ШТУЧНЫЙ ЗВУКОПОГЛОТИТЕЛЬ ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОЙ КОНСТРУКЦИИ ЦЕХА
PIECE ACOUSTIC ABSORBER FOR WORKSHOP ACOUSTIC STRUCTURE

Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства в качестве средства защиты от шума.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является акустическая конструкция цеха по патенту РФ №2480561, кл. F01N 1/04 [прототип], содержащая каркас на перекрытии здания, стены со звукопоглощающей облицовкой, пол на упругом основании, штучные звукопоглотители.
Недостатком технического решения, принятого в качестве прототипа, является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет сравнительно невысокого коэффициента вибродемпфирования межэтажного перекрытия и коэффициента звукопоглощения звукопоглощающих облицовок, а также штучных звукопоглотителей.
Технический результат - повышение эффективности шумоглушения.
Это достигается тем, что в штучном звукопоглотителе акустической конструкции цеха, состоящим из каркаса, заполненного звукопоглощающим материалом, помещенным в защитную оболочку, каркас выполнен из нижней части конической формы с крышкой, и верхней части цилиндрической формы, которая крепится к крышке нижней части перфорированного каркаса посредством вибродемпфирующей прокладки, позволяющей демпфировать высокочастотные колебания, при этом к верхней части цилиндрического перфорированного каркаса шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, например потолку производственного помещения, а полости нижней и верхней частей перфорированного каркаса заполнены звукопоглощающими материалами различной плотности, причем вокруг верхней части цилиндрической формы перфорированного каркаса расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент штучного поглотителя, выполненный в виде цилиндрической винтовой пружины из плотного негорючего звукопоглощающего материала, а винтовой звукопоглощающий элемент штучного поглотителя выполнен в виде полого винтового звукопоглощающего элемента, образованного внешней и внутренней винтовыми поверхностями, образующими полость, при этом пространство, образованное внешней и внутренней винтовыми поверхностями, заполнено звукопоглощающим материалом.
На фиг. 1 изображен общий вид акустической конструкции цеха, на фиг. 2 - конструкция пола на упругом основании, на фиг. 3 - общий вид штучного звукопоглотителя акустической конструкция цеха, на фиг. 4 - разрез звукопоглощающего винтового элемента штучного поглотителя, на фиг. 5 - вариант штучного поглотителя.
Акустическая конструкция цеха (фиг. 1) содержит каркас цеха (не показан), оконные 9 и дверные 10 проемы, несущие стены 1, 2, 3, 4 с ограждениями 5, 6: пол 6 и подвесной акустический потолок 5, причем стены облицованы звукопоглощающими конструкциями, а штучные звукопоглотители 7 и 8 установлены над шумным оборудованием 11. Конструкция пола выполнена на упругом основании (фиг. 2) и содержит установочную плиту 12, выполненную из армированного вибродемпфирующим материалом бетона, которая устанавливается на базовой плите 15 межэтажного перекрытия с полостями 16 через слои вибродемпфирующего материала 14 и гидроизоляционного материала 13 с зазором 17 относительно несущих стен 1, 2, 3, 4 производственного помещения. Чтобы обеспечить эффективную виброизоляцию установочной плиты 12 по всем направлениям слои вибродемпфирующего материала 14 и гидроизоляционного материала 13 выполнены с отбортовкой, плотно прилегающей к несущим конструкциям стен 1, 2, 3, 4 и базовой несущей плите 15 перекрытия. Для повышения эффективности звукоизоляции и звукопоглощения в цехах, находящихся под межэтажным перекрытием полости 16, заполнены вибродемпфирующим материалом, например вспененным полимером, например полиэтиленом или полипропиленом, а стены 1, 2, 3, 4 облицованы звукопоглощающими конструкциями. В качестве звукопоглощающего материала звукопоглощающих конструкций (не показано) 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, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа Э3-100 или полимером типа «Повиден». К каркасу звукопоглощающих конструкций прикреплен перфорированный лист, который имеет следующие параметры перфорации: диаметр отверстий - 3÷7 мм, процент перфорации 10% ÷ 15%, причем по форме отверстия могут быть выполнены в виде отверстий круглого, треугольного, квадратного, прямоугольного или ромбовидного профиля, при этом в случае некруглых отверстий в качестве условного диаметра следует считать максимальный диаметр вписываемой в многоугольник окружности.
При этом акустический подвесной потолок 5 состоит из жесткого каркаса (не показано), выполненного по форме в виде прямоугольного параллелепипеда с размерами сторон в плане a×b, отношение которых лежит в оптимальном интервале величин a:b=1:1…2:1, подвешиваемого к потолку производственного здания с помощью подвесок, закрепленных на штанге, жестко связанной посредством скоб с каркасом. Крепление каркаса к потолку осуществляется с помощью дюбель-винтов. К каркасу прикреплен перфорированный лист, на котором через слой акустического прозрачного материала расположен слой звукопоглощающего материала, при этом в каркасе установлены светильники. При монтаже акустического потолка должны соблюдаться оптимальные соотношения размеров: d - от точки подвеса каркаса до любой из его сторон и с - толщины слоя звукопоглощающего материала, причем отношение этих размеров должно находиться в оптимальном интервале величин: c:d=0,1…0,5.
Элемент штучного глушителя шума (не показано) состоит из корпуса с откидной крышкой, заполненного звукопоглощающим материалом, помещенным в защитную оболочку. Стенки корпуса каждого штучного звукопоглотителя образованы звукопоглощающей конструкцией (не показано), выполненной в виде цилиндрических перфорированных коаксиальных оболочек: внешней и внутренней, между которыми расположен звукопоглотитель, выполненный по крайней мере из одного профилированного пористого листа, причем в профиль листа в сечении может быть треугольным, прямоугольным, трапециидальным, в виде дуг окружностей, синусоидальным. Перфорированные коаксиальные оболочки корпуса могут иметь в сечении также форму треугольника, многогранника, эллипса и любую комбинацию из этих фигур.
Штучный звукопоглотитель акустической конструкция цеха (фиг. 3 и 4) выполнен из жесткого перфорированного каркаса, состоящего из нижней части 18 конической формы с крышкой 19, и верхней части 21 цилиндрической формы с верхним основанием 23 и нижним основанием 22, которое крепится к крышке 19 нижней части перфорированного каркаса посредством вибродемпфирующей прокладки 25, позволяющей демпфировать высокочастотные колебания, передающиеся от объекта (не показано). Прокладка 25 может быть выполнена из вибродемпфирующего материала, например пластиката типа «Агат» или мастики ВД-17.
К верхнему основанию 23 верхней части цилиндрического перфорированного каркаса шарнирно закреплен элемент 27, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, например потолку производственного помещения, причем полости нижней части 28 и верхней части 21 перфорированного каркаса заполнены соответственно звукопоглощающими материалами 20 и 24 различной плотности, подавляющих шумы соответственно в различных полосах частот, например на низких и средних частотах соответственно.
Вокруг верхней части 21 цилиндрической формы перфорированного каркаса расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент 26 штучного поглотителя, выполненный в виде цилиндрической винтовой пружины из плотного негорючего звукопоглощающего материала, например винипора, или тонкого стекловолокна, обернутого акустически прозрачным материалом, например стеклотканью.
Винтовой звукопоглощающий элемент 26 штучного поглотителя (фиг. 4) может быть выполнен в виде полого винтового звукопоглощающего элемента, образованного внешней 28 и внутренней 29 винтовыми поверхностями, образующими полость 31, при этом пространство, образованное внешней 28 и внутренней 29 винтовыми поверхностями, например круглого сечения, заполнено звукопоглощающим материалом 30.
В качестве звукопоглощающего материала звукопоглотителя также может быть использован пористый шумопоглощающий материала, например пеноалюминий, или металлокерамика, или металлопоролон, или в виде спрессованной крошки из твердых вибродемпфирующих материалов, например эластомера, полиуретана, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин: 0,3…2,5 мм (не показано). В качестве звукопоглощающего материала может быть использован также жесткий пористый материал, например пеноалюминий или металлокерамика, или камень-ракушечник со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30÷45%. В качестве звукопоглощающего материала может быть использован материал в виде крошки из твердых вибродемпфирующих материалов, например, эластомера, или полиуретана, или пластиката, причем размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин: 0,3÷2,5 мм (не показано).
Штучный звукопоглотитель акустической конструкция цеха работает следующим образом.
Звуковая энергия от оборудования 11, находящегося в помещении, попадает на слои звукопоглощающего материала звукопоглощающих конструкций, которыми облицованы несущие стены 1, 2, 3, 4 с ограждениями 5, 6 (пол 6 и потолок 5), а также штучные звукопоглотители 7 и 8, содержащие каркас, в котором расположен звукопоглощающий материал и которые установлены над шумным оборудованием 11. Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглотителя, представляющих собою 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.
3
При установке виброактивного оборудования на плиту 12 происходит двухкаскадная виброзащита за счет вибродемпфирующих вкраплений в саму массу плиты 12, а также за счет слоя вибродемпфирующего материала 14, в качестве которого могут быть использованы: иглопробивные маты типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, материал из твердых вибродемпфирующих материалов, например, пластиката, из звукоизоляционных плит на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м.
Звуковые волны, распространяясь в цехе взаимодействуют со звукопоглощающим материалом 20 и 24 различной плотности, подавляющих шумы соответственно в различных полосах частот, например на низких и средних частотах соответственно. Звукопоглощение на средних и высоких частотах происходит за счет акустического эффекта, построенного по принципу резонаторов Гельмгольца, образованных воздушными полостями перфорированного каркаса. Различные объемы резонансных полостей: нижней части 18 конической формы и верхней части 21 цилиндрической формы, служат для подавления звуковых колебаний в требуемом звуковом диапазоне частот, как правило большие объемы для подавления шума в низкочастотном диапазоне, а малые - в области средних и высоких частот. Взаимодействие звуковых волн с винтовым звукопоглощающим элементом 26 приводит к шумоглушению в высокочастотном диапазоне, а выполнение звукопоглотителя из негорючих материалов делает конструкцию пожаробезопасной.
Возможен вариант звукопоглотителя сферического (фиг. 5), который содержит жесткий каркас, выполненный сферической формы с внутренней конгруэнтной каркасу сферической резонансной полостью 39, образованной жесткой сплошной сферической оболочкой 37, эквидистантной внешней перфорированной сферической оболочке 35. При этом пространство 38 между сферическими оболочками 35 и 37 заполнено звукопоглощающим материалом, а соединение внешней перфорированной сферической оболочки 35 с объектом, например потолком производственного помещения, выполнено посредством упругодемпфирующего элемента 36, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания, и шарнирно соединенного с подвеской 33, выполненной в виде стержня, один конец которого соединен с шарниром 34, установленным на упругодемпфирующем элементе 36, а другой - соединен с кольцом 32, предназначенным для его фиксации на объекте.
Сферическая резонансная полость 39 жестко соединена с по крайней мере одной втулкой 40 с осевым отверстием, выполняющим функцию горловины резонатора Гельмгольца, с внешней перфорированной сферической оболочкой 35, а пространство 38 между ними заполнено звукопоглотителем.
Звукопоглотитель сферический работает следующим образом.
Звуковые волны, распространяясь на промышленном или транспортном объектах, взаимодействуют со звукопоглощающим материалом, расположенным в пространстве 38, образованном жесткой сплошной сферической оболочкой 37, эквидистантной внешней перфорированной сферической оболочке 35, подавляющим шумы на низких, средних и высоких частотах соответственно.
Соединение каркаса посредством упругодемпфирующего элемента 36, позволяет демпфировать высокочастотные колебания, которые могут излучаться жестким каркасом, что позволяет его использовать для снижения шума на транспортных объектах. Звукопоглощение на средних и высоких частотах происходит за счет акустического эффекта, построенного по принципу резонатора Гельмгольца, образованного воздушной сферической полостью 39 и горловиной резонатора 40, диаметр которой для гашения шума в заданной полосе частот подбирают в требуемом звуковом диапазоне частот, как правило так: большие объемы для подавления шума в низкочастотном диапазоне, а малые - в области средних и высоких частот, причем выполнение звукопоглотителя из негорючих материалов делает конструкцию пожаробезопасной.