Turboahtimen äänenvaimentimen teknologian kehittäminen

Abstract

Turboahtimen kompressoripyörä on merkittävä konehuoneeseen kuuluvan korkeataajuisen melun aiheuttaja. Melua vaimennetaan imuilmansuodatin-vaimentimella, joka asennetaan turboahtimen imupuolelle ennen kompressoripyörää. Liian suuri ja painava vaimennin saattaa aiheuttaa värähtelyongelmia tarkoilla toleransseilla valmistetulle turboahtimelle, mikä voi johtaa turboahdinvaurioon. Työn tavoitteena on kehittää uusi äänenvaimennusmenetelmä, jonka avulla voidaan valmistaa nykyisiin vaimentimiin verrattuna fyysiseltä kooltaan pienempi vaimennin vaikuttamatta sen äänenvaimennus- ja painehäviöominaisuuksiin.

Työssä vertailtiin erilaisia tunnettuja äänenvaimennusmenetelmiä ja päädyttiin tutkimaan suhteellisen uutta vaimennustapaa, mikroperforoitua levyä, joka yhdistettynä ilmatilaan toimii tehokkaana resonaattorivaimentimena. Mikroperforoidun levyn resonanssialue on poikkeuksellisen leveä perinteisiin resonaattoreihin verrattuna, joten sen tuottama vaimennusalue riittää oikein viritettynä muuttuvakierroslukuisen turboahtimen äänenvaimennukseen. Mikroperforoidun levyn ja siihen liitetyn ilmatilan tuottamaa vaimennusta tutkittiin sekä akustiikkasimulointiohjelmistolla että kokeellisesti. Simulointiohjelmistolla haettiin ensin käyttötarkoitukseen soveltuvimmat parametrit huomioimalla valmistustekniset rajoitukset, jonka jälkeen mikroperforoidulla levyllä rakennetun mallin simuloitua vaimennustehoa verrattiin alkuperäisen villavaimentimen simuloituun vaimennustehoon. Simulointitulosten perusteella mikroperforoidun levyn vaimennusteho oli varsinkin sen resonanssialueella erittäin hyvä, joten teknologian toimivuus haluttiin varmistaa myös käytännön kokeilla.

Käytännön osuus jakautui kahteen osaan: Valmistettujen levyjen impedanssin määrittämiseen pienistä näytepaloista, sekä oikean kokoisen prototyyppivaimentimen vaimennustehon mittaamiseen. Laserilla valmistettujen levyjen impedanssi mitattiin impedanssiputkella, jolloin levyjen ominaisuuksien havaittiin vastaavan teoriasta saatuja laskennallisia arvoja hyvin. Prototyyppivaimennin rakennettiin alkuperäisen vaimentimen runkoon käyttäen samoja mittoja kuin alkuperäisissä villalevyissä, jotta materiaalien vaimennusominaisuudet säilyivät vertailukelpoisina. Mittaukset suoritettiin staattisessa tilanteessa käyttämällä herätteenä kaiutinta. Työn mittauksissa prototyyppivaimennin ei kuitenkaan toiminut odotetusti rakenteellisista puutteista johtuen. Lopputuloksena on, että mikroperforoidulla levyllä on potentiaalia korvaavana äänenvaimennusmateriaalina, mutta sen asentaminen ei ole ongelmatonta ja vaatii jatkokehittämistä sekä vaimennuksen kokeellista määritystä virtauksen kanssa.