ПАНЕЛЬ ШУМОПОГЛОЩАЮЩАЯ
SOUND-ABSORBING PANEL

Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению, и может быть использовано во всех отраслях промышленности, в частности в строительстве (архитектурные панели и экраны; облицовка зданий и помещений; шумопоглощающие панели для лифтовых шахт; шумопоглощающие щиты и экраны вдоль автомобильных дорог), в транспортном машиностроении (шумопоглощающие вставки в двери и кузов; облицовка капотов автомобилей; шумопоглощающие щиты для тоннелей метро), в авиационной и космической промышленности (шумоизоляция кожухов двигателей; шумоизоляция салонов летательных аппаратов) и других отраслях промышленности.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является шумопоглощающая панель по а.с. СССР №348755, кл. F01N 1/04, 1970 г. (прототип), содержащая каркас и расположенный в его внутренней полости звукопоглощающий элемент.
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет частичного отражения звуковых волн от звукопоглотителя, а также сравнительно узкий (исключительно высокие частоты) диапазон шумоглушения.
Технический результат - повышение эффективности шумопоглощения за счет расширения частотного диапазона, упрощение и универсальность монтажа и улучшение эксплуатационных свойств за счет применения перспективных звукопоглощающих и защитно-декоративных материалов.
1
2
1
2
1
2
1
2
Это достигается тем, что в шумопоглощающей панели, содержащей каркас и расположенный в его внутренней полости звукопоглощающий элемент, каркас выполнен в виде параллелепипеда, образованного передней и задней перфорированными стенками с коэффициентом перфорации, равным или более 0,25, каждая из которых имеет П-образную форму с боковыми ребрами, причем перфорация выполнена щелевой в виде расположенных рядами прямоугольников, а смежные ряды расположены со смещением, причем количество щелей в одном ряду четное, а в другом - нечетное, при этом отношение ширины нечетных рядов b к ширине четных рядов b находится в оптимальном интервале величин b/b=0,7…0,9, а отношение расстояний между рядами h и h равно h/h=2,0, причем стенки панели фиксируются между собой вибродемпфирующими крышками, а в качестве звукопоглощающего материала звукопоглощающего элемента используются плиты из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool», причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100, передняя и задняя стенки каркаса выполнены из оцинкованного листа толщиной 0,7 мм с полимерным защитно-декоративным покрытием типа «Пурал» толщиной 50 мкм, вибродемпфирующие крышки, фиксирующие стенки панели, выполнены из эластомера с коэффициентом внутренних потерь не ниже 0,2, в качестве звукопоглощающего материала используется элемент в виде послойной и перекрестной намотки из пористых нитей, намотанных на акустически прозрачный каркас, например проволочный каркас, или в качестве звукопоглощающего материала используется элемент из жесткого пористого шумопоглощающего материала, например металлопоролона, пеноалюминия или камня-ракушечника, а звукопоглощающий элемент содержит гладкую и перфорированную поверхности, между которыми размещен комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы, представляющий собой чередование сплошных участков и пустотелых участков, каркас которого выполнен из жесткого звукопоглощающего материала, пустотелые участки образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру, при этом вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закреплены соответственно на гладкой и перфорированной поверхностях, причем полости, образованные гладкой и перфорированной поверхностями, между которыми расположен комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы, заполнены мягким звукопоглощающим материалом, а полости пустотелых участков, образованные призматическими поверхностями, заполнены вспененным полимером, например полиэтиленом или полипропиленом, при этом полости пустотелых участков, образованные призматическими поверхностями, соединены резонансными отверстиями с полостями, образованными гладкой и перфорированной поверхностями, между которыми расположен комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы.
На фиг. 1 изображен общий вид шумопоглощающей панели в разобранном виде, на фиг. 2 - схема звукопоглощающего элемента 3.
1
2
1
2
1
2
1
2
Шумопоглощающая панель содержит каркас 1 и расположенный в его внутренней полости звукопоглощающий элемент 3. Каркас выполнен в виде параллелепипеда, образованного передней 1 и задней 2 перфорированными стенками с коэффициентом перфорации, равным или более 0,25, каждая из которых имеет П-образную форму с боковыми ребрами 6, причем перфорация выполнена щелевой в виде расположенных рядами прямоугольников 7 и 8, а смежные ряды расположены со смещением, причем количество щелей в одном ряду 7 четное, а в другом 8 - нечетное, при этом отношение ширины b нечетных рядов 8 к ширине b четных рядов 7 находится в оптимальном интервале величин b/b=0,7…0,9, а отношение расстояний h и h между рядами 7 и 8 с четным и нечетным количеством равно h/h=2,0 (см. чертеж). Стенки панели 1 и 2 фиксируются между собой вибродемпфирующими крышками 4 и 5, которые могут быть выполнены с ячейками 9 и иметь П-образную форму.
3
В качестве звукопоглощающего материала звукопоглощающего элемента 3 используются плиты из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральной ваты типа «URSA», или базальтовой ваты типа П-75, или стекловаты с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден». В качестве звукопоглощающего материала звукопоглощающего элемента используются плиты на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа. Технология их получения основана на применении порошковых и литейных методов металлургии по отношению к алюминесодержащим сплавам с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом. По сравнению с органическими пеноматериалами данная технология позволяет обеспечить следующие свойства материалов: нетоксичность, малую гигроскопичность и негорючесть, а по сравнению со сплавами алюминия: меньшая плотность, меньшая теплопроводность, меньшая проводимость звука и меньшая электропроводимость.
Передняя 1 и задняя 2 стенки каркаса могут быть выполнены из нержавеющей стали или оцинкованного листа толщиной 0,7 мм с полимерным защитно-декоративным покрытием типа «Пурал» толщиной 50 мкм, или «Полиэстер» толщиной 25 мкм, или алюминиевого листа толщиной 1,0 мм и толщиной покрытия 25 мкм.
Отношение высоты h каркаса к его ширине b находится в оптимальном отношении величин: h/b=1,0…2,0; а отношение толщины s' каркаса в сборе к его ширине b находится в оптимальном отношении величин: s'/b=0,1…0,15; а отношение толщины s звукопоглощающего элемента к толщине s' каркаса в сборе находится в оптимальном отношении величин: s/s'=0,4…1,0.
Вибродемпфирующие крышки 4 и 5, фиксирующие стенки 1 и 2 панели, могут быть выполнены из эластомера, пенополиуретана или пенополиэтилена, древесно-волокнистого, древесно-стружечного материала, или гипсоасбокартона, или эластичного листового вибропоглощающего материала с коэффициентом внутренних потерь не ниже 0,2, или композитного материала, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим». Крышки 4 и 5 панели служат также для фиксации соседних панелей при монтаже изделий, включающих их в свой состав, например акустических экранов, а также для демпфирования вибраций акустических экранов от внешних воздействий и для изоляции металлического профиля и алюминиевой панели с целью предотвращения электрохимической коррозии. Стенки 1 и 2 могут изготавливаться из листа алюминиево-магниевого сплава типа АМГЗ толщиной 1 мм, который поставляется в рулонах с нанесенным методом порошковой окраски полимерным покрытием, причем качество окраски соответствует требованиям государственных стандартов ГОСТ 9.410-88, ГОСТ 30246-94. Основу декоративного покрытия могут составлять порошковые краски таких фирм-производителей, как: "Pulverit", "TEKNOS", "BISHON", "Beckers" и др., причем цвет и блеск покрытия может быть выбран по каталогу красок производителей (в палитре RAL). После покраски на покрытие наносится защитная пленка, обеспечивающая возможность механической обработки ленты (резка, гибка, штамповка, рубка), а также транспортировки без повреждения покрытия (пленка может быть удалена с панели непосредственно перед ее монтажом).
В качестве звукопоглощающего материала также используются металлокерамика или композитные материалы со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30…45%, или элементы в виде послойной и перекрестной намотки из пористых нитей, намотанных на акустически прозрачный каркас, например проволочный каркас, или элементы из жесткого пористого шумопоглощающего материала, например металлопоролона, пеноалюминия или камня-ракушечника (на чертеже не показано).
Звукопоглощающий элемент 3 (фиг. 2) содержит гладкую 11 и перфорированную 12 поверхности, между которыми расположен комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы, представляющий собой чередование сплошных участков 13 и пустотелых участков 15, каркас которого выполнен из жесткого звукопоглощающего материала. Причем пустотелые участки 15 образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру 16, или волнистую, или поверхность со сферическими поверхностями (на чертеже не показано). При этом вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закреплены соответственно на гладкой 11 и перфорированной 12 поверхностях. Полости 14, образованные гладкой 11 и перфорированной 12 поверхностями, между которыми расположен комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы, заполнены мягким звукопоглощающим материалом. Полости 17 пустотелых участков 15, образованные призматическими поверхностями, заполнены вспененным полимером, например полиэтиленом или полипропиленом. Полости 17 пустотелых участков 15, образованные призматическими поверхностями, соединены резонансными отверстиями 18, 19 и 20 с полостями 14, образованными гладкой 11 и перфорированной 12 поверхностями, между которыми расположен комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы.
Материал перфорированной поверхности выполнен из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности, обращенная в сторону звукопоглощающей конструкция, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».
Звукопоглощающий элемент 3 работает следующим образом.
Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 12 и комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы уменьшается, так как осуществляется переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии), т.е. в порах звукопоглотителя, представляющих собой модель резонаторов "Гельмгольца", имеют место потери энергии за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора, о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети микропор звукопоглотителя. Резонансные отверстия 18, 19 и 20 в полостях 17 пустотелых участков 15 выполняют функции горловин резонаторов "Гельмгольца", частотная полоса гашения звуковой энергии которых определяется диаметром и количеством резонансных отверстий 18, 19 и 20.
Шумопоглощающая панель работает следующим образом.
Звуковая энергия, пройдя через перфорированную стенку 1 и звукопоглощающий слой 3, падает на стенку 2. Частично отраженные звуковые волны от стенки 2 попадают снова на звукопоглотитель 3. Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглощающего материала, представляющих собой модель резонаторов "Гельмгольца", где потери энергии происходят за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора, о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети пор звукопоглотителя. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрена стеклоткань, например типа ЭЗ-100, расположенная между звукопоглотителем и стенками 1 и 2.