Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса и постановка задачи исследования 8
1.1 Краткое описание объектов исследования и процессов шумообразования в транспортных машинах 8
1.2 Нормы шума транспортных машин 11
1.3 Характеристики шума транспортных машин 12
1.4 Снижение шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания транспортных машин глушителями 13
1.5 Связь конструктивного исполнения глушителей с их эффективностью 17
1.6 Обоснование требований к акустическим характеристикам глушителей шума выхлопа транспортных машин 30
ГЛАВА 2 Разработка требований к эффективности глушителей шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания 33
2.1 Акустические характеристики трактора МТЗ-82 33
2.2 Вклад выхлопа во внешнее и внутреннее звуковые поля транспортных машин...35
2.2.1 Основные допущения 14 границы расчетов 35
2.2.2 Расчет внешнего звукового поля от выхлопа 36
2.2.3 Расчет вклада шума выхлопа в кабину 38
2.3 Определение акустических требований к эффективности глушителей -41
2.4 Пример расчета требуемой эффективности глушителя 42
ГЛАВА 3 Методика экспериментальных исследований глушителей 47
3.1 Методика измерения акустических характеристик трактора 47
3.1.1 Общие положения... 47
3.1.2 Условия проведения испытаний 47
3.1.3 Измерительная аппаратура 48
3.1.4 Измерения внешнего шума 49
3.1.5 Измерения шума (внутреннего) в кабине оператора 50
3.1.6 Измерения шума выхлопа 51
3.1.7 Измерения прочих параметров 52
3.1.8 Измеряемые величины 53
3.2 Модели испытываемых глушителей 53
3.3 Испытательные стенды 60
3.3.1 Общие положения 60
3.3.2 Стенд для «прозвучивания» глушителей 60
3.3.3 Стенд с реальным двигателем 60
3.3.4 Стенд для холодной продувки глушителей 61
3.4 Обработка результатов измерений 62
3.5 Оценка точности измерений эффективности глушителей 63
ГЛЛВЛ 4 Экспериментальные исследования глушителей шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания и апробация разработанных конструкций 67
4.1 Связь эффективности и противодавления в глушителях с их конструктивным исполнением 67
4.1.1 Данные о средней эффективности испытываемых моделей глушителей 67
4.1.2 Связь эффективности и противодавления глушителя с объемом 68
4.1.3 Влияние перфорации и числа камер 70
4.1.4 Влияние поворота потока на выходе из глушителя 72
4.1.5 Влияние звукопоглощения 73
4.1.6 Влияние взаимного расположения входного и выходного патрубков .74
4.1.7 Сравнение глушителей различного конструктивного исполнения 75
4.1.8 Сравнение глушителей с различным числом т 78
4.1.9 Влияние диаметра выходного патрубка 78
4.1.10 Влияние резонансного элемента в глушителе 79
4.1.11 Влияние формы корпуса глушителя 80
4.2 Исследование глушителей как акустических фильтров 81
4.3 Влияние параметров струи на эффективность глушителей -87
4.4 Описание процессов, происходящих в глушителях 94
4.5 Эмпирическая формула оценки эффективности глушителей -98
ГЛАВА 5 Разработка рекомендаций по проектированию глушителей шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания и апробация разработанных конструкций 104
5.1 Рекомендации по проектированию и выбору глушителей 104
5.2 Разработка конструкций глушителя шума выхлопа тракторов 104
5.3 Апробация предложенного глушителя 106
Заключение по
Литература .113
Приложение
- Характеристики шума транспортных машин
- Определение акустических требований к эффективности глушителей
- Модели испытываемых глушителей
- Связь эффективности и противодавления глушителя с объемом
Введение к работе
Транспортные машины - наиболее массовая продукция машиностроения. В год во всем мире производятся миллионы грузовых и легковых автомобилей, тракторов, строительно-дорожных машин. Большинство транспортных машин оборудуется двигателями внутреннего сгорания, при работе которых возникает шум высокой интенсивности. Этот шум излучается как в окружающую среду, приводя к акустическому загрязнению, так и проникает в кабины, на рабочие места операторов, создавая угрозу здоровью работающих. Основным источником акустического загрязнения в городах является автомобильный транспорт; но строительно-дорожные машины нередко -наиболее интенсивные источники шума, расположенные в жилой застройке. Масштабы воздействия акустического загрязнения в городах огромны, от 30 до 50% населения подвергаются действию шума, превышающего нормы. Повышенный шум по данным специалистов является причиной почти 30% заболеваний в городах, где акустическое загрязнение, характеризуемое эквивалентным уровнем звука, достигает 70-75 дБЛ (норма в дневное время - 55 дБА), т. е. превышение достигает 15-20 дБЛ или в 3-4 раза по субъективному ощущению громкости.
Повышенный шум, действию которого подвергаются операторы транспортных ' машин, при длительном воздействии приводит к ухудшению слуха, снижению работоспособности и даже к тугоухости.
Проблема защиты от шума является важной научно-технической проблемой. Зашита от шума - приоритетное направление развития современного общества. Защита от шума осуществляется по многим направлениям, к главным из которых следует отнести разработку норм и законов по борьбе с шумом, создание методов и средств зашиты от шума. Так, идет непрерывное ужесточение норм по внешнему шуму автомобилей, за последние 30 лет нормы шума разных групп автомобилей снижены па 10-14 дБА, что соответственно потребовало и разработки средств, обеспечивающих требуемое снижение шума. Ужесточились также и нормы шума тракторов и строителыю-дорожных машин. Так, в нашей стране нормы шума в кабинах транспортных машин за последние 30 лет снижены на ЮдБА.
Общая тенденция развития транспортных машин - повышение скоростей, мощности силовых установок, а также непрерывный рост числа транспортных систем. Все это ведет к увеличению излучаемого транспортными машинами шума, а также увеличению акустической нагрузки на операторов и в окружающую среду. Современные транспортные машины оборудованы комплексом эффективной шумозащиты:
5 звукоизолирующими кабинами, капотами, глушителями шума выхлопа и всасывания двигателей внутреннего сгорания, системами виброизоляции двигателей, кабин и пр., обеспечивающих высокое снижение шума Но по мере роста мощности силовых установок и возрастания требований по шумозащите эффективность этих средств становится недостаточной. Чтобы обеспечивать новые требования по шумозащите необходимо разрабатывать новые средства, исследовать и совершенствовать имеющиеся.
К основным источникам шума транспортных машин, оборудованных двигателями внутреннего сгорания, относится шум выпуска. Шум иезаглушенного выпуска может достигать 140 дБА (болевой порог), что во много раз превосходит шум всех остальных источников. Поэтому все без исключения транспортные машины оборудуются штатными глушителями шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания. Разработка глушителей шума выхлопа - важное направление шумозащиты транспортных машин. В области разработки и производства глушителей работают сотни фирм и тысячи специалистов. В этой области отсутствует сколько-нибудь серьезная унификация, почти к каждой повой транспортной машине создастся свой глушитель. Глушители «Volvo» не похожи на глушители «BMW», а глушители «Caterpillan> - на глушители «Komatsu».
Несмотря на большое число разработок в области глушителей остается ряд невыясненных вопросов. К главным проблемам, на наш взгляд, следует отнести отсутствие научно обоснованных требований к акустической эффективности, а также обобщенных и практически реализуемых рекомендаций по проектированию глушителей.
Цель работы - разработать научно обоснованные требования к выбору глушителей шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания на транспортные машины, разработать рекомендации по проектированию глушителей шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания транспортных машин для снижения акустического загрязнения и внутреннего шума.
Научная новизна: в диссертации обоснованы и разработаны научные методы выбора и проектирования глушителей шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания. При этом решены следующие задачи:
Разработаны методики определения вклада шума выхлопа во внешнее и внутреннее звуковые поля транспортных машин и определения акустических требований к системе шумоглушения в газовыпускном тракте двигателей внутреннего сгорания.
Установлена связь между основными конструктивными параметрами глушителей, их акустическими характеристиками и противодавлением.
Уточнена физическая картина акустических процессов, происходящих в глушителях шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания, связанная как с акустическими, так и с аэродинамическими процессами.
Предложена эмпирическая формула для оценки акустической эффективности реактивных и абсорбционных глушителей шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания
Практическая ценность работы:
Разработаны рекомендации по проектированию глушителей шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания.
Определены акустические требования к глушителю шума выхлопа для трактора МТЗ - 82.
На основании разработанных рекомендаций разработана конструкция глушителя шума выхлопа для тракторов, испытания которой па тракторе МТЗ-82 показали ее высокую эффективность.
Внедрение результатов работы осуществлено ООО «Автокомплект» г. Санкт-Петербург, Колпино для отечественных тракторов и может быть использовано для автомобилей.
Апробация работы. Результаты работы были доложены на II и III школах-семинарах «Новое в теоретической и прикладной акустике» (октябрь 2002, 2003 гг., С-Пб), на научно-технических советах ООО «Автокомплект» (ноябрь, март 2003 г.) и на заседании кафедры «Экология и безопасность жизнедеятельности» Балтийского государственного технического университета им. Д.Ф. Устинова «Военмех» (март 2004 г.).
Публикации. Опубликовано 6 работ, в том числе 4 - по теме диссертации. Теоретические результаты исследоваиий обобщены в докладе, принятом для публикации в трудах XI международного конгресса по звуку и вибрации, Санкт-Петербург, 5-8 июля 2004 г.
На защиту выносятся:
методика определения вклада выхлопа во внешнее и внутреннее звуковые поля транспортных машин;
методика расчетного определения акустических требований к системе шумоглушения в газовыпускном тракте двигателей внутреннего сгорания;
результаты исследования по установлению связи между основными конструктивными параметрами глушителей, их акустическими характеристиками и противодавлением;
объяснение физической картины шумоглушения в глушителях;
ориентировочная эмпирическая формула для расчета эффективности глушителей;
рекомендации по проектированию глушителей шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания транспортных машин;
- конструкция глушителя шума выхлопа для тракторов.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка
литературы из 171 наименования и б приложений. Основной материал, включая 61 рисунок и 40таблиц, изложен на 126 страницах,объем приложений- 152 страницы.
Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю д.т.н., профессору Иванову Н.И., а также к.т.н., доц. Куклину Д.А. и сотрудникам кафедры «Экология и безопасность жизнедеятельности», оказавшим автору помощь в проведении исследований и подготовке диссертации.
Характеристики шума транспортных машин
Для того чтобы понять степень актуальности борьбы с шумом на транснортных машинах, был выполнен анализ литературных источников [12-24]. Данные о характеристиках внешнего и внутреннего шума транспортных машин приведены в таблице 1.5. Шум выхлопа оказывает немаловажное влияние на процессы шумообразовапия транспортных машин. При отсутствии глушителя как внешний, так и внутренний шум будет определяться только шумом выхлопа. Это легко можно понять из данных, приведенных в [25J. Внешний шум при установленном глушителе снижен на 34 дБА, а шум в кабине - на 43 дБЛ, т.е. шум выхлопа без глушителя во много раз интенсивнее других источников. Поэтому па всех без исключения транспортных машинах с двигателем внугренпего сгорания газовыпускной тракт оборудован глушителями шума выпуска. Литература, посвященная глушителям шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания, чрезвычайно обширна. Покажем, на каких принципах работают глушители шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания, анализируя монографии [12-14,26-35]. Глушитель - устройство, служащее для преобразования энергии, устанавливаемое в конце газовыпускного тракта с целью снижения шума. К глушителю шума выпуска предъявляются противоречивые требования: максимально возможное снижение шума и минимально возможное сопротивление движению газового потока. Характер процессов, протекающих в глушителе, можно понять из уравнения баланса звуковой мощности, предложенного Р.Н. Старобинским [12]. Уравнение баланса звуковой мощности в глупгителе (рис. 1.3) имеет вид: где И7,, ,,"7 ,,"7 -соответственномощность, прошедшая через глушитель, падающая на входе в глушитель и отраженная в глушителе; Wmvi - мощность, поглощенная в глушителе; Из анализа баланса звуковой энергии видно, что звуковая энергия поглощается или отражается в элементах глушителя, обеспечивая его функционирование. Часть энергии излучается корпусом, в элементах глушителя при прохождении газового потока также может генерироваться звуковая энергия, влияя на эффективность шумоглушения. Помимо принципов поглощения и отражения (и их комбинации) в глушителях используется активное шумоподавление путем интерференции звуковых волн (активные глушители) и резонансное шумоглушение ( резонансные глушители). Общая классификация глушителей приведена в монографии Н.И. Иванова [13] и представлена в таблице 1.7
Из анализа этой таблицы видно, что реактивные (отражающие) глушители эффективны во всем спектре частот с чередующимися провалами, абсорбционные (поглощающие) глушители эффективны на средних и высоких частотах, активные снижают шум только в низкочастотной области, а резонансные - в узкой полосе частот. В монографии М. Хекла (31] отмечается, что в глушителях осуществляется преобразование звуковой энергии в тепловую в результате трения о стенки труб или вследствие нелинейных эффектов в местах изменения сечений, в звукопоглощающих материалах, нерфори рованных элементах. Эти меры сказываются также на движении потока, приводя к дополнительным потерям. Эффективность глушителя в самом общем виде может быть рассмотрена в виде: где АР - потери давления в системе выхлопа. Об этой особенности работы глушителей также говорится в монографии И.И. Клюкииа [29}, где потери давления рассчитываются: где 4 - коэффициент сопротивления глушителя; и - средняя скорость на входе в глушитель, м/с; v - объемный вес газа, кг/м ; g - ускорение силы тяжести, м/с . В монографии М.А. Разумовского [14] так же, как и у М. Хекла указывается на связь эффективности глушителя с потерями тепла, он предложил эффективность глушителей определить как: где Т;, Ті - соответственно температура на выходе из глушителя и входе в глушитель. В монографии UM. Иванова [13] показано, что газовый поток вносит существенный вклад в картину преобразования энергии глушителями. Там, где поток имеет небольшую скорость, глушитель выполняет роль акустического «фильтра», поглощая или отражая часть звуковой энергии. Там, где имеется струя газов, движущаяся с большой ( 60 м/с) скоростью, глушитель работает как система, преобразующая газовый поток, снижая его давление, пульсации, скорость и (или) температуру. Таким образом, исходя из вышеизложенного, все глушители можно условно разделить на два больших класса: 1) акустические фильтры; 2) гасители энергии газового потока. В проанализированных монографиях дано самое общее представление о глушителях и принципах их работы. Существует множество методов расчета глушителей шума выпуска двигателей внутреннего сгорания [36-48], но они очень сложны. Рассмотрим более подробно связь конструктивного исполнения глушителей с их эффективностью.
Определение акустических требований к эффективности глушителей
Требования к эффективности глушителей определяются из полученного значения вклада выпуска в звуковое поле (отдельно для внутреннего и внешнего), нормативных параметров и числа каналов, которые образуют звуковое поле. Требуемая эффективность глушителя для внешнего звукового поля: где U- - см. формулу (2.11), дБ; п - число каналов, образующих внешнее звуковое поле (помимо каналов выхлопа). Требуемая эффективность глушителя для внутреннего звукового поля: где VZ - см. формулу (2.21), дБ; К - нормы шума в кабине, дБ; т - число каналов, образующих звуковое поле в кабине. Таким образом, для снижения до требовании норм составляющей шума выпуска в кабине и во внешнем звуковом поле эффективгюсть штатного глушителя шума выпуска должна быть увеличена на 2-10 дБ в диапазоне частот (125-4000 Гц). Требования к проектируемому глушителю составляют 4-5 дБ в низкочастотном (63-250 Гц) и 5-14 дБ в средне- и высокочастотном диапазоне. 1. Показано, что основными допущениями при расчетах являются допущения о представлении излучателей (первичного и вторичного) как точечных источников, т. е. излучателей сферических звуковых волн, а также допущение о диффузности звукового поля в кабине; граница расчетов принята 125 Гц. 2. Разработаны расчетные схемы и предложены математические модели, описывающие вклад шума выхлопа во внешнее звуковое поле транспортной машины, с учетом вклада прямого звука, отраженного от близрасположенной отражающей поверхности (вторичный излучатель звука), и отражения от опорной поверхности. 3. Разработаны расчетные схемы и предложены математические модели, описывающие вклад шума выхлопа в кабину с учетом прямого звука (через близрасположенную панель) и дифрагированного звука (через боковые и заднюю панели). 4. Разработана методика определения требуемого снижения шума выхлопа, т.е. требований к глушителю шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания во внешнее и внутреннее звуковые поля транспортных машин, с учетом числа основных источников шума и нормативных требований. 5. В качестве примера с учетом разработанной методики были получены дополнительные требования к штатному глушителю шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания на тракторе МТЗ-82, которые составили в среднем 4-10 дБ в нормируемом диапазоне частот. Для определения внешнего и внутреннего шума исследуемых машин использовался руководящий документ РД 22-20-79 [159] на его основании с учетом стандартов ISO [160,161] была разработана методика измерений Основные вопросы, учитывающиеся в разработанной методике, - расположение измерительных точек, условия проведения измерений, режим работы трактора при проведении испытаний, учет акустических помех и др., приведены ниже. Климатические условия Испытания проводятся при отсутствии атмосферных осадков.
Не допускается проведение измерений при скорости ветра выше 5 м/с. При скорости ветра более 1 м/с на микрофон надевается ветрозащитный колпак. Влажность, температура воздуха, атмосферное давление, вибрация и непостоянные магнитные ноля должны быть в пределах ограничений, определенных изготовителем аппаратуры. Измерения не следует выполнять в следующих случаях: при осадках, т.е. дожде, снеге или граде; если земля покрыта снегом; при температуре ниже - 10 С или выше + 35 С; если скорость ветра превышает 5 м/с. Звуковой фон (фон помех) Необходимо чтобы звуковой фон в каждой точке измерения был, по крайней мерс, па 10 дБ (дБА) ниже шума, производимого машиной. Во время испытания не следует приводить в действие любые сигнальные устройства, такие как непрерывный продолжительный гудок тревоги, сишал о выходе машины па рабочий режим (достижении условий прогрева) или сигнал при движении назад. Если разница между полезным сигналом и фоном мснынс 10 дБ(дБА), то в измеренные значения вводятся поправки: при разнице не менее 5 дБ (дБЛ)-1 дБ (дБЛ), при меньшей разнице измерения не проводятся. Место проведения испытаний Для исключения затухания звука, обусловленного звукопоглощением поверхности между испьпываемой машиной и измерительной точкой, испытания проводятся на жесткой отражающей поверхности, например, бетон или твердый асфальт. Для проведения измерений используется оборудование с достаточной разрешающей способностью и имеющее свидетельство о поверке. Предпочтительным оборудованием являются интегрирующие шумомеры и вспомогательное оборудование, включая микрофон и кабель, которое должно отвечать требованиям для прибора класса 1. Для проведения измерений используется ненаправленный микрофон. Микрофон и присоединенный к нему кабель выбирается так, чтобы их суммарная чувствительность незначительно изменялась в зависимости от диапазона температур при проведении измерений. До и после проведения измерений тракты для измерений шума калибруются. Для проведения измерений использовалась следующая аппаратура: анализатор спектра тип 2144, зав. № 2102806 (Bruel & Kjaer, Дания); - микрофон тип 4165, зав. № 682609, с блоком питания тип 2804, зав. № 888475 (Brucl & Kjaer, Дания); - прецизионный третьоктавный анализатор тип 2260 («Investigator»), зав. № 2168581 (Brucl & Kjaer, Дания); - микрофон тип 4189, зав. №2143216 (Brucl & Kjaer, Дания); - виброизмерительный преобразователь тип 4371, зав. №1019784 (Bruel & Kjaer, Дания); - калибратор тип 4231, зав. № 2175769 (Bruel & Kjaer, Дания); - генератора шума тип 1405 (Bruel & Kjaer, Дания); - усилитель тип LV-103 (RFT, Германия); - прецизионный шумомер и анализатор спектров Октава-101 А, зав. №02А010 ненаправленный излучатель шума (Bruel & Kjaer, Дания).
Модели испытываемых глушителей
Известно, что важным параметром, определяющим выбор глушителя шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания, является величина противодавления. Измерения противодавления выполняются при помощи трубки Пито-Прандтля и U-образного манометра, заполненного дистиллированной водой (рис. 3.4). Противодавление измеряется на участке прямой трубы на расстоянии не ближе 150 мм к глушителю, на удалении от колена выпускной трубы достаточном для того, чтобы устоялся поток выходящих газов[ 162,163]. В выпускной трубе просверливается отверстие, перпендикулярное к поверхности трубы, внутренних заусенцев быть не должно. Глубина отверстия должна не более чем в 3 раза превышать диаметр отверстия. Внутренний диаметр штуцера, приваренного к отверстию, должен быть в пределах 2-2,5 диаметра отверстия. При помощи резинового шланга отверстие соединяется с U-образньш манометром, заполненным дистиллированной водой. Снимается разность показаний трубок манометра. За окончательный результат берется среднее арифметическое из трех показаний противодавления, измеренных па данном глушителе. Измеряются уровни звукового давления (УЗД), дБ в октавних полосах частот и эквивалентный уровень звука (УЗ),дБА, в каждой позиции микрофона, для каждого измерения, а также уровни звукового давления (УЗД), дБ, и эквивалентный уровень звука (УЗ), дБА, фонового шума, противодавление в мм водяного столба, температура газовыпускнот потока, С, скорость потока, м/с. Дтя испытаний была разработана 31 модель глушителей шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания. Схемы глушителей приведены в таблице 3.2. В конструкциях исследуемых глушителей использовано наибольшее число конструктивных элементов, используемых в глушителях шума выпуска двигателей внутреннего сгорания: полые камеры (различного обі ема), перфорированные перегородки, перфорированные патрубки, звукопоглощение, элементы поворота потока (табл.3.2). В основу разрабатываемых моделей были предложены конструкции наиболее современных глушителей шума выхлопа транспортных машин, которые показаны на рис 3.5 {«-«) Каждый из выбранных трех глушителей преобразовался в испыгьюаемыс модели путем перехода от полой камеры (условно назовем ее базовой моделью) к последовательному перебору основных конструктивных элементов. Обозначения и размеры испытываемых моделей приведены втаблицсЗ.2 Стенд для прозвучивания глушителей (рис 3.6) представляет собой реверберационную акустическую камеру, в которой искусственным источником звука создается диффузное звуковое поле.
Глушитель располагается снаружи камеры, звук поступает к глушителю через выходной патрубок, к которому подсоединяются испытываемые конструкции. Данные об испытаниях моделей глушителей приведены в приложении 1, Стенд с реальным двигателем представляет собой экскаватор, специально оборудованный для экспериментов (рис.3.7). К выхлопной трубе крепятся испытываемые глушители. Для того, чтобы снизить воздействие шума от посторонних источников, на капот, в котором располагается корпус двигателя внутреннего сгорания, укладываются специальные акустические маты. Измерения выполняются на максимальной частоте вращения двигателя внутреннего сгорания. Данные об испытаниях моделей глушителей приведены в приложении 2. Стенд для холодной продувки представляют собой газгольдер со сжатым воздухом (рис. 3.8). который подается к испытываемому глушителю под определенным давлением через жиклер. Контроль параметров давления ведется па специальном пульте с манометрами. Также контролируется температура до жиклера и на выходе из него. Глушитель и место испытаний отделены от газгольдера защитной стеной. Данные об испытаниях моделей глушителей приведены в приложении 3. За акустическую эффективность глушителя (AL„) на расстояниях 0,25 и 0,5м. принимается экспериментальный результат, получаемый как разность: (3.1) где L„,r - уровни звукового давления (уровни звука), полученные при измерениях трубы с диаметром равным диаметру на входе испытываемой модели глушителя и длиной, равной его длине, дБ (дБА); гі - уровни звукового давления (уровни звука), полученные в измерительных точках испытываемой модели глушителя, дБ (дБА). Значения эффективности глушителя определяются дважды (на каждом из выбранных для измерений расстоянии - 0,25 и 0,5м), а за окончательный результат эффекгивности глушителя (ДЬгз) принимается: Одним из важных вопросов достоверности и точности акустических измерений является выбор минимального числа объектов исследования. В особенности это касается определение акустических характеристик исследуемых машин как для внешнего, так и для внутреннего шума. Вопрос состоит в том, какое минимальное число машин одного типа необходимо измерить, чтобы считать полученные усреднённые характеристики статистически достоверными. Опыт измерений шума показывает, что достоверные характеристики могут быть получены, когда число измеренных машин одного типа (п) составляет условие: Если разброс УЗД в каждой октавной полосе не превышает 5 дБ, а разброс УЗ не превышает 3 дБА, то исходное число машин считается достаточным. Если разброс превышает указанные числа, то проверяется отсутствие грубых ошибок и измерений методом Греббса. Ошибка измерений определяется: где /я - коэффициент Стыодента (табл. 3.3). Oj- среднеквадратичное отклонение УЗД в і-той октаве (или отклонение У3)для п числа машин
Связь эффективности и противодавления глушителя с объемом
Объем глушителя - один из его основных конструктивных параметров. В литературе, посвященной глушителям шума выхлопа двигателей внутреннего сгорания, существуют указания, что объем глушителя (в литрах) определенным образом связан с объемом двигателя и составляет от 10 до 50 объемов последнего. В экспериментах были испытаны глушители с объемом 53, 147 и 196 л. Данные эффективности шумоглушения и противодавления в зависимости от объема глушителя приведены в таблице 4.2 и на рис. 4.2. Анализ показывает, что увеличение объема глушителя обязательно ведет к увеличению его эффективности па низких и средних частотах, в диапазоне 31,5-500 Гц. Для глушителей рассматриваемого объема максимальное увеличение уровней звукового давления составило от 2 до 14 дБ (рис. 4.2), изменения на высоких частотах, а, следовательно, уровней звука, при экспериментах не отмечено. Отметим, что в среднечастотном диапазоне 250-500 Гц изменения, связанные с объемом минимальны и не превышают 2-3 дБ. С увеличением объема отмечается падение противодавления (табл. 4.2). С определенным приближением для глушителей объемом от 50 до 200 л (это глушители тракторов и строительно-дорожных машин) характер увеличения эффективности в диапазоне частот 31,5-125 Ги (на этих частотах объем в наибольшей степени сказывается на величине эффек ограничения: =Ъ\.Ъ-\25 Гц; К- -50-200л Из анализа экспериментальных данных, приведенных на рис. 4.2 можно аппроксимировать эффективность полой камеры любых размеров (условимся, что это возможно в диапазоне частот 250-8000 Гц), а также полой камеры с первоначальным объемом (для всего нормируемого диапазона) составить ALna,= бдБ (отклонения в нормируемом диапазоне частот в среднем ±3 дБ). Применение перфорированных перегородок и труб - один из основных способов повышения эффективности глушителей. Данные о влиянии перфорации приведены в табл. 4.3 и показаны на рис. 4.3. Применение перфорации, в первую очередь, увеличивает эффективность глушителей на высоких частотах. Для рассматриваемых моделей максимальное увеличение УЗД в диапазоне 1000-8000 Гц составило 2-8 дБ, (рис. 4.3), а УЗ - 3 дБ А (табл. 4.3). При введении перегородки и увеличении числа камер отмечено увеличение эффективности на 2-7 дБ в диапазоне частот 500-8000 Гц.
При этом отмечается увеличение эффективности не только в высокочастотном, но и в среднечастотном, а для отдельных случаев - в низкочастотном диапазоне. Отмечено возрастание эффективности глушителей при увеличении площади перфорации путем увеличения числа перегородок и числа камер и при этом отмечен сдвиг нижней частоты эффективности влево, т.е. в низкочастотную область. Отмечено увеличение противодавления с ростом числа камер из-за увеличения числа перегородок в глушителях (табл. 4.3). По данным выполненных экспериментов организация поворота потока выхлопных газов на выходе из глушителя - едва ли не одна из основных мер повышения его эффективности. В таблице 4.4 и на рис. 4.4 показаны данные экспериментов на нескольких моделях глушителей. Отмечено влияние поворота газов в широком диапазоне 125-8000 Гц. При этом увеличения эффективности от поворота потока достигают 6 дБА, а по указанным частотам -от 3 до 8 дБ. Поворот потока не сказывается существенно на противодавлении. Эта мера, наряду с введением перфорации, эффективна практически для любых глушителей. Увеличение эффективности глушителя при применении поворота газов на выходе из глушителя на 90 можно оценивать усредиепиой добавкой ДЛ , = 6, дБ (± 2дБ) в диапазоне частот 250-8000 Гц. По абсолютной величине звукопоглощение в глушителях - самый эффективный способ увеличения эффективности на средних и высоких частотах. Данные испытаний абсорбционных глушителей приведены в таблице 4.5 и показаны на рис. 4.5. Отмечено, что увеличение эффективности в диапазоне 500-8000 Гц при максимальной площади облицовки составило 6-7 дБ (рис. 4.5) по уровню звука - почти 7 дБА (табл. 4.5). С увеличением площади звукопоглощения эффективность глушителей несколько возрастает. При 50% площади облицовки эффективность глушителя составила 3-6 дБ в том же диапазоне частот, а по уровню звука - 5дБА. С введением звукопоглощения противодавление глушителей несколько падает (табл. 4.5). Эффективность применения звукопоглощающей набивки зависит от площади звукопоглощения, звукопоглощение в наибольшей степени эффективно в диапазоне частот 500-8000 Ги. Применение звукопоглощающих материалов в глушителях можно приблизительно оценить: где 5эш/- площадь звукопоглощения в глушителе, %; ?о=25% (выбор этого значения предполагает, что при меньшем значении звукопоглощения оно не сказывается заметно на эффективности глушителя). Данные об этих испытаниях на нескольких глушителях с разным расположением входного и выходного патрубков приведены в табл. 4.6. Из данных экспериментов следует, что взаимное расположение входного и выходного патрубков (если они находятся в одной плоскости) на эффективности глушителя почти не сказывается (отмечено изменение в пределах 1-1,5 дБА). При этом изменение расположения оказывает некоторое влияние на изменение противодавления (табл. 4.6).
