К вопросу шумообразования в дросселирующих устройствах

К ВОПРОСУ ШУМООБРАЗОВАНИЯ В ДРОССЕЛИРУЮЩИХ

УСТРОЙСТВАХ

TO THE QUESTION NOISE PRODUCTION IN THE THROTTLING

DEVICES

М.Ю. Лешко

M. Leshko

НИИСФ PAACH

Рассматривается вопрос изменения уровней шума дросселирующих устройств в зависимости от места размещения их в каналах вентсистем.

The question of the changes of noise levels of throttling devices depending on their placements in canals of ventilation systems is considered.

При проведении акустических расчетов систем вентиляции и кондиционирования воздуха специалисты проектных организаций учитывают и рассчитывают, как правило, только шум вентиляторов, оставляя без внимания дросселирующие устройства. Тем не менее, из практики известно, что шум последних может в целом ряде случаев даже превосходить шум от вентиляторов на выходе из вентиляционной сети в обслуживаемое помещение.

В данной статье будут рассмотрены некоторые аспекты, касающиеся шумообра-зования в дросселирующих устройствах.

Дросселирующие устройства устанавливают в вентиляционных сетях, в основном, на ответвлениях к обслуживаемым помещениям для увязки (регулировки) расходов воздуха - изменяя геометрию его проточной части, тем самым, изменяя аэродинамическое сопротивление устройства, добиваются проектного расхода.

Как известно, шум дросселирующих устройств, таких как шиберы, дроссель-клапаны и ирисовые диафрагмы, зависит в общем виде от перепада давления на них, скорости воздушного потока, набегающего на устройства, и их геометрических размеров и, собственно, геометрии дросселирущего узла.

Представление о шуме, генерируемом дросселирующим устройством (в дальнейшем изложении - дроссель) и излучаемом в присоединенный воздуховод, дают рисунки 1 и 2 на примере дроссель-клапана при постоянной скорости набегающего потока и изменяемом коэффициенте местного сопротивления (рисунок 1) и переменной скорости набегающего потока и постоянном коэффициенте местного сопротивления (рисунок 2).

Как видно, шум такого рода устройств довольно значителен. Если расположить устройства по величине генерируемого ими шума, то наибольшие уровни генерирует шибер, затем дроссель-клапан, а минимальные уровни - устройства типа ирисовых диафрагм.

3/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

90-г 807060 50 40 30 2010

63

125 250 500 1000 2000 4000 8000 £ Гц

-0-1 -0-2 -й-3

Рисунок 1 - Шум, генерируемый дроссель-клапаном 0 200 мм при постоянной скорости набегающего потока V = 5 м/с и различных углах

закрытия (излучение звука в канал) 1 - а = 200, ^ = 1,1; 2 - а = 400, £ = 8,0; 3 - а = 600, £ = 60,0

90

50-

40-

30-

20

10-1--------

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 £ Гц

Рисунок 2 - Шум, генерируемый дроссель-клапаном 0 200 мм при постоянном угле закрытия а = 50° ( ^ = 20) и различных скоростях набегающего потока (излучение звука в канал) 1 - V = 3 м/с; 2 - V = 6 м/с; 3 - V = 9 м/с

Как уже было отмечено, проектировщики, в основном, не проводят расчетов по генерации шума дросселей, а исходя из своего опыта, размещают за ними (в сторону обслуживаемого помещения) глушители шума (как правило, трубчатого типа). Из-за недостатка места ввиду большой насыщенности коммуникациями подпотолочного пространства помещений длина таких глушителей редко превышает один метр.

Но даже в тех редких случаях, когда выполнен акустический расчет по генерации шума дросселем и предусмотрен глушитель шума для его снижения или по расчету он не нужен, бывают ситуации, когда шум такого устройства, установленного на ответвлении приточной сети, хорошо прослушивается в обслуживаемом помещении.

Разберем эту ситуацию подробней.

Хорошо известно, что за плохо обтекаемым телом (типа дросселя), установленном в воздуховоде с потоком воздуха, образуется зона как бы аэродинамической тени, в которой наблюдается достаточно мощное вихревое движение (в дальнейшем изложении - вихревая зона). На границе вихревой зоны и основного потока происходит обмен силовыми импульсами, являющимися причиной возникновения вихрей. Момент возникновения вихрей и их последующего разрушения из-за сил вязкости на более мелкие сопровождается шумом. Такой шум носит название вихревого. Чем больше сопротивление внесенного в воздуховод тела и чем больше скорость набегающего на него потока, тем мощнее и протяженней вихревая зона и тем мощнее генерируемый шум.

Но почему же, несмотря на установленный глушитель, шум от дросселя прослушивается в помещении. Этому может быть два объяснения.

Первое - не корректно выполнен акустический расчет генерации шума, а именно, не правильно выбрано значение коэффициента местного сопротивления устройства. На стадии проектирования вентиляционной сети это действительно затруднительно, поскольку трудно заранее сказать, на какой угол будет повернута створка того же дроссель-клапана и, соответственно, какой будет его коэффициент местного сопротивления.

Второе объяснение связано с местом установки на ответвлении к помещению дросселя, глушителя шума и их размерами. Как уже было сказано выше, за дроссели-рущим устройством в воздуховоде образуется вихревая зона. Максимальная длина такой зоны при скоростях движения воздуха в каналах вентиляционных сетей до 20 м/с, как правило, не превышает восьми калибров поперечного размера воздуховода. Если длина воздуховода ответвления после дросселя и, соответственно, устанавливаемого глушителя превышает длину вихревой зоны, то шум от дросселя (при правильно подобранном глушителе) не будет прослушиваться в помещении.

В случае, когда это условие не выполняется, то будет происходить следующее. Рассмотрим в качестве примера случай, когда длина вихревой зоны составляет шесть калибров, а дроссель - обычный шибер. При длине канала за шибером больше шести калибров вихревая зона замкнута. При этом шум, генерируемый шибером, остается практически неизменным по своему уровню. Если же длина канала меньше шести калибров, то вихревая зона начинает размыкаться, в нее извне начинает подсасываться воздух из помещения, интенсивность циркуляции вихрей в зоне возрастает, увеличивается импульсный обмен с основным потоком. Следствием этого является увеличение уровня генерируемого шума. И чем короче воздуховод за шибером, тем интенсивнее подсос воздуха в вихревую зону, интенсивнее импульсный обмен и тем выше уро-

3/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

вень шума. Иллюстрацией сказанному служит рисунок 3, на котором хорошо видно, что при замкнутой вихревой зоне уровни шума практически одинаковы (кривые 1,2 и 3). При размыкании зоны шум резко возрастает. По мере размыкания вихревой зоны шум возрастает в низко- и высокочастотных полосах спектра (кривая 4). Это объясняется возрастанием импульсного обмена между основным потоком в канале и разомкнутой вихревой зоной. При этом на кромке канала возникают мелкомасштабные вихри, являющиеся, по всей вероятности, причиной увеличения уровней шума в высокочастотной части спектра. Дальнейшее уменьшение длины канала за шибером до 2-х калибров увеличивает интенсивность шума в области низких и средних частот; в высокочастотной части спектра уровень шума уменьшается. При длине канала за шибером 0,5 калибра наблюдается спад интенсивности шума, и максимум в спектре занимает среднечастотную область. В этом случае полностью размыкается вихревая зона, и поток ведет себя как свободная струя.

90

80

70

60

50

40

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000 £ Гц

Рисунок 3 Шум, генерируемый шибером при степени закрытия 70%, скорости набегающего потока 11,8 м/с и различных длинах канала за шибером (излучение звука в канал) 1 10 калибров; 2 8 калибров; 3 6 калибров; 4 4 калибра; 5 2 калибра; 6 0,5 калибра

2

3

4

5

6

Именно размыкание вихревой зоны из-за недостаточной длины воздуховода ответвления и является причиной того, что подобранный по акустическому расчету глушитель «не держит» шум дросселя.

Таким образом, при проектировании вентиляционных сетей необходимо обеспечивать длину ответвлений воздуховодов к обслуживаемому помещению не менее восьми калибров после дросселя с тем, чтобы гарантированно иметь за дросселем замкнутую вихревую зону.

Список литературы:

1. Е.Я.Юдин, М.Ю.Лешко. Исследование шумообразования в регулирующих устройствах вентиляционных сетей. Рефераты докладов на VI научно-технической конференции по авиационной акустике. Издательский отдел ЦАГИ, М., 1978г.

2. А.И.Золотухин, В.И.Тарасов. Об одном механизме генерации звука аэродинамическим потоком. Рефераты докладов на VI научно-технической конференции по авиационной акустике. Издательский отдел ЦАГИ, М., 1978г.

3. Лешко М.Ю. Шум дросселирующих устройств вентиляционных систем. Материалы Международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции». М., МГСУ, 2005г.

Literature

1. E.Yudin, M.Leshko. Investigation of noise production in regulating devices of ventilation networks. Abstracts of the VI Science and Engineering Conference of the Aeronautical acoustics. Pab-lishing Department TsAGI, Moscow, 1978.

2. A.Zolotukhin, V.Tarasov. On one mechanism of sound generation by aerodynamic flow. Abstracts of the VI Science and Engineering Conference of the Aeronautical acoustics. Pablishing Department TsAGI, Moscow, 1978.

3. Leshko M. Noise throttling devices ventilation systems. Materials of the International Science and Engineering Conference «Theoretical Foundations of heat and gas supply and ventilation». Moscow, MGSU, 2005.

Ключевые слова: дросселирующие устройства, вентиляционная сеть, ответвление вентиляционной сети, генерация шума, вихревая зона.

Keywords: throttling device, air network, branch of ventilation network, generation of noise, vortex zone.

127238, г.Москва, Локомотивный проезд, 21 т/ф 8(495)482-41-77 e-mail: mleshko@rambler.ru