АКУСТИЧЕСКАЯ КОНСТРУКЦИЯ ЦЕХА
ACOUSTIC STRUCTURE OF WORKSHOP

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 акустической конструкции цеха, содержащей каркас цеха, несущие стены с ограждениями в виде пола и потолка, которые облицованы звукопоглощающими конструкциями, оконные и дверные проемы, а также штучные звукопоглотители, содержащие каркас, в котором расположен звукопоглощающий материал, и установленные над шумным оборудованием, пол выполнен на упругом основании и содержит установочную плиту, выполненную из армированного вибродемпфирующим материалом бетона, которая устанавливается на базовой плите межэтажного перекрытия с полостями через слои вибродемпфирующего материала и гидроизоляционного материала с зазором относительно несущих стен производственного помещения, причем полости базовой плиты заполнены вибродемпфирующим материалом, например вспененным полимером, а также применяется подвесной потолок и кулисные звукопоглотители.
На фиг.1 изображен общий вид акустической конструкции цеха, на фиг.2 - конструкция пола на упругом основании, на фиг.3 - конструкция подвесного потолка, на фиг.4 - элемент штучного глушителя шума, на фиг.5 - конструкция стеновой шумопоглощающей панели, установленной на перекрытии, на фиг.6 - конструкция кулисных звукопоглотителей, на фиг.7 - график эффективности звукопоглощения применяемых панелей.
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 потолок 5 (фиг.3), причем стены облицованы звукопоглощающими конструкциями (фиг.5 и 6), а штучные звукопоглотители 7 и 8 (фиг.4) содержат каркас, в котором расположен звукопоглощающий материал, и установлены они над шумным оборудованием 11.
Конструкция пола на упругом основании (фиг.2) 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 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 (не показано), например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».
Потолок 5 выполнен акустическим подвесным (фиг.3) и состоит из жесткого каркаса 18, выполненного по форме в виде прямоугольного параллелепипеда с размерами сторон в плане a×b, отношение которых лежит в оптимальном интервале величин а:b=1:1…2:1, подвешиваемого к потолку производственного здания с помощью подвесок 21, закрепленных на штанге 19, жестко связанной посредством скоб 20 с каркасом 18. Крепление каркаса к потолку осуществляется с помощью дюбель-винтов (не показаны). К каркасу прикреплен перфорированный лист 24, на котором через слой акустического прозрачного материала 23 расположен слой звукопоглощающего материала 22, при этом в каркасе установлены светильники 26. При монтаже акустического потолка должны соблюдаться оптимальные соотношения размеров: d - от точки подвеса каркаса до любой из его сторон, с - толщины слоя звукопоглощающего материала, причем отношение этих размеров должно находиться в оптимальном интервале величин: c:d=0,1…0,5. Перфорированный лист 24 имеет следующие параметры перфорации: диаметр отверстий 25 - 3÷7 мм, процент перфорации 10%÷15%, причем по форме отверстия могут быть выполнены в виде отверстий круглого, треугольного, квадратного, прямоугольного или ромбовидного профиля (на чертеже показаны круглые отверстия). В случае некруглых отверстий в качестве условного диаметра следует считать максимальный диаметр вписываемой в многоугольник окружности.
Элемент штучного глушителя шума (фиг.4) состоит из корпуса 27 с откидной крышкой 30, заполненного звукопоглощающим материалом 28, помещенным в защитную оболочку 29. Стенки корпуса 27 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 профиль листа в сечении может быть треугольным, прямоугольным, трапецеидальным, в виде дуг окружностей, синусоидальным. Перфорированные коаксиальные оболочки корпуса могут иметь в сечении также форму треугольника, многогранника, эллипса и любую комбинацию из этих фигур. 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, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом (не показано), например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».
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).
Для снижения или коррекции времени реверберации помещений в его отделке применяют звукопоглощающие материалы и конструкции (звукопоглотители).
Пористые звукопоглотители изготавливают в виде плит, которые крепятся к ограждающим поверхностям непосредственно или на относе, из легких и пористых минеральных штучных материалов - пемзы, вермикулита, каолина, шлаков и т.п. с цементом или другим вяжущим. Такие материалы достаточно прочны и могут быть использованы для снижения шума в коридорах, фойе, лестничных маршах общественных и промышленных зданий.
Материал, объект
125
250
500
1000
2000
4000
Бетон неокрашенный
0.01
0.012
0.016
0.019
0.023
0.035
Бетон окрашенный
0.009
0.011
0.014
0.016
0.017
0.018
Мрамор
0.01
0.01
0.01
0.013
0.015
0.017
Кирпич неокрашенный
0.024
0.025
0.031
0.042
0.049
0.07
Кирпич окрашенный
0.012
0.013
0.017
0.02
0.023
0.025
Штукатурка гипсовая
0.02
0.026
0.04
0.062
0.058
0.028
Штукатурка известковая
0.024
0.046
0.06
0.085
0.043
0.056
Древесно-волокнистые плиты (ДВП), 12 мм
0.22
0.3
0.34
0.32
0.41
0.42
Панель гипсовом 10 мм на 100 мм от стены
0.41
0.28
0.15
0.06
0.05
0.02
Пол паркетный
0.04
0.04
0.07
0.06
0.06
0.07
Пол дощатый на лагах
0.2
0.15
0.12
0.1
0.08
0.07
Метлахская плитка
0.01
0.01
0.02
0.02
0.02
0.03
Застекленные оконные переплеты
0.35
0.25
0.18
0.12
0.07
0.04
Двери лакированные
0.03
0.02
0.05
0.04
0.04
0.04
Ковер шерстяной толщиной 9 мм по бетону
0.02
0.08
0.21
0.26
0.27
0.37
Сырьем для их производства служат древесные волокна, минеральная вата, стеклянная вата, синтетические волокна. Поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух (например, Acutex Т), или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом.
В настоящее время волокнистые звукопоглотители являются наиболее употребительными в строительной практике. Они не только оказались наиболее эффективными с акустической точки зрения в широком частотном диапазоне, но и отвечают возросшим требованиям, предъявляемые к дизайну помещений.
В волокнистых поглотителях рассеяние энергии колебания воздуха и превращение ее в тепло происходит на нескольких физических уровнях. Во-первых, вследствие вязкости воздуха, а его очень много в межволоконном пространстве, колебание частиц воздуха внутри поглотителя приводит к трению. Кроме этого, происходит трение воздуха о волокна, поверхность которых также велика. В-третьих, волокна трутся друг о друга и, наконец, происходит рассеяние энергии из-за трения кристаллов самих волокон. Этим объясняется, что на средних и высоких частотах коэффициент звукопоглощения волокнистых материалов находится в пределах 0,4…1,0. Коэффициент звукопоглощения α равен отношению не отразившейся (поглощенной внутри и прошедшей сквозь) от поверхности энергии колебания воздуха к полной энергии, воздействующей на поверхность. Коэффициенты звукопоглощения большинства строительных материалов см. в таблице.
На фиг.5 представлена конструкция стеновой шумопоглощающей панели, установленной на перекрытии, которая состоит: 31 - звукопоглощающая плита типа шуманет-ЭКО, толщиной 50 мм; 32 - лист гипсоволокнистый, толщиной 12,5 мм; 33 - лист гипсокартонный, толщиной 12,5 мм; 34 - профиль типа Вибронет ПН 100/40; 35 - прокладка типа Вибростек-М в 2 слоя; 36 - герметик типа Вибросил.
Звукопоглощающая плита типа шуманет-ЭКО или ШУМАНЕТ-БМ
3
2
3
Звукопоглощающая плита из минеральной ваты. Плиты ШУМАНЕТ-БМ применяются в качестве эффективного среднего слоя в конструкциях звукоизолирующих каркасных перегородок или облицовок из листов ГКЛ/ГВЛ, ДСП, фанеры, а также в системах акустических перфорированных экранов или подвесных потолков. Состав: гидрофобизированная плита из минеральной ваты на основе базальтовых пород. Размеры: длина плиты: 1000 мм; ширина плиты: 600 мм; толщина плиты: 50 мм. Физические характеристики: объемная плотность: 40 кг/м. Количество плит в упаковке: 4 шт. Количество в упаковке: 2,4 м. Объем упаковки: 0,12 м. Вес упаковки: 5,5 кг.
Вибростек-М - это упакованная в рулон лента из звукоизоляционного стеклохолста. Изоляция структурного шума обеспечиваются за счет упругих свойств пористо-волокнистой структуры материала. Это определяет стабильные физико-механические характеристики прокладки под статическими и динамическими нагрузками, а также сохранение заявленных акустических свойств в течение длительного срока эксплуатации. Он применяется в качестве прокладочного материала в строительных конструкциях при монтаже панельной системы, каркасных звукоизоляционных перегородок и облицовок, а также деревянных полов и перекрытий. Состав: многослойный звукоизолирующий стеклохолст LB300, на основе стекловолокна типа «С». Виброакустические характеристики: динамический модуль упругости Ед: 0.18 МПа при нагрузке 2 кПа, 0,35 МПа при нагрузке 5 кПа. Коэффициент относительного сжатия Ед: 0,25 при нагрузке 2 кПа, 0,35 при нагрузке 5 кПа.
Результаты акустических испытаний
Частота, Гц
100
125
160
200
250
320
400
500
630
Плиты ШУМАНЕТ-БМ без относа
0,14
0,26
0,40
0,56
0,67
0,82
1,00
1,00
1,00
Плиты ШУМАНЕТ-БМ с относом 50 мм от жесткой поверхности
0,45
0,54
0,69
0,76
0,92
0,96
0,99
1,00
1,00
Частота, Гц
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
5000
Плиты ШУМАНЕТ-БМ без относа
1,00
1,00
1,00
1,00
0,99
0,99
0,93
0,90
0,90
Плиты ШУМАНЕТ-БМ с относом 50 мм от жесткой поверхности
1,00
1,00
0,98
0,95
0,90
0,88
0,85
0,83
0,80
При монтаже звукопоглощающей конструкции несущих стен используют ленточную прокладку ВИБРОСТЕК-М, которую укладывают в два слоя в местах их опоры на пол (не показано), а также в местах соприкосновения панелей с боковыми стенами и потолком, а также используют герметик типа Вибросил, а в качестве виброизолирующих стеновых креплений используют амортизирующее устройство (не показано) типа ВИБРОФЛЕКС, а для монтажа к вертикальным ограждающим конструкциям используют стеновые крепления из микропористого полиуретанового эластомера типа ЕР (не показано).
При монтаже звукопоглощающей конструкции несущих стен ленточная прокладка ВИБРОСТЕК-М укладывается в два слоя в местах их опоры на пол, а также в местах соприкосновения панелей с боковыми стенами и потолком. При монтаже каркасных перегородок и облицовок материал ВИБРОСТЕК-М применяется между профилями каркаса (крепежными элементами) и несущими строительными конструкциями. Ленты материала ВИБРОСТЕК-М применяются также в местах примыкания обшивных листов перегородки (облицовки) к другим строительным конструкциям.
Герметик типа вибросил: однокомпонентный виброизолирующий силиконовый герметик ВИБРОСИЛ предназначен для герметизации стыков и соединений в специальных звукоизолирующих конструкциях. Герметик обеспечивает высокую виброизоляцию стыков между строительными конструкциями. Снижает распространение структурного шума по ним и, тем самым, повышает их собственную звукоизоляцию. Применяется для заполнения швов в конструкциях звукоизоляционных (плавающих) полов, панельной системы, каркасных звукоизолирующих перегородок и облицовок. Состав: герметик изготовлен на основе силиконовых смол и кремнийсодержащих модифицирующих добавок.
Виброизолирующие стеновые крепления ВИБРОФЛЕКС - это амортизирующее устройство для решения задач по снижению уровня шума и передачи вибраций в помещениях любого типа и назначения. Для монтажа к вертикальным ограждающим конструкциям разработаны стеновые варианты креплений типа ЕР. Состав: конструкция выполнена на основе уникального материала Sylomer - это микропористый полиуретановый эластомер, специально разработанный для решения задач звуко- и виброизоляции.
Кулисный штучный звукопоглотитель составной (фиг.6) состоит по крайней мере из двух частей жесткого каркаса, стягиваемого хомутами и подвешиваемого за крючья на направляющих (не показано) либо непосредственно крепящегося к потолку производственного здания. Внутри каркаса расположен звукопоглощающий материал, обернутый сетчатой капроновой тканью или стеклотканью. В некоторых случаях поверх стеклоткани 3 к каркасу может быть прикреплен просечно-вытяжной стальной лист (не показан). Каркас может быть выполнен по форме в виде прямоугольного параллелепипеда с размерами ребер d×h×b, отношение которых лежит в оптимальном интервале величин d:h:b=2:1:0,5, или куба (не показано) с размером ребра k×L, где min L=100 мм; k - коэффициент пропорциональности, лежащий в пределах от 1 до 10 с шагом 2. Внутри кулис могут быть выполнены полости, не заполненные звукопоглощающим материалом. При всех схемах подвеса должны соблюдаться оптимальные соотношения размеров: m - от точки подвеса каркаса на направляющей до потолка, с - расстояние между осями соседних каркасов, причем отношение этих размеров должно находиться в оптимальном интервале величин: m:с=1:1…0,5:1. Заполнение осуществляют звукопоглощающим негорючим материалом (например, винипором, стекловолокном) с защитным слоем из стеклоткани, предотвращающим выпадение звукопоглотителя.
Акустическая 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. 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.
Подвешивание подвесного акустического потолка осуществляют на подвесках 21, которые крепятся к потолку с помощью дюбель-винтов, а другим концом закреплены на каркасе 18 через штангу 19 и скобы 20.
Кулисный звукопоглотитель работает следующим образом.
Звуковые волны, распространяясь в производственном помещении, взаимодействуют с заполненными звукопоглотителем полостями. Звукопоглощение на низких и средних частотах происходит за счет акустического эффекта, построенного по принципу резонаторов Гельмгольца, образованных полостями. Различные объемы резонансных полостей 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 активными полостями, заполненными негорючим звукопоглотителем, приводит к шумоглушению в высокочастотном диапазоне, причем за счет наличия полостей увеличивается поверхность звукопоглощения и, как следствие, повышается коэффициент звукопоглощения.
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.