Разработка глушителей аэродинамического шума пневматических и газотранспортных систем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

На правах рукописи

Иголкин Александр Алексеевич

РАЗРАБОТКА ГЛУШИТЕЛЕЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ШУМА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ И ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

Специальность 01.04.06 - «Акустика» АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

11 НОЯ 2015

Самара-2015

005564310

Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет)» (СГАУ) на кафедре автоматических систем энергетических установок.

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Шахматов Евгений Владимирович

Официальные оппоненты:

Берестовицкий Эрлен Григорьевич, доктор технических наук, с.н.с., ОАО «Концерн «НПО «Аврора», главный акустик;

Майзель Александр Борисович, доктор технических наук, профессор, АО «ЦКБ МТ «Рубин», начальник отдела;

Васильев Андрей Витальевич, доктор технических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет», заведующий кафедрой химической технологии и промышленной экологии.

Ведущая организация:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет», г. Санкт-Петербург.

Защита диссертации состоится «24» декабря 2015 г. в 16 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д212.228.04 СПбГМТУ по адресу: г. Санкт-Петербург, Ленинский проспект, дом 101, ауд. У-167.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» или на сайте www.smtu.ru.

Автореферат разослан « 23 у> /О »20 А г.

Отзывы просим направлять в двух экземплярах по адресу: по почте: 190008, г. Санкт Петербург, ул. Лоцманская, д. 3, СПбГМТУ

(отдел учёного секретаря); при наличии электронной подписи - disser@smtu.ru

Учёный секретарь

диссертационного совета Д212.228.04

кандидат технических наук, профессор хг-га^У-._____Б.П. Васильев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время одной из основных проблем в пневматических и газотранспортных системах является повышенный уровень шума, который негативно воздействует на персонал, окружающую среду и трубопроводные системы. Шум является следствием вибрации корпусных элементов и пульсаций давления рабочей среды. Снижению вибрации технических систем посвящены работы Бобровницкого Ю.И., Будрина C.B., Васильева A.B., Владиславлева А.П., Ганиева Р.Ф., Генкина М.Д., Гладких П.А., Ионова A.B., Клюкина И.И., Майзеля А.Б., Никифорова A.C., Старцева Н.И., Хачатуряна С.А., Шахматова Е.В., Шорина В.П. и др. Причём в качестве источника этих возмущений учёные рассматривают насосы, компрессоры, нагнетатели, авиационные и ракетные двигатели, двигатели внутреннего сгорания. Однако существует большой класс элементов пневматических и газотранспортных систем, которые создают возмущения, не имея вращающихся элементов, порождающие опасные с точки зрения прочности вибрацию и шум, воздействующие на персонал. К таким элементам относятся регуляторы давления (РД), клапаны, распределители, задвижки и другие препятствия. Как показано в работах Арзуманова Э.С., Берестовицкого Э.Г., Голованова В.И., Терехова A.JI., Юдина Е.Я. и др., для снижения шума пневматических и газотранспортных систем (далее - систем) целесообразно использовать специальные глушители шума. В работе Крючкова А.Н. приводятся критерии эффективности глушителя, включающие акустическую эффективность, гидросопротивление, габариты и ресурс глушителя. В то же время недостаточно изучены вопросы определения характеристик и параметров эффективных глушителей аэродинамического шума с учётом сохранения работоспособности систем, в которых они установлены. Поэтому исследование, направленное на разработку глушителей аэродинамического шума пневматических и газотранспортных систем является своевременным.

Таким образом, всестороннее исследование процессов генерации, излучения и распространения шума в элементах пневматических и газотранспортных систем, а также разработка метода выбора параметров глушителей и их конструкций, основанного на адекватном математическом описании и экспериментальных исследованиях, определяют актуальность данной работы.

Степень разработанности темы. Проблеме снижения шума регуляторов давления пара и газа посвящены работы таких авторов как Арзуманова Э.С., Baumann H.D., Beranek L., Bies D. и Hansen С., Monsen J. и др. В них освещены вопросы методов ступенчатого дросселирования и разбиения потока. Однако отсутствуют рекомендации для практического применения этих методов при создании глушителей в составе конкретных систем, в которых они установлены.

В качестве звукопоглощающих элементов в глушителях используются различные материалы, такие как пористые металлы, пластмассы и др. Вопросы использования пористых металлов в составе глушителей шума рассмотрены в работах Белова C.B., Горина С.В, Изжеурова Е.А., Никифорова H.A., Финкельштейна А.Б. Однако не существует математических моделей, описы-

вающих акустические свойства пористых металлов, что сдерживает их применение для шумоглушения.

Цель исследования состоит в снижении аэродинамического шума при сохранении работоспособности пневматических и газотранспортных систем за счёт использования глушителей, созданных на основе разработанных расчётных и экспериментальных моделей и методов.

Основные задачи диссертационной работы:

1. Уточнение физической картины работы глушителя в составе пневматической и газотранспортной систем.

2. Разработка обобщённой математической модели элемента системы с глушителем шума, определяющей связь акустической эффективности глушителя и его параметров в пневматической и газотранспортной системе, в которой он установлен.

3. Разработка метода определения функциональных и акустических характеристик и конструктивных параметров глушителей шума пневматических и газотранспортных систем, позволяющего выбирать параметры глушителя с учётом имеющихся ограничений.

4. Создание новых высокоэффективных образцов глушителей аэродинамического шума.

5. Проведение экспериментальных исследований различных глушителей шума и их элементов для подтверждения теоретически полученных закономерностей изменения акустической эффективности глушителя от его параметров с целью отработки и внедрения новых образцов глушителей шума.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые получены следующие результаты:

1. Проведено уточнение физической картины работы глушителя в составе пневматической и газотранспортной системы, заключающееся в том, что глушитель рассматривается как дополнительный источник акустической мощности, который совместно с элементами системы участвует в генерации суммарного шума.

2. Разработана обобщённая математическая модель элемента пневматической и газотранспортной системы с глушителем шума, которая описывает функциональные и акустические характеристики системы, определяющая связь акустической эффективности глушителя и его параметров, и позволяющая оценивать их влияние на динамические характеристики системы.

3. Разработан метод определения функциональных и акустических характеристик и конструктивных параметров глушителей шума пневматических и газотранспортных систем, учитывающий характеристики системы, в которой он установлен, и позволяющий выбирать и оптимизировать параметры глушителя с точки зрения минимизации акустической мощности, излучаемой системой, с учётом наложенных ограничений.

4. Создан метод получения устойчивого решения системы уравнений для расчёта газодинамических параметров в элементах пневматических и газотранспортных систем с глушителями шума на основе преобразования незави-

симых переменных математической модели системы с глушителем, позволяющий свести задачу поиска решений системы нелинейных уравнений с ограничениями на них к соответствующей безусловной задаче в новых координатах.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость заключается в том, что разработанные методы и модели расширяют научные основы создания глушителей шума пневматических и газотранспортных систем. Разработанный метод определения характеристик и параметров глушителей позволяет создавать эффективные конструкции глушителей шума с учётом характеристик системы, в которой он установлен, и оценивать его влияние на функциональные и динамические характеристики системы.

Практическая значимость заключается в том, что моделирование глушителя совместно с системой позволяет значительно сократить число испытаний опытной конструкции и время доводки конструкции глушителя. Разработанное программное обеспечение для определения акустических характеристик в импедансной трубе позволяет проводить измерение в диапазоне частот 3005000 Гц. Разработанная математическая модель пористого металлического материала «металлорезина» (МР) как звукопоглощающего материала внедрена на ГНЦ ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова». Акустическая эффективность разработанных глушителей шума достигает 42 дБА. Глушители внедрены на ОАО «АвтоВАЗ», ОАО «СеАЗ», ОАО «Самарский завод технического стекла», ООО «Газпром трансгаз Самара», ФГУП ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс» (ныне АО «РКЦ «Прогресс»). Основные материалы диссертации используются в учебном процессе СГАУ.

Методы исследований. Работа выполнена на основе расчётных и экспериментальных исследований, а также конструкторских разработок. Поиск и выбор вариантов конструктивного исполнения глушителей шума осуществлялся с использованием методов аэроакустики, вычислительной газодинамики, механики. Экспериментальные исследования проводились на стендовом оборудовании СГАУ, в натурных условиях в ФГУП ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс», ООО «Газпром трансгаз Самара», ОАО «АвтоВАЗ».

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Уточнённая физическая картина работы глушителя в составе пневматической и газотранспортной системы, которая позволяет учесть акустическую мощность, генерируемую системой с глушителем.

2. Обобщённая математическая модель элемента пневматической и газотранспортной системы с глушителем шума, позволяет определять закономерности изменения акустической эффективности глушителя от его параметров и оценивать их влияние на динамические характеристики системы с использованием созданного метода получения устойчивого решения.

3. Метод определения функциональных и акустических характеристик и конструктивных параметров глушителей шума пневматических и газотранспортных систем, учитывающий характеристики системы, в которой он установлен, позволяющий выбирать и оптимизировать параметры глушителя с

точки зрения минимизации акустической мощности, излучаемой системой, с учётом наложенных ограничений.

4. Разработанные на основе предлагаемого метода, защищенные патентами на полезную модель и внедрённые глушители шума пневматических и газотранспортных систем, в том числе с элементами из звукопоглощающего материала МР.

Степень достоверности. Достоверность полученных результатов обеспечивается корректной физической и математической постановкой задач, сопоставлением результатов с результатами других исследователей и подтверждением расчётных данных проведёнными экспериментами в опытно-промышленных условиях лично автором. Экспериментальные исследования проведены на поверенном оборудовании аккредитованной акустической измерительной лаборатории с использованием современных методик сбора и обработки исходной информации. Проведена оценка неопределённости результатов измерения коэффициента звукопоглощения, которая не превышает 5%. Полученные результаты имеют ясную физическую трактовку и внутреннюю непротиворечивость. Показано соответствие теоретических и экспериментальных исследований.

Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались на Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (г. Самара, 2003, 2006, 2009, 2011 гг.), 5-й Международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (г. Самара, 2004 г.), Международном симпозиуме «Transport Noise and Vibration» (г. Санкт-Петербург, 2004, 2006 гг.), VI Международной научно-практической конференции «Людина i Космос» (г. Днепропетровск, Украина, 2005, 2007, 2012 гг.). Международном экологическом конгрессе ELPIT (г. Тольятти, 2005, 2007, 2009 2013 гг.), X международной научной конференции «Решетнёвские чтения» (г. Красноярск, 2006 г.), V Международном социально-технологическом форуме «Безопасность. Технологии. Управление» SAFETY (г. Тольятти, 2007, 2011, 2013 гг.), Международной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития гидромашиностроения в XXI веке» (г. Санкт-Петербург, 2008 г.). Международной научно-технической конференции «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика. Современное состояние и перспективы развития» (г. Санкт-Петербург, 2008 г.), Международной научной конференции «Колебания и волны в механических системах» (г. Москва, 2012 г.), XIX Всероссийской научно-технической конференции по неразрушающему контролю и технической диагностике (г. Самара, 2011 г.), III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия» (г. Санкт-Петербург, 2011 г.), Симпозиуме «Самолётостроение России. Проблемы и перспективы» (г. Самара, 2012 г.), Международном научно-техническом форуме, посвящённом 100-летию ОАО «Кузнецов» и 70-летию СГАУ, Международной научно-технической конференции «Динамика и виброакустика машин» (г. Самара,

2012, 2014 гг.), международной конференции IEECA 2014 (Hong Kong, China), международных конгрессах «International congress on Sound and Vibration (ICSV17-22)» (Cairo, Egypt; Rio de Janeiro, Brazil; Bangkok, Thailand; Vilnius, Lithuania; Beijing, China; Florence, Italy, 2010-2015 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 86 научных работ, в том числе 2 монографии, 7 патентов на полезную модель, 2 свидетельства о регистрации программы. 15 работ опубликовано в изданиях, определённых Высшей аттестационной комиссией РФ, и 9 работ опубликовано в изданиях, индексируемых Scopus.

Личный вклад соискателя. Диссертация написана по результатам исследований, выполнявшихся в СГАУ в период с 2001 по 2014 гг. непосредственно автором, под его научным руководством, либо при его творческом участии. Доля автора в исследованиях составляет от 50 до 95%. В изданиях, определённых ВАК 2 статьи выполнены без соавторов, 13 статей написаны в соавторстве, доля автора составляет от 40 до 75%.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, рассматривается проблема в области исследований, даётся краткое содержание глав диссертации, сформулирована цель и приведены задачи исследования.

В первой главе проведён анализ состояния научных разработок в области акустики пневматических и газотранспортных систем.

Существует большое число работ, посвящённых снижению шума и вибрации пневматических и газотранспортных систем (Baumann H.D., Coney W.B., Jury F.D., Bies D.A., Hansen C.H.. Арзуманов Э.С., Емельянов О.Н., Терехов А.Л. и др.). Среди производителей регулирующей и запорной арматуры можно выделить ряд компаний, успешно реализующих мероприятия по снижению шума (НПО «Аврора», НПФ «ЦКБА», Emerson, Fisher, Masoneilan, Samson, Tartarini, Valin и др.). Анализ зарубежной и отечественной литературы показал существование двух методов снижения аэродинамического шума регулирующей и запорной арматуры: ступенчатое дросселирование и деление потока (разбиение его на мелкие струйки). К средствам снижения шума регулятора относятся: глушители, звукоизолирующие кожухи, облицованные звукопоглощающим материалам трубопроводы и др. (рисунок 1).

Установка звукоизолирующего кожуха не решает проблему прочности трубопроводов. К тому же ни в одной из известных работ не определено, как выбирать число ступеней глушителя и его параметры.

Известно, что для снижения шума в условиях повышенных давлений, вибрации и температур, а также действия агрессивных факторов в качестве звукопоглощающих материалов целесообразно использовать пористые металлы. В настоящее время для этих целей используются пористый алюминий «Порал», спечённая бронза, пористый сетчатый материал (ПСМ), металлический пористый материал MP, упругий демпфирующий элемент (УДЭ), спечённый пористый волокнистый материал и др.

Спечённый пористый волокнистый материал разработан в ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ. Однако такой материал неустойчив к вибрациям. Технология изготовления пористого алюминия была разработана на кафедре литейного производства УГТУ-УПИ. Изучению его свойств посвящены работы Финкелыптейна А.Б. Однако его акустические свойства несколько хуже, чем у пористо-волокнистых материалов.

Под руководством профессора А.М. Сойфера в КуАИ был разработан пористый металлический материал «металлорезина» (МР). Исследованию виброизолирующих характеристик МР посвящены работы Белоусова А.И., Лазуткина Г.В., Уланова А.М. и др. Гидродинамические и фильтрационные характеристики исследовались в работах Изжеурова Е.А. Однако акустические свойства МР недостаточно изучены, поэтому необходима разработка его математической модели как звукопоглощающего материала с учётом пропускной способности для использования в глушителях аэродинамического шума.

Как показывает анализ результатов обзора существующих работ, отсутствует описание работы глушителя в составе конкретной системы. Для достижения поставленной цели на основании проведённого анализа известных работ сформулированы задачи исследования.

Вторая глава посвящена уточнению физической картины работы глушителя в составе системы и его математическому описанию, обобщённой математической модели элемента системы (регулятора давления, запорно-регулирующей арматуры) с глушителем шума и математическому моделированию глушителей шума на основе анализа процессов шумообразования в элементах пневматических и газотранспортных систем.

В результате теоретического и экспериментального исследований глушителей шума пневматических и газотранспортных систем была выявлена связь характеристик системы с параметрами глушителя, послужившая причиной поиска общих закономерностей влияния параметров глушителя шума на акустические, динамические и функциональные характеристики системы в пневматических и газотранспортных системах с глушителями.

Для поиска оптимальных параметров глушителя шума, обеспечивающих наибольшее снижение шума, проведено уточнение физической картины работы глушителя в составе пневматической и газотранспортной системы. Глушитель рассматривается как дополнительный источник акустической мощности, который совместно с элементами системы участвует в генерации суммарного шума. К основным источникам шума относится трубопроводная арматура в системе.

Глушитель представляет собой набор дроссельных шайб (перфорированные элементы, пористые металлы и др.). Расчётная схема глушителя шума в составе системы с учётом предложенных уточнений представлена на рисунке 2.

Для создания эффективной конструкции глушителя шума рассмотрена природа шумообразования при прохождении рабочего тела через элементы системы (регуляторы давления, клапаны, задвижки и т.д.). Большая часть кинетической энергии преобразовывается в тепло, а небольшая часть этой энергии преобразовывается в колебания рабочей среды, вызывающие механические колебания конструкции и воспринимаемые в виде шума. Акустический КПД /? показывает, какая часть первоначальной энергии потока преобразована в акустическую энергию механических колебаний. При сверхкритическом перепаде давления возникают ударные волны, которые генерируют мощные дискретные составляющие в спектре пульсаций давления и в спектре внешнего шума. Чтобы исключить это явление, необходимо применять метод ступенчатого дросселирования. При этом процесс изменения давления на нескольких ступенях глушителя происходит без достижения критического отношения давления.

В отличие от традиционных подходов, глушитель шума рассматривается как источник шума. Однако при правильном выборе его параметров суммарная акустическая мощность глушителя и регулятора будет меньше исходной. В случае, когда глушитель состоит из одной дроссельной шайбы (рисунок 3а), существует оптимальное с точки зрения минимума акустической мощности значение площади проходного сечения глушителя (рисунок Зв). При этом суммарная акустическая мощность будет меньше исходной акустической

мощности, генерируемой только регулятором давления. В случае, когда глушитель состоит из трёх дроссельных шайб (рисунок 36), получается четырёхмерная картина, которую можно изобразить на трёхмерной плоскости по сечениям (рисунок Зг).

Рисунок 3 - Схема изменения акустической мощности в системе: а - система с регулятором и одноступенчатым глушителем; 6 - система с

регулятором и трёхступенчатым глушителем; в - зависимость уровня акустической мощности от площади проходного сечения Б/; г - зависимость уровня акустической мощности от площадей проходного сечения Б2 и

Если глушитель состоит из двух дроссельных шайб (ступеней), на трёхмерной плоскости будет существовать один минимум. При числе ступеней большем, чем три, будет наблюдаться сложная пространственная картина, которую невозможно изобразить на трёхмерной плоскости.

Третья глава посвящена созданию обобщённой математической модели элемента пневматической (газотранспортной) системы с глушителем шума, которая описывает функциональные и акустические характеристики системы.

Согласно уточнённой физической картине, полная акустическая мощность, генерируемая всей системой, включающей источник шума (клапан) и глушитель, состоящий из /? шайб, складывается из мощностей каждого из элементов:

»г = (1)

1=1

где />7. - коэффициент восстановления давления; Су - коэффициент пропускной способности; р0 - давление на входе в систему; р, - давление в полости.

Акустическая мощность, генерируемая элементом пневматической или газотранспортной системы, зависит от его конструкции, давлений на входе и выходе и др.

Проведённый в первой главе обзор показал, что в большинстве случаев глушитель шума состоит из нескольких дросселирующих элементов, так называемых ступеней глушителя. Разработана следующая математическая модель для определения числа ступеней:

к + \ к-\

^"расч ^ ^крит*

'п (р0/р,)

Цл-расч) '

(2)

где тграсч - расчётное отношение давлении на одном элементе системы «источник-глушитель»; /гкрит - критическое отношение давлений на одном элементе системы; п - число ступеней (шайб) глушителя; р0 - давление на входе в систему; р„ - давление на выходе из системы.

Для расчёта акустической мощности, генерируемой клапаном или шайбой, использовалась модель, приведённая в работе Beranek L. L. (Istvan L. Ver and Leo L.Beranek. (2006) Noise and vibration control engineering. Second edition. Principles and applications. Published by Wiley and Sons, Inc., Ho-boken. New Jersey. - 966 p.):

W„ = n- 7,7 -10-nCyFLclPoGf, Вт (3)

где c0 - скорость звука; r¡ - акустический КПД клапана; G/ - удельный вес пара или газа (для воздуха Gf = 1); р0— входное статическое давление.

Коэффициент пропускной способности является кусочной функцией:

С(.=

2,14-107

1,95-107

G л ^ 1 гг2

/. , ^ ^ . при Ар < —Fl рп G . 1

(4)

--при Ap>^Flp,.

LPÍ "V / 2

где С - массовый расход газа; р, - давление до элемента системы; р,ц — давление после элемента системы.

Акустический КПД у имеет сложную нелинейную зависимость, поскольку характер потока, проходящего через клапан, изменяется для разных режимов работы клапана и определяется следующим образом:

1\ =

Р, - Р,Ч|

Р<! Рм

{р,1 Р. Л,

1пу = 1,32- Ю"3 •

РУД,]

, при р,1рм<7Г,

Крит»

N3.7

(р,! Р,Л*

при ^крш^ р,!рм<х2-а,

^з,7

, при 3,2• а<р,/<22-а,

где (/>, / „ - закритическое отношение давлений, зависящее от конструк-

71

ции устройства и рабочего тела; а = - безразмерное значение отношений давлений.

Наиболее сложным элементом пневматической или газотранспортной системы является регулятор давления. Акустическая мощность, излучаемая элементом системы, зависит от перепадов давления на нём.

На рисунке 4 представлена расчётная схема системы регулирования пневматической системы с глушителем, состоящая из тарели 9 массой т, закреплённой на упругой связи с жёсткостью С1 и С2 (пружины 5 и /) и линейным демпфированием . На выходе расположена пневматическая ёмкость объёмом Ус. По ходу газового потока установлен глушитель - пакет дроссельных элементов 7, представляющий собой набор шайб различного проходного сечения. Расход газа Свых определяется дросселем 8, расположенным на выходе из ёмкости (трубопровода).

1 - пружина;

2 — седло;

3 — шток;

4 — мембрана;

5 — пружина;

6 — канал обратной связи;

7 — глушитель;

8 — выходной дроссель; 9-тарель.

Рисунок 4 — Схема системы регулирования давления газа: рс — давление в полости; 0^1 — массовый расход через шайбу; Ус — объём полости; - массовый расход, определяемый дросселем 8; Л — газовая постоянная; Тс— температура газа в полости; к - показатель адиабаты.

При составлении математической модели регулятора давления приняты следующие допущения: рабочее тело - идеальный газ; масса подвижного узла и жёсткость пружины рассматриваются в сосредоточенных параметрах, приведённых к оси клапана; силы нелинейного трения и теплообмен с окружающей средой отсутствуют; процесс дросселирования адиабатический, потери энергии учитываются при помощи коэффициента расхода.

Расход газа через дросселирующее сечение 1-1 (рисунок 4) выражается формулами Сен-Венана и Ванцеля:

вх = ртпс1схры

Г 2 1+1

2 к {Р\ у ( „ • > Р\ (

Я-Т10 к-1

при

- > Я-.,

Р ю

в, = •

Д-7"ши + 1

2«-1) П

, при < 7Г

Ры

(6)

(7)

где //, - коэффициент расхода в сечении; с1с - диаметр седла; х - ход тарели клапана; Тю - температура торможения в сечении; р, - давление перед глушителем 7; рц, — давление на входе в регулятор давления; якрт, - критическое отношение давлений.

Аналогичным образом запишем уравнения для определения массового расхода газа, определяемого пакетом дроссельных шайб:

С, = И^^р,

г ь-1"

2 к А+ 1 к Р.Л *

Я Г, к -1 1 Р. ) 1 Р, J

, при

Р..1 р,

> тс„

С, =

2-М-1) Г) ,

, при

Я-Т\к + \) р, 4

(8)

(9)

где /4 - коэффициент расхода через шайбу; Би,I- площадь проходного сечения шайбы.

Уравнение движения тарели как динамического звена с сосредоточенными параметрами А/, С,, С2, £ записывается в виде:

Л ш

(10)

где /V- сумма сил нелинейного трения, аэродинамической подъёмной силы и сил, действующих на мембрану и тарель; /г0/, ^ - усилия предварительной затяжки пружин регулятора (клапана).

Примем допущения о малости действия сил трения и подъёмной силы потока на статические и динамические характеристики системы:

Я = -рА + РА - />,А + • С11)

где р„ - давление в подмембранной полости; - площадь мембраны; ра - атмосферное давление; 5С - площадь седла клапана; - площадь тарели.

Подставим выражение (11) в уравнение равновесия (10):

т^- + £^ + (С,+С2)х-+ + - р,8с + - = 0. т" ш

Полученная система (6)-(12) описывает функционирование регулятора давления газа с присоединённой ёмкостью и пакетом дроссельных шайб.

Для определения акустической мощности, излучаемой системой «регулятор - глушитель», расчёт давлений в междроссельных камерах на первом этапе производится по упрощённой модели, которая получается из исходной системы (6)-(12) путём приравнивания производных к нулю:

G, = ß.nSv.P, ■

R-ТЛ к +1

£ + 1

при

Ь±1 Р,

< Л,

G, = P,S„,P, -.

h к (р„ 1 + 1 " к

RT, к - 1 UJ (р.)

при -^J- > р,

, (13)

(С, + С2)х — Fm + F02 + puSv - PxSc + Pl0Sr - paS„ = 0.

При решении системы (13) стандартными методами МаИаЬ, при определённых параметрах глушителя получались комплексные числа для давлений в системе. Для получения устойчивого решения системы (13) создан оригинальный метод на основе преобразования независимых переменных математической модели. Кроме применения известного приёма нормализации, использована «Б-функция» для ограничения диапазона значений, принимаемых переменными.

Расчёт по упрощённой модели делается для сужения области поиска оптимума IVг. Очевидно, что при выборе площадей проходного сечения необходимо стремиться к минимуму 1Уг. Во время выполнения описанных выше этапов решается задача оптимизации, сформулированная следующим образом:

Хпр, = атёт\и^(Х% (и)

где 0.х - множество допустимых решений (значения площадей проходных сечений глушителя).

Задача оптимизации решается с использованием метода деформируемых многогранников на начальном этапе и метода Ньютона на завершающем этапе.

Рассмотрим решение задачи оптимизации на примере системы «регулятор давления с глушителем, состоящим из одной дроссельной шайбы» (рисунок 5).

Результаты расчёта показаны на рисунке 6. Акустическая мощность имеет несколько минимумов. Минимум акустической мощности, генерируемой двумя источниками (регулятор и шайба), достигается при 12-15% площади проходно-

го сечения трубы. Наблюдается также снижение уровня акустической мощности при уменьшении площади проходного сечения менее 2,5%, но при этом происходит нарушение нормальной работы системы и снижается расход газа.

Рисунок 5 - Схема установки Рисунок б - Зависгшость уровней

дроссельной шайбы акустической мощности ¿„. от площади 5

В случае, когда глушитель представляет собой двухступенчатую конструкцию, получаем поверхность, изображающую зависимость уровня акустической мощности от параметров глушителя (рисунок 7).

Рисунок 7 - Зависгшость уровня акустической мощности /,„. для системы «клапан — 2 шайбы» от площадей проходного сечения 5

Из рисунка 1а видно, что поверхность, отображающая зависимость уровня акустической мощности от площадей проходного сечения, имеет минимум. На рисунке 76 представлены сечения этой поверхности в районе минимума. При сочетаниях площадей, где значение стремительно падает, нарушается работа системы, и регулятор перестаёт поддерживать требуемое давление на выходе во всём диапазоне расходов. Разработанная модель позволяет находить оп-тимумы и для глушителей с большим числом ступеней. При оптимизации площадей проходного сечения многоступенчатого глушителя получены закономерности, показывающие необходимость увеличения площадей проходного сечения последующих ступеней относительно предыдущих, что не противоречит известным данным, опубликованным в научной литературе.

Рисунок 8 - Переходные процессы в системе с глушителем шума

Рисунок 9 - Падение давления в ресивере при установке глушителя

После предварительного нахождения области глобального минимума проводится полный расчёт динамических характеристик (переходных процессов) с использованием системы уравнений (6)-(12).

Влияние параметров глушителя на работу системы рассмотрено на нескольких технических объектах исследования. Расчёт динамических характеристик системы с глушителем проведён с помощью численных методов в программной среде Ма11аЬ/81тиНпк. В результате решения системы уравнений (6)-(12) получены зависимости от времени всех основных параметров регулятора давления: ход клапана, массовые расходы через все сечения, давление на выходе из регулятора, давление на выходе из дроссельной шайбы. Причём все эти зависимости будут различны при изменении режима работы системы (расхода потребляемого газа) и от проходного сечения дроссельной шайбы. На рисунке 8 представлены результаты моделирования, которые показывают возникновение Рисунок 10 — Зависимость уровня автоколебаний клапана при неакустической мощности и и расхода правильном выборе параметров воздуха С от площади глушителя 5 глушителя. В результате моделирования системы «клапан-глушитель» оценивается устойчивость системы, качество переходных процессов и пропускная способность. Установка глушителя шума выхлопа на технологическое оборудование приводит к увеличению времени опорожнения пневматической ёмкости. При этом недопустимо, чтобы время падения давления увеличивалось более чем на 40 % (рисунок 9). Установка глушителя шума в газотранспортной системе может вызвать не только автоколебания регулятора, но и при определённых параметрах ступеней глушителя стать самым узким сечением системы и ограничивать расход воздуха (рисунок 10).

На рисунке 11 показана зависимость площадей проходного сечения дроссельных шайб от их количества. Площадь каждой последующей шайбы больше предыдущей, что хорошо согласуется с известными данными и обзором

10 8 6 4 2

конструкции, приведённым в главе 1. Причём с увеличением количества шайб площадь первой шайбы растёт, так как клапан при этом приоткрывается.

Рисунок 11 — Зависимость площадей проходного сечения дроссельных шайб 5/ от их количества п

В качестве дроссельного элемента могут быть использованы пористые металлы и, в частности МР, акустические характеристики и пропускная способность которого должны быть известны. На основании известной математической модели ЭЫапу - Ваг1еу со свободными коэффициентами разработана математическая модель, описывающая акустические характеристики упруго-пористого материала МР:

а = 1-

2 -2

2„ + ^вх

- коэффициент звукопоглощения;

2(1 - импеданс среды; 2ВХ = 2С ■ соШС/ • Л) - входной импеданс; 2С = рпсй\1 + С5 ■ В С6 - } С1 ■ В~с* ] - характеристический импеданс;

Г-

. со J —

[1 + С1-5 02 - ]-СЪ-В с4]~постоянная распространения;

Л,/

где И - толщина образца; у - постоянная распространения; В = —--безраз-

г

мерная частотно-зависимая переменная; ри - плотность среды; / — частота;

К

Со - скорость звука в воздухе; г = — удельное сопротивление продуванию;

с1Г =

П-с1п

а;

гидравлический диаметр; П - пористость; с1„ - диаметр проволо-

0 -Я)

ки; С1... С8- свободные коэффициенты

Для определения коэффициентов С1...С8 (таблица 1) были использованы экспериментальные данные, полученные в результате измерений 36 образцов с разными параметрами МР в импедансной трубе.

Таблица 1. Коэффициенты математической модели для МР

Коэффициенты CI С2 сз С4 С5 С6 С7 С8

Значения 0,057 0,754 0,087 0,732 0,169 0,595 0,098 0,700

На рисунке 12 показаны частотные зависимости коэффициента звукопоглощения от диаметра проволоки исходного материала. Уменьшение диаметра проволоки приводит к увеличению коэффициента звукопоглощения материала MP до 8 кГц. Подобные зависимости наблюдаются и для пористости 0,7-0,8.

С использованием разработанной математической модели построена зависимость коэффициента снижения шума NRC (вычисляется в соответствии со стандартом ASTM С423 как среднее арифметическое измеренных коэффициентов звукопоглощения на частотах 250, 500, 1000 и 2000 Гц) от толщины образца и гидравлического диаметра (рисунок 13). Установлено, что при значении гидравлического диаметра от 0,1 до 0,3 коэффициент звукопоглощения при увеличении толщины больше 20 мм остаётся неизменным. Но при фиксированной толщине образца звукопоглощение меняется не монотонно и имеет максимум в области dr= 0,45 мм.

V«

Рисунок 12 - Частотная зависимость Рисунок 13 - Зависимость среднего

коэффициента звукопоглощения значения коэффициента

упруго-пористого материала МР в звукопоглощения Л7?С от толщины

зависимости от диаметра проволоки образца И и гидравлического диаметра с/Г

Результаты, полученные в главах 2 и 3, позволяют перейти к разработке метода определения характеристик и параметров глушителей шума пневматических и газотранспортных систем.

В четвёртой главе предложен метод определения функциональных и акустических характеристик и конструктивных параметров глушителей шума пневматических и газотранспортных систем с запорно-регулирующей арматурой, основанный на оптимизации параметров глушителей (рисунок 14).

Расчёт акустических характеристик источника шума

......е................а

Применение критериев на основе прочностного состояния

Сравнение с СН

! поиск нового технического объекта

- выполнение действия

- обратная связь

Определение числа ступеней "я" глушителя шума в условиях обеспечения докритических режимов течения во всех элементах системы

I

Расчёт по упрощённой модели давлений во всех элементах системы

Оптимизация акустических характеристик системы с глушителем из условия \Уг = (IV, + ]Г ) -> тш

Ограничения с точки зрения габаритно-массовых характеристик

Т

Полный расчёт динамических характеристик 'переходных процессов) системы "предмет-глушитель" Оценка устойчивости и качества переходных процессов

Численный рвсчёт акустической мощности I. и пропускной способности Определение формы каналов и др. параметров, не учтённых в 1-й расчёте

Проектирование опытного образца

Экспериментальные исследования и доводка глушителя

3

Рисунок 14 - Алгоритм метода определения функциональных и акустических характеристик и конструктивных параметров глушителей аэродинамического шума

Предложенный метод заключается в том, что впервые выбор параметров глушителя и его конструктивных элементов осуществляется с учётом обеспечения требуемых санитарных норм, пропускной способности системы, обеспечения устойчивой работы регуляторов давления, качества регулирования (быстродействия, качества переходных процессов) и обеспечения прочности системы с учётом установки в неё глушителя шума. Алгоритм реализации предложенного метода (рисунок 14) заключается в следующем:

1. По известным исходным данным рассчитывается уровень акустической мощности и уровень звукового давления в расчётной точке.

2. Производится оценка прочностного состояния системы и её соответствия санитарным нормам.

3. В случае невыполнения условий по санитарным нормам или критериям прочности по разработанной математической модели происходит расчёт количества ступеней глушителя.

4. По упрощённой модели производится расчёт давлений во всех полостях системы, суммарной акустической мощности и проводится оптимизация площадей проходного сечения глушителя.

5. С использованием полученных ранее оптимальных соотношений площадей проходного сечения глушителя производится расчёт динамических характеристик глушителя. На этом этапе проверяются влияние установки глушителя на устойчивость регулятора давления, пропускная способность и качество переходных процессов в системе.

6. По известным (рассчитанным) давлениям определяется уровень акустической мощности Ь„. Далее производится проверка по критерию 1„, (В).

Расчёт уровня шума на расстоянии 1 м от трубы производится для сравнения с соответствующим критерием и санитарными нормами. Неудовлетворение хотя бы одного критерия возвращает на этап выбора числа ступеней (см. рис. 14, п. 3).

7. Параллельно с этапами 6 (см. рис. 14) производится доводка элементов глушителя с помощью численного моделирования. При численном моделировании учитываются формы отверстий дроссельной шайбы.

8. После проектирования опытного образца глушителя производится экспериментальная доводка, объём которой будет существенно (по экспертной оценке на 20-30%) уменьшен за счёт сужения области выбора площадей проходного сечения ступеней глушителя, полученной на основании расчёта.

В диссертации представлен пример определения характеристик и параметров глушителей аэродинамического шума регулятора давления газа РДПП 80 - 50 М на основе разработанного метода.

Разработанный метод определения характеристик и параметров глушителей был использован при создании ряда технических объектов, представленных в таблице 2. Для подтверждения полученных в главах 2, 3 и 4 результатов проведены экспериментальные исследования опытных и серийных конструкций глушителей.

Таблица 2 - Технические объекты исследования

№ Наименование Внешний вид

Что выполнялось

Глушитель шума выхлопа пневматической системы

Моделирование акустических и динамических процессов. Экспериментальные исследования. Внедрение на АвтоВАЗ, СеАЗ и СЗТС._

Глушитель шума пневматического регулятора давления

Глушитель шума регулятора давления природного газа

Оптимизация параметров глушителя. Численное моделирование. Экспериментальные исследования. Внедрение на ООО «Газпром трансгаз Самара».

Использование в глушителе материала МР. Расчёт пропускной способности глушителя. Экспериментальные исследования. Внедрение на ФГУП ГНП РКЦ «ЦСКБ - Прогресс»._

Глушитель шума

пневматической

шлифовальной

Глушитель шума выхлопа стендового оборудования

Использование в глушителе материала МР. Экспериментальные исследования. Внедрение на ФГУП ГНП РКЦ «ЦСКБ - Прогресс»._

Моделирование акустических и динамических процессов. Экспериментальные исследования. Внедрение на АвтоВАЗ, СеАЗ и СЗТС._

В пятой главе рассмотрены вопросы создания глушителей шума. Полученные ранее результаты позволяют сформулировать основные принципы конструктивного исполнения средств снижения шума пневматических и газотранспортных систем:

1. Глушитель должен содержать несколько перфорированных элементов. Одним из них может служить металлическая труба с отверстиями, которая будет также основанием (силовым элементом) глушителя. В качестве дополнительных перфорированных элементов могут быть использованы тонкостенные цилиндрические оболочки, заключённые между фланцами.

2. Количество ступеней должно быть выбрано согласно разработанной математической модели.

3. Площади проходных сечений должны быть выбраны на основании решения задачи оптимизации таким образом, чтобы суммарная акустическая мощность Wz -> min при наложенных ограничениях по быстродействию системы.

4. Расстояние между отверстиями перфорированных элементов должно быть равно диаметру отверстий.

5. Между перфорированными элементами целесообразно использовать звукопоглотитель с высокими акустическими и эксплуатационными характеристиками.

Предложен ряд конструкций глушителей шума, защищенных патентами.

В шестой главе представлены результаты экспериментальных исследований глушителей шума. Описана проведённая модернизация экспериментального оборудования. При измерении уровня шума регулятора давления с глушителем использованы методы визуализации акустических полей.

Так как сопоставление акустической мощности внутри трубопровода с уровнем звукового давления на расстоянии 1 м является отдельной сложной задачей, то в работе рассматривается результат эксперимента, направленного на снижение шума регулятора давления Сатогг! МХ 3-1 с использованием глушителя, состоящего из одной и двух дроссельных шайб. При этом контролировались давления на входе в регулятор, до и после глушителя, а также расход воздуха.

На рисунке 15 представлено сравнение расчётных и экспериментальных данных давления до и после глушителя шума пневматического регулятора давления, состоящего из одной дроссельной шайбы.

При площади проходного сечения дроссельной шайбы более 12 % от площади выходного трубопровода, она не оказывает практически никакого сопротивления и давления р/ \\р2 равны.

При уменьшении площади менее 2,5 % происходит нарушение нормальной работы регулятора, и он перестаёт выполнять свою основную функцию (поддерживать давление на выходе р2). Расчётные и экспериментальные данные хорошо согласуются, имеют ясную физическую трактовку.

Проведены экспериментальные исследования зависимостей уровней шума от параметров глушителя. На рисунке 16 представлены экспериментальные зависимости для глушителя, состоящего из одной дроссельной шайбы для разных режимов работы (расходов рабочего тела). Рассмотрен пример улучшения эффективности шумоглушения при использовании глушителя шума, состоящего из двух дроссельных шайб. На рисунке 17 показана поверхность, характеризующая зависимость уровня шума от параметров двухступенчатого глушителя. На поверхности очевиден минимум, что хорошо согласуется с расчётными данными, приведёнными в главе 3 и на рисунке 6. На кривых наблюдаются минимумы уровня шума, соответствующие расчётным данным при двух различных режимах (£> = 560 и 1190 нл/мин).

Рисунок 15 — Зависимость давления до р/ и после глушителя р2 от относительной площади проходного сечения 5

Рисунок 16- Зависимость уровня шума Ь Рисунок 17 - Зависимость

от относительной площади уровня шума Ь от проходного

проходного сечения глушителя, сечения 5) и Б2 глушителя,

состоящего из одной дроссельной шайбы состоящего из двух дроссельных шайб Причём, если площадь проходного сечения дроссельной шайбы более 10%, уровень шума в системе с глушителем становится выше, чем в системе без глушителя.

Расчётным путём было показано, что дроссельные шайбы глушителя являются вторичным источником шума, интенсивность которого зависит от перепада давления. С другой стороны, установка дроссельной шайбы приводит к тому, что снижается перепад давления на регуляторе. Значит, изменяя количество дроссельных шайб и площадь проходного сечения, можно изменять

перепад давления и, следовательно, акустическую мощность источника. Для доказательства этого предположения была поставлена серия экспериментов. В испытаниях принимали участие конструкции глушителя, имеющие от 1 до 6 шайб. Результаты испытаний представлены на рисунке 18.

Исходя из полученного графика, можно сделать вывод о том, что конструкция с пятью шайбами снижает общий уровень шума до 63,8 дБ А, и эффективность глушителя увеличивается до 9,6 дБА. При этом конструкция глушителя имеет такое же гидравлическое сопротивление, что и конструкция с шестью шайбами.

Для подтверждения эффективности предложенного метода были проведены эксперименты на других технических объектах с более высокими значениями режимных параметров (рю,рвых, в). На рисунке 19 представлены данные уровня звукового давления на расстоянии 1 м от трубопровода в зависимости от площади проходного сечения глушителя, состоящего из одной дроссельной шайбы. Из рассмотрения зависимости на рисунке 19 видно, что при изменении площади проходного сечения дроссельной шайбы, а, значит и перепада давления на ней, происходит изменение уровня шума системы «регулятор - шайба».

Рисунок 18 - Зависимость уровня шума от количества дроссельных шайб

Минимум акустической

мощности, генерируемой двумя источниками

(регулятор и шайба), достигается 5/ = 1-1.5 %, что хорошо согласуется с измеренным уровнем звукового давления на расстоянии / м от трубопровода. Таким образом, установка глушителя, состоящего из одной дроссельной шайбы, приводит к снижению уровня шума. Эффективность глушителя при этом изменяется более чем на 10 дБА.

При использовании многоступенчатых глушителей невозможно на плоскости получить наглядные изображения, так как в этом случае речь идёт о многомерных пространствах. Однако можно продемонстрировать действие разработанного метода на примере разных технических объектов (рисунок 20). Установлено, что при изменении только площади проходного сечения или порядка дроссельных шайб можно добиться увеличения эффективности глушителя на 10 дБ А (рисунок 20а). При этом эффективность глушителя шума регулятора давления РДПП достигает 39 дБ в третьоктавных полосах частот и 30 дБА.

На рисунке 206 показаны частотные харак-

ПЛП-

дБ

134г •

133;

132

Рисунок 19 - Зависимость уровня звукового давления от безразмерного перепада давления

I, дБ

110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50

а) регулятор давления РДПП с глушителем С ев 60 50 40 30

20 10

100 160 250 400 630 1000 1600 2500 4000 6300

«Гц

б) регулятор давления 1" с глушителем

Рисунок 20 - Частотная характеристика УЗД для различных параметров глушителей

теристики уровней звукового давления (УЗД) для различных параметров глушителей шума воздушного регулятора давления.

Эффективность шумоглушения в третьоктавных полосах частот достигает 25 дБ и 14 дБ А. Повышенная эффективность наблюдается при различных значениях параметров расхода воздуха. Таким образом, при решении задачи выбора параметров глушителей традиционным методом существует риск недостаточной эффективности шумоглушения или нарушения работоспособности системы. Предложенный метод, в отличие от традиционно используемых при выборе параметров глушителей, позволяет решить задачу снижения шума без нарушения работоспособности системы, в которой он установлен.

Проведено сравнение расчётных и экспериментальных данных коэффициента звукопоглощения и удельного сопротивления продуванию (рисунок 21, 22).

Г, кПа-с/м2

75-

50-

/

/

25'

УЛ • эксперимент

^ \ рючет

4000 (.Гц 5000

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 <1р мм

Рисунок 22 - Сравнение расчётных и экспериментальных зависимостей удельного сопротивления продуванию от гидравлического диаметра МР

Рисунок 21 - Сравнение расчётных

и экспериментальных значений коэффициента звукопоглощения а упругопористого материала МР (П=0.6; с/„=0,12 мм. И=10 мм)

По ГОСТ Р 50.2.038-2004 проведена оценка неопределённости результатов измерений, характеризующая рассеяние значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине. Неопределённость зависит от частоты и не превышает 4,5 %.

С целью повышения эффективности глушителей шума выхлопа пневмоси-стем производственного оборудования были проведены экспериментальные

и дБА исследования влия-

ния относительной площади перфораций. На рисунке 23 представлены расчётные и экспериментальные зависимости изменения уровня шума выхлопа с глушителем по шкале А от коэф-Рисунок 23 - Зависимость уровня шума выхлопа фициента £2. с глушителем шума от коэффициента отношения наружной перфорации

Зависимость уровня шума выхлопа с глушителем от коэффициента имеет минимум в районе 52 =2...2,5 и достигает 101 дБА. Экспериментальные точки хорошо совпадают с расчётной кривой, что говорит об адекватности разработанной модели. Адекватность математической модели проверена по критерию Фишера. Математическая модель адекватна при доверительном интервале 0,05.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена научно-техническая проблема снижения аэродинамического шума при сохранении работоспособности пневматических и газотранспортных систем за счёт использования глушителей, созданных на основе разработанных расчётных и экспериментальных моделей и методов, имеющая важное социально-экономическое и хозяйственное значение для промышленных предприятий и объектов газораспределительных станций. Получены следующие результаты:

1. Уточнена физическая картина работы глушителя в составе пневматической и газотранспортной системы. Глушитель рассматривается как дополнительный источник акустической мощности, который совместно с элементами системы участвует в генерации суммарного шума. Разработана обобщённая математическая модель элемента пневматической и газотранспортной системы с глушителем шума, определяющая связь акустической эффективности глушителя и его параметров, и позволяющая оценивать их влияние на динамические характеристики системы. Модель позволила рассчитать глушитель шума эффективностью 30 дБ А, обеспечивающий быстродействие системы в соответствии с ГОСТ 25144—82. Пневмоглушители. Технические условия. При этом время падения давления в системе увеличилось не более чем на 40 %, что соответствует ГОСТ.

2. Разработан метод определения функциональных и акустических характеристик и конструктивных параметров глушителей шума пневматических и газотранспортных систем, учитывающий характеристики системы, в которой он установлен, и позволяющий выбирать и оптимизировать параметры глушителя с точки зрения минимизации акустической мощности, излучаемой системой, с учётом наложенных ограничений.

3. Создан метод получения устойчивого решения системы уравнений для расчёта газодинамических параметров в элементах пневматических и газотранспортных систем с глушителями шума на основе преобразования независимых переменных математической модели, позволяющий свести задачу поиска решений системы нелинейных уравнений с ограничениями на них к соответствующей безусловной задаче в новых координатах.

5. Разработана математическая модель МР как звукопоглощающего материала с учётом его пропускной способности для использования его в глушителях аэродинамического шума. Модель позволила разработать: 1) глушитель шума пневматической шлифовальной машины ФГУП ГНП РКЦ

«ЦСКБ-Прогресс», установка которого позволила обеспечить санитарные нормы 80 дБ А при сохранении частоты вращения ротора; 2) глушитель шума выхлопа испытательного стенда для космодрома «Восточный» с эффективностью 38-42 дБ А.

6. Разработаны программы для расчёта акустических характеристик материала MP, системы «регулятор давления - глушитель», использование которых позволяет сократить время расчёта, а также доводки глушителей шума за счёт уменьшения объема экспериментальных исследований.

7. Сформулированы основные принципы конструктивного исполнения средств снижения шума пневматических и газотранспортных систем. Разработаны на основе предлагаемого метода, защищенные патентами на полезную модель, и внедрены глушители шума пневматических и газотранспортных систем, в том числе с элементами из звукопоглощающего материала MP. Результаты испытаний глушителей показали их преимущество перед отечественными и зарубежными аналогами, созданными с использованием традиционных методов.

Результаты работы внедрены в металлургическое производство ОАО «АвтоВАЗ», Институт акустики машин при СГАУ, ОАО «Серпуховский автомобильный завод», ООО «Самарский завод технического стекла», ФГУП ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс», ООО «Газпром трансгаз Самара», ГНЦ ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» и в учебный процесс СГАУ.

Результаты работ могут быть рекомендованы в практике борьбы с шумом в организациях, использующих пневматические и газотранспортные системы.

Дальнейшие исследования следует проводить в области оценки влияния последующих элементов глушителей шума пневматических и газотранспортных систем на распространение акустических волн от предыдущих элементов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии:

1. Иголкин, A.A. Пневматические глушители [Текст] /A.A. Иголкин, Е.В. Шахматов // LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH&CO.KG, 2013. -133 с. (доля автора 70%).

2. Снижение колебаний и шума в пневмогидромеханических системах [Текст] / A.A. Иголкин [и др.]. - Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2005. - 314 с. (доля автора 40%).

Статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:

1. Иголкин, A.A. Математическая модель глушителя шума выхлопа пнев-мосистем [Текст] / A.A. Иголкин, А.Н. Крючков, Е.В. Шахматов// Известия СНЦ РАН. - Самара. 2004. - №2. - Т.6. - С. 364-368 (доля автора 40%).

2. Разработка глушителей шума выхлопа производственного оборудования [Текст] / A.A. Иголкин, Е.В. Шахматов, А.Н. Крючков [и др.] // Известия СНЦ РАН. - Самара, 2005. - Т.2. - С. 39-43 (доля автора 40%).

3. Исследование акустических характеристик материала MP [Текст] / A.A. Иголкин, Е.А. Изжеуров, Цзян Хунюань [и др.] // Вестник СГАУ. - 2006.

- № 2(10). - Ч. 2. - С. 165-169 (доля автора 50%).

4. Разработка системы снижения шума компрессорного отсека с комбинированным забором воздуха [Текст] / С.А. Богданов, A.A. Иголкин, Е.В. Шахматов [и др.] // Известия СНЦ РАН. - Самара, 2007. - Т.2. - С. 124-127 (доля автора 40%).

5. Иголкин, A.A. Выбор параметров пневмоглушителей [Текст] /A.A. Иголкин, А.Н. Крючков. Е.В. Шахматов // Известия СНЦ РАН. - Самара, 2008. - Т.2. - С. 82- 88 (доля автора 50%).

6. Иголкин, A.A. Снижение шума в жилом помещении за счет применения виброизоляторов [Текст] / A.A. Иголкин, J1.B Родионов, Е.В. Шахматов // Безопасность в техносфере. - М.: Русский журнал, 2008. - №4 (13). - С.40-43 (доля автора 50%).

7. Снижение шума снегоуборочной установки [Текст] /A.A. Иголкин, А.Н. Крючков, Л.В. Родионов [и др.] // Вестник СГАУ. - 2009. - №3(19). - С. 178-184 (доля автора 50%).

8. Иголкин, A.A. О применении различных типов микрофонов при измерениях в импедансной трубе [Текст] / A.A. Иголкин, А.И. Сафин, Е.В. Шахматов // Вектор науки ТГУ. - Тольятти: Изд-во «Кассандра». - 2011. - № 2(16). - С. 49-51 (доля автора 40%).

9. Применение пористого материала «металлорезина» в гидрогазовых системах энергетических установок для шумоподавления и термостабилизации [Текст] / A.A. Иголкин, А.И. Сафин, Е.А. Изжеуров [и др.] // Судостроение. - СПб, 2012. - № 5(804). - С. 46-48 (доля автора 40%).

10. Иголкин, A.A. Гаситель пульсаций давления для воздушного регулятора [Текст] / A.A. Иголкин, А.И. Сафин, Е.В. Шахматов // Вестник СГАУ. -

2012. -№ 3(1). - С. 11-16 (доля автора 60%).

11. Сафин, А.И. Разработка математической модели акустических характеристик упругопористого материала «металлорезина» [Текст] /А.И. Сафин, A.A. Иголкин // Вестник СГАУ. - 2012. - № 3. - С.69-74 (доля автора 60%).

12. Некоторые аспекты исследования акустических характеристик материала «металлорезина», полученного с использованием зиговки исходной проволоки [Текст] / A.A. Иголкин, М.В. Дегтярев, Е.А Изжеуров [и др.] // Вектор науки ТГУ. - Тольятти: Изд-во «Кассандра». - 2013. - №2 (24). - С. 200-202 (доля автора 40%).

13. Бесконтактная регистрация и анализ вибрации изделий машиностроения с помощью трехкомпонентного лазерного виброметра [Текст] /A.A. Иголкин, Г.М. Макарьянц, Е.В. Шахматов, [и др.] // Прикладная физика. - М.,

2013. - №4. - С. 49-53(доля автора 40%).

14. Иголкин, A.A. Моделирование статических и динамических характеристик регулятора давления [Текст] / A.A. Иголкин // Вестник СГАУ. - Самара. 2014. -№ 5(43). - С. 123-130 (доля автора 100%).

15. Иголкин, A.A. О влиянии виброакустических нагрузок на прочность и работоспособность трубопроводных систем [Текст] / A.A. Иголкин // Известия СНЦ РАН. - Самара, 2013. - Т.15, №6(4). - С. 1032-1037 (доля автора

100%).

Публикации Scopus:

1. Igolkin, A.A. Acoustic performances of air tool [электронный ресурс]/ A. Igolkin, A. Kruchkov, E. Shakhmatov // Proceedings of the Seventeen International Congress on Sound and Vibration (ICSV 17). - Cairo, Egypt, July 18-22, 2010.

2. Igolkin, A.A. Acoustic performances of metal rubber [электронный ресурс] / E.A. Izzheurov, Jiang Hongyuan, E.V. Shakhmatov // Proceedings of the Eighteen International Congress on Sound and Vibration (ICSV 18). - Rio de Janeiro Brasil., July 10-14, 2011.-1 электр.опт. диск (CD-ROM).

3. Igolkin, A.A. Pressure reducing valve noise reduction [электронный ресурс] / A. Igolkin, A. Kruchkov, A. Koh, A. Safin, E. Shakhmatov // Proceedings of the Nineteen International Congress on Sound and Vibration (ICSV 19) / The international institute of Acoustics and Vibration, 2012. - Vilnius, Lithuania, July 08-12, 2012.- 1 электр.опт. диск (CD-ROM).

4. Khaletskiy, Y. Acoustic Response of a Fan Duct Liner Including Porous Material [электронный ресурс] / A. Igolkin, Y. Pochkin, Y. Khaletskiy // Twentieth International Congress on Sound and Vibration (ICSV 20) / The international institute of Acoustics and Vibration. - Bangkok, Thailand, July 07-11, 2013.

5. Igolkin, A.A. Silencer optimization for the pressure reducing valve [электронный ресурс] / A.I. Safin, A.N. Kryuchkov, I.S. Soroka // Twentieth International Congress on Sound and Vibration (ICSV 20) / The international institute of Acoustics and Vibration. - Bangkok, Thailand, July 07-11, 2013. - 1 электр.опт. диск (CD-ROM).

6. Safin, A.I. Some research aspects of acoustic characteristics of metal rubber produced with new technology [электронный ресурс] / A.I.Safin, A.A. Igolkin, M.V. Degtyarev, E.A. Izzheurov, E.V. Shakhmatov // The 21st International Congress on Sound and Vibration (ICSV 21)/ The international institute of Acoustics and Vibration. - Beijing, China Bangkok, July 13-15, 2014. - 1 электр.опт. диск (CD-ROM).

7. Safin, A.I. Hydrodynamic noise dampener with metal rubber [электронный ресурс] / A.I. Safin, M.A. Ermilov, A.A. Igolkin, G.M. Makaryants, Aleksandr N. Kryuchkov // The 21st International Congress on Sound and Vibration (ICSV 21)/ The international institute of Acoustics and Vibration. - Beijing,China Bangkok, July 13-15, 2014.-1 электр.опт. диск (CD-ROM).

8. Igolkin, A.A. Muffler of exhaust air [электронный ресурс] / A.A. Igolkin // The 21st International Congress on Sound and Vibration (ICSV 21)/ The international institute of Acoustics and Vibration. - Beijing, China, July 13-15, 2014. - 1 электр. опт. диск (CD-ROM).

9. Igolkin, A.A., An air grinder exhaust muffler [электронный ресурс] / A.A. Igolkin, L.V. Redionov, A.N. Kryuchkov // The 22nd International Congress on Sound and Vibration (ICSV 22) / The international institute of Acoustics and Vibration. - Florence, Italy, 12-16 july, 2015.-1 электр. опт. диск (CD-ROM).

Статьи и материалы конференций:

1. Иголкин A.A. Снижение шума и виброакустических нагрузок трубопроводных систем газораспределительных станций [электронный ресурс] /A.A. Иголкин // Электронный журнал «Динамика и виброакустика». - 2014. - №1(1). - Режим доступа: http://ioumals.ssau.ru/index.php/dvnvibro/article/ view/1651.

2. Igolkin, A.A. Calculation and design of exhaust noise mufflers for power engineering equipment [электронный ресурс] /А. Igolkin, A. Kruchkov, E. Shakhma-tov // Proceedings of the 7-th International Symposium «Transport Noise and Vibration». - St. Petersburg. - 2006. - s 4-4.

3. Gasparov, M.S. Application of soundproof structures on the basis of Z-gofer panels to reduce transport noise / M.S. Gasparov, A.A. Igolkin, A.N. Kruchkov, O.V. Nazarov, A.B. Prokofiev, E.V. Shakhmatov // Proceedings of the 7-th International Symposium «Transport Noise and Vibration». - St. Petersburg. - 2004. - s 2-4.

4. Иголкин, A.A. Расчет динамических характеристик гайковерта пневматического [Текст] / A.A. Иголкин, А.Н. Крючков, Е.В. Шахматов // Гидропневмоавтоматика и гидропривод-2005: сб. науч. тр. КГТА. - В 2 т. - Т.2. - Ковров, 2006.-С. 3-19.

5. Влияние установки пневмоглушителя на быстродействие пневмосисте-мы [Текст] / A.A. Иголкин, А.Н. Крючков, Е.В. Шахматов [и др.] // Гидропневмоавтоматика и гидропривод-2005: сб. науч. тр. KITA. - В 2 т. - Т.2. - Ковров, 2006.-С. 20-34.

6. Иголкин, A.A. Автоматизированный расчет динамических характеристик ротационного пневмопривода [Текст] / A.A. Иголкин, А.Н. Крючков, Е.В. Шахматов // Труды международной научно-технической конференции «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика. Современное состояние и перспективы развития». - СПб: Изд-во Политех, ун-та, 2008. - С. 213-218.

7. Исследование характеристик глушителей шума выхлопа пневмосистем [Текст] / A.C. Фральцов, A.A. Иголкин, Е.В. Шахматов [и др.] // Труды IX Международной научно-технической конференции «Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транспорта и сельского хозяйства». - Ростов н/Д: ИЦ ДГТУ, 2010. - С. 804-807.

Патенты:

1. Свидет. на полез, мод. 28189 Российская Федерация. Пневмоглушитель [Текст] / Крючков А.Н., Шахматов Е.В., Иголкин A.A. [и др.]; заявитель и патентообладатель Институт акустики машин при Самарском государственном аэрокосмическом университете им. акад. С.П. Королева. - № 2002118054/20; заявл. 10.07.2002; опубл. 10.03.2003. - 1 с.

2. Пат. на полез, мод. 39649. Пневмоглушитель переменной структуры [Текст] / Шахматов Е.В., Крючков А.Н., Иголкин A.A. [и др.]; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева (RU). - № 2004108397/22; заявл. 22.03.2004; опубл. 10.08.2004.-1 с.

3. Пат. на полез, мод. 38841 Российская Федерация. Пневмоглушитель со смешением потока [Текст] / Шахматов Е.В., Крючков А.Н., Иголкин A.A., заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева (RU). - № 2004105438/20; за-явл. 25.02.2004; опубл. 10.07.2003. - 1с.

4. Пат. на полез, мод. 47050 Российская Федерация. Пневмоглушитель с облицованными каналами [Текст] / Шахматов Е.В., Крючков А.Н., Иголкин A.A., [и др.]; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева (RU). - № 2005105874/22;заявл. 02.03.2005; опубл. 10.08.2005. - 1 с.

5. Пат. на полез, мод. 59152 Российская Федерация. Пневмоглушитель [Текст] / Иголкин A.A., Крючков А.Н., Шахматов Е.В. [и др.]; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Акцент» (ООО «Акцент») (RU). -№2005136569/22; заявл. 02.03.2005; опубл. 10.08.2005. - 1с.

6. Пат. на полез, мод. 71380 Российская Федерация. Пневмоглушитель с высокочастотным облучением [Текст] / Иголкин A.A., Крючков А.Н., Шахматов Е.В.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева (RU). -№ 2007142058/22; заявл. 13.11.2007; опубл. 10.03.2008. - 1с.

7. Свид. о гос. per. программы для ЭВМ 2008612326 Российская Федерация. Программа для расчёта звукоизоляции многослойных конструкций «УНИСОН» [Текст] / Иголкин A.A., Родионов J1.B.. Шахматов Е.В.; заявитель и патентообладатель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева (национальный исследовательский университет)» (СГАУ) (RU); заявл. 26.03.2008; опубл. 14.05.2008.-Зс.

8. Пат. на полез, мод. 94631 Российская Федерация. МПК7 F01 N1/00,1/02. Пневмоглушитель с электромагнитной коррекцией [Текст] / Иголкин A.A., Иголкин Д.А., Лиманов И.А.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (RU) - № 2009146568/22; заявл. 15.12.09; опубл. 27.05.10, Бюл. № 15.-3 с.

9. Свид. о гос. per. программы для ЭВМ Российская Федерация. Программа для измерений акустических характеристик материалов и конструкций в импе-дансной трубе [Текст] / Сафин А.И., Иголкин A.A., Гаспаров М.С.; заявитель и патентообладатель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева (национальный исследовательский университет)» (СГАУ) (RU). - № 2012619881; заявл. 15.11.2012; опубл. 09.01.2013. - 1с.

Подписано в печать 28.09.2015 Формат 60 х 84/16. Бумага офсетная. Печать оперативная. Объем -2,0 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ №. 49

Отпечатано в типографии «Инсома-пресс» 443080, г. Самара, ул. Санфировой, 110А, оф. 22А, тел. 222-92-40, E-mail: insoma@bk.ru