ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2002 года по МПК F24F13/24 

Изобретение предназначено для снижения уровня шума и может быть использовано в глушителях шума, предназначенных для систем вентиляции, воздушного отопления и кондиционирования воздуха, а также для облицовки внутренней поверхности помещений.

Известен звукопоглощающий элемент глушителя шума, содержащий образованный спиральной намоткой перфорированного листового материала трубчатый корпус плоской формы, заполненный звукопоглощающим материалом, например базальтовым или стеклянным волокном, имеющий удлиненное поперечное сечение, овальные относительно короткие торцы и плоские боковые стенки (Патент Великобритании 2334093, МПК F 24 F 13/24). Недостатком этого звукопоглощающего элемента является его высокая металлоемкость, обусловленная необходимостью изготовления металлического трубчатого корпуса с крышками для размещения звукопоглощающего материала. Кроме того, при размещении таких звукопоглощающих элементов в корпусе глушителя шума, хотя и обеспечивается дополнительное снижение шума, благодаря уменьшению вихреобразования за счет овальной формы их торцов, способствующей также снижению аэродинамического сопротивления потоку воздуха, однако отсутствие отражающих звук элементов в конструкции звукопоглощающего элемента не позволяет обеспечить высокий уровень снижения шума.

Известен звукопоглощающий элемент глушителя шума, выполненный в виде панели, содержащей заполненный звукопоглощающим материалом, выполненный из оцинкованного стального листа корпус с двумя перфорированными продолговатыми боковыми и относительно короткими имеющими U-образную форму двумя торцевыми стенками и двумя основаниями, при этом для придания жесткости конструкции упомянутые боковые перфорированные стенки выполнены изогнутыми с образованием каналов, вытянутых от одного основания к другому и имеющих в поперечном сечении петлеобразную форму, причем глубина этих каналов не превышает 1/2 расстояния между этими стенками (Заявка ЕР 0821207, МПК F 24 F 13/24). Хотя для этого звукопоглощающего элемента свойственны в основном те же недостатки, что и для предыдущего, однако по сравнению с описанным выше он обладает более низкой металлоемкостью благодаря обеспечению возможности использования для изготовления корпуса более тонкого оцинкованного стального листа за счет усиления конструкции посредством выполнения боковых стенок с изгибами, образующими упомянутые каналы.

Наиболее близким к заявляемому является звукопоглощающий элемент глушителя шума, выполненный в виде панели из сохраняющего форму звукопоглощающего материала, например минерально-волокнистых плит, ограниченной двумя боковыми и двумя торцевыми стенками и двумя основаниями, при этом одна из торцевых стенок имеет в поперечном сечении конусообразную форму (Заявка Германии 3544022, МПК G 10 К 11/16, F 24 F 13/00). Для изготовления указанного звукопоглощающего элемента не требуется использования металла благодаря тому, что данная конструкция с применением сохраняющего форму звукопоглощающего материала относительно высокой плотности не требует изготовления для нее металлического корпуса. Однако данный звукопоглощающий элемент не позволяет обеспечить высокий уровень снижения шума ввиду отсутствия в его конструкции отражающих звук элементов, а для компенсации этого недостатка при изготовлении глушителя шума такие звукопоглощающие элементы размещают в корпусе несколькими рядами, причем со смещением упомянутых элементов каждого последующего ряда относительно соседних элементов предыдущего, что приводит к увеличению аэродинамического сопротивления потоку, проходящему через глушитель.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении дополнительного снижения шума посредством частичного отражения звуковых волн и последующей диссипации их энергии.

Указанный технический результат достигается тем, что в звукопоглощающем элементе, выполненном в виде панели из сохраняющего форму звукопоглощающего материала, ограниченной двумя боковыми и двумя торцевыми стенками и двумя основаниями, согласно изобретению, по меньшей мере, на поверхности одной боковой стенки выполнено, по меньшей мере, одно углубление, поверхность которого частично облицована воздухонепроницаемым материалом.

Указанный технический результат достигается также тем, что, в случае выполнения обеих боковых стенок с углублениями, углубления одной из них смещены относительно соседних углублений другой.

Указанный технический результат достигается тем, что углубление выполнено в виде прямолинейной канавки.

Достижению указанного технического результата способствует также то, что канавки любой боковой стенки вытянуты от какой-либо одной ее стороны до другой и расположены друг за другом перпендикулярно или наклонно к этим сторонам и параллельно относительно друг друга, при этом облицовка упомянутым материалом выполнена на участке поверхности канавки, ограниченном по периметру двумя поперечными сторонами, совпадающими по направлению с поперечными кромками канавок, и двумя продольными, причем первая из продольных сторон этого участка совпадает с одной из продольных кромок канавки, а вторая расположена от нее на расстоянии по периметру поперечного сечения ограничивающей канавку поверхности, составляющем не менее 1/4 и не более 3/4 его размера.

Указанный технический результат достигается также тем, что канавки одной боковой стенки панели параллельны канавкам ее другой боковой стенки, а первые продольные стороны, ограничивающие облицованные участки поверхностей канавок одной и другой боковой стенок, совпадают с продольными кромками канавок, расположенными с одинаковых сторон канавок.

Достижению указанного технического результата способствует также то, что канавки в поперечном сечении имеют U-образную форму.

Кроме того, указанный технический результат достигается в том случае, когда канавки в поперечном сечении имеют V-образную форму.

Достижению указанного технического результата способствует также то, что углубления выполнены в виде глухих отверстий цилиндрической формы, а облицовка ограничивающей отверстие поверхности упомянутым материалом выполнена по всей глубине отверстия на участке боковой поверхности поперечным размером, составляющим не менее 1/4 и не более 3/4 периметра ее поперечного сечения.

Выполнение на поверхности боковой стенки панели, по меньшей мере, одного углубления, поверхность которого частично облицована воздухонепроницаемым материалом, способствует дополнительному снижению шума за счет того, что при прохождении звуковых волн через звукопоглощающий элемент происходит не только поглощение звукопоглощающим материалом их энергии, но и частичное отражение звуковых волн от облицованного указанным материалом участка поверхности углубления и последующая диссипация их энергии. Свободная от воздухонепроницаемого материала поверхность углубления используется в этом случае для прохождения части отраженных от воздухонепроницаемого материала звуковых волн в толщу звукопоглощающего материала и последующего поглощения последним их энергии.

За счет смещения углублений, выполненных на поверхности одной боковой стенки панели, относительно соседних углублений другой достигается возможность избирательного глушения шума, частота которого корреспондируется с расстоянием между соседними углублениями одной и другой боковых стенок. Кроме того, указанное смещение углублений позволяет изготовить панель из звукопоглощающего материала меньшей толщины с сохранением требуемой прочности.

Выполнение углубления в виде прямолинейной канавки является одной из частных форм выполнения углублений, обеспечивающей достижение указанного технического результата.

Выполнение канавок любой боковой стенки вытянутыми от какой-либо одной ее стороны до другой и расположенными друг за другом перпендикулярно или наклонно к этим сторонам и параллельно относительно друг друга, причем с выполнением облицовки упомянутым материалом участка поверхности канавки, ограниченного по периметру двумя поперечными сторонами, совпадающими по направлению с поперечными кромками канавок, и двумя продольными, причем первой из продольных сторон этого участка, совпадающей с одной из продольных кромок канавки, а второй, расположенной от нее на расстоянии по периметру поперечного сечения ограничивающей канавку поверхности, составляющем не менее 1/4 и не более 3/4 его размера, позволяет усилить эффект отражения звуковых волн и последующей диссипации их энергии за счет увеличения протяженности канавок с указанными границами облицованных участков ограничивающих их поверхностей и соответствующей ориентации канавок относительно сторон боковой стенки звукопоглощающего элемента.

Поперечный размер облицованного воздухонепроницаемым материалом участка ограничивающей канавку поверхности, минимальная величина которого составляет 1/4, а максимальная - 3/4 размера периметра ее поперечного сечения, измеренного вдоль указанного периметра от кромки вглубь канавки, как показали экспериментальные исследования, является наиболее оптимальным для максимального отражения звуковых волн от облицованных указанным материалом участков и последующей диссипации их энергии, что, в свою очередь, повышает уровень дополнительного снижения шума.

Экспериментально также установлено, что выполнение условия, при котором канавки одной боковой стенки панели параллельны канавкам ее другой боковой стенки, а первые продольные стороны, ограничивающие облицованные участки поверхностей канавок одной и другой боковой стенок, совпадают с продольными кромками канавок, расположенными с одинаковых сторон канавок, позволяет при использовании таких панелей в качестве звукопоглощающих элементов глушителей шума, например пластинчатых или сотовых, усилить эффект снижения шума за счет отражения звуковых волн от облицованных воздухонепроницаемым материалом участков поверхностей и последующей диссипации их энергии.

U-образная и V-образная в поперечном сечении формы канавок представляют собой одни из возможных частных форм реализации канавок, обеспечивающих достижение указанного технического результата.

Выполнение на боковых стенках панели углублений в виде глухих цилиндрических отверстий является одной из частных форм реализации углублений, обеспечивающей достижение указанного технического результата. Соблюдение условия, при котором облицовка ограничивающей отверстие поверхности упомянутым материалом выполнена по всей глубине отверстия на участке боковой поверхности поперечным размером, составляющим не менее 1/4 и не более 3/4 периметра ее поперечного сечения, обеспечивает такой же вышеуказанный результат, как и при соблюдении аналогичного условия для углублений в виде канавок.

Заявляемый звукопоглощающий элемент иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-9:
фиг.1 - аксонометрическая проекция звукопоглощающего элемента;
фиг. 2 - общий вид звукопоглощающего элемента с одним углублением в виде канавки на одной из боковых стенок;
фиг.3 - сечение А-А на фиг 2;
фиг. 4 - общий вид звукопоглощающего элемента с углублениями в виде канавок U-образной формы, расположенных на обеих боковых стенках панели и сориентированных перпендикулярно ее сторонам;
фиг.5 - сечение А-А на фиг.4;
фиг. 6 - общий вид звукопоглощающего элемента с углублениями в виде канавок V-образной формы, расположенных на обеих боковых стенках панели и расположенных наклонно относительно ее сторон;
фиг.7 - сечение А-А на фиг.6;
фиг. 8 - общий вид звукопоглощающего элемента с углублениями в виде глухих цилиндрических отверстий, расположенных на одной из боковых стенок панели;
фиг.9 - сечение А-А на фиг.8.

Звукопоглощающий элемент выполнен в виде панели 1 из сохраняющего форму звукопоглощающего материала относительно высокой плотности, например стекловаты плотностью 100 кг/м³, ограниченной двумя боковыми стенками 2, 3, имеющими, например, квадратную (фиг.2, 3) или прямоугольную форму (фиг.1 и 4 -9), двумя торцевыми стенками 4, 5 и двумя основаниями 6, 7. По меньшей мере, на одной боковой стенке 2 или 3 выполнено, по меньшей мере, одно углубление, которое может иметь вид, например, канавок V-образной 8 (фиг.1, 2, 3, 6, 7) или U-образной 9 (фиг. 4, 5) формы или глухих цилиндрических отверстий 10 (фиг. 8, 9), поверхность которого частично облицована воздухонепроницаемым материалом 11, в качестве которого использована, например, листовая оцинкованная сталь. Так, например, на имеющей квадратную форму боковой стенке 2 (фиг 2, 3) выполнено одно углубление в виде канавки V-образной формы 8, сориентированной по диагонали квадрата, а ее концы расположены на некотором расстоянии от концов этой диагонали. Для усиления указанного технического результата на какой-либо одной из боковых стенок (на чертеже не показано) или обеих (фиг. 1 и 4-7) боковых стенках 2, 3 панели 1 углубления в виде канавок V-образной 8 (фиг.1, 6, 7) или U-образной 9 (фиг.3, 4) формы вытянуты от какой-либо одной стороны боковой стенки до другой. Канавки расположены, например, перпендикулярно (фиг.4, 5) сторонам боковой стенки 2 или 3, примыкающим к основаниям 5, 6, или наклонно (фиг.1, 3, 4, 6, 7) к ним. На фиг.1, 4, 5, 6, 7 приведен пример, когда канавки расположены на обеих боковых стенках параллельно друг другу. Однако достижению указанного технического результата не противоречит и такое расположение канавок, при котором на каждой из стенок они расположены параллельно между собой, но на каждой из них по-разному сориентированы относительно ограничивающих эту стенку сторон (на чертеже не показано).

Облицованный воздухонепроницаемым материалом 11 (листовой оцинкованной сталью) участок поверхности углубления в виде канавки V-образной 8 или U-образной 9 формы ограничен по периметру двумя поперечными сторонами, совпадающими по направлению с поперечными кромками канавок, и двумя продольными, причем первой из продольных сторон этого участка, совпадающей с одной из продольных кромок канавки, а второй, расположенной от нее на расстоянии по периметру поперечного сечения ограничивающей канавку поверхности, составляющем, например, 1/4 (фиг.2, 3), 1/2 (фиг.4, 5), 3/4 (фиг.6, 7) его размера. При этом для усиления указанного технического результата при использовании заявляемых звукопоглощающих элементов в глушителях шума, например пластинчатых или сотовых, упомянутые первые продольные стороны, ограничивающие облицованные участки поверхностей канавок одной и другой боковых стенок, совпадают с продольными кромками канавок, расположенными с их одинаковых сторон (фиг.4-7). Углубления могут быть выполнены, например, также в виде глухих цилиндрических отверстий 10, оси которых перпендикулярны поверхности боковой стенки (фиг.8, 9) и которые расположены, например, в шахматном порядке на одной, например стенке 2 панели 1, или двух (на чертеже не показано) боковых стенках и на всю глубину облицованы воздухонепроницаемым материалом 11, причем поперечный размер участка его облицованной боковой поверхности составляет, например, 1/2 периметра ее поперечного сечения, а сам участок расположен, например, целиком по какую-либо одну сторону диаметральной плоскости отверстия, параллельной, например, сторонам боковых стенок панели, примыкающим к ее торцевым стенкам 4, 5.

Звукопоглощающий элемент работает следующим образом.

При использовании звукопоглощающего элемента для облицовки внутренних поверхностей помещений, например стен или потолков, распространяющиеся в помещении от источника(ов) шума звуковые волны, дойдя до панели 1 со стороны одной из ее боковых стенок, например 2, обращенной внутрь помещения, частично проходят вглубь изготовленной из стекловаты панели 1 через незанятую(ые) углублением(ями), а в углублениях - через их свободные от покрытия воздухонепроницаемым материалом 11 участки поверхностей. При этом при прохождении звуковых волн через толщу минеральной ваты происходит потеря звуковой энергии путем ее преобразования в тепловую, в результате чего происходит снижение шума. В то же время часть звуковых волн, дошедших до поверхности боковой стенки 2, попадает на облицованные воздухонепроницаемым материалом 11 (листовой оцинкованной сталью) участки поверхности углублений, которые выполнены, например, в виде канавок V-образной 8 или U-образной 9 формы или в виде глухих отверстий 10 цилиндрической формы, отражается от них и частично возвращается снова в толщу стекловаты через свободные от листовой оцинкованной стали участки углублений и свободную от последних поверхность боковой стенки 2 с последующей диссипацией их энергии, обеспечивая за счет этого дополнительное снижение шума. При наличии углублений на поверхности второй боковой стенки 3 панели эффект дополнительного снижения шума усиливается за счет аналогичного дополнительного отражения звуковых волн от облицованных воздухонепроницаемым материалом 11 участков поверхностей углублений, выполненных на этой стенке, и последующей диссипации их энергии. За счет смещения углублений, выполненных на поверхности боковой стенки 2 панели, относительно соседних углублений боковой стенки 3 достигается возможность избирательного глушения шума, частота которого корреспондируется с расстоянием между соседними углублениями одной и другой боковых стенок. При использовании заявляемых звукопоглощающих элементов в глушителях шума, используемых в воздуховодных сетях систем вентиляции, воздушного отопления или кондиционирования воздуха, например в известной конструкции пластинчатого глушителя, описанного в книге (Снижение шума в зданиях и жилых районах/ Г.Л. Осипов, Е. Я. Юдин и др.; Под ред. Г.Л. Осипова, Е.Я. Юдина. - М.: Стройиздат, 1987, с. 478-481), в соответствии с конструктивным выполнением которого заявляемые звукопоглощающие элементы должны быть установлены в корпусе с образованием между боковыми стенками 2, 3 соседних элементов каналов для прохода воздуха и обращены одной торцевой стенкой к входному отверстию, другой - к выходному, а основаниями - примыкающими к стенкам корпуса, звуковые волны входят в толщу звукопоглощающего элемента не только со стороны боковых стенок 2, 3 панели, но и со стороны одной из его торцевых стенок. При этом наряду с отражением звуковых волн от облицованных воздухонепроницаемым материалом 11 (листовой оцинкованной сталью) участков углублений в виде канавок V-образной 8 или U-образной 9 формы, а также глухих цилиндрических отверстий 10 и последующей диссипации их энергии, которые входят в панель 1 со стороны ее боковых стенок 2 и 3, также происходит аналогичное частичное отражение и последующая диссипация энергии звуковых волн, входящих в панель со стороны ее торцевой стенки и встречающих на своем пути препятствия в виде воздухонепроницаемого материала 11, с его стороны, обращенной вглубь панели, обеспечивая при этом дополнительное снижение шума. Наиболее высокий результат, как показали экспериментальные исследования, в этом случае достигается тогда, когда канавки одной боковой стенки панели параллельны канавкам ее другой боковой стенки, а первые продольные стороны, ограничивающие облицованные участки поверхностей канавок одной и другой боковых стенок, совпадают с продольными кромками канавок, расположенными с одинаковых сторон канавок (фиг 1, 4, 5, 6, 7).

Таким образом, заявляемый звукопоглощающий элемент по сравнению с прототипом позволяет повысить уровень снижения шума посредством частичного отражения звуковых волн от облицованных воздухонепроницаемым материалом участков поверхностей углублений и последующей диссипации их энергии.

Звукопоглощающий элемент предназначен для использования в глушителях шума, устанавливаемых в воздуховодных сетях систем вентиляции, воздушного отопления и кондиционирования воздуха, а также в качестве облицовочных панелей внутренних поверхностей помещений. Распространяющиеся в помещении от источника шума звуковые волны, дойдя до звукопоглощающего элемента в виде изготовленной из стекловаты панели 1 со стороны боковой стенки 2, обращенной внутрь помещения, частично проходят вглубь панели 1 через незанятые углублениями, а в углублениях - через их свободные от покрытия воздухонепроницаемым материалом 11 участки поверхностей. При этом происходит потеря звуковой энергии путем ее преобразования в тепловую. В то же время часть звуковых волн, дошедших до поверхности боковой стенки 2, попадает на частично облицованные воздухонепроницаемым материалом 11 участки поверхностей углублений, имеющих вид канавок V-образной 8 или U-образной формы, или глухих отверстий цилиндрической формы, отражается от них и частично возвращается снова в толщу стекловаты через свободные от листовой оцинкованной стали участки углублений и свободную от последних поверхность боковой стенки 2 с последующей диссипацией их энергии. Это приводит к дополнительному снижению шума. При наличии углублений на поверхности второй боковой стенки 3 панели эффект дополнительного снижения шума усиливается. Отражение звуковых волн от облицованных воздухонепроницаемым материалом 11 участков углублений и последующая диссипация их энергии при использовании заявляемых звукопоглощающих элементов в глушителях шума происходит не только со стороны боковых стенок, но и со стороны его торцевой стенки, обращенной к источнику звука, обеспечивая при этом дополнительное снижение шума. 7 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Звукопоглощающий элемент, выполненный в виде панели из сохраняющего форму звукопоглощающего материала, ограниченной двумя боковыми и двумя торцевыми стенками, и двумя основаниями, отличающийся тем, что, по меньшей мере, на поверхности одной боковой стенки выполнено, по меньшей мере, одно углубление, поверхность которого частично облицована воздухонепроницаемым материалом. 2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что углубление(ия) одной боковой стенки смещено(ы) относительно углубления(ий) другой. 3. Элемент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что углубление выполнено в виде прямолинейной канавки. 4. Элемент по п. 3, отличающийся тем, что канавки любой боковой стенки вытянуты от какой-либо одной ее стороны до другой и расположены друг за другом перпендикулярно или наклонно к этим сторонам и параллельно друг относительно друга, при этом облицовка упомянутым материалом выполнена на участке поверхности канавки, ограниченном по периметру двумя поперечными сторонами, совпадающими по направлению с поперечными кромками канавок, и двумя продольными, причем первая из продольных сторон этого участка совпадает с одной из продольных кромок канавки, а вторая расположена от нее на расстоянии по периметру поперечного сечения ограничивающей канавку поверхности, составляющем не менее 1/4 и не более 3/4 его размера. 5. Элемент по п. 4, отличающийся тем, что канавки одной боковой стенки панели параллельны канавкам ее другой боковой стенки, а первые продольные стороны, ограничивающие облицованные участки поверхностей канавок одной и другой боковой стенок, совпадают с продольными кромками канавок, расположенными с их одинаковых сторон. 6. Элемент по любому из пп. 3-5, отличающийся тем, что канавки в поперечном сечении имеют U-образную форму. 7. Элемент по любому из пп. 3-5, отличающийся тем, что канавки в поперечном сечении имеют V-образную форму. 8. Элемент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что углубления выполнены в виде глухих отверстий цилиндрической формы, а облицовка ограничивающей отверстие поверхности упомянутым материалом выполнена по всей глубине отверстия на участке боковой поверхности, поперечным размером, составляющим не менее 1/4 и не более 3/4 периметра ее поперечного сечения.