Назначение, устройство, принцип действия активных глушителей шума

Любые установки, использующие в качестве рабочего тела воздух или газообразные потоки, излучают в атмосферу интенсивный шум через устройства забора и выброса воздуха или отработанных газов.

В технике борьбы с шумом вентиляторов, компрессоров, воздуходувок, пневмоинструмента, пневмопочты, газотурбинных и дизельных установок, других аэродинамических и пневматических агрегатов и устройств используются активные и реактивные глушители шума.

Назначение глушителей – препятствовать распространению шума через трубопроводы, воздухопроводы, технологические и смотровые отверстия.

Активные глушители шума (рис. 2.1) представляют собой перфорированные каналы круглого или прямоугольного поперечного сечения, по форме и размерам соответствующие всасывающим или выхлопным отверстиям, на которые они устанавливаются. Каналы глушителей обворачиваются звукопоглощающими материалами и помещаются в герметичный кожух.

В качестве звукопоглощающих материалов используются минеральная вата, супертонкое стекловолокно, супертонкое базальтовое волокно и другие пористые материалы с высокими коэффициентами звукопоглощения (табл. 2.1) [2].

 

Таблица 2.1 – Характеристика звукопоглощающих материалов для активных глушителей шума

Материал	Толщина слоя звукопоглощающего материала, h, мм	Воздушный промежуток, мм	Коэффициент звукопоглощения в октавной полосе со среднегеометрической частотой, Гц
Супертонкое базальтовое волокно, стеклоткань типа –ЭЗ-100, металлический перфорированный лист перфорацией 27 %			0,06 0,12 0,22	0,2 0,34 0,51	0,5 0,69 0,73	0,82 0,81 0,8	0,9 0,83 0,88	0,92 0,89 0,92	0,85 0,85 0,85	0,64 0,64 0,84
То же, но супертонкое стекловолокно			0,07 0,09 0,19	0,2 0,29 0,49	0,47 0,65 0,81	0,83 0,94 0,94	0,98 0,89 0,94	0,91 0,94 0,9	0,82 0,81 0,81	0,58 0,58 0,58
Маты из супертонкого стекловолокна, оболочка из стеклоткани типа ЭЗ-100			0,1	0,4	0,85	0,98	1,0	0,93	0,97	1,0
Маты из супертонкого базальтового волокна, оболочка из декоративной стеклоткани ТСД			0,1 0,15 0,28	0,2 0,47 1,0	0,9 1,0 1,0	1,0 1,0 1,0	1,0 1,0 0,9	0,95 1,0 0,81	0,90 0,95 0,97	0,85 0,95 0,96
Звукопоглощаю-щие маты из штапельного капронового волокна	50–60		0,1 0,12	0,12 0,2	0,18 0,4	0,4 0,72	0,77 0,9	0,9 0,8	0,98 0,98	0,9 0,92
Теплоизоляцион-ный материал АТМ-1			0,05 0,07	0,12 0,16	0,28 0,66	0,76 0,99	0,99 0,87	0,99 0,97	0,94 0,92	0,9 0,9
Теплоизоляцион ные маты АТИМС			- - 0,13 0,15	0,03 0,08 0,14 0,3	0,12 0,260,38 0,6	0,47 0,64 0,67 0,62	0,75 0,89 0.73 0,69	0,84 0,75 0,83 0,83	0,84 0,78 0,89 0,9	0,9 0,8 0,91 0,92

 

Продолжение табл. 2.1

Теплоизоляцион-ный материал ВТ4С			0,1 0,11	0,12 0,16	0,21 0,4	0,44 0,83	0,77 0,94	0,9 0,82	0,92 0,92	0,9 0,8
Прошивные минераловатные маты, стеклоткань типа ЭЗ-100, просечно-вытяжной лист толщиной 2 мм, перфорацией 74 %			0,11	0,35	0,75	1,0	0,95	0,90	0,92	0,95
То же, но супертонкое стекловолокно			0,07	0,25	0,1	0,95	1,0	1,0	1,0	0,95
То же, но маты из супертонкого базальтового волокна			0,05 0,2	0,4 0,37	0,66 0,9	0,98 0,99	0,99 1,0	0,98 1,0	0,95 0,98	0,95 0,97

 

Звуковые волны в активных глушителях шума вследствие дифракции попадают в звукопоглощающий слой пористого материала. Затухание шума происходит за счет преобразования звуковой энергии в тепловую при трении в порах звукопоглощающего материала.

Рис. 2.1 Схема активного глушителя шума:

1 – фланец; 2 – звукопоглощающая облицовка; 3 – перфорированная труба;

4 – герметичный кожух глушителя

Снижение шума активным глушителем шума на каждой среднегеометрической октавной частоте с достаточной для практики точностью определяется по формуле:

(2.1)

где ΔL – снижение уровней звукового давления активным глушителем шума, дБ;

1,3 – эмпирический коэффициент;

α – коэффициент звукопоглощения звукопоглощающего материала;

П – периметр глушителя, м;

L – длина глушителя, м;

S – площадь поперечного сечения глушителя, м².

На стадии проектирования, когда известно превышение уровней звукового давления над нормированными значениями, расчет сводится к определению необходимой длины глушителя шума по формуле:

, (2.2)

где ΔL – превышение уровней звукового давления над нормированными значениями, дБ.

При расчетах следует учитывать, что постоянные рабочие места на территории предприятия или жилые дома на селитебной территории находятся на некотором расстоянии r от источника шума.

Уровни звукового давления на расстоянии r от источника с учетом затухания определяются по формуле:

– 20 lg r – Δ – 8, (2.3)

где L_r – уровень звукового давления на расстоянии r от источника шума, дБ;

L₁ – уровень звукового давления на расстоянии 1 м от источника шума, дБ;

r – расстояние от источника шума, м;

Δ – дополнительное затухание шума в воздухе, дБ;

8– эмпирическая поправка, дБ.

Дополнительное затухание шума в воздухе определяется по формуле:

Δ = 6 ·10^-6 · f · r, (2.4)

где f – среднегеометрическая октавная частота, Гц.

 

Исходные данные для расчета активного глушителя шума

2.3.1 Спектр шума (уровни звукового давления на среднегеометрических октавных частотах) на расстоянии 1 м от источника шума.

2.3.2 Расстояния от источника шума до постоянных рабочих мест на территории предприятия и жилого микрорайона (если проектом предусмотрено снижение шума на селитебной территории).

2.3.3 Форма и размеры поперечного сечения всасывающего или выхлопного отверстий или патрубков агрегата, на которые устанавливается активный глушитель.

 

Последовательность расчета

2.4.1 Определяются уровни звукового давления на расстоянии r₁ от источника шума на территории предприятия.

2.4.2 Определяется превышение уровней звукового давления на постоянных рабочих местах на территории предприятия над допустимыми значениями по СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» [4].

2.4.3 Определяются (при необходимости) уровни звукового давления на расстоянии r₂ от источника шума на территории жилого микрорайона.

2.4.4 Определяется превышение уровней звукового давления на территории жилого микрорайона над нормированными значениями по СН 2.2.4/2.1.8.562-96 [4].

2.4.5 По максимальному превышению уровней звукового давления на постоянных рабочих местах на территории предприятия или на территории жилого микрорайона определяется длина глушителя шума.

2.4.6 При принятой длине глушителя определяется ожидаемое снижение шума.

2.4.7 Определяются ожидаемые уровни звукового давления на постоянных рабочих местах на территории предприятия при наличии глушителя шума.

2.4.8 Определяются ожидаемые уровни звукового давления на территории жилого микрорайона при наличии глушителя шума.

2.4.9 По результатам расчета делаются соответствующие выводы.

 

Пример расчета

Рассчитать активный глушитель шума на всасывающий патрубок компрессора с целью снижения шума на постоянных рабочих местах на территории предприятия и в жилом микрорайоне. Исходные данные:

- диаметр всасывающего патрубка компрессора d = 165 мм = 0,165 м;

- расстояние до постоянных рабочих мест на территории предприятия r₁ = 7м;

- расстояние до жилого микрорайона r₂ = 70 м;

- уровни звукового давления на расстоянии 1 м от всасывающего патрубка компрессора L₁ представлены в табл. 2.2.

Таблица 2.2 – Уровни звукового давления на расстоянии 1 м от всасывающего патрубка компрессора

Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц
Уровни звукового давления, L1 дБ

Результаты расчета представлены в табл. 2.3.

2.5.1 В позицию 1 табл. 2.3 из табл. 2.2 выписываем уровни звукового давления на расстоянии 1 м от всасывающего патрубка компрессора L₁, дБ.

Таблица 2.3 – Результаты расчета активного глушителя шума

№№ поз.	Показатель	Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц
	Уровни звукового давления

Продолжение табл. 2.3

	на расстоянии 1 м от всасывающего патрубка компрессора, L1, дБ
	Уровни звукового давления на постоянных рабочих местах на территории предприятия, Lr1, дБ
	Допустимые уровни звукового давления для постоянных рабочих мест на территории предприятия, ,дБ
	Превышение уровней звукового давления на постоянных рабочих местах на территории предприятия над допустимыми, ΔL1, дБ	-	-	-	-
	Уровни звукового давления на территории жилого микрорайона, Lr2, дБ
	Допустимые уровни звукового давления для территорий, прилегающих к жилым домам, , дБ
	Превышение уровней звукового давления на территории жилого микрорайона над допустимыми, ΔL2, дБ	-
	Коэффициенты звукопоглощения прошивных мат из супертонкого базальтового волокна толщиной h = 50 мм, просечно-вытяжной лист с перфорацией 74 %	0,05	0,4	0,66	0,98	0,99	0,98	0,95	0,95
	Снижение шума активным глушителем ΔL, дБ
	Ожидаемые уровни звукового давления на постоянных рабочих местах на территории предприятия, , дБ
	Ожидаемые уровни звукового давления на территории жилого микрорайона, , дБ

 

2.5.2 На каждой среднегеометрической октавной частоте определяем уровни звукового давления на постоянных рабочих местах на территории предприятия на расстоянии r₁ от источника шума L_r1 по формуле (2.3):

на частоте 63 Гц: L_r1 = 104 – 20 lg 7 – 6 · 10^-6 · 63 · 7 – 8 = 79 дБ.

Результаты расчетов представлены в позиции 2.

2.5.3 В позицию 3 из санитарных норм СН 2.2.4/2.1.8.562-96 (приложение 1) выписываем допустимые уровни звукового давления для постоянных рабочих мест на территории предприятия, , дБ.

2.5.4 На каждой среднегеометрической октавной частоте определяем превышение уровней звукового давления на постоянных рабочих местах на территории предприятия над допустимыми ΔL₁ по формуле:

ΔL₁ = Lr₁ – Lr₁^доп (2.5)

На частоте 63 Гц: ΔL ₁ = 79 – 95 – превышения нет.

На частоте 1000 Гц: ΔL ₁ = 85 – 75 = 10 дБ.

Результаты расчетов представлены в позиции 4.

2.5.5 На каждой среднегеометрической октавной частоте определяем уровни звукового давления на территории микрорайона на расстоянии r₂ от источника шума L_r2 по формуле (2.3):

на частоте 63 Гц: L_r2 = 104 – 20 lg 70 - 6 · 10^-6 · 63 ·70 – 8 = 59 дБ.

Результаты расчетов представлены в позиции 5.

2.5.6 В позицию 6 из санитарных норм СН 2.2.4/2.1.8.562-96 (приложение 2) выписываем допустимые уровни звукового давления в ночное время для территорий, непосредственно прилегающих к жилым домам, ,дБ.

2.5.7 На каждой среднегеометрической октавной частоте определяем – превышение уровней звукового давления на территории микрорайона над допустимыми ΔL₂ по формуле:

ΔL₂ = L_r2 – L_r2^доп, (2.6)

На частоте 63 Гц: ΔL₂ = 59 – 67 – превышения нет.

На частоте 125 Гц: ΔL₂ = 66 – 57 = 9 дБ.

Результаты расчетов представлены в позиции 7.

2.5.8 По максимальному превышению уровней звукового давления на постоянных рабочих местах на территории предприятия или территории микрорайона по формуле (2.2) определяем необходимую длину глушителя шума.

В качестве расчетного значения принимаем ΔL = 25 дБ на среднегеометрической октавной частоте f = 1000 Гц. В качестве звукопоглощающего материала (по табл. 2.1) выбираем прошивные маты из супертонкого базальтового волокна толщиной 50 мм без воздушного промежутка, имеющие наибольшее значение коэффициента звукопоглощения (α = 0,99) на частоте f = 1000 Гц.

Коэффициенты звукопоглощения выбранного материала представлены в позиции 8.

Принимаем диаметр активного глушителя шума равным диаметру всасывающего патрубка компрессора d = 0,165 м. Площадь сечения глушителя:

S = π d² /4 = 3,14 · 0,165² /4 = 0,02 м².

Периметр глушителя:

П = π d = 3,14 · 0,165 = 0,52 м.

Длина глушителя по формуле (2.2):

l = 25 · 0,02 / 1,3 · 0,99 · 0,52 = 0,747 м.

Принимаем длину глушителя шума l = 0,75 м.

2.5.9 На каждой среднегеометрической октавной частоте при принятой длине глушителя шума с учетом соответствующих коэффициентов звукопоглощения по формуле (2.1) определяем ожидаемое снижение шума глушителем.

На частоте 63 Гц: ΔL = 1,3 · 0,05 · 0,52 · 0,75 / 0,02 = 1 дБ.

На частоте 125 Гц: ΔL = 1,3 · 0,4 · 0,52 · 0,75 / 0,02 = 10 дБ.

Результаты расчетов представлены в позиции 9.

2.5.10 На каждой среднегеометрической октавной частоте определяем ожидаемые уровни звукового давления на постоянных рабочих местах на территории предприятия при наличии глушителя по формуле:

= L_r1 – ΔL. (2.7)

На частоте 63 Гц: = 79 – 1 = 78 дБ.

Результаты расчетов представлены в позиции 10.

2.5.11 На каждой среднегеометрической октавной частоте определяем ожидаемые уровни звукового давления на территории микрорайона при наличии глушителя по формуле:

= L_r2 – ΔL. (2.8)

На частоте 63 Гц: = 59 – 1 = 58 дБ.

Результаты расчетов представлены в позиции 11.

2.5.12 По результатам расчета представляем спектры шума (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Спектры шума:

1– на расстоянии 1 м от всасывающего патрубка компрессора; 2 – на постоянных рабочих местах на территории предприятия; 3 – допустимый для постоянных рабочих мест на территории предприятия по СН 2.2.4/2.1.8.562-96; 4 – на территории жилого микрорайона; 5 – ожидаемый на постоянных рабочих местах на территории предприятия; 6 – допустимый для территорий, прилегающих к жилым домам по СН 2.2.4/2.1.8.562-96; 7 – ожидаемый на территории жилого микрорайона

 

 

2.6 Контрольные вопросы

2.6.1 Для каких целей используются глушители шума?

2.6.2 На каких агрегатах и устройствах устанавливаются глушители шума?

2.6.3 Как устроен активный глушитель шума?

2.6.4 Принцип действия активного глушителя шума?

2.6.5 Какие материалы используются для активного глушителя шума?

2.6.6 Какие исходные данные необходимы для расчета активного глушителя шума?

2.6.7 Что такое спектр шума?

2.6.8 Последовательность расчета активного глушителя шума.

2.6.9 Какой параметр принимается в качестве расчетного при определении необходимой длины активного глушителя шума?

 

2.7 Рекомендуемая литература

[1] С. 14-15; 101-110.

[3] С. 140-146; С. 150-153.

РАСЧЕТ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ (АМОРТИЗАТОРОВ)

Цель практического занятия

Цель практического занятия – ознакомить студентов с назначением, областью применения, устройством и методиками расчета пружинных амортизаторов и амортизаторов из упругих материалов.