Средства и методы защита от шума в производственных условиях.

Причинами возникновения высоких уровней шума машин и агрегатов могут
быть:

а) конструктивные особенности машины, в результате которых
возникают удары и трения узлов и деталей: например, удары
толкателей о штоки клапанов, работа кривошипно-шатунных
механизмов и зубчатых колес, недостаточная жесткость отдельных
частей машины, которая приводит к ее вибрациям;

б) технологические недостатки, появившиеся в процессе изготовления оборудования, к которым могут быть отнесены: плохая
динамическая балансировка вращающихся деталей и узлов, не-
точное выполнение шага зацепления и формы профиля зуба зубчатых колес (даже ничтожно малые отклонения в размерах деталей машин отражаются на уровне шума);

в) некачественный монтаж оборудования на производственных площадях, который приводит, с одной стороны, к перекосам и эксцентриситету работающих деталей и узлов машин, с другой к вибрациям строительных конструкций;

г) нарушение правил технической эксплуатации машин и
агрегатов - неправильный режим работы оборудования, т.е.
режим, отличающийся от номинального (паспортного), несоответствующий уход за станочным парком и др.;

д) несвоевременное и некачественное проведение планово-
предупредительного ремонта, которое приводит не только к ухудшению качества работы механизмов, но и способствует увеличению производственного шума; своевременный и качественный ремонт, замена износившихся деталей оборудования препятствует увеличению перекосов и люфтов в движущихся частях механизмов, а следовательно, повышению уровня шума на рабочих местах;

е) несовершенные в отношении шумового режима отдельные технологические процессы, например, сбрасывание металлических деталей, которое должно быть заменено спуском их по направляющим, выполненным из материала, непроизводящего шума, замена
пневматической клепки гидравлической или сваркой и т. п.

В соответствии с ГОСТ 12.1.029-80. Средства и методы защиты от шума по отношению к защищаемому объекту классифицируются следующим образом: средства и методы коллективной защиты; средства индивидуальной защиты.

Средства коллективной защиты по отношению к источнику возбуждения шума подразделяются на:

- средства, снижающие шум в источнике его возникновения;

- средства, снижающие шум на пути его распространения от источника до защищаемого объекта.

Средства, снижающие шум в источнике его возникновения, в зависимости от характера образования шума подразделяются на:

- средства, снижающие шум вибрационного (механического) происхождения;

- средства, снижающие шум аэродинамического происхождения;

- средства, снижающие шум электромагнитного происхождения;

- средства, снижающие шум гидродинамического происхождения.

Средства, снижающие шум на пути его распространения, в зависимости от среды подразделяются на:

- средства, снижающие передачу воздушного шума;

- средства, снижающие передачу структурного шума.

Средства и методы коллективной защиты от шума в зависимости от способа реализации подразделяются на:

- акустические средства;

- архитектурно-планировочные;

- организационно-технические.

 

Акустические средства защиты от шума в зависимости от принципа действия классифицируются на:

- средства звукоизоляции;

- средства звукопоглощения;

- средства виброизоляции;

- средства демпфирования;

- глушители шума.

 

Звукоизоляция. Рассмотрим явления, происходящие при передаче звука через пластину, имеющую большую протяженность в обоих направлениях по сравнению с ее толщиной.

Плоская звуковая волна, которая падает на пластину, будет частично отражаться и частично проходить через нее (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Отражение и прохождение звуковой волны (длиной λ), падающей на бесконечно большую пластину

 

Жесткая пластина, например из стали, отражает звуковую энергию очень эффективно.

 

Одинарные перегородки. Рассмотрим одинарную нежесткую перегородку из однородного материала, установленную так, что она имеет собственную частоту колебаний первого порядка f_o

Коэффициент звукопередачи характеризуется выражением

 

 

Звукоизоляция R определяется по формуле

 

R = 10 lg (1/τ) (4.17)

Для частот ниже f₀ R является функцией жесткости пластины.

На резонансной частоте f₀ звукоизоляция R является функцией внутренних потерь в материале переборки и рассеивания энергии вдоль ее границ. На частоте совпадений колебаний f_c (длина звуковой волны в воздухе совпадает с длиной изгибной волны в пластине в пластине), при которой пластина делается акустически прозрачной, звукоизоляция зависит от внутренних потерь в материале пластины.

Для частот между f_o и f_c /2 R, дБ, приблизительно находится

 

R = 20 lg f + 20 lg ρ_S - 48 (4.18)

 

где f - частота, Гц;

p_s - поверхностная плотность переборки, кг/м².

 

Удвоение массы на единицу поверхности панели дает увеличение звукоизоляции R на 6 дБ. Также на 6 дБ увеличивается R при каждом удвоении частоты. Приведенное выражение для R часто называют законом массы.

Рис. 4.4. Кривая для приближенных расчетов звукоизоляции пластины

 

Для частотного диапазона выше частоты совпадения выражение для R, дБ, может быть записано в виде

R = 30 lg f + 20 lg ρ_S + 10 lg (η / f_c) – 47 (4.19)

 

где η - коэффициент потерь в материале;

f_c - частота совпадения.

 

 

(4.20)

 

где t – толщина пластины,

ν – коэффициент Пуассона,

Е – модуль упругости материала

 

В этой зоне R увеличивается на 6 дБ при удвоении массы и на 3 дБ при удвоении внутренних потерь в материале. Значения звукоизоляции приближенно выражается кривой, приведенной на рис. 4.4, наклон которой составляет примерно 9 дБ/октаву.

Из рассмотренного можно сделать важный для практики вывод, который заключается в том, что внутренние потерн влияют на величину звукоизоляции R только в зоне резонанса совпадения и для частот, лежащих выше этой зоны.

Приближенные кривые. В большинстве случаев на практике звукоизоляция R с достаточной точностью может быть найдена на приближенной кривой (см. рис. 4.4), у которой зона резонанса совпадения заменена горизонтальным отрезком («плато»). У пластины из одного и того же материала при увеличении ее толщины снижается частота совпадения. Поэтому при расчете вся кривая звукоизоляции должна быть смещена на такое же количество герц в сторону более низких частот.

Двойные перегородки.
Чтобы увеличить звукоизоляцию перегородки из одного и того же материала, обычно применяются двойные, состоящие из двух пластин с воздушным промежутком (подушкой) между ними. Если представить на мгновение, что обе пластины перегородки вибрируют независимо одна от другой, т. е. расстояние между ними достаточно велико, то затухание, создаваемое одинарной перегородкой, в соответствии с рис. 4.4 должно удвоиться. Если одинарная перегородка ослабляет звук в зоне горизонтального «плато» на 20 дБ, то двойная — на 40 дБ. Подбирая и составляя таким образом различные материалы, используемые для одинарных перегородок, можно расширить горизонтальную часть характеристики затухания двойных перегородок в область низких частот.

Рис. 4.5. Двойная перегородка:

1 - минеральное волокно; 2 - панель; 3 - зашивка

 

Акустическая связь между панелями двойной перегородки. Удвоение звукоизоляции двойной перегородки по сравнению со звукоизоляцией одинарной может быть достигнуто только в том случае, если две одинарные перегородки будут размещены на таком расстоянии, что они могут рассматриваться независимо одна от другой. В действительности это не так. Поскольку величина промежутка ограничивается практически приемлемыми пределами (рис 4.5), то панели будут взаимодействовать. При неблагоприятных условиях звукоизоляция двойной перегородки может быть не лучше звукоизоляции одинарной.

На очень низких частотах каждая панель колеблется как мембрана под воздействием звукового давления. При этом воздушная подушка между панелями будет действовать как жесткая пружина, передающая колебание от одной панели другой, так что обе они будут колебаться синхронно. Это значит, что в акустическом отношении эти панели будут действовать как одна, но масса ее будет равна их суммарной массе.

Для очень низких частот затухание должно определяться по закону массы.

Рис. 4.6. Типовые частотные характеристики звукоизоляции перегородок:

1 - одинарная перегородка; 2 - двойная перегородка без звукопоглощающего материала между панелями; 3 - двойная перегородка а со звукопоглощающим материалом в промежутке; 4 - звукоизоляция двух одинарных перегородок

 

Однако на более высоких частотах из-за упругих свойств воздушной подушки колебание второй панели уже не будет синхронно с первой, и на определенной частоте f_D в системе панель — воздушная подушка — панель может возникнуть резонанс, так что вибрация второй панели может значительно усилиться. На частотах, расположенных в непосредственной близости к этой резонансной частоте, звукоизоляция перегородки будет меньше.

Резонансная частота f_D, Гц, приблизительно может быть рассчитана по формуле

 

(4.21)

 

 

где ρ_sl, ρ_s2 - поверхностная плотность каждой панели, кг/м²;

d - расстояние между панелями, м.

 

На рис. 4.6 показаны типовые частотные характеристики звукоизоляции различных перегородок.

На более высоких частотах могут возбуждаться стоячие волны между панелями, если расстояние между ними будет кратно половине длины звуковой волны. Это может иметь место на частотах

(4.22)

 

где с - скорость звука, м/с;

d - расстояние между панелями, м.

 

На этих частотах звукоизоляция R также будет уменьшаться. Возмещение потерь эффективности звукоизоляции конструкции на резонансе обычно осуществляется за счет использования явления поглощения энергии. Это может быть достигнуто при размещении в воздушном промежутке минерального волокна. При этом отрицательное влияние резонанса будет значительно уменьшено.

Желательно, чтобы частота f_D находилась на возможно более низких частотах. Это достигается увеличением расстояния между панелями или повышением их поверхностной массы. При расстоянии 5 см между двумя панелями толщиной 25 мм резонанс будет на частоте приблизительно 80 Гц, а при расстоянии 2,5 см — 120 Гц. Поэтому при толщине панелей 25 мм предпочтительнее расстояние 5 см.

Если от одной перегородки к другой могут передаваться изгибающие усилия, например за счет общего жесткого крепления по периметру к основному корпусу, то с точки зрения вибрации эти панели являются связанными и величина их звукоизоляции может значительно уменьшиться. Результат может быть где-то между величиной R для одинарной перегородки и теоретическим R для двойной. Отрицательные эффекты будут увеличиваться, если панели с обеих сторон скреплены в общую жесткую конструкцию. В таких перегородках значение R может быть примерно на 10 дБ ниже теоретического максимума.

На практике можно применять простое правило, заключающееся в том, что двойная перегородка может как максимум дать суммарную звукоизоляцию (R₁+R₂), равную звукоизоляции двух отдельных перегородок.

 

Комбинированные перегородки. Количество звуковой энергии, падающей на пластину, пропорционально ее площади. Для перегородки, составленной из нескольких пластин, имеющих различные коэффициенты звукопередачи т и площадь S, результирующий коэффициент передачи

 

 

(4.23)

 

где S = S₁+S₂+…+S_i – общая площадь

 

 

Пример 1. Перегородка общей площадью 4 м² состоит из двух частей по 2 м² каждая. Звукоизоляция этих частей R₁ = 40 дБ и R₂=20 дБ соответственно. Коэффициент передачи звука τ₁= 1/10 000 и τ₂= 1/100. Результирующий коэффициент звукопередачи

 

Общая звукоизоляция

 

R = 100 lg(l/τ) = 23 дБ

 

(а не 30 д,Б, потому что R — величина логарифмическая).

Отверстия. Звукоизоляция перегородок с отверстиями рассчитывается точно так же, как в примере 1, но при этом коэффициент звукопередачи для отверстия принимают равным 1. Это справедливо с достаточной точностью для составляющих шума среднего и высокочастотного диапазонов и для не очень малых отверстий. Если отверстие значительно меньше, чем длина волны, коэффициент звукопередачи уменьшается.

 

Пример 2. В перегородке общей площадью 4 м², которая имела звукоизоляцию 40 дБ, сделали отверстие 10X10 см.

Результирующий коэффициент звукопередачи

 

 

Результирующее ослабление звука

 

R = 10 lg(l/τ) = 25,9 дБ.

 

Следовательно, вентиляционные отверстия будут значительно уменьшать звукоизоляцию перегородки, если не применены соответствующие защитные акустические конструкции. Это очень важно, и об этом следует помнить при проектировании трасс для прокладки кабелей, воздушных каналов, отверстий для отвода воздуха и т. п.

 

 

Средства звукоизоляции в зависимости от конструкции подразделяются на:

- звукоизолирующие ограждения зданий и помещений;

- звукоизолирующие кожухи;

- звукоизолирующие кабины;

- акустические экраны, выгородки.

 

Рис. 4.7. Звукоизолирующий кожух центробежного вентилятора.

а) – схема кожуха: 1 - корпус кожуха из листовой стали; 2 – слой звукопоглощающего материала; 3 – уплотнитель из резины; 4 – гибкие вставки;

б) – спектры шума до (5) и после (6) установки кожуха

 

Рис. 4.8. Защита от шума на рабочих местах:

а) схема устройства звукоизолирующей кабины: 1 - органическое стекло; 2 – звукоизолирующая облицовка; 3 - металлический лист; 4 - пульт управления; 5 - стул;

б) звукоизолирующий экран-колпак: 1 – перфорированный звукопоглотитель; 2- стекло; 3 – корпус; 4 – шарнир.

 

Например, установки излучающие значительный шум следует

изолировать кожухами (рис. 4.7.)
или перегородками. Если по усло-
виям эксплуатации машину, излучающую шум, изолировать
нельзя, то для обслуживающего персонала необходимо построить
специальную звукоизолирующую кабину (рис. 4.8. а) или экран (рис. 4.8. б), обеспечивающие защиту от шума и при-
годные для наблюдения за ходом технологического процесса.

 

Звукопоглощение.

Звукопоглощающие материалы. Акустические поглощающие материалы обычно бывают пористыми или волокнистыми. Внутренняя структура материала такова, что падающая звуковая энергия преобразуется там в тепловую за счет трения в порах.

 

Рис. 4.9. Коэффициент звукопоглощения минерального волокна с защитной полиэтиленовой пленкой

 

Такие материалы, как минеральное волокно, маты из стекловолокна, асбест и т. д., являются хорошими акустическими поглощающими материалами.

Коэффициент звукопоглощения материала определяется как отношение поглощаемой им звуковой энергии к падающей. (Коэффициент звукопоглощения для открытого окна принимается равным единице, так как в этом случае отражение равно нулю, т. е. вся звуковая энергия как бы уходит через окно.)

Коэффициенты звукопоглощения материалов различных марок указываются для определенного диапазона частот в зависимости от их толщины и особенностей установки (с воздушным промежутком или без него). Таблицы и диаграммы с акустическими характеристиками вместе с материалом поставляются изготовителями.

На рис. 4.9 приведен для примера график коэффициента звукопоглощения конструкции, закрепленной на переборке. Конструкция состоит из слоя минерального волокна толщиной 5 см (3), защищенного полиэтиленовой пленкой толщиной 0,035 мм (1) и перфорированным листом (2) с коэффициентом перфорации 15%.

Обычно коэффициент звукопоглощения имеет более высокие значения на средних частотах и быстро падает на частотах ниже 500 Гц.

Повышение коэффициента звукопоглощения на более низких частотах может быть получено путем увеличения толщины поглощающего материала.

На средних и высоких частотах увеличение толщины более чем на 5-10 см дает незначительное приращение α.

Улучшение поглощения в диапазоне низких частот можно добиться с помощью перфорированного покрытия с определенными коэффициентом перфорации и толщиной защитной пластины. Однако при этом поглощение в диапазоне высоких частот уменьшится.

При использовании поглощающего материала должны учитываться и такие его свойства, как огнестойкость, маслостойкость, механическая прочность.

Влияние звукопоглощения на уровень звукового давления. Если звук интенсивностью I Вт/м², в одной октавной полосе падает на поверхность площадью S м², то поток звуковой энергии, Вт, воспринимаемый ею,

W = I S. (4.23)

Если поверхность способна поглощать звук с коэффициентом поглощения α, то поток звуковой энергии, Вт, в той же октаве уменьшится на величину

W_а = I S α. (4.24)

Произведение Sα дает значение общего звукопоглощения поверхности площадью S с коэффициентом поглощения α.

Общее звукопоглощение в помещении, м², которую в литературе принято обозначать как число Сэбин, находится сложением произведений Sα всех поглощающих поверхностей помещения:

A = S₁α₁ + S₂α₂ = S₃α₃ + … (4.25)

Величина А обычно называется площадью эквивалентного поглощения в помещении.

Средний коэффициент звукопоглощения в помещении находится по выражению

 

 

(4.26)

 

где S — сумма всех поверхностей.

Мебель, оборудование и люди создают дополнительное поглощение; оно также определяется в квадратных метрах (иногда встречаются значения в квадратных футах). Значения дополнительного поглощения приведены в табл. 4.3 и могут быть использованы для приближенных расчетов.

Таблица 4.3

Наименование	Поглощение, м^2, на частотах, Гц
Сидящий человек	0,17	0,36	0,47	0,52	0,50	0,46
Стулья, шезлонги, скамейки	0,02	0,02	0,02	0,04	0,04	0,03
Кресла	0,17	0,23	0,23	0,22	0,19	0,18
Кровати	0,68	0,92	0,92	0,88	0,76	0,72

 

Среднее значение коэффициента звукопоглощения α зависит от акустических свойств помещения.

α

Заглушённое 0,40

Полузаглушенное 0,25

Со средним поглощением 0,15

Полугулкое 0,10

Гулкое 0,05

 

Кинозал является заглушённым помещением. Это тоже применимо к обычным залам заседаний. Бетонные подвалы и стальные отсеки являются гулкими помещениями.

Зависимость уровня звукового давления от общего поглощения в помещении иллюстрируется следующим. Шум передается в помещение через стену площадью S, м². Интенсивность звука в помещении (в октавных полосах) I_s, Вт/м².

Когда звуковая энергия передается в помещение непрерывно, звуковое давление в нем достигает уровня, при котором поглощаемая энергия равна энергии поступающей. Если звуковое давление в помещении равно р, то интенсивность звука, падающего на ограждающие его поверхности, будет

 

I = p² / 4ρ₀ c (4.27)

где р - звуковое давление в помещении, Па;

ρ₀ = 1,293 - плотность воздуха, кг/м³;

с = 340 - скорость звука в воздухе, м/с.

 

Поскольку поглощаемая энергия равна поступающей, имеем:

 

(4.28)

 

 

или

p² = 4ρ₀ c I_S S (4.29)

 

Если эквивалентная площадь поглощения в помещении увеличивается

с A₁ до А₂, то звуковое давление уменьшится:

(4.30)

 

 

Уменьшение уровня звукового давления, дБ, определится по выражению

 

ΔL = L₁ – L₂ = 10 lg (A₂/A₁) (4.31)

 

Предположим, что первоначально общая площадь поглощения была 10 м². Путем покрытия поглощающим материалом потолка она была увеличена до 100 м². Уровень звукового давления, дБ, тогда уменьшится:

 

L₂ = L₁ – 10 lg (100/10) = L₁ - 10

 

т. е. уменьшение составит 10 дБ.

Если величина А увеличивается от 100 до 200 м² посредством облицовки стен, уровень звукового давления, дБ.

 

L₃ = L₂ – 10 lg (200/10) = L₃ - 3

 

Таким образом, дополнительная облицовка стен дает сравнительно малый эффект. Это объясняется тем, что конечный результат зависит от величины поглощения в помещении до внесения изменений.

 

 

Время реверберации. Время реверберации в помещении — это параметр, который часто используется для оценки эффективности звукопоглощения. Оно означает время, за которое уровень шума в этом помещении уменьшается на 60 дБ при прекращении действия сильного источника шума.

Время реверберации, с, определяется по формуле Сэбина

 

T = 0,161 V/A (4.32)

 

где V - объем помещения, м³;

A - эквивалентная площадь поглощения, м².

 

Время реверберации измеряется специальной аппаратурой.

Величина А и средний коэффициент звукопоглощения а для ограждающих поверхностей помещения могут быть рассчитаны по измеренному времени реверберации:

A = αS = 0,161 V/T (4.33)

 

где S — общая площадь поверхности.

 

Формула Сэбина не совсем точна, но она широко используется в соответствии с рекомендациями ISO R 354.

Между величиной A и временем реверберации Т в помещении имеется определенная зависимость. Поэтому снижение уровня звукового давления можно выразить через время реверберации до и после внесения дополнительного поглощения (соответственно Т₁ и Т₂). Уменьшение уровня звукового давления, дБ, будет равно 10 lg (T₁/T₂).

 

Резонансные поглотители. На рис. 4.10 показан резонатор, воздух в горле которого может колебаться подобно грузу, подвешенному к спиральной пружине. Закрытый объем воздуха V будет действовать как пружина, когда воздух внутри и непосредственно снаружи горла резонатора движется вверх и вниз. Резонансная частота, Гц, может быть рассчитана по формуле

 

 

 

(4.34)

 

 

Где с - скорость звука, м/с;

r - радиус горла резонатора, м;

V - объем воздуха, м³;

l - длина горла колбы, м.

 

Если длина горла резонатора мала или равна нулю, то формула упростится:

 

 

(4.35)

 

Емкость с каналом к открытому пространству часто называют резонатором Гельмгольца.

Когда звуковые волны с частотой, равной собственной частоте резонатора, падают снаружи на отверстие, в нем будут возбуждаться резонансные колебания воздуха. Из-за затрат энергии на возбуждение этих колебаний резонатор будет действовать как поглотитель колебательной энергии на этой частоте. На других частотах резонатор имеет малое поглощение (см. рис. 4.10, а).

Этот эффект используется в конструкциях, где перед слоем поглощающего материала размещается перфорированная пластина. Отверстия вместе с воздушным пространством за пластиной образуют резонатор Гельмгольца. При соответствующем выборе диаметра отверстий, коэффициента перфорации и толщины пластины может быть увеличен коэффициент поглощения на низких частотах вследствие снижения резонансных частот. Из приведенной выше формулы видно, что резонансная частота снижается при увеличении толщины перфорированной пластины и уменьшении коэффициента перфорации.

Рис. 4.10. Резонатор Гельмгольца:

а - кривая затухания и принципиальная схема; б - поверхность с отверстиями для ослабления шума; в - глушитель шума выхлопа

 

Однако следует иметь в виду, что уменьшение коэффициента перфорации будет снижать поглощение на высоких частотах.

Эффект затухания в резонаторах используется также в глушителях. На рис. 4.10. показано несколько примеров резонаторных конструкций.

 

Средства звукопоглощения в зависимости от конструкции подразделяются на:

- звукопоглощающие облицовки (рис. 4.11.);

- объемные (штучные) поглотители звука.

 

Рис. 4.11. Звукопоглощающие облицовки:

1. защитный перфорированный слой;

2. звукопоглощающий материал;

3. защитная стеклоткань;

4. стена или потолок;

5. воздушный промежуток;

6. плита из звукопоглощающего материала.

 

 

Глушители.

Глушители шума в зависимости от принципа действия подразделяются на:

- реактивные;

- активные;

- комбинированные.

 

Эффективность глушителя, дБ, оценивается по формуле

 

D = 10 lg (W_i / W₀) (4.35)

 

где Wi, W₀ — звуковая мощность на входе в глушитель и на выходе из него, Вт.

 

Реактивные глушители. Глушители реактивного типа используют отражение звуковой волны в обратном направлении при изменении сечения тракта. На этом принципе базируются простейшие реактивные так называемые расширительные глушители (рис. 4.12).

Затухание звуковой волны D, дБ, при изменении сечения т - S₂ / S₁ равно

 

(4.36)

 

где

 

 

Выражение для D применимо только для плоских звуковых волн, т. е. для трактов диаметром менее чем 0,75 λ, где λ длина звуковой волны.

Схема простейшего однокамерного расширительного глушителя показана на рис. 4.13, а. Эту конструкцию часто называют отражательным глушителем, или акустическим фильтром. Такие глушители очень часто используют в судовых условиях. Они технологичны, и подбором размеров их легко настроить на необходимое затухание заданной полосы частот.

Величина затухания в расширительном глушителе может быть рассчитана по формуле

 

(4.37)

 

 

где l - длина расширительной камеры.

Для определенных значений отношения l / λ, затухание равно нулю (рис. 4.13, б). Для значения т = 10, например, максимальное затухание D ≈14 дБ. Это получается (теоретически) при l / λ = ¼; l / λ = ¾; l / λ = 5/4 и т. д.

Рис. 4.12. Схема затухания звуковых волн при изменении сечения тракта

 

Рис. 4.13. Схема расширительного глушителя (а) и его эффективность (б)

 

Формула применима для глушителей, поперечные размеры которых (например, диаметр для круглых глушителей) значительно меньше длины звуковой волны, примерно до λ/4.

 

Пример. Глушитель должен давать затухание 10 дБ в частотном диапазоне f = 50 ÷ 150 Гц. Температура газа около 320°С. Длина расширительной части 0,8 м.

Решение. Скорость звука с при данных условиях

с = 20,05 √(273 + 320) = 488 м/с.

Для

f = 50 Гц λ = c/50 = 488/50 = 9,75 м.

 

Для

f = 150 λ = c /150 = 488/150 =3,25 м.

 

Минимально допустимое значение

l /λ = 0,8 / 9,75 = 0,082.

 

Наибольшее значение

l /λ = 0,8 / 3,25 = 0,24.

 

Из номограммы на рис. 4.14 находим среднее значение m = 14.

 

Рис. 4.14. Номограмма расчета расширительных однокамерных глушителей

 

Расчетная и измеренная эффективность небольшого расширительного глушителя показана на рис. 4.15.

 

 

Рис. 4.15. Расчетная (1) и измеренная (2) эффективность расширительного глушителя

 

Реактивные глушители часто конструируются в виде серии расширительных камер, соединенных короткими трубками. Такой глушитель, как и обычный однокамерный расширительный, является акустическим фильтром.

Глушитель может быть представлен эквивалентной моделью электрических фильтров. Схема, показанная на рис. 4.16, представляет собой низкочастотный фильтр. Ниже определенной граничной частоты звуковая энергия проходит более или менее беспрепятственно (D = 0), выше этой частоты начинается затухание.

Величина D зависит не только от собственно глушителя, но и от акустических характеристик соседних с глушителем звеньев. Эти факторы должны учитываться при расчетах глушителей.

Рис. 4.16. Многокамерный реактивный глушитель

 

Следует отметить, однако, что до сих пор нет полностью удовлетворяющей инженерную практику теории для более сложных реактивных глушителей.

 

 

Активные глушители. Принцип работы активных глушителей заключается в превращении звуковой энергии в тепловую в звукопоглощающем материале.

Принципиальная схема глушителя патрубкового типа показана на рис. 4.17, а. Звуковая энергия, входящая со средой а, проходит через перфорированный экран с и поглощается в материале d. Глушители этого типа эффективны в широком диапазоне частот.

Рис. 4.17. Принципиальные схемы активных глушителей типа: а - патрубкового;

б – пластинчатого

 

Для звукопоглощающего материала, имеющего определенный коэффициент звукопоглощения а, затухание увеличивается пропорционально величине отношения lL / F, где l - длина; L - периметр; F - сечение глушителя (ячейки глушителя). Схема пластинчатого глушителя, спроектированного по этому принципу, показана на рис. 4.17, б. Глушитель короткий по длине, но общая звукопоглощающая площадь очень велика. Сопротивление его несколько выше, чем глушителя-патрубка, рассмотренного ранее.

В качестве звукопоглощающего материала используют минеральное волокно. В последнее время начинают использовать металлический «войлок». Толщина звукопоглощающего материала порядка 2,5-3,0 см. Для улучшения звукопоглощения на низких частотах толщина материала увеличивается до 8-10 см и выше.

Для крепления звукопоглощающего материала используется тонкая металлическая сетка или перфорированный лист с перфорацией не менее 30%. Опыт показывает, что такое покрытие практически не снижает звукопоглощение. Однако если звукопоглощающий материал покроется остатками несгоревшего топлива - коксом или сажей, поглощение может резко снизиться.

 

Расчет. Часто для приближенного расчета и выбора параметров активного глушителя используется формула, в которой затухание, дБ,

 

 

(4.37)

 

где α - коэффициент поглощения;

L - периметр по сечению звукопоглощающего материала, м;

F - сечение глушителя, м²;

l - длина глушителя, м.

Формула применима для λ≥ b/2, где b - наибольшая ширина глушителя. Для высокочастотного шума (короткие волны) простой одноканальный глушитель малоэффективен. На рис. 4.18 показано затухание звука в децибелах на метр длины такого глушителя размером 33 X 33 см, облицованного минеральным волокном.

 

Рис. 4.18. Эффективность активного одноканального глушителя квадратного сечения

Рис. 4.19. Трехканальный глушитель активного типа

 

На частоте f = 2000 Гц, где λ = 17 см, затухание максимально (λ ≈ b / 2). При меньших и более высоких значениях λ затухание снижается. Это объясняется следующим. Для эффективного поглощения звука толщина звукопоглощающего материала должна быть равной около полуволны заглушаемого звука, т. е. λ /2, что практически для низких частот осуществить трудно. Поэтому в низкочастотной области спектра затухание звуковой энергии в активных глушителях обычно падает. На высоких частотах длина волн много меньше поперечных размеров тракта (глушителя) и концентрированный пучок звуковых волн проходит в центре глушителя без поглощения на более или менее длительном расстоянии, поэтому затухание падает также и на высоких частотах.

Формула для затухания энергии, дБ, в глушителе цилиндрической формы имеет вид

(4.38)

 

где r — радиус трубы, м.

 

Затухание энергии в глушителе, имеющем сечение, показанное на рис. 4.19, определяется по формуле

(4.39)

 

Глушитель имеет несколько каналов, и их высота меньше, чем у одноканального таких же размеров глушителя. Поэтому этот глушитель эффективно используется для снижения высокочастотного шума (малая λ).

 

 

Организационно-техн