ОГРАЖДЕНИЕ АКУСТИЧЕСКОЕ
ACOUSTIC ENCLOSURE

Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства при шумоглушении производственного оборудования методом звукопоглощения.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является ограждение акустическое, содержащее профилированную и перфорированную стенки, между которыми размещен слой звукопоглощающего материала по патенту РФ №2344489, кл. F01N 1/04, [прототип].
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.
Это достигается тем, что в ограждении акустическом, содержащем профилированную и перфорированную стенки, между которыми размещен слой звукопоглощающего материала, причем одна из стенок выполнена гладкой, а звукопоглощающий материал расположен в два слоя, один из которых, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным, а другой, мягкий, выполнен прерывистым и расположен под поверхностями первого слоя, звукопоглощающие элементы помещения содержат каркас, оконные, дверные проемы, проемы для размещения светильников, штучные звукопоглотители и акустические ограждения, выполненные в виде жестких и перфорированных стенок, между которыми расположен звукопоглощающий материал, расположенный в два слоя, один из которых, более жесткий выполнен сплошным и профилированным сложного профиля, состоящего из наклонных граней, направленных вниз и соединенных с горизонтальными гранями, а другой - мягкий, выполнен прерывистым и расположен под звукоотражающими поверхностями первого слоя, причем сплошной профилированный слой звукопоглощающего материала выполнен из материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, а элементы прерывистого слоя выполнены в виде конуса, многогранной пирамиды, или фигуры вращения, образованной кривой n-го порядка, штучный звукопоглотитель состоит из каркаса, заполненного звукопоглощающим материалом, помещенным в защитную оболочку, к каркасу прикреплен просечно-вытяжной стальной лист, а каркас может быть выполнен по форме в виде прямоугольного параллелепипеда, причем при подвесе каркаса выполняются оптимальные соотношения размеров: D - от центра каркаса до точки подвеса к потолку и С - расстояние между осями соседних каркасов, причем отношение этих размеров должно находиться в оптимальном интервале величин: C:D=1:1…4:1, при этом просечно-вытяжной стальной лист 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, а в качестве звукопоглощающего материала 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 ЭЗ-100 или полимером типа «повиден».
На фиг. 1 изображена схема помещения, на фиг. 2, 6 - варианты конструкций акустического ограждения помещения, на фиг. 3 - общий вид штучного звукопоглотителя в виде прямоугольного параллелепипеда, на фиг. 4, 5 - варианты штучного звукопоглотителя, выполненного в виде куба и сферы.
Ограждение акустическое помещения содержат каркас цеха (на чертеже не показан), оконные 2 и 8, дверные 9 проемы, проемы 5 для размещения светильников, штучные звукопоглотители 6 и 7, и акустические ограждения 1, 3, 4, 10, 12 (фиг. 1). Акустические ограждения (фиг. 2) выполнены в виде жестких 13 и перфорированных стенок 14, между которыми расположен звукопоглощающий материал, расположенный в два слоя, один из которых, более жесткий 20 выполнен сплошным и профилированным сложного профиля, состоящего из наклонных граней 15 и 17, направленных вниз и соединенных с горизонтальными гранями 18 (или в виде конических поверхностей). Между гранями 15, 17, 18 и слоем 20 с одной стороны и жесткой стенкой 13 расположен звукопоглощающий материал 19, имеющий более высокий коэффициент звукопоглощения по сравнению со слоем 16, который выполнен прерывистым, например в виде конуса, который расположен под звукоотражающими поверхностями первого слоя 20. Сплошной профилированный слой 20 звукопоглощающего материала выполнен из материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения.
Оборудование 11 установлено на виброизолирующие опоры (на чертеже не показано), оконные проемы 2 и 8 содержат вакуумные звукоизолирующие стеклопакеты, а в качестве звукопоглощающего материала акустических ограждений помещения и элементов звукопоглотителей используется металлокерамика со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30…45% или используется элемент в виде послойной и перекрестной намотки из пористых нитей, намотанных на акустически прозрачный каркас, например проволочный каркас (на чертеже не показано) или элемент из жесткого пористого шумопоглощающего материала, например металлопоролона или камня-ракушечника (на чертеже не показано).
1
2
1
2
1
2
2
1
2
Предложенное акустическое ограждение обеспечивает оптимальное снижение шума при следующих параметрах: H/W=0,2…0,4; b=D/W=3,0…5,0, где Н - высота, W - ширина, D - длина помещения; a/H=0,004…0,005; b/Н=0,1…0,15, где H - толщина акустического ограждения, Н - расстояние от гладкой стенки помещения до первого составного слоя звукопоглощающего материала; Н/Н=1,2…1,35; d/Н=0,6…1,25; t/d=2,5…4,5; где H - толщина акустического ограждения, Н - расстояние от гладкой стенки помещения до первого составного слоя звукопоглощающего материала, d - максимальный диаметр тел вращения прерывистого звукопоглотителя, расположенного в фокусе составного первого слоя, t - шаг расположения тел вращения.
Штучный звукопоглотитель 7 (фиг. 1 и 3) состоит из жесткого каркаса 21, подвешиваемого за крючья 24 на тросах, либо непосредственно крепящегося к потолку производственного здания. Внутри каркаса расположен звукопоглощающий материал 22, обернутый сетчатой капроновой тканью 23 или стеклотканью. В некоторых случаях поверх стеклоткани 23 к каркасу 21 может быть прикреплен просечно-вытяжной стальной лист (на чертеже не показан). Каркас может быть выполнен по форме в виде прямоугольного параллелепипеда (фиг. 3) с размерами ребер L×H×B,
где L - длина, Н - высота, В - толщина (размер на чертеже не показан), отношение которых лежит в оптимальном интервале величин L:H:B=2:1:0,5 или куба (фиг. 4) с размером ребра k×L, где min L=100 мм; k - коэффициент пропорциональности, лежащий в пределах от 1 до 10 с шагом 2.
Внутри каркаса 21 могут быть полости 25, не заполненные звукопоглощающим материалом, причем их расположение может быть выполнено послойно рядами (на чертеже не показано) или в шахматном порядке. Каркас 21 подвешивается за крючья 24, или крючья могут быть расположены в вершинах куба (на чертеже не показано). При этих схемах подвеса должны соблюдаться оптимальные соотношения размеров: D - от центра каркаса до точки подвеса к потолку и С - расстояние между осями соседних каркасов (размеры на чертеже не показаны), причем отношение этих размеров должно находиться в оптимальном интервале величин: C:D=1:1…4:1. Заполнение осуществляют звукопоглощающим негорючим материалом (например, винипором, стекловолокном) с защитным слоем 23 из стеклоткани, предотвращающим выпадение звукопоглотителя.
В качестве звукопоглощающего материала 22 звукопоглотителя также может быть использован пористый щумопоглощающий 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 (на чертеже 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 (на чертеже не показано).
В качестве звукопоглощающего материала 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 ЭЗ-100 или полимером типа «повиден»
Просечно-вытяжной стальной лист 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.
Ограждение акустическое помещения работает следующим образом.
Звуковые волны, распространяясь в производственном помещении, взаимодействуют следующим образом. Звуковая энергия от оборудования 11, находящегося в помещении, пройдя через перфорированную стенку 14 акустических ограждений 1, 3, 4, 10, 12 попадает на слои мягкого звукопоглощающего материала 16 (например выполненного из базальтового или стеклянного волокна), который выполнен прерывистым и расположен под звукоотражающими поверхностями первого слоя 20. Часть звуковой энергии гасится штучными звукопоглотителями 6 и 7, находящимися в непосредственной близости от источников излучения шума. 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. Коэффициент перфорации перфорированной стенки принимается равным или более 0,25. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрена стеклоткань, например типа ЭЗ-100, расположенная между звукопоглотителем и перфорированной стенкой. Часть звуковой энергии отражается от более жесткой профилированной поверхности 20 и попадает, фокусируясь, на слои мягкого звукопоглощающего материала 16, выполненного прерывистым, элементы которого выполнены в виде конуса, многогранной пирамиды, или фигуры вращения, образованной кривой n-го порядка.
Штучный звукопоглотитель 7 работает следующим образом.
Звуковые волны, распространяясь в производственном помещении, взаимодействуют с заполненными звукопоглотителем 22 полостями. Звукопоглощение на низких и средних частотах происходит за счет акустического эффекта, построенного по принципу резонаторов Гельмгольца, образованных полостями 25. Различные объемы резонансных полостей служат для подавления звуковых колебаний в требуемом звуковом диапазоне частот.
На фиг. 5 представлен вариант сферического звукопоглотителя.
Звукопоглотитель сферический содержит жесткий каркас, выполненный сферической формы с внутренней конгруэнтной каркасу сферической резонансной полостью 33, образованной жесткой сплошной сферической оболочкой 31, эквидистантной внешней перфорированной сферической оболочке 29. При этом пространство 32 между сферическими оболочками 29 и 31 заполнено звукопоглощающим материалом, а соединение внешней перфорированной сферической оболочки 19 с объектом, например потолком производственного помещения, выполнено посредством упругодемпфирующего элемента 30, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания и шарнирно соединенного с подвеской 27, выполненной в виде стержня, один конец которого соединен с шарниром 28, установленным на упругодемпфирующем элементе 30, а другой - соединен с кольцом 26, предназначенным для его фиксации на объекте.
Сферическая резонансная полость 33 жестко соединена, с по крайней мере, одной втулкой 34 с осевым отверстием, выполняющим функцию горловины резонатора Гельмгольца, с внешней перфорированной сферической оболочкой 29, а пространство 32 между ними заполнено звукопоглотителем.
Звукопоглотитель сферический работает следующим образом.
Звуковые волны, распространяясь на промышленном или транспортном объектах, взаимодействуют со звукопоглощающим материалом, расположенным в пространстве 32, образованном жесткой сплошной сферической оболочкой 31, эквидистантной внешней перфорированной сферической оболочке 30, подавляющим шумы на низких, средних и высоких частотах соответственно.
Соединение каркаса посредством упругодемпфирующего элемента 30, 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 33 и горловиной резонатора 34, 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.
На фиг. 6 представлен вариант акустического ограждения помещения, выполненный в виде жесткой стенки 35 и перфорированной стенки 36, между которыми расположен двухслойный комбинированный звукопоглощающий элемент, причем слой 37, прилегающий к жесткой стенке 35, выполнен звукопоглощающим, а прилегающий к перфорированной стенке 36, слой 38, выполнен с перфорацией 39 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны.
В качестве звукопоглощающего материала слоя 37 может быть применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая вата типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена. При этом поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается пористыми красками, пропускающими воздух, например, типа Acutex Т или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом,
3
3
В качестве материала звукоотражающего слоя 38 применен материал на основе алюминийсодержащих 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, например пеноалюминия, или применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м, или материал на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолстом.
Акустическое ограждение (фиг. 6) работает следующим образом.
Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого, излучающего интенсивный шум, объекта, пройдя через перфорированную стенку 36 попадает на слой 38 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, а часть звуковой энергии проходит через слой 38 из звукоотражающего материала, и взаимодействует со слоем 37 из звукопоглощающего материала, где происходит окончательное рассеивание звуковой энергии. Коэффициент звукопоглощения волокнистых материалов находится в пределах 0,4…1,0. Выполнение перфорации на звукоотражающим слое способствует более эффективному шумоглушению на средних частотах, так как часть звуковых волн будет проходить через перфорацию 39 и рассеиваться на слое 37 из звукопоглощающего материала.