Способ глушения шума в устройстве пульсирующего горения

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ГЛУШЕНИЯ ШУМА В УСТРОЙСТВЕ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ГОРЕНИЯ(71) Заявитель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(72) Автор Северянин Виталий Степанович(73) Патентообладатель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(57) Способ глушения шума в устройстве пульсирующего горения, при котором воздух из окружающей среды в зону горения устройства пульсирующего горения подают прерывисто с помощью воздушного прерывателя, выполненного в виде вентилятора и соосно с ним смонтированного перфоратора в виде диска с отверстиями, причем при работе устройства пульсирующего горения в фазе повышенного акустического давления перекрывают подачу воздуха, а при работе устройства пульсирующего горения в фазе пониженного акустического давления воздух подают в зону горения, при этом частоту подачи воздуха регулируют в зависимости от частоты пульсаций в устройстве пульсирующего горения таким образом, что фазы акустических колебаний от устройства пульсирующего горения и от вентилятора с перфоратором совпадают. Способ глушения шума в устройстве пульсирующего горения относится к теплоэнергетике и может быть использован при эксплуатации таких высокофорсированных огневых устройств, как камеры пульсирующего горения, а также в различных топочных устройствах, когда требуется снизить излучаемый ими низкочастотный звук. 14942 1 2011.10.30 При пульсирующем горении факел генерирует мощные акустические колебания, которые излучаются как с выхлопом продуктов сгорания, так и со стороны подачи воздуха на горение. Если в первом случае звуковой поток можно снизить при помощи объекта воздействия (трубные теплообменные пучки, слой обрабатываемого вещества, водяные завесы,решетки и т.д.), то на линии подачи воздуха в факел установка шумоглушителей сопровождается увеличением аэродинамического сопротивления, ростом габаритов, усложнением конструкции, увеличением непродуктивных затрат энергии. Вместе с тем, без канала, связывающего источник звука с окружающей воздушной средой, не обойтись. Излучение звука является фактором, препятствующим широкому использованию камер пульсирующего горения как высокоэффективных огневых теплогенераторов. Известен способ 1, когда в камерах пульсирующего горения используются два спутных канала разной длины, при одинаковой фазе колебаний у общего начала этих каналов,у других концов благодаря разнице в длине образуется противофаза, гасящая колебания. Недостаток способа - требуются значительные длины каналов. Так, длина звуковой волны в известных камерах пульсирующего горения, составляет 510 м (в них длина резонансной трубы, которая формирует четвертьволновую схему колебаний, равна 1,52,5 м). Такие длины неприемлемы для аэродинамических клапанов. Известен способ по устройству 2, когда излучаемый звук улавливается специальным выхлопным патрубком и направляется в какой-то объем. Недостаток прототипа - неудобная компоновка элементов, сложность настройки,большие габариты. Задача, на решение которой направлен настоящий способ, состоит в том, чтобы, подавая вентилятором воздух в зону горения, уменьшить излучение звука в окружающую среду по потоку воздуха. Технический результат - уменьшение акустического загрязнения от действия устройств пульсирующего горения. Это достигается способом глушения шума в устройстве пульсирующего горения, при котором воздух из окружающей среды в зону горения устройства пульсирующего горения подают прерывисто с помощью воздушного прерывателя, выполненного в виде вентилятора и соосно с ним смонтированного перфоратора в виде диска с отверстиями, причем при работе устройства пульсирующего горения в фазе повышенного акустического давления перекрывают подачу воздуха, а при работе устройства пульсирующего горения в фазе пониженного акустического давления воздух подают в зону горения, при этом частоту подачи воздуха регулируют в зависимости от частоты пульсаций в устройстве пульсирующего горения таким образом, что фазы акустических колебаний от устройства пульсирующего горения и от вентилятора с перфоратором совпадают. Способ глушения шума в устройстве пульсирующего горения может быть реализован устройством, изображенным на чертеже, где показано фиг. 1 - общая компоновка устройства, фиг. 2 - схема воздушного прерывателя, фиг. 3 - условная развертка элементов прерывателя по окружности, фиг. 4 - акустические колебания давления в камере пульсирующего горения. Обозначения 1 - камера пульсирующего горения, 2 - воздушный короб, 3 - воздуховод, 4 - вентилятор, 5 - двигатель, 6 - перфоратор, 7 - сервопривод, 8 датчик, 9 - регулятор, а - лопасть вентилятора, б - плоскость вентилятора, в - плоскость перфоратора, г - отверстие перфоратора. Камера пульсирующего горения 1 (фиг. 1) состоит из топливной форсунки, резонансной трубы и аэродинамического клапана, который направлен в воздушный короб 2, имеющий воздуховод 3. В воздуховоде 3 располагается вентилятор 4 с двигателем 5(электродвигатель переменного тока). Соосно с ним смонтирован перфоратор 6 в виде диска с отверстиями. Перфоратор может поворачиваться по оси при помощи сервопривода 7 (шаговый электродвигатель). Датчик 8 (микрофон), двигатель 5, сервопривод 7 элек 2 14942 1 2011.10.30 трически связаны с регулятором 9 (имеющим усилители, коммутаторы, преобразователи частоты, тиристорные преобразователи, микропроцессоры, задатчики и др.), который питается от электросети. Вентилятор 4 и перфоратор 6 образуют прерыватель воздушного потока. При вращении вентилятора лопасть а нагнетает воздух в воздушный короб 2(направление вращения по часовой стрелке, вид сверху, смещение колеса вентилятора по фиг. 3 - слева направо). Когда плоскость вентилятора б (часть крыльчатки вентилятора) совпадает с плоскостью перфоратора в, воздух из-под лопасти вентилятора а попадает в отверстие перфоратора г (фиг. 3) и далее в воздушный короб 2. Когда плоскость вентилятора б совпадает с отверстием перфоратора г, воздушный поток прерывается. Закрытие/открытие во времени происходит синусоидально, т.е. так же, как изменяется давление в воздушном коробе 2 (фиг. 4) от действия камеры пульсирующего горения 1. При медленном повороте перфоратора 6 нижняя линия фиг. 3 (развертка перфоратора) смещается влево или вправо и начало закрытия/открытия отверстия перфоратора г во времени изменяется при заданной скорости смещения верхней линии фиг. 3. Способ глушения шума в устройстве пульсирующего горения действует следующим образом. Камера пульсирующего горения 1 при своей работе создает звуковой поток как из резонансной трубы в сторону потребителя теплоты продуктов сгорания (стенки звук не излучают), который гасится потребителем, так и в сторону воздушного короба 2. Этот звуковой поток без включения системы шумоглушения через воздуховод 3 выходит в окружающую среду, создавая сильное звуковое загрязнение. Во избежание этого включается вентилятор 4, вращаемый двигателем 5. Скорость его вращения задается датчиком 8 через регулятор 9. Например, для соблюдения частоты в 50 герц и при наличии двух отверстий г, равных по величине плоскости перфоратора в, и при абвг скорость вращения должна быть(1/2 Т)60 об/мин, где Т - время оборота (пол-оборота равно периоду пульсаций),т.е.(1/20,02)60 об/мин 1500 об/мин (где 0,021/1/50). Для четырех лопастей вентилятора имеем 750 об/мин и т.д., т.е. для характерных частот камер пульсирующего горения обороты вполне достижимы. Для других частот,определяемых датчиком 8 от действия камеры пульсирующего горения 1, осуществляемых регулятором 9, будут соответствующие данному расчету. Однако совпадения частот камеры пульсирующего горения и частот прерывания воздушного потока, входящего в воздушный короб 2, недостаточно для эффективного шумоглушения необходимо совпадение фаз акустических колебаний от камеры пульсирующего горения 1 и от вентилятора 4 с перфоратором 6. Положительная полуволнана фиг. 4 должна совпадать с закрытием г, чтобы звук не выходил из воздушного короба 2 наружу, отрицательная полуволна-на фиг. 4 колебаний - с открытием г, т.е. с подачей воздуха, когда происходит всасывание его в зону горения. Только в этом случае идет процесс и подачи воздуха, и шумоглушения, а остаточный звук улавливается датчиком 8. Если фазы не совпадают, датчик 8 фиксирует усиление звука, подает сигнал в регулятор 9, который включает сервопривод 7. Перфоратор 6 поворачивается, фаза изменяется,т.к. начало закрытия/открытия становится другим, звук у датчика 8 снижается. Регулятор 9 находит оптимум путем знакопеременного поворота перфоратора 6, и при минимуме звука отключает сервопривод 7. При изменении режима работы камеры пульсирующего горения, когда может измениться и частота, и амплитуда акустических колебаний, регулятор 9 настраивает новый минимум излучения звука наружу. При этом частота (скорость вращения вентилятора) задается жестко датчиком 8, а фаза, т.е. положение перфоратора 6, ищется, как указано выше. Таким образом, заявляемый способ снижает шумность высокоэффективных устройств пульсирующего горения. Технико-экономический и социальный эффект заключается в 3 14942 1 2011.10.30 улучшении условий эксплуатации благодаря соблюдению санитарно-технических норм и правил. Источники информации 1. А.с. СССР 826137. Устройство для пульсирующего сжигания топлив. МПК 23 11/04, 1981 (аналог). 2. А СССР 1025963. Устройство пульсирующего горения. МПК 23 11/04, 1983 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4