7.7. Обгрунтування застосування ефективних технічних засобів шумопоглинання для забезпечення екологічної безпеки

Відомо, що одним з найбільш дієвих способів зниження виробничого шумового забруднення є застосування глушників. Експериментальні дослідження характеристик глушників проводять на випробному стенді (рис. 7.13). Результати випробувань вітчизняних і закордонних глушників, які серійно випускаються, і призначені для обладнання, при експлуатації якого використовується стиснене повітря, наведені в табл. 7.25 (під вільним вихлопом мається на увазі вихід відпрацьованого повітря з пневмообладнання без застосування глушника).

Рисунок 7.13 - Схема стенда для випробування глушника:

1 – балон стиснутого повітря; 2 – електромагнітний клапан; 3 - манометр; 4 – балон-компенсатор; 5 – глушник; 6 – шумомір типу ІШВ

Аналіз табл. 7.25 свідчить, що пропускання стиснутого повітря через речовину з порами малого діаметра дозволяє знизити рівень шуму максимум на 23 дБ (п. 2-4) у порівнянні з вільним вихлопом (п. 1). Найбільш ефективним з перших трьох розглянутих глушників по зазначеному параметру є глушник, зазначений у п.3, однак, він має відносно великий аеродинамічний опір. Крім того, повсть забивається домішками, які містяться в повітрі робочої зони, і зволожується, що визначає недовговічність його експлуатації. Отже, жоден з цих трьох глушників не має оптимального поєднання властивостей (високе шумопоглинання і низький аеродинамічний опір).

Таблиця 7.25 - Результати випробування глушника

№ п/п	Найменування глушника	Опір (проти-тиск, створю-ваний глушни-ком), атм.	Рівень інтенсивності шуму, дБ
1.	Вільний вихлоп (без глушника)	0,23	102-104
2.	Глушник з пористої бронзи	0,40	89-90
3.	Глушник з 9 прошарків повсті	0,60	81
4.	Глушник інтерференційного типу (з зустрічними струменями)	1,20	93
5.	Балон - компенсатор	0,50	82-84
6.	Глушник з інертним заповнювачем	0,90	82-84
7.	Глушник з інертним заповнювачем і балоном - компенсатором	0,50	71-72
8.	Двокамерний глушник з двошаровою засипкою інертного заповнювача	0,45	71-72

З метою зниження аеродинамічного опору використовують балон-компенсатор (рис. 7.13), що дещо поліпшує параметри процесу глушіння (табл. 7.25, п.5). Глушник з інертним заповнювачем (характерний розмір часток 35 мм) має ефективність (табл. 7.25, п.6) того ж порядку, що при використанні балона-компенсатора, але при цьому помітно зростає опір. Спільне застосування глушника і балона-компенсатора дає кращий результат (табл. 7.25, п.7).

З ниження опору глушника може бути досягнуте на основі застосування методу електрогідродинамічних аналогій (ЕГДА). Згідно цього методу зменшити опір системи в аеро(гідро)динаміці (за аналогією з електродинамікою) можна, використовуючи паралельну схему підключення складових опорів. Цей принцип застосований при конструюванні глушника, схема якого наведена на рис. 7.14. Стиснуте повітря розділяється на два потоки і через повітревідводи 4 і 5 надходить у верхній і нижній відсіки 2 глушника, який закритий перфорованою кришкою 6 з одного боку. Перетинка 3 розділяє корпус глушника на дві частини, кожна з яких заповнюється спочатку великою (з розміром часток 5 мм), а потім дрібною (розмір часток 3 мм) фракціями інертного заповнювача. Дана конструкція відноситься до глушників інтерференційно-активного типу, тому що при проходженні повітря шум гаситься за рахунок інтерференції і внутрішнього тертя. Аеродинамічний опір глушника менше (табл. 7.25, п.8) на 10% у порівнянні з однокамерним глушником (табл. 7.25, п.7) при практично незмінній ефективності поглинання.

Рисунок 7.14 - Схема інтерференційно-активного глушника шуму стисненого повітря:

1 – корпус глушника; 2 – відсіки глушника; 3 – перетин; 4,5 – повітревідводи для подачі повітря у верхній та нижній відсіки, відповідно; 6 – перфорована кришка.

Запропонований глушник 34 (рис. 7.14) конструктивно простий, дешевий у виготовленні, надійний в експлуатації (використання підібраного інертного заповнювача не сприяє його забиванню пилоподібними включеннями).

Нижче наведено технічні рішення по управлінню екологічною безпекою шляхом зниження шумового забруднення, яке створюється наземними видами транспорту. Зазвичай в глушниках вихлопу від двигунів внутрішнього згоряння використовують резонансні відбивачі Гельмгольца (резонатори), що складаються з камери, через яку проходить перфорована труба [35]. Ефективне поглинання шуму в глушниках активного типу (здійснюючих перетворення акустичної енергії в теплову) досягається при товщині поглинаючого прошарку не менше чверті довжини звукової хвилі [36], що складає порядку 25 см. Однак, на практиці це реалізувати досить проблематично.

Ефективність шумозаглушення при використанні різних систем глушників представлені в табл. 7.26.

Таблиця 7.26. Рівні шуму вихлопу двигунів внутрішнього згоряння при використанні різних систем глушіння

№ п/п	Система глушіння	Рівень звукового тиску (дБ) при різних режимах роботи двигуна (частотах обертання)
		Малі (800 об/хв)	Середні (1250 об/хв)	Високі (2500 об/хв)
1.	Вільний вихлоп(без глушника)	88	104	118
2.	Відбивач Гельмгольца (резонатор)	76	93	108
3.	Послідовне з’єднання резона-натора і равликоподібного глушника	66	80	94
4.	Послідовне з’єднання резона-тора і двосекційного равлико-подібного глушника	62	74	85

Відбивач Гельмгольца (табл. 7.26, п.2) не забезпечує необхідного зниження шумового забруднення. Підвищення ефективності глушника (на 10-14 дБ у порівнянні з резонатором) досягається внаслідок застосування системи, що складається з послідовного з'єднання резонатора й равликоподібного глушника. Покриття внутрішньої поверхні равликоподібного глушителя прошарком скловолокна товщиною 10 мм призводить не тільки до ослаблення рівня шуму, але і сприяє уловлюванню часток сажі, що утворюються при роботі двигуна. Застосування двосекційного равликоподібного глушника в розглянутій системі подовжує шлях руху газів, що призводить до додаткового збільшення ступеня поглинання шуму (табл. 7.26, п.4). Розглянута система глушіння (рис. 7.15) функціонує в такий спосіб. Повітрегазова суміш, після проходження резонатора надходять у равликоподібний глушник, рухаються в ньому по спіралі і через перехідний патрубок 6 входять в інший «равлик». Пройшовши другий ступінь глушника, гази через вихідний патрубок 5 виводяться назовні. Звукові хвилі проходять через скловолокно і відбиваються від корпуса. Це відбувається багаторазово. Таким чином, загальна довжина шляху звукових хвиль у скловолокні досягає необхідних 0,25-0,3 м. На частки сажі діє відцентрова сила, і вони осаджуються в прошарку скловолокна. Загальна довжина шляху, який проходять гази, складає 1 м для односекційного і 2 м для двосекційного глушника. Глушник розбірний. При заповненні прошарку скловолокна частками сажі його заміняють. Система глушіння шуму вихлопу двигуна внутрішнього згоряння вантажного автомобіля дозволяє знизити рівень шуму на 2633 дБ (табл. 7.26) залежно від режиму роботи двигуна й одночасно очищати гази, що відходять, від часток сажі.