5. Глушители шума

Большинство физических процессов, протекающих в элементах СЭУ, сопровождается упругими колебаниями, в результате которых возникает шум механического, аэродинамического и электромагнитного происхождения. Аэродинамический шум появляется при движении среды в проточных частях механизмов и трубопроводах. Шум механического происхождения возникает из-за неуравновешенности вращающихся частей механизмов, соударений деталей в сочленениях и пр. Электромагнитный шум является результатом пульсаций магнитных полей. Шум, распространяемый по воздуху, называют воздушным, а по корпусным конструкциям – структурным. Уровни воздушного шума в машинно-котельном отделении (МКО) современных судов обычно превышают допустимые нормы и достигают 115-120 дБ (согласно нормам, изданным в 1962 г. Главной санитарной инспекцией, предельные уровни шума составляют в диапазоне частот от 60 до 800 Гц в МКО с постоянным пребыванием обслуживающего персонала соответственно до 70 дБ и в МКО с дистанционным управлением механизмами со звукоизолированных постов или пультов – до 80 дБ).

В ПТУ основным источником шума является редуктор ГТЗА. Одним из возможных мероприятий по снижению уровня шума может быть установка звукоизолирующего кожуха на редуктор. Уровень шума от воздушных распределителей (106-109 дБ) в МКО приближается к уровню шума, создаваемого редуктором. Поэтому глушители шума целесообразно устанавливать на всасывающей и нагнетательной сторонах вентиляторов МКО. Интенсивность аэродинамического шума в силу специфических конструктивных особенностей парогенераторов сравнительно невелика, вследствие чего в воздухоподающих и газоотводных системах глушители шума не предусматриваются.[5]

Судовые ГТУ по сравнению с другими установками являются наиболее шумными. Следует отметить, что шум ГТУ имеет исключительно высокочастотный состав: доминирующими являются частоты 3000-10000 Гц. Уровень шума на этих частотах достигает 115-118 дБ [6]. Наиболее мощным источником шума служит ГТД, прежде всего его всасывающие и нагнетательные тракты, вблизи которых уровень шума достигает 135-145 дБ. Шум ГТД имеет, в основном, аэродинамическое происхождение и распространяется по воздуху. Борьба с шумом в ГТУ ведется путем применения воздухоприемных шахт со звукоизолирующими стенками и установкой в этих шахтах глушителей шума. Благодаря наличию в газоходных трактах теплообменных аппаратов (регенераторов или парогенераторов) шум выпуска в ГТУ значительно снижается (до 90-95 дБ на расстоянии 1 м от среза трубы), поэтому обычно не требуются дополнительные мероприятия по дальнейшему его снижению. Однако в ГТУ со свободным выпуском, применяемых на судах на воздушной подушке или подводных крыльях, необходимо использование соответствующих глушителей в газоходе.

Следовательно, в современных ГТУ для ослабления воздушного шума и ограничения распространения структурного шума и вибраций осуществляется ряд мероприятий. Наиболее действенный способ снижения аэродинамического шума, создаваемого при всасывании воздуха и выпуске отработавших газов, является установка различных глушителей шума.

Глушители по принципу действия делятся на активные, реактивные, комбинированные и специальные.

Активные глушители основаны на принципе поглощения звуковой энергии и превращении ее в тепловую благодаря наличию «активного» сопротивления, в качестве которого применяют сетки, перфорированные листы, звукопоглощающие материалы и пр. На рис. 5.1 приведены конструктивные схемы активных глушителей с последовательным (а) и параллельным (б) включением сопротивления. В последнем случае применяют звукопоглощающий материал, проходное сечение канала не уменьшают, поэтому их аэродинамическое сопротивление незначительно. Конструирование глушителей активного типа производится на основании эмпирических данных, поскольку достаточно точных методов их расчета пока не имеется.

Рис. 5.1. конструктивные схемы активных глушителей.

Реактивные глушители (рис. 5.2) работают по принципу акустического фильтра, в котором постоянная составляющая энергии газового потока пропускается, а энергия пульсации возвращается к источнику. Эти глушители делятся на расширительные, резонансные и смешанные, сочетающие в себе расширительные и резонансные камеры. В отличие от активных глушителей основные размеры реактивных могут быть определены по соответствующим для них формулам.

Рис. 5.2. Конструктивные схемы реактивных глушителей

с расширительной (а), резонансной (б) и активно-реактивной (в) камерами.

Активные глушители эффективно работают на высоких частотах, реактивные – на низких. Глушители, предназначенные для одновременного понижения уровня низко- и высокочастотных шумов и включающие в себя элементы активных и реактивных глушителей, называют комбинированными (рис. 5.2).

Специальные глушители по принципу действия отличаются от перечисленных. К этой группе относятся так называемые мокрые глушители соплового типа, глушители-утилизаторы и др.

Глушители должны иметь высокую акустическую эффективность, минимальные габариты, стоимость и аэродинамическое сопротивление. По конструкции глушители шума на впуске отличаются от глушителей на выпуске, так как природа образования шума, его частотный состав и интенсивность, а следовательно, и принципы борьбы с шумом различны.

В системах вентиляции МКО на всасывании устанавливают в основном активные глушители с несколькими слоями звукопоглощающего материала. На рис. 5.3 показано расположение в надстройке судна вентилятора и пластинчатого активного глушителя, который в диапазоне частот от 300 до 5000 Гц позволяет уменьшить уровень шума на 20-35 дБ.

Рис. 5.3. Расположение вентилятора и глушителя системы вентиляции на судне.

1 – электровентилятор; 2 – глушитель из звукопоглощающих щитов; 3 – входная вентиляционная решетка; 4 – шахта со звукопоглощающей облицовкой.

Для снижения шума всасывания газотурбонагнетателей ДВС применяют глушители активного типа, состоящие из ряда плоских или изогнутых металлических дисков, оклеенных тонким войлоком. На рис. 5.4 представлена конструкция глушителя турбонагнетателя главного малооборотного двигателя.

Рис. 5.4. Пластинчатый глушитель с экраном турбонагнетателя малооборотного двигателя.

Основными элементами глушителя являются металлические диски 1, оклеенные войлоком 2, металлическая сетка 3 и экран 4. Длина активной части невелика, зазор между звукопоглощающими пластинами для увеличения эффекта глушителя незначителен. С целью увеличения акустического эффекта используют экранирование пластинчатого глушителя. Снижение уровня шума достигает 30 дБ, аэродинамическое сопротивление – 600-1000 Па. Со штатными глушителями применяют экранные, понижающие шум в зоне действия турбонагнетателя на 10-15 дБ, а по МО – в среднем на 3-5 дБ.

В ГТД снижение шума компрессора достигается путем вывода выпускного патрубка на палубу, звукоизоляцией воздушной шахты и с помощью активных глушителей.

На рис. 5.5 представлен малогабаритный глушитель с волнистыми пластинами для ГТУ мощностью 14700 кВт. Его проходное сечение 1,2 м², аэродинамическое сопротивление при скорости воздуха 25 м/с не превышает 500 Па, снижение уровня шума достигает 33 дБ.

Рис. 5.5. Активный впускной глушитель ГТУ.

Если по ходу отработавших в двигателях газов отсутствуют утилизационные парогенераторы или регенераторы, в газоотводе устанавливают глушители шума выпускных газов. Поскольку газы имеют высокую температуру и в них содержатся смолистые вещества, звукопоглощающие материалы обычно не применяются. С выпускными газами уносятся догорающие твердые частицы топлива и масла. Эти частицы могут вызвать пожар на судах, особенно в случае перевозки легковоспламеняющихся грузов. Поэтому в состав газовыпускных систем включают искрогасители.[5]