АКУСТИЧЕСКИ КОМФОРТНОЕ ПОМЕЩЕНИЕ С ШУМОЗАЩИТНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ
ACOUSTICALLY COMFORTABLE ROOM WITH NOISE PROTECTIVE EQUIPMENT

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 по патенту РФ №2366785, кл. F01N 1/04 [прототип], содержащая каркас на перекрытии здания и стены со звукопоглощающей облицовкой.
Недостатком технического решения, принятого в качестве прототипа, является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет сравнительно невысокого коэффициента вибродемпфирования межэтажного перекрытия.
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 штучный звукопоглотитель выполнен в виде, по крайней мере, трехгранной пирамидальной конструкции, состоящей из наклонных граней, соединенных с образованием вершины крепежными элементами, а в качестве основания трехгранной пирамиды используется каркас помещения, к которому через вибродемпфирующие элементы посредством крепежных элементов и упругих стяжек присоединяются перфорированные наклонные грани, при этом упругие стяжки расположены внутри каркаса в плоскости, перпендикулярной судовой переборке, причем один конец стяжек крепится к крюкам, закрепленным на каркасе, а другой - к крепежным элементам, стягивающим наклонные грани, с внутренней стороны к которым прикреплен звукопоглощающий негорючий материал, обернутый акустически прозрачным материалом, при этом внутри каркаса между слоями звукопоглощающего материала имеется воздушная полость.
На фиг. 1 изображен общий вид производственного помещения с шумозащитным оборудованием, на фиг. 2 - разрез междуэтажного перекрытия здания, на фиг. 3 - общий вид акустического кожуха, на фиг. 4 - сечение А-А фиг. 3; на фиг. 5, 6, 7 - варианты выполнения кожуха, на фиг. 8, 9 - звукопоглощающая конструкция облицовки стен помещения.
Акустически комфортное помещение с шумозащитным оборудованием (фиг. 1) содержит каркас цеха (на чертеже не показан), оконные 9 и дверные 10 проемы и несущие стены 1, 2, 3, 4 с ограждениями 5, 6 (пол и потолок), которые облицованы звукопоглощающими конструкциями, а также штучные звукопоглотители 7 и 8, содержащие каркас, в котором расположен звукопоглощающий материал, и установленные над шумным оборудованием, которое, в свою очередь, защищено акустическим кожухом (фиг. 3-7). 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 (на чертеже не показано), например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден». 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).
Штучный звукопоглотитель (фиг. 2) состоит из жесткого каркаса, выполненного в виде, по крайней мере, трехгранной пирамидальной конструкции, состоящей из трех перфорированных наклонных граней 12, соединенных с образованием вершины крепежными элементами 17. В качестве основания трехгранной пирамиды используется потолочный каркас 11 помещения, к которому через вибродемпфирующие элементы 15 посредством крепежных элементов 14 и упругих стяжек 16 присоединяются перфорированные наклонные грани 12. При этом упругие стяжки 16 расположены внутри каркаса в плоскости, перпендикулярной судовой переборке 11. Один конец стяжек крепится к крюкам, закрепленным на каркасе 11 помещения, а другой - к крепежным элементам 7.
С внутренней стороны каркаса к перфорированным наклонным граням 12 прикреплен звукопоглощающий негорючий материал 13 (например, винипор, стекловолокно), обернутый акустически прозрачным материалом, например стеклотканью. Внутри каркаса между слоями звукопоглощающего материала 13 имеется воздушная полость 18.
Акустический кожух (фиг. 3-7) содержит жесткие стенки 20, по форме облегающие защищаемое оборудование 30, и связанные с ними перфорированные стенки 25, между которыми расположен звукопоглощающий материал 19, причем жесткие стенки 20 образуют профиль, конгруэнтный оборудованию 30, снабженный глушителями шума 23 и 24 для вывода технологических узлов и отвода тепла, которые могут содержать звукопоглотители (фиг. 4). Жесткие стенки 20 и 19 образуют профиль съемного (фиг. 5), раздвижного посредством двух раздвигающихся в разные стороны частей 27 и 28 (фиг. 6) или капотного посредством откидывающейся на петлях части 29 (фиг. 7) типов, каждый из которых установлен на основании посредством виброизолирующих прокладок 22, например ковриков типа КВ-1 или КВ-2. Оборудование 30 установлено на виброизоляторах 21. В качестве звукопоглощающего материала используется металлокерамика со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30…45%. В качестве звукопоглощающего материала может быть использован элемент в виде послойной и перекрестной намотки из пористых нитей, намотанных на акустически прозрачный каркас, например проволочный каркас (на чертеже не показан) или элемент из жесткого пористого шумопоглощающего материала, например металлопоролона или камня-ракушечника.
В качестве звукопоглощающего материала 25 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 материал 25 может быть выполнен в виде 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.
Акустически комфортное помещение с шумозащитным оборудованием работает следующим образом.
Звуковая энергия от оборудования, 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. 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. Звуковые волны, распространяясь в производственном помещении, взаимодействуют с заполненными звукопоглотителем полостями.
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.
Штучный звукопоглотитель работает следующим образом.
Звуковые волны, распространяясь, взаимодействуют с звукопоглощающим материалом 13. Звукопоглощение на низких и средних частотах происходит за счет акустического эффекта, построенного по принципу резонаторов Гельмгольца, образованных воздушными полостями 18. 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 звукопоглотителем приводит к шумоглушению в высокочастотном диапазоне, а выполнение звукопоглотителя из негорючих материалов делает конструкцию пожаробезопасной.
Акустический кожух, установленный на оборудовании, работает следующим образом.
Звуковая энергия от оборудования 30, пройдя через перфорированную стенку 25, попадает на слои звукопоглощающего слоя 29 (который может быть как мягким, например из базальтового или стеклянного волокна, так и жестким, например типа "акмигран" и т.п.). 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 25 принимается равным или более 0,25. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрена стеклоткань, например, типа ЭЗ-100, расположенная между звукопоглотителем 29 и перфорированной стенкой 25.
3
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, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден». В качестве звукопоглощающего материала 8 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 (на чертеже не показано).
Звукопоглощающий элемент (фиг. 8) звукопоглощающей конструкции облицовки стен помещения содержит гладкую 31 и перфорированную 32 поверхности, между которыми размещена многослойная звукопоглощающая конструкция, выполненная сложной формы, и представляет собой чередование сплошных участков 33 и пустотелых участков 34. Сплошные участки 33, в свою очередь, образованы гладкими призматическими поверхностями 35, расположенными перпендикулярно гладкой 31 и перфорированной 32 поверхностям и закрепленными к гладкой 31 поверхности, а также двумя связанными с ними и наклонными относительно гладких призматических поверхностей 35 поверхностями 36 сложной формы, имеющими с одной стороны гладкую поверхность, а с другой стороны - зубчатую или волнистую, или образованную сферическими участками форму (на чертеже не показано) поверхность, причем вершины зубьев или выступов обращены внутрь этих поверхностей, а сами поверхности закреплены на перфорированной 32 поверхности. К гладкой 31 поверхности прикреплены рельефные звукопоглощающие элементы 37, например, в виде тетраэдров.
3
В качестве звукопоглощающего материала применен материал 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, например пеноалюминий.
В качестве звукопоглощающего материала второго, более мягкого, слоя применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая ваты типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена.
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».
Возможен вариант, когда пустотелые участки 34 заполнены звукопоглощающим материалом, например строительно-монтажной пеной.
Звукопоглощающий элемент работает следующим образом.
Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 32 и третий слой 38 звукопоглощающего элемента, выполненного из вспененного звукопоглощающего материала, падает на прерывистый звукопоглощающий слой 34, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 33, где происходит первичное рассеивание звуковой энергии. Затем звуковая энергия попадает на сплошной профилированный слой 33 из звукопоглощающего материала, образованного сферическими поверхностями, образующими цельный куполообразный профиль, и фокусирующий отраженный звук на мягкий звукопоглотитель 34.
На фиг. 9 изображена схема варианта звукопоглощающего элемента.
Звукопоглощающий элемент содержит гладкую 38 и перфорированную 39 поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, представляющей собой чередование сплошных участков 40 и пустотелых участков 41 и 42, причем пустотелые участки 42 образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру 43, или волнистую, или поверхность со сферическими поверхностями (на чертеже не показано). При этом вершины зубьев зубчатой структуры 6 обращены внутрь призматических поверхностей 42, а ребра призматических поверхностей закреплены соответственно на гладкой 38 и перфорированной 39 стенках. Полости пустотелых участков 42 заполнены строительно-монтажной пеной 44.
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 работает следующим образом.
Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 37 и пустотелые участки 41 и 42 звукопоглощающего элемента, падает на прерывистый звукопоглощающий слой 40, где происходит первичное рассеивание звуковой энергии, т.е. переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца".