вещества для магнитного охлаждения (27) тепло поглощается, образуется холодный спай, покрывающий на наружную стенку корпуса (1) шумоглушителя.
14. Шумоглушитель, по п. 9, отличающийся тем, что термоакустическая система охлаждения является термоакустическим охладителем стоячей волны, термоакустическим охладителем бегущей волны, рефрижератором Stirling или рефрижератором на импульсных трубках; согласно термоакустическому принципу на высокотемпературном теплообменнике (30) высвобождается тепло, на низкотемпературном теплообменнике (31) поглощается тепло, и образуется холодный спай; низкотемпературный теплообменник (31) соединяется с трубопроводным охладителем (20); трубопроводный охладитель (20) покрывается на наружной стенке корпуса (1) шумоглушителя; термоакустический охладитель стоячей волны состоит из генератора звуковых волн (29), высокотемпературного теплообменника (30), низкотемпературного теплообменника (31), регенератора (32), резонасной полости (33) и трубопроводного охладителя (20); термоакустический охладитель бегущей волны состоит из генератора звуковых волн (29), высокотемпературного теплообменника (30), низкотемпературного теплообменника (31), регенератора
WO 2010/097014
PCT/CN2010/000242
(32), акустического волновода бегущей волны (34) и трубопроводного охладителя (20); рефрижератор Stirling состоит из генератора звуковых волн
(29) , поглотителя звуковых волн (35), высокотемпературного теплообменника
(30) , низкотемпературного теплообменника (31), регенератора (32) и трубопроводного охладителя (20); рефрижератор на импульсных трубках состоит из генератора звуковых волн (29), высокотемпературного теплообменника (30), низкотемпературного теплообменника (31), регенератора (32), пневмокамеры (36), клапана (37), импульсного трубопровода (38) и охладителя трубопровода (20).
15. Шумоглушитель, по п. 9, отличающийся тем, что газ или охлаждающая жидкость, температура которых ниже, чем температура внутри трубопровода, проходят через охладитель трубопровода (20); этот охладитель трубопровода покрывается на наружной стенке корпуса (1) шумоглушителя и образует холодный спай.
16. Шумоглушитель по п. 9, отличающийся тем, что ледяная корка образуется за счет покрытия сухого льда на охладителе (20) трубопровода; этот трубопроводный охладитель покрывается на наружной стенке корпуса (1) шумоглушителя; при помощи физических свойств сухого льда предоставляется холодный спай.
WO 2010/097014
PCT/CN2010/000242
Источник звука Поверхность земли
Фиг. 2
WO 2010/097014
PCT/CN2010/000242
2/9
Источник звука Поверхность земли
Фиг. з
?7 ¦ /) 77 ?7 )) }} )) 777777
Фиг. 4
WO 2010/097014
3/9
PCT/CN2010/000242
Фиг. 5
Ш При Hiifteyrc-TBiiH дьша is отеутсшш вдкной кещя ж внешней ешроне шуттуъютсъя
Ш При пржутсшга .в*ша я нрй педршзш ЛЙЛЯНОЙ коркой толщиной ЕЙО ми нз внешней стороне шумоглушителя
f№)
Фиг. 6
WO 2010/097014
PCT/CN2010/000242
Фиг. 15
WO 2010/097014
PCT/CN2010/000242
Фиг. 16
с. soc
-*- If pi I .ИХ. ГОЯ "НИ
ании на дне 1J_•_
о. асе
........ /А -.
С. ТОО
// Л
о. е <х;
-........s* V-
О. 5со
_л___
/ / ,.
о. зес
О. 2CG
О. ЮС
О. ООО
¦ZGC 230 315 4ЙО 500 SSO SCO = OOG 12SC 160О 2000
Частота
Фиг. 17
WO 2010/097014
PC I/CN2010/000242
9/9
///////////////Т
Фиг. 18
Фиг. 19
|
