АКУСТИЧЕСКАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
ACOUSTIC CONSTRUCTION FOR INDUSTRIAL FACILITIES

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 патент РФ №2366785, кл. F01N 1/04, 1970 г. [прототип], содержащий каркас цеха, оконные проемы и акустические ограждения.
Недостатком технического решения, принятого в качестве прототипа, является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет сравнительно невысокого коэффициента звукопоглощения.
Технический результат - повышение эффективности шумоглушения за счет повышения коэффициента звукопоглощения путем увеличения поверхностей звукопоглощения при сохранении габаритных размеров помещения.
Это достигается тем, что в акустической конструкции для производственных помещений, содержащей каркас цеха, оконные и дверные проемы, стены с акустическими ограждениями, потолок с акустической отделкой, пол, покрытый вибродемпфирующим материалом, штучные звукопоглотители, содержащие каркас, в котором расположен звукопоглощающий материал, и установленные над шумным оборудованием, которое установлено на виброизолирующие опоры, а оконные проемы содержат вакуумные звукоизолирующие стеклопакеты, при этом акустическое ограждение каждой из стен содержит гладкую и перфорированную поверхности, между которыми размещена многослойная звукопоглощающая конструкция сложной формы, представляющая собой чередование сплошных участков и пустотелых участков, при этом сплошные участки в свою очередь образованы гладкими призматическими поверхностями, расположенными перпендикулярно гладкой и перфорированной поверхностям и закрепленными к гладкой поверхности, а также двумя связанными с ними и наклонными относительно гладких призматических поверхностей поверхностями сложной формы, имеющими с одной стороны гладкую поверхность, а с другой стороны звукопоглощающая конструкция имеет зубчатую или волнистую, или образованную сферическими участками форму поверхности, причем вершины зубьев или выступов обращены внутрь этих поверхностей, а сами поверхности закреплены на перфорированной поверхности, а к гладкой поверхности прикреплены рельефные звукопоглощающие элементы, например, в виде тетраэдров.
На фиг. 1 изображен общий вид акустической конструкции производственных помещений, на фиг. 2 - общий вид акустического ограждения стен, на фиг. 3 - схема штучного звукопоглотителя.
Акустическая конструкция для производственных помещений (фиг. 1) содержит каркас цеха (не показан), оконные 9 и дверные 10 проемы, стены 1, 2, 3, 4 с акустическими ограждениями (фиг. 2), потолок 5 с акустической отделкой, пол 6, покрытый вибродемпфирующим материалом, штучные звукопоглотители 7 и 8, содержащие каркас, в котором расположен звукопоглощающий материал, и установленные над шумным оборудованием 11. Оборудование 11 установлено на виброизолирующие опоры (не показано), оконные проемы 9 содержат вакуумные звукоизолирующие стеклопакеты.
Акустическое ограждение каждой из стен 1, 2, 3, 4 содержит гладкую 12 и перфорированную 13 поверхности, между которыми размещена многослойная звукопоглощающая конструкция. Звукопоглощающая конструкция выполнена сложной формы и представляет собой чередование сплошных участков 14 и пустотелых участков 15. Сплошные участки 14, в свою очередь образованы гладкими призматическими поверхностями 16, расположенными перпендикулярно гладкой 12 и перфорированной 13 поверхностям и закрепленными к гладкой 12 поверхности, а также двумя связанными с ними и наклонными относительно гладких призматических поверхностей 16 поверхностями 17 сложной формы, имеющими с одной стороны гладкую поверхность, а с другой стороны зубчатую или волнистую, или образованную сферическими участками форму (не показано) поверхность, причем вершины зубьев или выступов обращены внутрь этих поверхностей, а сами поверхности закреплены на перфорированной 13 поверхности. К гладкой 12 поверхности прикреплены рельефные звукопоглощающие элементы 18, 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 вата типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененный полимер, например полиэтилен или полипропилен.
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 15 заполнены звукопоглощающим материалом, например строительно-монтажной пеной.
Звукопоглощающая конструкция работает следующим образом.
Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 13 и третий слой 15 звукопоглощающего элемента, выполненного из вспененного звукопоглощающего материала, падает на прерывистый звукопоглощающий слой 14, где происходит первичное рассеивание звуковой энергии. Затем звуковая энергия попадает на сплошной профилированный слой 18 из звукопоглощающего материала, где осуществляется переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии), т.е. в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов Гельмгольца, имеют место потери энергии за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора, о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети микропор звукопоглотителя. Коэффициент перфорации перфорированной поверхности 2 принимается равным или более 0,25.
Штучный звукопоглотитель 7 выполнен в виде комбинированного звукопоглотителя (фиг. 3), который содержит жесткий каркас, который выполнен из двух частей, при этом нижняя 19 реактивная часть выполнена в виде жесткой полой конструкции цилиндрической формы с полостью 20, а верхняя 28 активная часть выполнена в виде жесткой перфорированной цилиндрической обечайки 27 с перфорированной крышкой и сплошным основанием, причем полость цилиндрической обечайки заполнена звукопоглощающим материалом. Соединение верхней 28 и нижней 19 частей выполнено посредством упругодемпфирующего элемента 26, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания, при этом к перфорированной крышке перфорированной цилиндрической обечайки 28 шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, например потолку производственного помещения. Полость 20 реактивной части каркаса соединена с отверстиями 23, 24, 25 разного диаметра, выполняющими функции горловин резонатора Гельмгольца. Отверстия 23, 24, 25 расположены в крышке 22, основании 21 и на боковой поверхности полого цилиндра. Внутренние стенки нижней 19 реактивной части полого каркаса цилиндрической формы выполнены жесткими, а внешние - перфорированными, а пространство между ними заполнено звукопоглотителем 30.
Вокруг перфорированной цилиндрической обечайки 27 расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент 29, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей обечайку 27.
Винтовой звукопоглощающий элемент 29 выполнен в виде полого винтового звукопоглощающего элемента, образованного внешней и внутренней винтовыми поверхностями, образующими полость (не показано), при этом пространство, образованное внешней и внутренней винтовыми поверхностями, заполнено звукопоглощающим материалом (не показано) с плотностью, меньшей, чем у винтового звукопоглощающего элемента 29.
Возможен вариант, когда к нижней поверхности 31 основания 21 реактивной части, выполненной в виде жесткой конструкции цилиндрической формы с полостью 20 и отверстием 24, выполняющим функции горловины резонатора Гельмгольца, прикреплены, по крайней мере, три дополнительных звукопоглощающих элемента 32 полусферической формы, расположенных равномерно вокруг оси отверстия 24 в основании 21, которое выполнено во втулке, жестко закрепленной на нижней поверхности 31 основания 21 реактивной части звукопоглотителя.
Комбинированный звукопоглотитель работает следующим образом.
Звуковые волны, распространяясь, взаимодействуют со звукопоглощающим материалом 30, расположенным в нижней 19 части каркаса, а также в перфорированной цилиндрической обечайке 27 и винтовом звукопоглощающим элементе 29 верхней 28 части, подавляющим шумы на низких, средних и высоких частотах соответственно.
Соединение верхней 28 и нижней 19 частей каркаса посредством упругодемпфирующего элемента 26 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 резонаторов Гельмгольца, образованных воздушными полостями перфорированного каркаса. В нижней 19 реактивной части каркаса цилиндрическая часть выполнена полой в виде резонансного глушителя Гельмгольца с горловинами резонатора 23, 24, 25 разного диаметра для гашения шума в заданной полосе частот, при этом 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, при этом дополнительные звукопоглощающие элементы 32 полусферической формы увеличивают звукопоглощение.
Взаимодействие звуковых волн с винтовым звукопоглощающим элементом 29 приводит к шумоглушению в высокочастотном диапазоне, а выполнение звукопоглотителя из негорючих материалов делает конструкцию пожаробезопасной.
Акустическая конструкция для производственных помещений работает следующим образом.
Звуковая энергия от оборудования 11, находящегося в помещении, пройдя через перфорированную стенку 12 ограждений 1, 2, 3, 4, 5, 6, попадает на слои звукопоглощающего материала 17 (который может быть как мягким, например из базальтового или стеклянного волокна, так и жестким, например камня-ракушечника). 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.
Предложенная акустическая конструкция является эффективным способом борьбы с производственными шумами.
Возможен вариант, когда винтовой звукопоглощающий элемент 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 с плотностью, меньшей, чем у винтового звукопоглощающего элемента.
Возможен вариант, когда к нижней поверхности основания реактивной части, выполненной в виде жесткой конструкции цилиндрической формы с полостью и отверстием, выполняющим функции горловины резонатора Гельмгольца, прикреплены, по крайней мере, три дополнительных звукопоглощающих элемента полусферической формы, расположенных равномерно вокруг оси отверстия в основании, которое выполнено во втулке, жестко закрепленной на нижней поверхности основания реактивной части звукопоглотителя.