 |
|
А — вентилятора; б — мотоциклетного двигателя; в — газотурбинной энергетической установки; 1, 2 — шум выпуска и впуска; 3 — корпусной шум; 4 — шум при прокрутке двигателя
1) область частот механического шума (I), кратных об/с;
2) область шума от неоднородности потока (II с f1, f2, f и т. д.);
3) область вихревого шума (III).
Уровень звуковой мощности вентиляторного шума (дБ) зависит от полного давления Н (кгс/м2) и производительности вентилятора Q (м3/с), а также от критерия шумности т, характеризующего шумность данного типа вентиляторов (т = 35-7-50 дБ):
LP = τ + 25 lgH+10lgQ.
В двигателях внутреннего сгорания основными источниками шума являются шум систем выпуска и впуска, а также шум, излучаемый корпусом двигателя.
Выхлоп двигателей создает наибольший шум, интенсивность которого и спектр зависят от числа выхлопов в секунду, продолжительность выхлопа, от конструкции системы выхлопа и от мощности двигателя. Шум впуска и корпусный шум по своей интенсивности ниже шума выхлопа (рис. 44, б).
В спектрах шума двигателей присутствует значительное количество дискретных составляющих, кратных частоте f, равной числу выхлопов в секунду. Например, для двухтактного двигателя fi = in\60, для четырехтактного fi = in(2*60) (i - число цилиндров; п — скорость вращения коленчатого вала, об/мин).
Интенсивными аэродинамическими шумами характеризуются компрессоры, воздуходувки, пневматические двигатели и другие подобные машины.
Источниками шума компрессорных установок являются выходящие в атмосферу всасывающие и выхлопные (для сброса воздуха) воздуховоды, корпуса компрессоров, стенки воздуховодов, проходящих по помещениям.
В зависимости от конструкции компрессора спектр его шума имеет различный характер. Так, шум поршневых компрессоров носит низкочастотный характер, обусловленный числом сжатия в секунду. Шум турбокомпрессоров, наоборот, высокочастотен, что связано с природой образующегося шума (вихревой шум и шум от неоднородности потока).
В настоящее время большое распространение получили газотурбинные энергетические установки (ГТУ). По своей природе шум в ГТУ делится на шумы аэродинамического (газодинамического) и механического происхождения, причем наибольшее значение имеют аэродинамический шум, излучаемый всасывающим трактом ГТУ. Основным источником этого шума является компрессор, при работе которого уровни суммарного шума достигают 135—145 дБ. В спектре шума всасывания (рис. 44, в) преобладают высокочастотные дискретные составляющие. Основная частота первой из них определяется по формуле (16).
Аэродинамический шум в источнике ГТУ может быть снижен: увеличением зазора между лопаточными решетками; подбором оптимального соотношения чисел направляющих и рабочих лопаток; облагораживанием проточной части компрессоров и турбин и т. п.
Шум механического происхождения (вибрации системы роторов, подшипников, элементов редукторов и т. д.), являющийся превалирующим в машинном отделении, может быть ослаблен за счет проведения мероприятий^ рассмотренных выше для механических шумов.
При вращательном движении тел, например винтов самолета, возникает так называемый шум вращения. Он образуется вследствие того, что тело периодически порождает пульсации давления в каждой точке среды, воспринимаемые как шум.
Основную частоту шума вращения винта, имеющего z лопастей, nppi скорости вращения п (об/мин) определяют по формуле (16). Частоты остальных гармоник кратны этой основной частоте, т. е. f2 = 22; f3 = 3f1 и т. д.
Звуковая мощность шума вращения также зависит от окружной скорости.
В различных турбомашинах (вентиляторах, компрессорах и т. д.) шум вращения значительно ниже по интенсивности, чем вихревой шум и шум от неоднородности, и поэтому может не учитываться.
Одним из самых мощных источников шума является свободная струя (см. рис. 43, в). Шум струи создается в результате турбулентного перемешивания частиц воздуха или газа, имеющих большую скорость истечения, с частицами окружающего воздуха, скорость которых меньше. Эти шумы являются преобладающими при работе реактивных двигателей, при выбросе сжатого воздуха или пара в атмосферу.
Звуковая мощность струи (Вт) зависит главным образом от скорости истечения vc, а также от диаметра отверстия (сопла) Dc и плотности воздуха или газов р:
где к — коэффициент подобия.
Снижение шума струи в источнике представляет большую сложность. Уменьшением градиента скорости в струе, что сделано, в частности, в двухконтурных авиационных двигателях, достигается снижение шума на 5 дБ.
Установка на срезе сопла различных насадок, действие которых основано на трансформации спектра шума (перевод спектра в высокочастотную область и даже в ультразвук), снижает шум на 8—12 дБ. Нужно отметить, что такие насадки могут ухудшать рабочие характеристики струи из-за высокого сопротивления.
В потоках, движущихся со сверхзвуковой скоростью, возникают аэродинамические шумы, обусловленные появлением скачков уплотнения (ударных волн). При движении тела со сверхзвуковой скоростью возникает явление звукового удара или хлопка, например, при полете сверхзвуковых самолетов. При истечении газа в атмосферу со сверхзвуковой скоростью происходят колебания скачков с возникновением резкого дискретного шума.
В большинстве случаев меры по ослаблению аэродинамических шумов в источнике оказываются недостаточными, поэтому дополнительное, а часто и основное снижение шума достигается путем звукоизоляции источника и установки глушителей.
В насосах источником шума является кавитация жидкости, возникающая у поверхности лопастей при высоких окружных скоростях и недостаточном давлении на всасывании.
Меры борьбы с кавитационным шумом — это улучшение гидродинамических характеристик насосов и выбор оптимальных режимов их работы.
Электромагнитные шумы. Шумы электромагнитного происхождения возникают в электрических машинах и оборудовании. Причиной этих шумов является главным образом взаимодействие ферромагнитных масс под влиянием переменных во времени и пространстве магнитных полей, а также пондеромоторные силы, вызываемые взаимодействием магнитных полей, создаваемых токами.
Снижение электромагнитного шума осуществляется путем конструктивных изменений в электрических машинах, например, путем изготовления скошенных пазов якоря ротора. В трансформаторах необходимо применять более плотную прессовку пакетов, использовать демпфирующие материалы.
При работе электрических машин возникает также аэродинамический шум (в результате вращения ротора в газовой среде и движения воздушных потоков внутри машины) и механический шум, обусловленный вибрацией машины из-за неуравновешенности ротора, а также от подшипников и щеточного контакта. Хорошая притирка щеток может уменьшить шум на 8—10 дБ.
Изменение направленности излучения шума. В ряде случаев величина показателя направленности (ПН) достигает 10—15 дБ, что необходимо учитывать при проектировании установок с направленным излучением, соответствующим образом ориентируя эти установки по отношению к рабочим местам. Например, выхлоп сжатого воздуха, отверстие воздухозаборной шахты вентиляционной или компрессорной установки должны располагаться так, чтобы максимум излучаемого шума был направлен в противоположную сторону от рабочего места или от жилого дома.
Рациональная планировка предприятий и цехов, акустическая обработка помещений.
Как видно из выражения (12), шум на рабочем месте может быть уменьшен увеличением площади S, что может быть достигнуто увеличением расстояния от источника шума до расчетной точки.
При планировке предприятия наиболее шумные цехи должны быть сконцентрированы в одном-двух местах. Надлежащее расстояние между шумными цехами и тихими помещениями (заводоуправление, конструкторские бюро и т. п.) должно обеспечивать необходимое снижение шума.
Если предприятие расположено в черте города, то эти шумные цеха должны быть расположены в глубине предприятия, по возможности дальше от жилых домов.
Внутри самого здания тихие помещения необходимо располагать вдали от шумных так, чтобы их разделяло несколько других помещений или ограждение с хорошей звукоизоляцией.
Ранее было показано, что интенсивность шума в помещениях зависит не только от прямого, но и от отраженного звука. Поэтому если нет возможности уменьшить прямой звук, то для снижения шума нужно снизить энергию отраженных волн. Этого можно достичь, увеличив эквивалентную площадь поглощения А помещения, путем размещения на его внутренних поверхностях звукопоглощающих облицовок, а также установки в помещении штучных звукопоглощателей. Это мероприятие называется акустической обработкой помещения.
Свойствами поглощения звука обладают все строительные материалы. Однако звукопоглощающими материалами и конструкциями принято называть лишь те, у которых коэффициент звукопоглощения а на средних частотах больше 0,2. У таких материалов, как кирпич, бетон, величина а мала (0,01—0,05).
Процесс поглощения звука происходит за счет перехода энергии колеблющихся частиц воздуха в теплоту вследствие потерь на трение в порах материала. Поэтому для эффективного звукопоглощения материал должен обладать пористой структурой, причем поры должны быть открыты со стороны падения звука и соединяться между собой (незамкнутые поры), чтобы не препятствовать проникновению звуковой волны в толщу материала.
Наиболее часто в качестве звукопоглощающей облицовки применяют конструкции в виде слоя однородного пористого материала определенной толщины, укрепленного непосредственно па поверхности ограждения, либо с отнесением от него на некоторое расстояние (рис. 45, а).
В настоящее время применяют такие звукопоглощающие материалы, как ультратонкое стекловолокно, капроновое волокно, минеральную вату, древесноволокнистые, минераловатные плиты на различных связках с окрашенной и профилированной поверхностью, пенополиуретановый поропласт (поролон), пористый поливинил-хлорид, различные пористые жесткие плиты на цементном вяжущем й другие материалы.
Звукопоглощающие свойства данного пористого материала зависят от толщины слоя, частоты звука, наличия воздушного промежутка между слоем и отражающей стенкой, на которой он установлен.
Практически толщина облицовок составляет 20—200 мм, при этом максимальное поглощение обеспечивается на средних и высоких частотах (а = 0,6-0,9). Для увеличения поглощения на низких частотах и для экономии материала между слоем и ограждением делают воздушный промежуток.
Выбор конструкции звукопоглощающей облицовки зависит от частотных характеристик шума в помещении и звукопоглощающих свойств конструкции, при этом максимуму в спектре шума должен соответствовать максимум коэффициента звукопоглощения на этих же частотах.
Рис. 45. Акустическая обработка помещений:
А — звукопоглощающие облицовки; б — штучные звукопоглотители; 1 — защитный перфорированный слой; 2 — защитная стеклоткань; 3 — звукопоглощающий материал; 4 — стена или потолок; 5 — воздушный промежуток; 6 — плита из звукопоглощающего материала
Величину снижения шума в помещении (в зоне отраженного звука) путем применения звукопоглощающей облицовки определяют в децибелах по формуле
где A1 — эквивалентная площадь поглощения помещения до установки облицовки, величина которой может быть рассчитана по результатам измерений времени реверберации или приближенно определена как А1 = анеоблSпов принимая коэффициент звукопоглощения внутренних поверхностей помещения Sn0B равным аНеобл = 0,1; А2 — эквивалентная площадь поглощения после установки облицовки. Величина эквивалентной площади поглощения
А2 = Аг + ΔА,
где ΔА — добавочное поглощение, вносимое облицовкой. Тогда величина снижения шума (дБ) составит
, (17)
На рабочих местах производственных помещений, куда вместе с отраженным звуком приходит и прямой звук от различных источников, величина снижения шума за счет акустической обработки помещения оказывается существенно меньше рассчитанной по формуле (17).
На эффективность звукопоглощающих облицовок влияет не только величина ΔA, но и высота расположения их над источниками шума, а также конфигурация помещения. Облицовки, более эффективны при относительно небольшой высот помещения (до 4—6 м). Это объясняется тем, что в низких помещениях большой площади потолок и иол являются основными отражающими поверхностями, а применение облицовок, как отмечалось выше, основано на уменьшении отраженного звука. В таких помещениях закрыть пол поглощающим материалом обычно не представляется возможным, поэтому облицовываются только потолки; стены здесь почти не играют роли в отражении звука и поэтому их не облицовывают.
Наоборот, в высоких и вытянутых помещениях, где высота больше ширины, облицовка стен даст больший эффект.
В помещениях кубической формы облицовываются как стены, так и потолок.
Установка звукопоглощающих облицовок снижает шум по суммарному уровню на 6—8 дБ в зоне отраженного звука (вдали от источника) и на 2—3 дБ вблизи источника шума. Несмотря на такое относительно небольшое снижение, применение облицовок целесообразно по следующим причинам: во-первых, спектр шума в помещении меняется за счет большой эффективности (8—10 дБ) облицовок на высоких частотах. Он делается более глухим и менее раздражающим; во-вторых, становится более заметным шум своего оборудования, например, станка, а следовательно, появляется возможность слухового контроля его работы, становится легче разговаривать, улучшается разборчивость речи.
Если стены помещения, перекрытие выполнены светопрозрачными или площадь свободных поверхностей недостаточна для установки плоской звукопоглощающей облицовки, для уменьшения шума применяют штучные (объемные) поглотители различных конструкций (рис. 45, б), представляющие собой объемные тела, заполненные звукопоглощающим материалом, и подвешиваемые к потолку равномерно по помещению на определенной высоте.
Снижение шума за счет установки штучных поглотителей определяют по формуле (17), принимая величину
где Ашт — эквивалентная площадь поглощения штучного поглотителя, п — число поглотителей.
Необходимо отметить, что современная тенденция применения в промышленных зданиях больших остекленных поверхностей, перегородок из стеклоблоков, различных декоративных пластмассовых покрытий и т. и. мероприятий, улучшая эстетический облик предприятия, приводит к ухудшению шумовых условий, поскольку звукопоглощающие свойства таких конструкций очень малы. Поэтому проведение акустической обработки подобных помещений часто является необходимым мероприятием.
Уменьшение шума на пути его распространения. Этот метод применяется, когда рассмотренными выше методами невозможно или нецелесообразно достичь требуемого снижения шума.
Звукоизолирующие ограждения. Шум из помещения с источником шума (I) проникает через звукоизолирующие ограждения в тихое помещение (II) тремя путями (рис. 46):
Рис. 46. Пути проникновения шума: