6. Снижение уровня шума во входном и газовыпускном трактах

На рис. 6.1 даны типичные примеры уровней звуковой мощности на наружных срезах входного и выпускного трактов двух ГТД: LM2500 („Дженерал электрик”) и TF35 („Авко-Лайкоминг”). Уровень звуковой мощности в децибелах (гдеW - мощность, Вт; Вт – базовая мощность) определен как функция частоты в звуковом диапазоне. Вследствие того, что эти уровни, являясь недопустимо высокими, затрудняют разборчивость человеческой речи, обеспечение комфорта и даже безопасности, а также поскольку входной и выходной тракты могут действовать как каналы, почти не препятствующие прохождению звука на палубы судна, меры по снижению звуковой мощности весьма важны для большинства ГТУ.

Рис. 6.1. Типичные данные замеренной звуковой мощности на входе и выпуске (по опубликованным данным изготовителей) для ГТУ LM2500 (фирма „Дженерал электрик”) и TF35(фирма „Авко-Лайкоминг”)

А – вход воздуха; В – выход газа; _________ ГТУ типа LM2500 _ _ _ ГТУ типа TF35.

Снижению звука в значительной мере может способствовать нарушение прямолинейности тракта от двигателя до наружного среза. Любое изменение направления в тракте – мера, зачастую необходимая и по другим причинам,- способствует ослаблению звука. Однако обычно требуется обеспечивать абсорбцию звука поверхностями трактов. Ослабление звука поглощением R, дБ/м, в прямом тракте определяется по уравнению

17Equation Section 6.118618\* MERGEFORMAT (.)

где α – коэффициент абсорбции поверхностей тракта; Р – периметр сечения тракта; F – площадь поперечного сечения тракта.

Коэффициент абсорбции (поглощения) представляет собой ту часть поступившего звука, которая поглощена (абсорбирована). Интуиция, базирующаяся на повседневном опыте, подсказывает что этот коэффициент высок у толстых волокнистых материалов и мал у материалов с твердой непроницаемой поверхностью. Он зависит также от частоты, обычно увеличиваясь с повышением частоты для хороших поглотителей звука (абсорберов); поэтому высокочастотные звуки легче ослабить путем поглощения, чем низкочастотные. Как пример, на рис. 6.2 даны коэффициенты абсорбции матов из стекловолокна различной толщины. Обычное стекло представляет собой один из худших абсорберов, имея коэффициент поглощения от 0,04 при низких частотах до 0,02 при высоких (более 2 кГц).

На рис. 6.3 представлена схема трактов ГТУ «Евролайнера», где предусмотрены дополнительные шумоглушители в воздушном и газовыпускном трактах. Шумоглушитель во входном тракте состоит из ряда абсорбентов – разделителей потока воздуха; основная идея состоит во введении в тесный контакт большей площади поглотителей на пути звука.

Глушитель на впуске газа на рис. 6.3 состоит из двух абсорберов звука торпедообразной формы, размещенных в потоке газа. Из рис. 6.1 можно заметить, что спектр шума на выпуске газа имеет более низкие частоты, чем в воздушном тракте, а из рис. 6.2 видно, что низкочастотный звук слабо поглощается даже при увеличении толщины слоя абсорбера. Поэтому в выпускном тракте добиться ослабления звука более трудно, несмотря на тот положительный фактор, что для человеческого уха низкочастотные составляющие звука являются менее неприятными (кроме того, что ввиду высокой температуры уходящих газов выпускной тракт важнее удалить из зоны человеческой активности, чем воздухоприемный тракт.).

Рис. 6.2. Влияние толщины слоя стекловолокна и частоты на коэффициент к поглощения звука

1 – реверберационная камера для поглощения звука; 2 – маты из стекловолокна плотностью 16 кг/м³, уложенные на пол; 3 – пол камеры; h – толщина слоя изоляции.

Рис. 6.3. Газовыпускной тракт ГТУ судна „Евролайнер”

1 – первичный воздух (основной); 2 – вторичный воздух системы охлаждения; 3 - глушитель шума; 4 – вентилятор.

Более низкой частоте соответствует большая длина волны, поэтому мелкоячеистые абсорберы, обычные для воздушного тракта, менее эффективны по сравнению с большеобъемными абсорберами. Глушители в газовом тракте, показанные на рис. 6.3, выполнены с учетом указанных положений: перекрывая линию видимости по оси тракта, они создают дополнительные толстослойные объемные поверхности поглощения звука, компенсируя тем самым слабое поглощение низкочастотных составляющих.

Шумопоглощающие материалы в газовыпускном тракте, естественно, должны быть стойкими к высокой температуре газа и защищены от механической эрозии. Последнее особенно важно для воздухоподводящего тракта, так как любой материал, отделившись, попадает в двигатель. Маты из волокнистых материалов, используемые в качестве абсорберов, защищают перфорированными металлическими листами и проволочной сеткой, стеклотканью или листами из пластмассы, помещаемыми между металлом и абсорбером. Эти покрытия обычно незначительно снижают коэффициент поглощения звука.

При разработке мер по шумоглушению важно учитывать допустимый уровень звука на наружном срезе тракта. Определить этот уровень практически невозможно, так как он зависит от направления и расстояния до ближайшего места деятельности человека, а также от вида этой деятельности (важно, например, должна ли быть обеспечена слышимость обычной человеческой речи на обычном расстоянии). Звуковой уровень может быть задан в общих технико-экономических требованиях на судно. В случае, если проектировщик должен сам разрабатывать такие требования, он может руководствоваться данными соответствующих справочников по акустике.

Мероприятия по ослаблению звука увеличивают потери давления за счет загромождения тракта или уменьшения площади его сечения. Проектировщик должен находить компромиссные решения с учетом необходимости обеспечить малую потерю напора.[7]