ШУМОПОГЛОЩАЮЩАЯ СИСТЕМА Российский патент 1999 года по МПК G10K11/00 F01N1/00 E01F8/00 

Изобретение относится к инженерным сооружениям снижения уровня шума от вентиляторов мощной тоннельной вентиляции для защиты пассажиров метрополитена и населения близлежащих зданий от вредного действия звуковых колебаний, интенсивность которых иногда превышает допустимый уровень.

Активное подавление шума в камере вентиляционной шахты метрополитена невозможно из-за значительной мощности звуковых колебаний, создаваемых двумя вентиляторами, производительность каждого из которых до 250 тысяч м³/ч.

Известен глушитель шума В.А. Терка (авт.св. СССР N 1048137, кл. G 10 K 11/00, 1983), содержащий пакет пластин из звукопоглощающего материала-стеклоткани и перфорированного покрытия, образующих между собой каналы для прохода воздуха, причем каждая пластина снабжена разделительными решетками с конгруэнтными ячейками, установленными попарно между покрытием и звукопоглощающим материалом, а стеклоткань натянута между решетками каждой пары. Кроме того, при одинаковости размеров ячеек их решетки выполнены разными по высоте или же сами ячейки имеют разные размеры.

Известный глушитель шума не может быть использован в каналах с мощным потоком воздуха, создаваемого тоннельной вентиляцией метрополитена, давление которого не только в состоянии в клочья разорвать оболочку из стеклоткани резонансных камер, но и разрушить конструкцию самого глушителя.

Наиболее близкой по технической сущности изобретению является шумопоглощающая система для реактивных самолетов (патент США N 3604530, кл. 181 - 33, опубл. 1971), принятая в качестве прототипа и выполненная в виде раскрывающихся камер для размещения реактивных двигателей, укрепленных на крыше самолета. Бетонные стенки и пол камер покрыты звукопоглощающим материалом. Для гашения шума струи работающих двигателей предусмотрены вертикальные панели, собранные из модулей, имеющих форму параллелепипедов и скрепленных друг с другом так, что их торцевые части, не имеющие стенок, образуют каналы для прохода засасываемого воздуха и газов реактивной струи через панель. Внутри каждого модуля укреплены элементы, наполненные звукопоглощающим материалом - стеклянным волокном. Элементы, прилегающие к вертикальным стенкам модулей, имеют снаружи профильную перфорированную оболочку, выпуклость которой направлена к продольной оси параллелепипеда, вдоль которой размещен центральный элемент с двояковыпуклой перфорированной оболочкой. Таким образом, в каждом модуле образованы два канала, которые в сечении горизонтальной плоскостью имеют форму пневматического механизма "конфузор-диффузор".

Однако при воздействии мощных звуковых колебаний через отверстия в оболочке элементов стеклянные волокна измельчаются и их измельченные частицы выдуваются из элементов наружу, что не только загрязняет среду, но и сокращается срок службы самих элементов, которые без поглощающего материала сами становятся источником пронзительного свиста. Воздух, содержащий пылевидные частицы стекла, не может быть направлен внутрь метрополитена. По различным физическим причинам, например вследствие интерференции звуковых колебаний, отраженных плоскими элементами конструкции камеры, могут резко усиливаться некоторые звуковые колебания, амплитуда которых превысит возможности шумопоглощения модулей известной системы, принятой в качестве прототипа и не имеющей механизма подавления "подчеркнутых" частот. Кроме того, в прототипе нерационально использована поверхность отверстий в модулях, так как верхние и нижние горизонтальные стенки отверстий не имеют шумопоглощающих качеств.

Целью изобретения является повышение эффективности шумопоглощения при работе мощных вентиляционных установок метрополитена.

Цель достигается тем, что в предлагаемой системе шумопоглощающая набивка элементов выполнена из двух слоев разнородных материалов: стеклянного волокна и супертонкого базальтового волокна. Элементы закреплены на каждой продольной стенке прямоугольного модуля так, что их выпуклые поверхности перфорированных оболочек образуют в горизонтальной и вертикальной плоскостях сечения форму симметричного механизма "конфузор-диффузор". В полостях элементов размещены отверстиями наружу стеклянные и/или керамические резонаторы Гельмгольца для поглощения звуковых колебаний, амплитуды которых превышают шумопоглощающие возможности базальтово-стекловолоконной начинки элементов.

Из патентно-технической литературы известны многослойные начинки шумогасящих элементов (патент Швейцарии N 672932, кл. E 01 F 8/00, опубл. 1991), внутри которых в оболочке из стекловолокна заключен изолирующий материал с объемной массой около 100 кг/м³, а более легкий изолирующий материал с объемной массой около 32 кг/м³ размещен у задней стенки шумопоглощающего элемента. Из элементов собирают плоские панели и используют для облицовки внутренних стен и потолков помещений, в которых слабая циркуляция воздуха и амплитуды звуковых колебаний не в состоянии разрушить оболочку из стекловолокна.

Известно также использование резонаторов Гельмгольца для гашения звуковых колебаний (заявка Великобритании N 2264316, кл. E 01 F 8/00, опубл. 1993). Резонаторы формируют в бетонной стенке еще в момент изготовления последней или же заранее изготовляют из керамики, пластмассы и других удобных материалов. Резонаторы Гельмгольца вводят в панели в виде закладных элементов. Ясно, что как-то откорректировать звукопоглощающие характеристики панелей с отформованными внутри бетонной плиты резонаторами невозможно без разрушения панели, как и воздействовать на зацементированные закладные элементы с целью изменения их резонансных свойств. Для устранения этого недостатка авторы английской заявки предлагают заполнять полости резонаторов Гельмгольца волокнистым материалом.

Таким образом предлагаемая система по ее отличительным признакам превышает изобретательский уровень и может быть признана изобретением.

Опытный образец системы установлен в метрополитене на станции Арбатская (Москва) и позволил добиться при работе мощной тоннельной вентиляции эффективности шумопоглощения на 10 - 15 дБ, а уровень шумов снизить за предел санитарной нормы.

На фиг. 1 изображена вентиляционная шахта метрополитена; на фиг. 2 - общий вид панели; на фиг. 3 - отдельный модуль панели; на фиг. 4 - шумопоглощающие элементы, предназначенные для монтажа внутри модуля; на фиг. 5 - сечение модуля с установленными внутри элементами горизонтальной или вертикальной плоскостью через центральную ось А; на фиг. 6 - 8 - поперечное сечение модуля, изображенного на фиг. 3 и 5 плоскостями Б, В и Г; на фиг. 7 - резонатор Гельмгольца, введенный внутрь элемента между его шумопоглощающими материалами.

Шумопоглощающая система для гашения звукового давления от работающих вентиляторов 1 и 2 в вентиляционной шахте, выведенной через ствол 3 на поверхность Земли, содержит панель 4, установленную поперек вентиляционной камеры 5 шахты, сообщенной с тоннелем 6 метрополитена. Панель 4 собрана из пятидесяти модулей 7, имеющих форму параллелепипеда и выполненных из дюралевого листа. Торцевые части модулей 7 стенок не имеют и служат в качестве отверстий для прохода воздуха. К стенкам каждого модуля 7 изнутри прикреплены шумопоглощающие элементы 8 - 11 (фиг. 4) так, что их выпуклые поверхности перфорированных оболочек обращены внутрь прохода, образуя симметричную комбинацию механизма "конфузор-диффузор" с плавными переходами. Каждый элемент 8 - 11 заполнен звукопоглощающими материалами: стекловолокном и супертонким базальтовым волокном, причем базальтовое волокно 12 образует слой, прилегающий к перфорированной оболочке 13 для смягчения ударных воздействий звуковых колебаний на стекловолоконную начинку 14, заполняющую пространство между плоской стенкой элемента и слоем 12 супертонкого базальтового волокна, который имеет толщину около 20 мм и надежно предохраняет проходящий через модуль 7 поток воздуха от попадания частиц стекловолокна из элементов 8 и 11. Резонаторы Гельмгольца размещают внутри элементов 8 - 11 в наиболее доступных местах. Для симметричности воздействия одинаковые по размеру резонаторы 15 устанавливают в каждый из четырех элементов модуля 7 так, чтобы отверстие 16 каждого из резонаторов 15 Гельмгольца оказалось против одного из отверстий 17 перфорации фигурной оболочки соответствующего элемента. Размер диаметра внутренней полости резонатора Гельмгольца должен быть равен половине длины волны звукового колебания, амплитуда которого превышает физические возможности шумоглушения заполнителей элемента.

Собранная панель 4 монтируется в канале 5 вентиляционной шахты. Исследуются ее шумопоглощающие качества и если выявляются звуковые колебания, амплитуда которых превышает установленный уровень шумоглушения, то в элементы 8 - 11 вводят дополнительно соответствующие резонаторы Гельмгольца, осуществляя подстройку системы.

В зависимости от направления вращения реверсивных вентиляторов 1 и 2 воздушная масса выбрасывается через панель 4 наружу в шахту 3 или наоборот засасывается через эту панель в тоннель 6 метрополитена. Так как толщина поглощающих элементов 8 - 11 монотонно возрастает от входного отверстия модуля к его середине и затем вновь уменьшается, то вначале поглощаются колебания более высоких частот шумового спектра, а в средней части - низкие звуковые частоты. Скорость воздушного потока при выходе из конфузорной части модуля возрастает, а при выходе из диффузорной части уменьшается, что приводит к возникновению градиентов давления, улучшая взаимодействие потока с перфорированными полостями и резонаторами элементов 8 - 11.

Предлагаемая система позволяет пропускать значительные массы воздуха через отверстия панели с шумопоглощающими элементами от низконапорных вентиляционных агрегатов. Эффективность шумоглушения 10 - 15 дБ. Уровень шума от работы агрегатов, например типа ВШ-350, на поверхности земли ниже санитарной нормы.

Изобретение относится к инженерным сооружениям снижения уровня шума от вентиляторов мощной тоннельной вентиляции для защиты пассажиров метрополитена и населения близлежащих зданий от вредного действия звуковых колебаний. Повышение эффективности шумопоглощения при работе мощных вентиляционных установок метрополитена достигается за счет того, что на пути воздушного потока в вентиляционной шахте установлена панель, собранная из шумопоглощающих модулей, внутри которых смонтированы элементы с выпуклой перфорированной оболочкой, содержащей звукопоглощающие материалы: стекловолокно и супертонкое базальтовое волокно. Прилегающие фигурные перфорированные оболочки элементов каждого модуля образуют каналы для прохода воздуха в форме "конфузора-диффузора" в ортогональных плоскостях сечения. Слой супертонкого базальтового волокна имеет толщину не менее 20 мм и прилегают изнутри к перфорированной оболочке, остальной объем которой заполнен стекловолокном. В полостях элементов размещены также резонаторы Гельмгольца, отверстия которых обращены к отверстиям перфорированной оболочки. 9 ил.

Шумопоглощающaя система для генераторов мощного потока воздуха, в частности, тоннельной вентиляции метрополитена, содержащая панель, установленную в канале на пути движения потока воздуха, образованная из модулей в форме параллелепипедов, открытых с обеих торцевых частей и содержащих укрепленные внутри каждого модуля полые элементы с оболочкой в форме линзы, плоская поверхность которой закреплена на внутренней стенке модуля, а выпуклая снабжена перфорацией по всей площади фигурной оболочки, заполненной шумопоглощающим материалом, отличающаяся тем, что выпуклые поверхности перфорированных оболочек прилегающих элементов образуют канал для прохода воздуха в форме "конфузор-диффузор" в обеих ортогональных плоскостях сечения, а звукопоглощающий материал, заполняющий оболочку каждого из элементов, образован из двух веществ: стекловолокна и супертонкого базальтового волокна, уложенных внутри оболочки так, что слой супертонкого базальтового волокна имеет толщину не менее 20 мм и прилегает изнутри к фигурной перфорированной оболочке элемента, остальной объем которого заполнен стекловолокном и резонаторами Гельмгольца, утопленными в звукопоглощающие материалы так, что отверстия резонаторов Гельмгольца обращены к отверстиям перфорированной оболочки, причем диаметры полостей резонаторов Гельмгольца равны половинам длин волн звуковых колебаний, мощность которых превышает звукопоглощающие характеристики материалов, заполняющих оболочки элементов.