Разработка эффективных звукопоглощающих конструкций для снижения шума газотурбинных двигателей и энергоустановок Богданов Сергей Александрович
Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников
Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников
Богданов Сергей Александрович. Разработка эффективных звукопоглощающих конструкций для снижения шума газотурбинных двигателей и энергоустановок : диссертация ... кандидата технических наук : 05.07.05.- Самара, 2007.- 158 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/3845
Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ основных направлений снижения шума современных газотурбинных двигателей
1.1 Анализ основных источников шума современных газотурбинных двигателей
1.2 Анализ основных методов снижения уровня шума современных ГТД 19
1.3 Анализ существующих звукопоглощающих конструкций и их эффективности
1.4 Цель и задачи исследований 36
2. Разработка ЗПК с широким диапазоном звукопоглощения 38
2.1 Анализ возможности расширения диапазона эффективного 38
звукопоглощения сотовыми звукопоглощающими конструкциями и применения складчатых структур в качестве заполнителя резонансных звукопоглощающих конструкций
2.2 Разработка методики выбора типа и параметров ЗПК в зависимости от условий эксплуатации, режима работы и типа ГТД
2.3 Математическая модель для расчета акустических характеристик звукопоглощающих конструкций со складчатым заполнителем
2.4 Методика численного моделирования и определения акустических характеристик резонансных звукопоглощающих конструкций в канале
2.5 Разработка звукоизолирующих и комбинированных конструкций со складчатым заполнителем
3 Экспериментальные исследования акустических характеристик конструкций со складчатым заполнителем
3.1 Исследование влияния конструктивных параметров ЗПК на эффективность звукопоглощающих конструкций методами численного моделирования
3.2 Описание экспериментальных установок, использованных для определения акустических характеристик звукопоглощающих конструкций и звукоизолирующих панелей
3.3 Экспериментальное исследование влияния режима работы ГТД и конструктивных параметров ЗПК на эффективность звукопоглощающих конструкций
3.4 Экспериментальное исследование звукоизоляционных характеристик 102
конструкций со складчатым заполнителем
4 Практическое внедрение результатов работы 108
4.1 Применение разработанных ЗПК для снижения шума авиационных ГТД 108
4.2 Разработка системы снижения шума ГПА «НЕВА-25» с газотурбиннымдвигателем НК -36
4.3 Разработка системы снижения шума газотурбовоза ГТ1 с газотурбинным двигателем НК-361
4.4 Разработка системы снижения шума холодильной машины, используемой в центральных системах кондиционирования
4.5 Разработка системы снижения шума компрессорного отсека с комбинированным забором воздуха
В настоящее время газотурбинные двигатели (ГТД) широко применяются в различных отраслях транспорта и энергетики. Снижение уровня шума ГТД является актуальной задачей и в случае его использования в составе летательного аппарата, и при наземном применении в качестве энергоустановки.
Уровни шума пассажирских самолетов в настоящее время во многом определяют их конкурентоспособность и являются важной технической характеристикой.
Шум самолетов оказывает вредное воздействие на проживающее вблизи аэропортов население, пассажиров и обслуживающий персонал, создает помехи при приеме и передаче информации, вызывает аномалии в работе приборов и электронной аппаратуры. Поэтому шум пассажирских самолётов и вертолётов на местности ограничен национальными стандартами и стандартами Международной организации гражданской авиации ИКАО, а шум в салоне - национальными стандартами. Анализ этих стандартов показывает, что требования по шуму непрерывно ужесточаются, уровень шума у новых самолётов имеет тенденцию к снижению (рисунок В1).
Рисунок Bl - Уровень шума мирового парка самолетов Основной и наиболее эффективный путь решения проблемы шума самолетов — это снижение шума в источнике. Газотурбинный двигатель является наиболее мощным источником шума самолетов. Поэтому с целью выполнения требований стандарта ИКАО по шуму помимо традиционных требований: высокий КПД узлов, малый удельный расход топлива, большой ресурс и высокая надежность, - к двигателю в настоящее время добавляется условие малошумности.
5 В последнее время газотурбинные двигатели широко применяются в качестве газоперекачивающих агрегатов (ГПА), а также в составе других наземных энергоустановок. В связи с увеличением протяженности газотранспортных магистралей возникла потребность размещения компрессорных станций в непосредственной близости от населенных пунктов, где требования к шуму строго регламентированы. В отдельных случаях эти требования для компрессорных станций с типовыми ГПА уже не выполняются. Внедрение более мощных газоперекачивающих агрегатов делает необходимым проведение дополнительных мероприятий по снижению шума до уровней, не превышающих значений, предписанных санитарными нормами (СН), ГОСТами, строительными нормами и правилами (СНиП).
Существует два направления борьбы с шумом газотурбинных двигателей:
уменьшение шума в источнике;
снижение распространяющегося шума.
Обычно снижение шума в источнике достигается ухудшением других характеристик ГТД (уменьшение мощности, увеличение веса и др.), поэтому в настоящее время при борьбе с шумом часто применяется именно второй подход. Для снижения распространяющегося шума авиационных газотурбинных двигателей широко применяются звукопоглощающие конструкции. При использовании двигателя на земле существует возможность применения метода звукоизоляции отсека (помещения), где установлен ГТД. Также есть возможность установки глушителей всасывания воздуха и выхлопа газов.
В связи с этим диссертация посвящена разработке эффективных в широком диапазоне частот звукопоглощающих и звукоизолирующих конструкций со складчатым заполнителем для снижения шума газотурбинных двигателей и энергоустановок.
Основные научные положения выносимые на защиту:
Резонансная звукопоглощающая конструкция (ЗПК) с заполнителем в виде перфорированного материала складчатой структуры, имеющая широкий диапазон эффективного звукопоглощения;
Методика определения акустических характеристик резонансных ЗПК в канале численными методами, позволяющая оценить эффективность ЗПК на этапе проектирования и выбора конструктивных параметров;
Методика выбора типа и параметров ЗПК в зависимости от условий эксплуатации, режима работы и типа ГТД;
Полуэмпирическая математическая модель для расчета акустических характеристик ЗПК со складчатым заполнителем, позволяющая выбирать конструктивные параметры в
зависимости от характера шума и режима работы ГТД, обеспечивая высокие акустические характеристики конструкции.
Исследования проводились в Институте акустики машин при Самарском государственном аэрокосмическом университете.
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников из 119 наименований. Общий объем диссертации 158 страниц, 123 рисунка и 9 таблиц.
В первой главе проведен анализ основных источников шума современных газотурбинных двигателей. Исследован вклад каждого источника в общий уровень звукового давления ГТД. Показана доминирующая роль шума вентилятора и струи в общем шуме ГТД. Проведен анализ основных методов снижения уровня шума современных ГТД. Выявлено, что применение звукопоглощающих конструкций является одним из основных методов снижения шума ГТД. Проведен анализ существующих звукопоглощающих конструкций и их эффективности.
Во второй главе проведен анализ возможности расширения диапазона эффективного звукопоглощения сотовыми звукопоглощающими конструкциями и применения складчатых структур в качестве заполнителя резонансных звукопоглощающих конструкций. Разработана эффективная в широком диапазоне частот звукопоглощающая конструкция для снижения шума газотурбинных двигателей и энергоустановок. Разработана методика выбора типа и параметров ЗПК в зависимости от условий эксплуатации, режима работы и типа ГТД. Разработана полуэмпирическая математическая модель для расчета акустических характеристик звукопоглощающих конструкций со складчатым заполнителем, позволяющая выбирать конструктивные параметры в зависимости от характера шума и режима работы ГТД, обеспечивая высокие акустические характеристики конструкции. С помощью разработанной модели описано влияние различных конструктивных параметров звукопоглощающей конструкции на её акустические характеристики. Разработана методика численного моделирования и определения акустических характеристик резонансных звукопоглощающих конструкций в канале, позволяющая оценить эффективность ЗПК на этапе проектирования и выбора конструктивных параметров. Разработаны звукоизолирующие и комбинированные (и звукопоглощающие, и звукоизолирующие) конструкции со складчатым заполнителем, позволяющие снизить шум ГТД при его использовании в наземных условиях.
В третьей главе проведено исследование влияния конструктивных параметров ЗПК на эффективность звукопоглощающих конструкций в канале методами численного
7 моделирования. Описаны экспериментальные установки, использованные для определения акустических характеристик звукопоглощающих конструкций и звукоизолирующих панелей. Приведены результаты экспериментальных исследований влияния режима работы ГТД и конструктивных параметров ЗПК на эффективность звукопоглощающих конструкций, а также экспериментальных исследований звукоизоляционных характеристик конструкций со складчатым заполнителем. В результате сравнения полученных экспериментальных данных с результатами расчета проверена адекватность разработанной математической модели, которая проверена по критерию Фишера.
В четвертой главе рассмотрена возможность применения разработанных ЗПК для снижения шума авиационных ГТД, оценена эффективность снижения шума на примере турбовинтовентиляторного двигателя НК-93. Разработана система снижения шума ГПА «НЕВА-25» с газотурбинным двигателем НК-36. Проведен расчет конструктивных параметров ЗПК для разработанной системы снижения шума газотурбовоза ГТ1 с газотурбинным двигателем НК-361. Осуществлено практическое внедрение разработанных конструкций на данном объекте. Приведены результаты практических внедрений разработанных ЗПК в других областях техники.
Анализ основных методов снижения уровня шума современных ГТД
В результате проведенных работ по поиску методов и средств снижения шума авиационного двигателя было определено, что в настоящее время предусматривается целый комплекс методов снижения шума ГТД [2,3,12,65]. Сюда входит как выбор схемы двигателя, его степени двухконтурности, основных параметров рабочего процесса, так и разработка конструктивных мероприятий, направленных на снижение уровней шума основных источников ГТД (вентилятора, струи, турбины, внутренних источников) в местах генерации и на пути распространения шума. Под конструктивными мероприятиями понимаются такие, которые при приемлемых потерях тяги и удельного расхода топлива обеспечивают эффективное снижение шума (1,5—2,0 EPN дБ на 1% потерь) в контрольной точке, технологичны в изготовлении, просты и надежны в эксплуатации, обладают малым весом [2,3,12].
Как уже было сказано, реактивный двигатель является сложным источником шума, поскольку шум образуется во всех его узлах: вентиляторе, компрессоре, камере сгорания, турбине и реактивном сопле. Кроме того, источником значительного шума служит реактивная струя, шум которой генерируется в процессе ее смешения с окружающим воздухом, то есть вне двигателя. Доля шума отдельных источников в общем шуме двигателя зависит от типа двигателя: турбореактивный (ТРД) или турбореактивный двухконтурный (ТРДЦ) и от степени двухконтурности m ТРДД. С увеличением степени двухконтурности шум струи снижается, а шум вентилятора и турбины возрастает и при т=3 становится определяющим. Дальнейшее увеличение степени двухконтурности (т 3) приводит к увеличению шума от вентилятора [2,12,75,79].
Существует два направления борьбы с шумом газотурбинных двигателей. Первое направление - это уменьшение шума в источнике. Снижение уже распространяющегося шума от источника с данными акустическими характеристиками является вторым направлением. Обычно снижение шума в источнике достигается ухудшением других характеристик ГТД (уменьшение мощности, увеличение веса и др.), поэтому в настоящее время при борьбе с шумом часто применяется именно второй подход. Важно также рациональное размещение двигателей на планере летательного аппарата для организации эффекта синхрофазирования (взаимного глушения шума двигателями за счет работы в противофазе) и использования положительного эффекта экранирования шума.
Основные методы снижения шума вентилятора и турбины
Методы снижения турбовентиляторного шума можно разделить на активные и пассивные [2,12]. Активные воздействуют на процесс шумообразования вентилятора (турбины) и способствуют образованию меньшего шума в самом источнике, пассивные предусматривают снижение уже образовавшегося шума на пути его распространения в газовоздушных трактах двигателя и воздухозаборника. На рисунке 1.5 приведена классификация методов снижения шума вентилятора и турбины.
Уменьшение интенсивности шума вентилятора (турбины) достигают применением следующих способов [12]:
1. Ослабление взаимодействия следов от лопаток НА (СА) с лопатками РК за счет: увеличения осевых зазоров между лопаточными венцами; увеличения числа лопаток НА (ZHA/ZPK 2) вентилятора; наклона лопаток НА в окружном и осевом направлениях; неравномерного расположения лопаток РК или НА вентилятора.
2. Уменьшение выноса акустической энергии вентилятора на всасывании и выхлопе за счет: увеличения длины проточных трактов двигателя и воздухозаборника; специального профилирования тракта воздухозаборника (для воздействия на модальный состав шума); специального профилирования тракта во втулочном сечении между ВНА и первым РК вентилятора (для увеличения скорости потока во втулочном сечении вентилятора).
3. Уменьшение уровня шума ударных волн при сверхзвуковой скорости обтекания лопаток РК вентилятора за счет: специального профилирования лопатки РК; постановки перед РК (в отсутствие ВНА) неподвижного лопаточного венца в периферийном сечении.
4. Снижение физических оборотов вентилятора при сохранении режима работы (тяги R) путем увеличения угла закрутки потока в РК вентилятора или использования редуктора.
5. Снижение уровня акустической энергии в источнике: устранение ВНА; уменьшение количества ступеней; применение лопаток различного профиля (широкохордных, саблевидных, S-образного профиля и других); уменьшение нагрузки на ступень.
Формирование благоприятной диаграммы направленности (спектрального состава) звуковой энергии на режимах шумоглушения достигают применением следующих способов [12]: 1. Смещение спектра звуковых давлений в область более высоких (интенсивно затухающих на пути распространения к микрофону) или неслышимых ультразвуковых частот за счет: увеличения числа лопаток рабочего колеса последней ступени турбины каскада низкого давления; ультразвукового облучения потока перед и за вентилятором, в наружном тракте и в сопле. 2. Уменьшение выноса акустической энергии на режиме шумоглушения за счет регулируемой горловины в воздухозаборнике. 3. Ослабление взаимодействия следов от лопаток НА вентилятора с лопатками РК за счет вдува воздуха через заднюю кромку лопаток в район образования следов или отсоса пограничного слоя с поверхности лопаток на режиме шумоглушения. 4. Снижение частоты дискретных составляющих шума вентилятора (при R=const): за счет регулируемой задней кромки на лопатках ВНА; уменьшение площади выходного сечения сопла на режиме шумоглушения.
Разработка методики выбора типа и параметров ЗПК в зависимости от условий эксплуатации, режима работы и типа ГТД
Недостатком частотной характеристики звукопоглощения однослойных ЗПК является узкий диапазон эффективного звукопоглощения вблизи частоты настройки. В ТРДД большой степени двухконтурности, когда шум вентилятора на всех режимах работы двигателя превалирует над всеми другими источниками шума ГТД, облицовка однослойными ЗПК проточных трактов воздухозаборника и двигателя, настроенными на максимальное снижение шума вентилятора на одной частоте, является явно недостаточной для уменьшения суммарного шума двигателя. Поэтому в настоящее время в современных ТРДД применяют двухслойные и многосекционные сотовые ЗПК.
Применение многосекционных акустических облицовок (рисунок 2.1), обладающих при одной и той же длине /, большими величинами затухания, нежели один тип облицовки (однородной) [10], является перспективным направлением.
Исследования влияния длины облицованного однородными ЗПК канала на величину затухания звука показали, что эффективное затухание осуществляется на длине канала, равной его диаметру (на одном калибре). При дальнейшем увеличении отношения длины канала к его высоте (//Н 1) эффективность звукопоглощения с помощью однородной облицовки падает, что приводит к незначительному увеличению затухания, но значительному увеличению веса [48,56].
Многосекционные ЗПК позволяют получить более широкий спектр звукопоглощения путем настройки каждой из секций на свою частоту (рисунок 2.2). Многосекционные (например, двухсекционные) ЗПК по сравнению с однородной облицовкой той же длины / могут давать такие же уровни максимального звукопоглощения на каждой из частот. При этом длина каждого из участков должна быть достаточна (Ш 1) для того, чтобы на заданных частотах fi и її заглушить соответствующие моды колебаний, вносящие наибольший вклад в суммарное затухание [12,48].
Из рисунка 2.2 видно, что двухсекционная облицовка с толщинами dy (//2) и d2 (//2) обладает лучшей характеристикой затухания и имеет ту же или большую величину максимального звукопоглощения, что и любая из двух однородных ЗПК с толщиной d\ =d\ или d2-d2, но гораздо более широкий спектр звукопоглощения.
Акустическая энергия распространяется по каналу в виде различных мод колебаний, количество которых может быть достаточно большим. Величина суммарного затухания звука определяется степенью затухания отдельных наиболее значимых мод. Модальный состав падающих волн трансформируется передней облицовкой в такие моды, которые более легко поглощаются следующими за ней секциями облицовок. Таким образом, на каждом участке многосекционных ЗПК происходит активное поглощение отдельных мод и перестройка модального состава под активное звукопоглощение следующими секциями оставшихся незаглушенных мод колебаний [93].
Из-за короткой длины воздухозаборного канала современного ТРДД большой степени двухконтурности, не превышающей одного-полутора калибров, использовать все преимущества многосекционной облицовки для снижения тонального шума вентилятора и шума ударных волн невозможно.
Эти ограничения на допустимую длину ЗПК в реальных условиях вызывают необходимость в использовании звукопоглощающих облицовок, состоящих из параллельных сотовых слоев, разделенных перфорированным листом - двухслойных ЗПК (Рисунок 2.3).
Такие конструкции применяют как в воздухозаборном канале, так и в проточных трактах двигателя. Двухслойные ЗПК имеют характеристику звукопоглощения с двумя характерными пиками (рисунок 2.4) [12]. Первый максимум звукопоглощения соответствует частоте, соответствующей суммарной толщине двухслойных ЗПК (dj + сіг), и проявляется на тех же частотах, где наблюдается максимальное звукопоглощение и для однослойных ЗПК (при d= di + d2). Второй максимум звукопоглощения соответствует толщине второго слоя (d2), обращенного к потоку, и проявляется на более высоких частотах.
Таким образом, для разработки эффективной в широком диапазоне частот звукопоглощающей конструкции для снижения шума ГТД, можно использовать резонаторы переменной высоты (рисунок 2.5).
Описание экспериментальных установок, использованных для определения акустических характеристик звукопоглощающих конструкций и звукоизолирующих панелей
Программный комплекс компании LMS Virtual.Lab Acoustic (Sysnoise) позволяет решать уравнение Гельмгольца с учётом жестких, абсорбирующих и вибрирующих границ во внутренней и внешней областях. Для этого реализованы два метода:
Метод конечного элемента (FEM). Метод основан на аппроксимации волнового уравнения на конечно-элементной объёмной сетке и дальнейшем решении системы линейных уравнений. Достоинство FEM в том, что в ходе решения образуется матрица преимущественно ленточно-диагональной структуры. Такая матрица легко решается. Кроме этого возможно решение с учётом неоднородного потока и неоднородных свойств среды. К недостаткам следует отнести то, что для решения внешней задачи требуются сетки большого объёма. Для внешней задачи используются так называемые "бесконечные" конечные элементы (IFEM). Для того чтобы ими воспользоваться, свободная граница расчётной области должна быть выпуклой, в идеале сферической. - Метод граничного элемента (ВЕМ). На границе акустической области (поверхностной сетке) размещаются эффективные источники акустического потенциала, и решение задачи в области сводится к нахождению их интенсивности. Источники задаются на поверхностной сетке. По способу задания источников выделяют Direct (метод коллакации) и Indirect (метод вариации). В Direct методе используются так называемые источники простого слоя, в Indirect источники двойного слоя. Direct методом возможно решение задачи только или во внутренней, или только во внешней областях, расчётная сетка должна быть замкнута. Indirect методом возможно одновременное рассмотрение и внутренней, и внешней областей, расчётная сетка может не образовывать замкнутую поверхность. С обеих сторон расчётной сетки можно задавать разные граничные условия (например, с одной стороны граничное условие "Вибрирующая стенка", с другой "Стенка с поглощением"). К недостаткам Indirect метода стоит отнести то, что решение верно во всём пространстве расчётной области, кроме окрестности границы, здесь имеется сингулярность. Поэтому сложно определить, например, распределение давления на границе, необходимо несколько отступать от неё.
Если подходить строго, то поставленную задачу необходимо решать методом конечного элемента (FEM). Для этого обе реверберационные камеры, канал, заполнитель ЗПК, а также отверстия перфорации должны быть заполнены объёмными элементами практически одинакового объёма. При задании свойств среды, на все элементы, кроме тех, что находятся внутри перфорации, задаются изотропные свойства (скорость звука и плотность воздуха). На элементы, находящиеся в отверстиях перфораций, необходимо накладывать особые свойства, учитывающие диссипацию энергии. Также возможно задать и поток. В одной реверберационной камере задаётся источник звука. Результатами расчёта будут давления рт и pout во входной и выходной камерах. Характеристикой ЗПК будет величина затухания AL.
Решение задачи с использованием I .MS Virtual.Lab Acoustic Для решения задачи в LMS Virtual.Lab Acoustic необходимо импортировать расчётную сетку, для решения методом Indirect ВЕМ - поверхностную сетку.
Расчётная сетка может состоять как из четырёхугольных, так и из треугольных элементов. Использование первых предпочтительнее, т.к. при одной и той же длине ребра элемента, четырехугольных элементов требуется меньшее количество. Для LMS Virtual.Lab именно размер ребра имеет первостепенное значение для правильного решения. Желательно, чтобы все элементы имели одинаковый размер. Оценить необходимый размер можно из следующих предпосылок: для правильного решения минимальный размер элемента должен быть меньше, чем одна шестая от длины волны, которую надо разрешить.
Разработка точной методики расчета звукоизоляционных характеристик конструкций со складчатым заполнителем представляет собой очень сложную задачу. Расчет проводился по известной методике, изложенной в МГСН 2.04-97.
Рассчитаем многослойную стенку с воздушными зазорами (её схема показана на рисунке 2.31). Стальные листы, толщиной 0,55 мм, а также листы из алюминиевого сплава, толщиной 0,18 мм, соответствуют материалам, используемым в звукоизолирующей конструкции со складчатым заполнителем (см. рисунок 2.29) с известными экспериментальными данными. Расстояние между металлическими листами в звукоизолирующей конструкции со складчатым заполнителем составляет 68 мм. Примем для расчета, что лист из алюминиевого сплава находится посередине воздушного пространства между стальными листами.
На рисунке 2.32 представлено сравнение результатов расчета частотной характеристики изоляции воздушного шума конструкции, изображенной на рисунке 2.31, с полученными экспериментальными данными (см. главу 3) двухслойной конструкции со складчатым заполнителем, выполненной из тех же материалов с сохранением толщины воздушных промежутков между стальными листами.
Индекс изоляции воздушного шума конструкции со складчатым заполнителем превышает аналогичный показатель многослойной листовой конструкции (для указанных материалов и геометрии конструкций) на 13дБ. Большим преимуществом использования складчатого заполнителя в звукоизоляционных конструкциях является отсутствие ярко выраженного резонанса, сильно ухудшающего акустические характеристики панелей.
Разработка системы снижения шума ГПА «НЕВА-25» с газотурбиннымдвигателем НК
Между двумя коробами размещены три слоя складчатого материала. Гофры опираются на два металлических листа толщиной 0,8 мм с размерами 984x497 мм. Листы можно изготавливать из нержавеющей стали или оцинкованного железа высокого качества. Для создания разности импеданса необходимо применить изолирующие слои по соединению между гофрами и металлическими листами. В качестве такого материала может быть использован пенофол, изолон или другой подобный материал толщиной Змм.
При сборке короба складчатую структуру необходимо ориентировать так, чтобы ось наибольшей жесткости (ось ОХ см. рисунок 2.15) приходилась на направление по короткой стороне короба. Это придаст коробу дополнительную жесткость и в тоже время в месте стыка панели с силовым профилем позволит за счет упругости гофра в продольном направлении использовать эффект пружины.
Два короба после размещения складчатого заполнителя и листов металла, проложенных пенофолом, вставляются друг в друга. Для создания необходимой жесткости собранный пакет подпрессовывается, «ушки» наружного короба загибаются и прикрепляются к внутреннему коробу заклепками по две на каждый загиб.
Пакеты данной конструкции образуют поверхности стен и потолка контейнера двигателя, мультипликатора и нагнетателя. При этом зазор между пакетами не должен превышать 0,5 мм. Расположенные предложенным образом пакеты обеспечат отсутствие резонансов в помещении и переотражения звуковых волн. Конструктивная схема акустической облицовки входного и выходного каналов ГПА «Нева-25»
Конструкция акустических панелей камеры всасывания подобна конструкции панелей применяемых в двигательном отсеке.
Но в отличие от панелей, описанных выше, в камере всасывания необходимо обеспечить герметичность стыков и ровность поверхности. Для этих целей панели изготавливаются с размерами, обеспечивающими минимальность стыков. Ограничением в данном случае служат габариты листа поставки и возможности станка пробивки перфорации. Ориентировочный размер листа 2000x1000мм. Для данной конструкции вместо коробов необходимо выполнить ребра жесткости в виде П-образных профилей. Лист с внешней стороны панели приварен по всей поверхности для создания герметичности. Укладка гофра аналогична конструкции акустических панелей контейнера.
При работающем двигателе и других системах ГПА звуковое давление генерируется внутри контейнера. При правильной и полной обработке поверхности внутри контейнера звуковое поле во входном канале будет уменьшено по сравнению с контейнером. В связи с этим применение звукопоглощения во входном и выходном каналах нецелесообразно.
Поверхность входного канала со всех сторон и по всей протяженности до панельного глушителя включительно необходимо звукоизолировать.
Конструкция звукоизоляции входного канала также похожа на конструкцию, применяемую для контейнера. Она представляет собой пакет, собранный из двух коробов. Наружный короб изготовляется из нержавеющей стали толщиной 1,2 мм. Боковые стороны короба заканчиваются вырубками под полоски металла.
Материал для внутреннего короба необходимо выбирать из условия возможности герметизации сварным швом. Между двумя коробами размещены два слоя складчатой структуры. Гофры опираются на металлический лист, толщиной 0,8 мм. Листы можно изготавливать из нержавеющей стали или оцинкованного железа высокого качества. Для создания разности импеданса необходимо применить изолирующие слои по соединению между гофрами и металлическими листами. В качестве такого материала может быть использован пенофол, изолон или другой подобный материал толщиной Змм. Два короба после размещения гофра и листов металла, проложенных пенофолом, вставляются друг в друга. Для создания необходимой жесткости собранный пакет подпрессовывается, «ушки» наружного короба загибаются и прикрепляются к внутреннему коробу заклепками по две на каждый загиб (рисунок 4.14). Пакеты данной конструкции образуют поверхности воздуховода.
Звукоизоляционные панели для выхлопной системы по совместительству выполняют и функции теплоизоляции. На них приходится значительная температурная нагрузка. По этой причине, а также из-за конструктивных особенностей системы выхлопа конструкция короба звукоизоляции имеет ряд отличий от используемых на входе и в контейнере. Для звукоизоляционного короба на облицовке выхлопа невозможно использовать пенофол. Его применение ограничено температурой 70 С. Функцию этих материалов может выполнять базальтовый или кварцевый фетр толщиной от 3 до 5 мм. Применение этого материала не окажет существенного влияния на звукоизоляционные свойства конструкции, но повысит теплоизоляционные свойства.
В силу конструкгивных особенностей шахты выхлопа конструкция короба приобретает трапециевидную форму. Средний лист также обрезается под трапецию. Гофр обладает способностью ограничено сжиматься в направлении OY (см. рисукок 2.15). Поэтому за счет небольшого сжатия панель гофра вписывается в трапецеидальный короб. Учитывая высокую температуру и длительный ресурс ГПА короб желательно выполнить из нержавеющей стали.
Облицовка звукоизоляцией шахты выхлопа необходимо вести до верхнего среза панельного глушителя. Конструктивная схема панельного шумоглушителя входного канала ГПА «Нева-25» Схема панельного глушителя входного канала на основе пакета с гофром
Панельный глушитель на входе в двигатель состоит из двух каскадов с габаритами 4500x2800 мм и длиной 1650 мм, вставленных в канал воздуховода. Между каскадами панельного глушителя необходимо оставить воздушный зазор 350 мм. Каждый каскад панельного глушителя состоит из \ 9 панелей расположенных вертикально. Ширина панели 122 мм. Панели перфорированы с двух сторон (рисунок 4.15). Перфорация имеет следующие характеристики: диаметр отверстий 5 мм, степень перфорации 7%.
Похожие диссертации на Разработка эффективных звукопоглощающих конструкций для снижения шума газотурбинных двигателей и энергоустановок
