ШУМОЗАЩИТНЫЙ ЭКРАН Российский патент 2016 года по МПК E01F8/00 

Изобретение относится к шумопонижающим конструкциям и, в частности, к шумоизоляционным экранным элементам, предназначенным для защиты селитебных территорий населенных пунктов от негативного шумового воздействия, генерируемого транспортными средствами, энергетическим и промышленным оборудованием, устанавливаемым вдоль автомобильных и железных дорог, аэродромов, открытых участков линий метрополитена, вблизи испытательных полигонов, шумоактивных строительных и производственных площадок или каких-либо других источников повышенного шумового излучения, квалифицируемых в качестве технических объектов, производящих негативное акустическое загрязнение окружающей среды. В этих случаях негативному воздействию шумового излучения подвергаются как люди, так и животные, обитающие на селитебных территориях (лесных массивах, полях), прилегающих к отмеченным шумоактивным объектам, вызывая, в том числе, и нарушение процессов их спаривания и продуктивного размножения.

Ввиду того, что прямым функциональным назначением заявляемого технического устройства является защита селитебных территорий от негативного шумового загрязнения, то принято терминологическое название шумозащитный экран (далее - ШЗЭ). Его шумопонижающий принцип действия основан, преимущественно, на процессах целенаправленного пространственного перераспределяющего отражения распространяемых звуковых волн, направленного в сторону непосредственных источников их излучения. Такого типа технические устройства, как правило, устанавливаются на соответствующих фундаментных основаниях в непосредственной близости от источника (источников) шумового излучения и содержат силовые несущие элементы в виде вертикальных стоек и горизонтальных профилей, на которых монтируются плоские или изогнутые звукоизолирующие панели, изготовленные из различных конструктивных материалов.

Описания некоторых типичных конструкций ШЗЭ, применяемых для уменьшения акустического загрязнения приведены, в частности, в работах [1, 2].

[1] Шум на транспорте. Перевод с англ. К.Г. Бомштейна / Под ред. В.Е. Тольского, Г.Н. Бутакова и Б.Н. Мельникова, Транспорт, 1995, 368 с.

[2] Тюрина Н.В. Расчет и проектирование акустических экранов. Материалы международной акустической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Е.Я. Юдина, 30 октября 2014 г. / Под ред. А.И. Комкина. - Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, с. 289…304.

Согласно указанным описаниям, с приведенными в них схемах и фото, следует что они могут быть представлены как монолитными, так и сборно-разборными конструкциями, изготовленными из металлических (алюминия, нержавеющей стали, оцинкованной стали), армированных щепоцементных (дюрисол, велокс), деревянных (импрегированной древесины), полиметиметакрилата (ПММА). В состав конструкций ШЗЭ, наряду со звукоотражающими панельными элементами, могут быть включены звукопоглощающие панельные элементы, а также использованы различного типа светопрозрачные панели из поликарбонатного пластика, или выполнены разрывы - для устройства свободных проходов с контрэкранами - для их перекрытия и/или применены открывающиеся звукоизолирующие двери, включены соответствующие несущие силовые и крепежные элементы, несущее основание ШЗЭ, декоративные элементы. Геометрическая форма ШЗЭ может быть представлена как плоскими вертикальными, так и Г-образными конструкциями, а также изогнутыми и парусообразными неплоскими формами. Наряду с требуемыми (заданными согласованными требованиями на проектирование) акустическими (шумопонижающими) характеристиками, конструкция ШЗЭ должна обладать приемлемыми (достаточными) долговечностными прочностными и жесткостными характеристиками, с тем чтобы выдерживать негативные воздействия климатических условий (атмосферных осадков, ветровой и снеговой нагрузок, сейсмических воздействий), обладать требуемой коррозионной стойкостью, огнестойкостью и эстетическим видом. Некоторые технические исполнения конструктивных элементов ШЗЭ, согласно источника [1], приведены на представленных фото на страницах 302…304 (рис. 13…17). Используемые расчетные схемы по определению акустических (шумопонижающих) характеристик типичных конструкций ШЗЭ, согласно цитируемого источника [2] приведены на стр. 291…294 (рис. 2…6). Основным и наиболее важным недостатком такого типа известных типичных технических решений является отсутствие эффективных звукопоглощающих элементов в составе структур ШЗЭ, не обеспечивающих приемлемо высокого необратимого диссипативного преобразования (рассеивания) энергии падающих звуковых волн в тепловую энергию. Во многих случаях существенная доля распространяемой звуковой энергии переизлучается (в отдельных случаях - усиливается) звукопрозрачными и/или динамически возбужденными составными конструктивными элементами ШЗЭ. В это же время значительная доля звуковой энергии при этом свободно распространяется через верхнюю часть (верхнее ребро) ШЗЭ на близлежащие от ШЗЭ обитаемые (селитебные) территории. В наибольшей степени конструктивные недостатки известных технических устройств ШЗЭ проявляются в низкочастотном звуковом диапазоне эффективность поглощения энергии в котором, для известных типичных конструкций ШЗЭ, является достаточно низкой, а такого типа конструкции ШЗЭ - звукопрозрачными и малоэффективными.

Согласно информации источника [2], акустическая эффективность (шумопонижающая эффективность) ШЗЭ возрастает на 3 дБ с увеличением частоты на октаву (т.е. в 2 раза). При этом зависимость акустической эффективности от габаритной высоты ШЗЭ носит нелинейный характер. При увеличении высоты ШЗЭ от 1 м до 2 м - акустическая эффективность возрастает на 3 дБ, с 2 м до 3 м - на 2 дБ, с 5 м до 6 м - на 1 дБ и, таким образом, замедляется. В среднем удвоение габаритной высоты ШЗЭ обеспечивает возрастание акустической эффективности на 4…5 дБ. Установка на лицевую поверхность ШЗЭ плосколистового слоя пористого звукопоглощающего материала с коэффициентом звукопоглощения 0,4…0,8 - позволяет увеличить акустическую эффективность ШЗЭ на 2…7 дБ. Г-образные конструкции ШЗЭ идентичной высоты и структуры материалов с ШЗЭ плоской вертикальной конструкции обеспечивают дополнительное увеличение акустической эффективности до 3 дБ.

Из патента США на изобретение US 4007919 (опубликованного 15.02.1977), европейского патента на изобретение ЕР 0213521 (опубликованного 16.08.1986), патента Франции на изобретение FR 2780074 (опубликованного 19.06.1998), патента Германии на изобретение DE 10159160 (опубликованного 26.06.2003), международной заявки на изобретение WO 2007/120061 (опубликованной 25.01.2007) известно применение различных типов и технических исполнений такого типа экранирующих конструкций, квалифицируемых в виде шумоизолирующих, шумопоглощающих, шумоотражающих, акустических, ШЗЭ.

Из патента Германии на изобретение DE 19804862 (опубликованного 08.10.1998), патента Германии на изобретение DE 10251506 (опубликованного 22.07.2004), европейского патента на изобретение ЕР 1031671 (опубликованного 30.08.2000), патента Великобритании на изобретение GB 2251256 (опубликованного 01.07.1992), патента США на изобретение US 5942736 (опубликованного 24.08.1999) известны типичные конструкции ШЗЭ, содержащие в своем составе вертикальные стойки и горизонтальные профили, тыльную звукоотражающую панель, изготовленную из плотного конструкционного материала и перфорированную сквозными отверстиями или соответствующим образом профилированную лицевую панель (например, зигзагообразного профиля или отгибов с щелевыми отверстиями перфорации), расположенную с заданным воздушным зазором относительно тыльной звукоотражающей панели. В результате указанные конструктивные исполнения такого типа ШЗЭ образуют как звукоотражающие, так и резонаторные шумопонижающие конструкции, сформированные множествами образованных открытых резонаторных горлышек и замкнутых камер (акустических резонаторов Гельмгольца), позволяющих в определенной степени достигать настроенного на относительно узкий частотный диапазон поглощения энергии падающих звуковых волн. Узкополосный частотный диапазон звукопоглощения такого типа технических устройств является их существенным недостатком для необходимого широкополосного заглушения типичных широкополосных (с широкой частотной полосой звукового излучения) источников, как это следует из [1]. Возможны также конструктивные варианты исполнения ШЗЭ с расположением в полости, образованной между двумя панелями (тыльной звукоотражающей и лицевой звукопрозрачной), семейств разногабаритных акустических резонаторных камер, каждая из которых обеспечивает отличающийся друг от друга настроенный шумопонижающий эффект, регистрируемый в отдельных отличающихся диапазонах частот звукового (шумового) спектра. Однако такого типа разновидности конструкций ШЗЭ по габаритно-компоновочным причинам обладают недостаточно широкополосными по необходимому частотному диапазону эффектами поглощения звуковой энергии. В том числе, существуют весьма ограниченные возможности их расширения за счет практического использования ограниченного числа такого типа, отличающихся по частотной настройке узкополосных акустических резонаторных камер небольших габаритов. Это в большинстве случаев не позволяет в достаточной степени снижать негативное шумовое излучение, в частности, от транспортных средств и/или шумоактивного промышленного и энергетического оборудования, генерируемого, как правило, в достаточно широком и, в особенности, в низкочастотном диапазоне звуковых частот, воспринимаемого человеческим ухом.

Для возможного расширения частотного диапазона эффективного заглушения звуковой энергии в описаниях патента Германии на изобретение DE 3012514 (опубликованного 08.10.1981), европейского патента на изобретение ЕР 1077446 (опубликованного 21.02.2001), заявки США на изобретение US 2003/0006090 (опубликованной 09.01.2003), международной заявки на изобретение WO 2007/140728 (опубликованной 13.12.2007), предлагаются к применению различные комбинированные конструкции ШЗЭ, в которых в полости, образованной тыльной звукоотражающей панелью и лицевой звукопрозрачной (перфорированной) панелью, размещается монолитная плосколистовая звукопоглощающая панель, изготовленная преимущественно из пористого звукопоглощающего волокнистого материала на основе натуральных, синтетических или минеральных волокон. При этом указанная звукопоглощающая панель может монтироваться на верхнем горизонтальном профиле экрана, с использованием соответствующих механических крепежных элементов, с последующим образованием заданного воздушного зазора относительно лицевой звукопрозрачной и тыльной звукоотражающей панелей. Возможны также варианты беззазорного монтажа плосколистовых звукопоглощающих панелей на лицевой поверхности тыльной звукоотражающей панели с использованием липкого адгезионного клеевого покрытия. Для исключения возможного загрязнения и попадания в пористую структуру плосколистовой звукопоглощающей панели атмосферных осадков, мелких аморфных частиц, влаги, эксплуатационных жидкостей, ее лицевая поверхность (в отдельных случаях и торцевые поверхности) облицовывается внешним защитным звукопрозрачным слоем газовлагонепроницаемой пленки или ткани.

Недостатком рассмотренных технических решений является недостаточно высокая акустическая (шумопонижающая) эффективность такого типа используемой монолитной, однослойной, с односторонней по ее компоновке относительно поверхности тыльной звукоотражающей панели плосколистовой звукопоглощающей панели, в составе конструкций ШЗЭ. Это вызвано неудовлетворительными звукопоглощающими свойствами структур плосколистового панельного типа, характеризующихся выраженным скачкообразным изменением (резким рассогласованием) волнового сопротивления распространению звуковых волн на разделительной границе плоскоповерхностного лицевого слоя плосколистовой звукопоглощающей панели и примыкающей к ней упругой воздушной среды. В результате это вызывает соответствующий скачкообразный звукоотражающий и, соответственно, уменьшенный звукопоглощающий эффект.

В патенте РФ на изобретение RU 2155252, опубликованном 27.08.2000, описана конструкция ШЗЭ, содержащего в своем составе несущие вертикальные стойки и горизонтальные профили, на которых смонтированы изолированные друг от друга шумопонижающие модули. Каждый из указанных шумопонижающих модулей содержит тыльную звукоотражающую панель, лицевую звукопрозрачную панель, перфорированную сквозными отверстиями, монолитную плосколистовую звукопоглощающую панель из волокнистого нетканого материала (минеральной ваты). При этом однолистовая монолитная плосколистовая звукопоглощающая панель монтируется на внутренней поверхности нижнего горизонтального профиля, полностью заполняя воздушный зазор между тыльной звукоотражающей и лицевой звукопрозрачной панелями. Для исключения структурного вибрационного возбуждения и вследствие этого переизлучения паразитной звуковой энергии в виде структурного звука тыльная звукоотражающая и лицевая звукопрозрачная панели сообщаются с присоединенными элементами ШЗЭ посредством соответствующих вибродемпфирующих фиксаторов корытообразного поперечного сечения. Несмотря на то, что в указанном техническом решении в определенной степени решается проблема снижения структурного вибрационного возбуждения составных элементов ШЗЭ и последующего ослабления переизлучения ими паразитного структурного шума, в то же время недостаточно эффективными являются используемые акустические модули, с точки зрения поглощения средне- и высокочастотного шума, передающегося на ШЗЭ воздушным путем, от источника (источников) излучения звуковой энергии (источников шума). Это обусловлено как недостаточно высокой акустической (шумопонижающей) эффективностью используемой пористой структуры материала, представленной в виде монолитных плосколистовых звукопоглощающих панелей, так и ослаблением реализаций возможного потенциалов более эффективного поглощения звуковой энергии ввиду их нерационального размещения. Также в рассматриваемой конструкции устройства в недостаточной степени реализуются дифракционные диссипативные механизмы поглощения звуковой энергии, возникающие на границах свободных концевых частей (ребрах) шумопонижающих модулей (тыльной звукоотражающей и монолитной плосколистовой звукопоглощающей панелей). Рассмотренное техническое решение характеризуется относительно высокой стоимостью и неудовлетворительными экологическими показателями.

В качестве прототипа выбран патент РФ на изобретение RU 2465390, опубликованный 27.10.2012, в котором описана конструкция ШЗЭ, содержащего в своем составе несущие элементы в виде поперечных стоек и продольных профилей, шумопоглощающий элемент, расположенный с заданным воздушным зазором в полости между тыльной звукоотражающей панелью и перфорированной сквозными отверстиями лицевой звукопрозрачной панелью. Шумопоглощающий элемент содержит несущую основу листового перфорированного или сетчатого типа, закрепленную к горизонтальным профилям и/или основанию ШЗЭ механическими крепежными элементами, футерованную, по крайней мере, с одной из ее сторон, обособленными звукопоглощающими панелями. Обособленные звукопоглощающие панели представлены совокупностью дробленых фрагментов пористых волокнистых или вспененных открытоячеистых материалов, которые определенным образом поверхностно распределены и неподвижно закреплены на поверхности несущей основы, с образованием соответствующих воздушных зазоров между ними. Величина образуемого эквивалентного воздушного зазора между близлежащими торцевыми (граневыми) поверхностями обособленных звукопоглощающих панелей при этом не превышает $${\Delta }_{экв}=\sqrt{{\text{S}}_{\text{эл}}}$$ , где S_эл - площадь проекции на лицевую поверхность несущей основы меньшей по площади из близлежащих обособленных звукопоглощающих панелей, закрепленных на ней. При этом ширина воздушного зазора, образованного между лицевыми поверхностями обособленных звукопоглощающих элементов и поверхностью лицевой перфорированной панели, лицевыми поверхностями обособленных звукопоглощающих элементов и поверхностью тыльной звукоотражающей панели, находится в диапазоне z=2…20h_зп, где h_зп - толщина обособленных звукопоглощающих панелей, определяемая размерностью сечения, перпендикулярного лицевой поверхности несущей основы. Со стороны размещения обособленных звукопоглощающих панелей поверхность шумопонижающего элемента футерована слоем звукопрозрачной газовлагонепроницаемой пленки или ткани.

Технический результат, достигаемый техническим решением, представленным в прототипе, заключается в повышении акустической (шумопонижающей) эффективности технического устройства и ресурсосбережении, реализуемом за счет уменьшения расхода пористого вещества звукопоглощающих панелей, обеспечения снижения загрязнения окружающей среды за счет использования в качестве исходных звукопоглощающих веществ утилизируемых технологических отходов производства и продуктов рециклированной утилизации акустических материалов (деталей и узлов, изготовленных из акустических материалов), в частности, демонтированных из технических объектов, например автомобилей, завершивших свой жизненный цикл, обеспечивающих снижение себестоимости изготовления конструкции такого типа ШЗЭ. Технический результат достигается как за счет создания условий для интенсификации процессов динамических деформаций более податливого пористого скелета дробленых фрагментированных структур пористых звукопоглощающих панелей от возникающего силового воздействия на них падающих звуковых волн и сопутствующих им необратимых диссипативных рассеиваний звуковой энергии. Также имеет место возникающее усиление краевого дифракционного механизма поглощения энергии звуковых волн на свободных концевых периметрических частях отдельных обособленных фрагментированных структурах пористых звукопоглощающих панелей. При этом увеличивается активная площадь поверхности звукопоглощения такого типа поверхностно распределенных дробленых структур за счет включения в процесс звукопоглощения многочисленных торцевых частей пористых звукопоглощающих панелей.

Недостатком технического решения, представленного в прототипе, является указанное применение в качестве звукопоглощающего вещества обособленных звукопоглощающих панелей, изготовленных исключительно из пористых воздухопродуваемых звукопоглощающих материалов, при отсутствии в их составе плотных воздухонепродуваемых структур, также вынужденно в больших объемах подвергающихся утилизационному захоронению и/или энергетическому «экологически грязному» процессу сжигания. Помимо этого, в указанной плоскостной поверхностно распределенной в виде слоя шумопонижающего элемента конструкции в недостаточной степени реализуется возможность увеличения звукопоглощающей эффективности ШЗЭ за счет их потенциально возможного объемного хаотичного распределения, характеризуемого образованием многочисленных сообщающихся извилистых каналов, образуемых между хаотично многослойно размещенными дроблеными звукопоглощающими элементами. Также известное техническое устройство обладает односторонним механизмом поглощения энергии падающих звуковых волн, распространяющихся исключительно со стороны шумогенерирующего источника излучения, и не обеспечивает поглощения звуковой энергии, локализирующийся за тыльной стороной ШЗЭ в результате огибания звуковыми волнами свободного верхнего ребра ШЗЭ. Следует отметить также сложность технологического процесса изготовления такого типа шумопоглощающего элемента, вызванного необходимостью заданного пространственно-зазорного расположения отдельных звукопоглощающих панелей относительно друг друга, как это отражено в описании и формуле рассмотренного изобретения.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, по сравнению с прототипом, заключается в:

- потенциальном повышении акустической (шумопонижающей) эффективности технического устройства за счет реализации условий двухстороннего механизма поглощения звуковой энергии ШЗЭ, осуществляемого как со стороны его лицевой, так и тыльной сторон, при интенсификации дифракционных диссипативных механизмов поглощения энергии падающих звуковых волн, осуществляемого введением в конструкцию ШЗЭ соответствующим образом выполненных сквозных монтажных и перепускных отверстий, выполненных в пористых звукопоглощающих брикетах и в трубчатых полых несущих перепускных элементах, закрепленных на тыльной звукоотражающей панели, а также реализацией объемного хаотичного распределения, с образованием многочисленных сообщающихся извилистых каналов между отдельными дроблеными звукопоглощающими элементами в составе образованной объемной структуры пористых звукопоглощающих брикетов;

- снижении загрязнения окружающей среды полезно используемыми твердыми отходами за счет применения в качестве исходных сырьевых звукопоглощающих веществ технологических твердых отходов производства, причем не только в виде продуктов утилизации пористых воздухопродуваемых, но и утилизации твердых отходов в виде непористых воздухонепродуваемых структур полимерных материалов, деталей и узлов технических объектов, завершивших свой жизненный цикл, путем их соответствующего фрагментного механического дробления, исключая применение «экологически грязных» технологий термохимических преобразований и/или энергетической утилизации путем сжигания или захоронения в могильниках твердых полимерных отходов (употребляя исключительно только их соответствующее механическое дробление);

- упрощении технологических процессов изготовления ШЗЭ за счет исключения технологических операций вынужденного пространственного взаимного распределения и закрепления с заданными величинами воздушных зазоров между отдельными дроблеными фрагментированными звукопоглощающими панелями в составе сборного шумопоглощающего элемента (как это имеет место в прототипе);

- реализации потенциалов уменьшения габаритных размеров (массы, стоимости) ШЗЭ, большей надежности и долговечности за счет применения менее габаритной конструкции ШЗЭ, при условии достижения эквивалентной шумопонижающей эффективности, от снижения динамического воздействия ветровых или сейсмических нагрузок, а также упрощения технологического процесса монтажа и технического обслуживания (очистки поверхностей) менее габаритных конструкций (например, высотой ШЗЭ, равной 3 м вместо 6 м);

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в известном согласно прототипа техническом устройстве ШЗЭ, содержащем в своем составе фундаментное основание, несущее основание, поперечные стойки и продольные профили, тыльную звукоотражающую панель, представленную внутренней закладной несущей плосколистовой конструкцией габаритной высотой а, со смонтированными на ней трубчатыми полыми несущими перепускными элементами, верхним и нижним защитными ребрами, лицевую звукопрозрачную панель, перфорированную сквозными отверстиями, звукопоглощающие панели, представленные перфорированными пористыми звукопоглощающими брикетами, содержащими сквозные монтажные и перепускные отверстия перфорации, в которых оси монтажных отверстий перфорации перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов совпадают с осями трубчатых полых несущих перепускных элементов тыльной звукоотражающей панели, расстояния t между осями сквозных монтажных и перепускных отверстий перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов находятся в диапазоне значений t=0,1…0,2а, диаметры d сквозных монтажных и/или перепускных отверстий перфорации пористых звукопоглощающих брикетов находятся в диапазоне значений d=0,05…0,2b, где b - толщина поперечного сечения ШЗЭ, включающего перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты, тыльную звукоотражающую панель, две лицевые звукопрозрачные панели, защитные звукопрозрачные пленочные или звукопрозрачные фольговые слои, а также воздушные зазоры, образующиеся между противолежащими поверхностями составных элементов в плоскости сечения ШЗЭ, перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты, смонтированные по обе стороны стенки тыльной звукоотражающей панели, составлены из обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов, скрепленных между собой звукопрозрачными адгезионными веществами в монолитные объемные структуры и/или помещенных в соответствующие звукопрозрачные емкости, выполненные из звукопрозрачных пленочных и/или звукопрозрачных фольговых материалов, поверх которых смонтированы лицевые звукопрозрачные панели, перфорированные сквозными отверстиями, в виде листовых перфорированных структур, футерованных изнутри или облицованных с внешней стороны звукопрозрачными пленочными и/или звукопрозрачными фольговыми материалами.

Стенки трубчатых полых несущих перепускных элементов ШЗЭ выполнены приемлемо звукопрозрачными за счет их соответствующего перфорирования сквозными отверстиями, характеризующимися коэффициентом перфорации Κ_пер-тр≥0,3.

Составные части ШЗЭ, включающие его тыльную звукоотражающую панель, перфорированные трубчатые полые несущие перепускные элементы, перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты, лицевые звукопрозрачные панели, пористые воздухопродуваемые звукопоглощающие пробки, звукоотражающие звукоизолирующие воздухонепродуваемые пробки, защитные звукопрозрачные пленочные или звукопрозрачные фольговые слои, по крайней мере, в отдельных сопрягаемых контактирующих друг с другом зонах могут быть скреплены между собой в монолитные структурные модульные элементы используемыми звукопрозрачными адгезионными соединениями (липкими клеевыми, термоактивными).

Используемые звукопрозрачные адгезионные соединения составных частей шумозащитного экрана могут быть, в частности, представлены:

- множествами разнесенных тонких непрерывных линий или прерывистых строчек липкого клеевого вещества;

- термоплавкими перфорированными пленочными или волокнистыми тканевыми слоями термоактивных адгезивов;

- сплошным липким клеевым слоем удельным поверхностным весом ≤100 г/м²;

- сплошным слоем термоактивного термоплавкого вещества, характеризуемого удельным поверхностным весом ≤50 г/м².

Обособленные дробленые фрагментированные звукопоглощающие элементы могут быть изготовлены из идентичных или различных типов структур и марок звукопоглощающих материалов, характеризуемых идентичными или отличающимися физическими характеристиками, химическим составом, пористостью, количеством и сочетанием используемых типов структур пористых слоев в составе одно- и/или их многослойных комбинаций, идентичной или отличающейся геометрической формы и габаритных размеров, произведенными из утилизируемых отходов, представленных в виде технологически переработанных методом дробления пористых звукопоглощающих структур деталей, демонтированных с утилизируемых технических объектов, преимущественно деталей шумоизоляционных пакетов транспортных средств, завершивших свой жизненный цикл, и/или из технологических отходов и брака производства пористых звукопоглощающих материалов и деталей из них. Объем обособленных дробленных звукопоглощающих элементов должен находиться в диапазоне значений V_ф=4,2×(10^-9…10^-2) м³, а плотность формируемых монолитных объемных структур перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов и/или заполнения полостей защитных звукопрозрачных пленочных и/или звукопрозрачных фольговых материалов, образующих соответствующие емкости перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов, составляет ρ_ф=10…655 кг/м³.

Заявляемый диапазон изменения значений объемов V_ф, используемых обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов, с одной стороны (нижнее значение предела, равное 4,2×10^-9 м³), ограничивается, в основном, технологическими возможностями изготовления. С другой стороны (верхнее значение предела равное 4,2×10^-2 м³), - значения объемов V_ф обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов, а также плотность ρ_ф их формообразования в объемные монолитные структуры и/или набивки звукопрозрачных емкостей, образующих перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты, ограничиваются необходимостью достижения приемлемый акустической (звукопоглощающей) эффективности, в существенной степени определяемой реализуемыми показателями сопротивления продуванию воздушным потоком образованных пористых структур, пористости, динамической податливости и суммарной площади открытых поверхностных граней обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов, непосредственно вовлеченных в физический процесс звукопоглощения распространяемого потока акустической энергии, излучаемой шумоактивными техническими объектами.

Объемные монолитные структуры перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов, по крайней мере частично, но менее чем наполовину объема, могут быть заполнены обособленными дроблеными фрагментированными звукопоглощающими элементами, изготовленными по типичным технологиям их производства из «новых» производимых полуфабрикатных листовых акустических материалов, подвергаемых последующему технологическому процессу их дробления на фрагменты заданных форм и габаритных размеров, в дополнение к уже используемым в составе перфорированных пористых звукопоглощающих брикетах обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов, изготовленных из утилизируемых рециклированных акустических материалов. По другим конструктивно-технологическим вариантам исполнения перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов, в их структурных составах частично, не более чем на 30% их объема, могут быть дополнительно включены обособленные дробленые фрагментированные звукопоглощающие элементы, изготовленные из плотных непористых полимерных воздухонепродуваемых материалов, подвергаемых соответствующим технологическим процедурам дробления с получением крошки, пленочных чипсов, гранул. Образуемая в этих вариантах исполнения дозированная смесь такого типа разнородных структур формирует акустическую анизотропию, позволяющую целенаправленно изменять задаваемые акустические характеристики рассматриваемых структур перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов. Дроблеными структурами материалов такого типа могут являться, в частности, производственно-технологические отходы и брак производства полимерных материалов и изделий (деталей, узлов) из резины, каучука, поливинилхлорида, полипропилена, полиэтилена (вспененного полиэтилена), полистирола и других типов полимерных материалов. В том числе могут быть использованы как идентичные, так и различные типы плотных непористых полимерных материалов с целенаправленным образованием соответствующих дозированных сочетаний (смесей), наделенных одинаковыми (близкими) или существенно отличающимися физическими характеристиками, химическим составом, межфрагментной макропористостью, а также дополнительным дозированным включением в их состав дробленых пористых материалов. Способы с описаниями конкретных технологических операций изготовления дробленых фрагментированных элементов из утилизируемых полимерных структур материалов путем их механического фрагментированного дробления и их последующего брикетирования (пакетирования) в монолитные структуры со сквозными каналами (отверстиями перфорации), с конечным получением перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов в представленном техническом решении не рассматриваются.

Для обеспечения требований пожарной безопасности в процессе эксплуатации заявляемого технического устройства, в структуры обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов могут вводиться вещества, замедляющие и исключающие их воспламенение и горение - антипирены. Имеются в виду отдельные вещества или смеси веществ, предохраняющие материалы органического происхождения от воспламенения и самостоятельного горения. Применяемые антипирены в виде соответствующего слоя могут наноситься в виде растворов на поверхности дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов или могут пропитывать их внутреннюю пористую структуру. В качестве антипиренов могут использоваться гидрооксид алюминия, соединения бора, сурьмы, хлоридов, органические и неорганические соединения фосфора.

Лицевая звукопрозрачная панель и/или тыльная звукоотражающая панель могут быть изготовлены из плотных конструкционных материалов, например, из металлических (алюминия, нержавеющей стали, оцинкованной стали), армированных щепоцементных (дюрисол, велокс), деревянных (импрегированной древесины), полиметиметакрилата (ПММА). Отверстия перфорации лицевой звукопрозрачной панели могут быть выполнены круглыми или в виде наклонных щелевых просечек, а коэффициент перфорации, характеризующий степень ее перфорирования, должен составлять К_пер-лп≥0,2.

Лицевые звукопрозрачные панели могут быть расположены как с заданным воздушным зазором, так и беззазорно относительно противолежащих поверхностей перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов, а также могут дополнительно содержать с ними соответствующие адгезионные связи с использованием звукопрозрачного адгезионного соединения.

Используемые защитные звукопрозрачные пленочные или звукопрозрачные фольговые слои могут быть изготовлены из сплошной воздухонепродуваемой эластичной полимерной пленки (полиэстеровой алюминизированной, уретановой, поливинилхлоридной и др.) или тонкой металлической фольги (алюминиевой, стальной, медной, латунной). Защитные звукопрозрачные пленочные или звукопрозрачные фольговые слои могут содержать адгезионные связи с поверхностными контактирующими частями (гранями, ребрами) обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов в составе образуемых перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов и/или контактирующими внутренними поверхностями лицевых звукопрозрачных панелей.

Толщина звукопрозрачного сплошного воздухонепродуваемого защитного пленочного слоя находится в диапазоне значений 0,010…0,1 мм, а его удельный поверхностный вес - 20…70 г/м². Толщина звукопрозрачного сплошного воздухонепродуваемого защитного фольгового слоя находится в диапазоне значений 0,05…0,3 мм, а его удельный поверхностный вес не превышает 0,8 кг/м².

Внутри объемных структур перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов могут быть дополнительно смонтированы закладные армирующие элементы, изготовленные из соответствующих видов полимерных материалов типа полиамида, полипропилена, полиэтилена, поливинилхлорида или аналогичного типа целевого применения конструкционного материала, представленные в виде отлитых, склеенных, сварных или спаянных пространственных стержневых (проволочных и/или перфорированных пластинчатых) конструктивных элементов. Армирующие структуры могут быть также представлены поверхностными звукопрозрачными сетчатыми или пластинчато-перфорированными структурами из металлических или полимерных материалов.

Трубчатые полые несущие перепускные элементы тыльной звукоотражающей панели могут быть изготовлены из металлических или полимерных конструкционных материалов и могут быть закреплены на стенке тыльной звукоотражающей панели с использованием соответствующих механических крепежных элементов типа замковых соединений, дистанционных крепежных элементов, профилей, монтажных рамок и/или с помощью соответствующих адгезионных веществ (липкого клеевого, термоактивного).

В полостях трубчатых полых несущих перепускных элементов могут быть установлены демпфирующие пористые воздухопродуваемые пробки, изготовленные из вспененного открытоячеистого или волокнистого звукопоглощающего материала, предпочтительно из утилизируемых структур пористых звукопоглощающих материалов, например открытоячеистых пенополиуретанов, скрепленных нетканых полотен.

В полостях трубчатых полых несущих перепускных элементов могут быть дополнительно установлены звукоотражающие звукоизолирующие пробки, изготовленные из плотного воздухонепродуваемого конструкционного материала (полимерного или металлического), предпочтительно из утилизируемых материалов производственного брака, технологических отходов и/или материалов деталей технических объектов, завершивших свой жизненный цикл и подвергаемых утилизации.

Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что заявляемое устройство ШЗЭ имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Другие особенности и преимущества заявляемого изобретения станут понятны из чертежей и следующего детального описания устройства, где:

- на фиг. 1 представлен общий вид заявляемого ШЗЭ, установленного в непосредственной близости от железнодорожных путей с проходящим шумогенерирующим железнодорожным составом;

- на фиг. 2 представлен общий вид заявляемого ШЗЭ, установленного в непосредственной близости от автомобильной дороги с проходящими техническими объектами шумогенерирующего автомобильного (легковые и грузовые автомобили) и общественного (автобусы и троллейбусы) транспорта;

- на фиг. 3 представлен вид спереди и поперечное сечение ШЗЭ, перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты звукопоглощающих панелей идентичной толщины которого расположены с заданными воздушными зазорами относительно поверхности тыльной звукоотражающей панели и беззазорно - относительно поверхности лицевых звукопрозрачных панелей;

- на фиг. 4 представлен вид спереди и поперечное сечение ШЗЭ, перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты звукопоглощающих панелей идентичной толщины которого расположены беззазорно относительно тыльной звукоотражающей и лицевых звукопрозрачных панелей;

- на фиг. 5 представлен вид спереди и поперечное сечение ШЗЭ, перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты звукопоглощающих панелей отличающихся толщин которого расположены беззазорно относительно тыльной звукоотражающей и лицевых звукопрозрачных панелей, при этом толщина звукопоглощающей панели, расположенной с лицевой стороны ШЗЭ, превышает толщину звукопоглощающей панели, расположенной с тыльной стороны ШЗЭ;

- на фиг. 6 представлен вид спереди и поперечное сечение ШЗЭ, перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты звукопоглощающих панелей отличающихся толщин которого расположены беззазорно относительно тыльной звукоотражающей и лицевых звукопрозрачных панелей, при этом полости трубчатых полых несущих перепускных элементов перекрыты пористыми воздухопродуваемыми звукопоглощающими пробками и звукоотражающими звукоизолирующими воздухонепродуваемыми пробками;

- на фиг. 7 представлен фрагмент поперечного сечения ШЗЭ, отдельные составные части которого - тыльная звукоотражающая панель, трубчатые полые несущие перепускные элементы, перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты, лицевые звукопрозрачные панели - в отдельных контактирующих зонах скреплены между собой в сборный монолитный структурный модуль соответствующими звукопрозрачными адгезионными соединениями;

- на фиг. 8 представлен фрагмент поперечного сечения ШЗЭ, отдельные составные части которого - тыльная звукоотражающая панель, трубчатые полые несущие перепускные элементы, перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты, лицевые звукопрозрачные панели - в отдельных контактирующих зонах скреплены между собой в сборный монолитный структурный модуль используемыми звукопрозрачными адгезионными соединениями, при этом перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты содержат внутренние закладные армирующие элементы;

- на фиг. 9 схематично представлен процесс дифрагированного огибания распространяемых звуковых волн поверхностных участков перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов в зонах размещения трубчатых полых несущих перепускных элементов;

- на фиг. 10 представлено поперечное сечение разборного ШЗЭ с отдельными разнесенными составными элементами;

- на фиг. 11 представлены схемы поперечного сечения трех вариантов исполнения трубчатых полых несущих перепускных элементов: со свободной полостью без дополнительно установленной пробки (а), с установленной в полости пористой воздухопродуваемой звукопоглощающей пробкой (б), с установленной в полости звукоотражающей звукоизолирующей воздухонепродуваемой пробкой;

- на фиг. 12 представлен фрагмент общего вида варианта конструктивного исполнения отдельных частей ШЗЭ в составе перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов, верхнего и нижнего защитных ребер, фундаментного основания;

- на фиг. 13 представлен фрагмент общего вида варианта конструктивного исполнения отдельных частей ШЗЭ в составе тыльной звукоотражающей панели со смонтированными на ней перфорированными трубчатыми полыми несущими перепускными элементами, верхним и нижним защитными ребрами;

- на фиг. 14 представлен фрагмент общего вида варианта конструктивного исполнения отдельных частей ШЗЭ в составе лицевых звукопрозрачных панелей, перфорированных отверстиями перфорации с отгибами, защитного звукопрозрачного пленочного или фольгового слоя;

- на фиг. 15 представлены экспериментальные результаты измерения реверберационного коэффициента звукопоглощения α_r макетных образцов неперфорированного и перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов идентичной габаритной высоты 1200 мм, ширины 1000 мм и толщины поперечного сечения 50 мм, составленных из обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов, изготовленных из открытоячеистого пенополиуретана, помещенных и скрепленных звукопрозрачными адгезионными соединениями в монолитные объемные структуры звукопрозрачных емкостных полостей, выполненных из звукопрозрачного слоя полиэстеровой пленки толщиной 0,012 мм.

На представленных чертежах приняты следующие обозначения:

1 - поперечные стойки;

2 - продольные профили;

3 - лицевая звукопрозрачная панель;

4 - несущее основание;

5 - фундаментное основание;

6 - дорожное покрытие;

7 - тыльная звукоотражающая панель;

8 - перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты;

9 - перфорированные трубчатые полые несущие перепускные элементы тыльной звукоотражающей панели 7;

10 - воздушные зазоры в сечении ШЗЭ 15 между его составными элементами;

11 - защитный звукопрозрачный пленочный или звукопрозрачный фольговый слой перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8;

12 - источник шумового излучения (например, автотранспортное средство, железнодорожный состав и др.);

13 - адгезионный слой (липкий клеевой, термоактивный);

14 - закладные армирующие элементы перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8;

15 - шумозащитный экран (ШЗЭ);

16 - защитный звукопрозрачный пленочный или фольговый слой лицевой звукопрозрачной панели 3;

17 - верхнее защитное ребро ШЗЭ 15;

18 - отверстия перфорации лицевой звукопрозрачной панели 3;

19 - нижнее защитное ребро ШЗЭ 15;

20 - монтажные отверстия перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8;

21 - перепускные отверстия перфорации перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8;

22 - обособленные дробленые фрагментированные звукопоглощающие элементы перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8;

23 - пористые воздухопродуваемые звукопоглощающие пробки перфорированных трубчатых полых несущих перепускных элементов 9 тыльной звукоотражающей панели 7;

24 - звукопоглощающие панели ШЗЭ 15;

25 - звукоотражающие звукоизолирующие воздухонепродуваемые пробки перфорированных трубчатых полых несущих перепускных элементов 9 тыльной звукоотражающей панели 7;

26 - отверстия перфорации перфорированных трубчатых полых несущих перепускных элементов 9;

d - диаметры отверстий сквозных монтажных 20 и/или отверстий перфорации 21 перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов, и/или трубчатых полых несущих перепускных элементов;

d_м - диаметры монтажных отверстий перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8;

d_п - диаметры перепускных отверстий перфорации перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8;

d_л - диаметры отверстий лицевой звукопрозрачной панели 3;

а - габаритная высота ШЗЭ 15;

t_тр - расстояние между осями трубчатых полых несущих перепускных элементов 9 тыльной звукоотражающей панели 7;

t_мп - расстояние между осями сквозных монтажных отверстий 20 перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8;

t_п - расстояние между осями перепускных отверстий перфорации 21 перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8;

b - толщина поперечного сечения ШЗЭ 15, включающего перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты 8, тыльную звукоотражающую панель 7, расположенные по обе стороны поверхности тыльной звукоотражающей панели 7, две лицевые звукопрозрачные панели 3, защитные звукопрозрачные пленочные или звукопрозрачные фольговые слои 11 перфорированного пористого звукопоглощающего брикета 8 и/или лицевых звукопрозрачных панелей 3 и воздушные зазоры 10, образующиеся между противолежащими поверхностями перечисленных составных элементов в плоскости сечения ШЗЭ 15.

Термины, использованные в тексте описания заявки на изобретение

Звукопоглощение - физический процесс необратимого диссипативного перехода колебательной механической (волновой) энергии, распространяемой в среде звуковой волны, в тепловую энергию. Оценивается в условных единицах коэффициентом звукопоглощения {нормальным α_n и реверберационным α_r).

Звукоизоляция. Термин «звукоизоляция» употребляется для обозначения трех технических (физических) характеристик и относится непосредственно к самой акустической (шумопонижающей) конструкции, к комплексному физическому процессу поглощения и отражения звуковых волн акустической конструкцией и к количественной оценке изменения (ослабления) передачи акустического излучения (численного изменения параметров физического процесса энергетической передачи акустического излучения), вносимого используемой акустической конструкцией. Является мерой изоляции звука экранной перегородкой, стеной или панелью, выраженной в дБ.

Перфорированные отверстия (отверстия перфорации) - несколько (не менее двух) сквозных отверстий заданной (как правило - идентичной) геометрической формы и площади проходного сечения, расположенных друг относительно друга и/или относительно другого конструктивного элемента детали (узла) на заданном расстоянии. Перфорация - от латинского perforato - пробиваю, прокалываю - технологический процесс выполнения сквозных отверстий заданных размеров, расположенных соответствующим образом в структуре стенки, изготавливаемой детали (узла).

Коэффициент перфорации - отношение суммарной площади отверстий перфорации к общей площади лицевой поверхности стенки (структуры детали), на которой была проведена процедура перфорирования (до момента ее перфорирования).

Звукопрозрачность - свойство конструкций (пластин, оболочек, пленок) пропускать звуковую волну без существенного ослабления (без существенного отражения в направлении противоположном распространению от источника излучения). Количественно звукопрозрачность характеризуется коэффициентом прохождения звука. Конструкция считается звукопрозрачной, если вносимое ею ослабление передачи звуковой энергии не превышает 10%.

Дифракция звука - отклонение поведения звука от законов геометрической акустики, обусловленное волновой природой распространения звука, в частности, явление загибания распространяемых звуковых волн в область звуковой тени позади огибаемого звукоотражающего препятствия по габаритам большего по сравнению с длиной распространяемой звуковой волны. На концевых границах расположенных неоднородностей среды распространения звуковых волн (в заявляемом случае - поверхностях твердых плотных и/или эластичных пористых звукопоглощающих структур ШЗЭ с примыкающим к ним воздухом), образуются рассеиваемые звуковые поля (происходит их «размывание»), с возникновением поперечной диффузии амплитуды давления звуковой волны вдоль ее фронта во внутреннюю пористую структуру звукопоглощающего материала (перфорированного пористого звукопоглощающего брикета 8). Дифрагированные волны, появляющиеся на краях зон геометрической звуковой тени и распространяющиеся («ползущие») вдоль тыльной пористой звукопоглощающей поверхности перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8 ШЗЭ 15, затухают (уменьшаются по амплитуде) вследствие возникающих сопутствующих диссипативных потерь, связанных с необратимым преобразованием акустической энергии в теплоту.

Заявляемое устройство ШЗЭ 15 содержит фундаментное основание 5, несущее основание 4, поперечные стойки 1 и продольные профили 2, лицевые звукопрозрачные панели 3, звукопоглощающие панели 24, представленные перфорированными пористыми звукопоглощающими брикетами 8, тыльную звукоотражающую панель 7, выполненную в виде внутренней закладной несущей плосколистовой конструкцией габаритной высотой а, в отдельных зонах которой соответствующим образом закреплены перфорированные трубчатые полые несущие перепускные элементы 9, звукопоглощающие панели 24 могут быть установлены как беззазорно, так и с заданными воздушными зазорами по обе стороны поверхности стенки тыльной звукоотражающей панели 7, представленные перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты 8 содержат сквозные монтажные 20 и перепускные 21 отверстия перфорации, при этом оси сквозных монтажных отверстий 20 совпадают с осями перфорированных трубчатых полых несущих перепускных элементов 9. Расстояния t между осями перепускных отверстий перфорации 21 перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8 находятся в диапазоне значений t=0,1…0,2а. Диаметры d отверстий перепускных отверстий перфорации 21 перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8 находятся в диапазоне значений d=0,05…0,2b, где b - толщина поперечного сечения ШЗЭ 15, включающего перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты 8, тыльную звукоотражающую панель 7, две лицевые звукопрозрачные панели 3, защитные звукопрозрачные пленочные или фольговые слои 11 и воздушные зазоры 10, образующиеся между противолежащими поверхностями перечисленных выше составных элементов в плоскости сечения ШЗЭ 15. Перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты 8, смонтированные по обе стороны стенки тыльной звукоотражающей панели 7, составлены из обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов 22, которые скреплены между собой соответствующими звукопрозрачными адгезионными соединениями в монолитные объемные структуры и могут быть также дополнительно помещены в соответствующие звукопрозрачные емкостные полости, выполненные из слоев 11 звукопрозрачных пленочных и/или звукопрозрачных фольговых материалов, поверх которых беззазорно или с образованием соответствующих воздушных зазоров смонтированы перфорированные сквозными отверстиями лицевые звукопрозрачные панели 3. Аналогичным образом, беззазорно или с образованием соответствующих воздушных зазоров, перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты 8 могут быть смонтированы относительно поверхности стенки тыльной звукоотражающей панели 7.

В процессах эксплуатации транспортных средств, как и другого различного шумоактивного технологического и/или производственного оборудования, размещенных вблизи автострад, на территориях жилой застройки и прилегающих открытых территориях, генерируется паразитная звуковая энергия, загрязняющая окружающую среду, которая квалифицируется внешним шумом шумогенерирующих технических объектов. При использовании заявляемого технического устройства, представленного ШЗЭ 15, размещаемого в непосредственной близости от источника (семейства источников) шумового излучения 12 (например, автотранспортных средств, железнодорожного состава и др.), излучаемые им (ими) звуковые волны, распространяясь в полусферическое открытое пространство (ограниченное отражающей звуковые волны земной поверхностью), падают на составные элементы ШЗЭ 15, частично отражаются от них в обратном направлении их прямого распространения, частично проникают в пористые звукопоглощающие структуры составных элементов ШЗЭ 15, а частично отгибая верхнюю часть ШЗЭ 15 (его верхнее защитное ребро 17), дифрагируют вдоль поверхности лицевой звукопрозрачной панели 3. Прошедшие прямые (распространяемые, проникающие, дифрагированные) и отражаемые от составных элементов (1, 2, 3, 4, 8, 9, 10, 11, 13, 14, 16, 24) ШЗЭ 15 звуковые волны, падая на лицевые поверхности и проникая в структуры перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8, распространяются также в полостях монтажных 20 и перепускных 21 отверстий перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8, свободно (без существенного, не превышающего 10% отражения) проникают через защитный звукопрозрачный пленочный и/или звукопрозрачный фольговый материал 11 в звукопоглощающую структуру перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8, а также распространяются через сообщающиеся извилистые межграневые каналы, образующиеся между контактируемыми гранями обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов 22. В пористой структуре обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов 22 и в поверхностных зонах сообщающихся извилистых межграневых каналов, образованных между контактируемыми гранями обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов 22, осуществляется процесс поглощения энергии звуковых волн за счет ее необратимого диссипативного (с потерями) преобразования (рассеивания) в механическую работу, расходуемую на динамические деформации пористого скелета и на реализацию затратного диссипативного процесса вязкоэластичного трения, возникающего при распространении звуковых волн в образованных сообщающихся извилистых каналах и непосредственно в воздухопродуваемой открытоячеистой вспененной или волокнистой звукопоглощающей пористой структуре материала перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8, с возникающим соответствующим необратимым преобразованием (рассеиванием) звуковой энергии в тепловую энергию. При этом реализуется увеличение дополнительного двухстороннего эффекта звукопоглощения (с лицевой и тыльной сторон ШЗЭ 15), которое достигается в том числе и за счет осуществления процесса дифракионного огибания распространяемых звуковых волн свободной концевой части (верхнего защитного ребра) ШЗЭ 15, а также реализуемого посредством монтажных 20 отверстий перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8 и перфорированных трубчатых полых несущих перепускных элементов 9 (перфорированных отверстиями перфорации 26) тыльной звукоотражающей панели 7, с последующим возникновением эффектов дифракционного огибания пористых с тыльной стороны звукопоглощающих панелей 24 и их поверхностного диссипативного трения с контактирующими поверхностными (кромочными) зонами пористых звукопоглощающих структур ШЗЭ 15. Введение в состав конструкции ШЗЭ 15 монтажных 20 и перепускных 21 отверстий перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8, а также перфорированных трубчатых полых несущих перепускных элементов 9 (перфорированных отверстиями перфорации 26) тыльной звукоотражающей панели 7 позволяет с их помощью расширить области распространения звуковых волн в образованные объемы пористых вязкоэластичных звукопоглощающих структур перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8, смонтированных по обе стороны стенки тыльной звукоотражающей панели 7, с реализуемыми сопутствующими возросшими эффектами дифракционного диссипативного рассеивания звуковой энергии, формируемыми, в том числе, и в прилегающих поверхностных зонах, находящихся вблизи кромочных периметрических частей указанных отверстий перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8. В результате, в прилегающие к ШЗЭ 15 (находящиеся за его тыльной стороной) селитебные территории распространяется дополнительно ослабленная звуковая энергия (обеспечивается уменьшение уровня транспортного шума). Таким образом, деструктивное разрушение (компенсационное подавление) распространяемых и взаимодействующих между собой полей давлений звуковых волн, вызываемое свободными концевыми участками (ребрами, кромочными частями перфорированных отверстий) ШЗЭ 15, в прилегающих к ним пространственных зонах, непосредственно распространяющихся за тыльной стороной ШЗЭ 15, содержащей пористую звукопоглощающую структуру, позволяет дополнительно увеличить эффект дифракционного диссипативного поглощения звуковой энергии и обеспечить тем самым более высокий шумопонижающий эффект заявляемой конструкцией ШЗЭ 15.

Вследствие этого, реализуются механизмы дополнительного повышения поглощения звуковой энергии и соответствующего уменьшения уровня шума транспортных потоков используемым устройством ШЗЭ 15. Применение многослойных, хаотично распределенных обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов 22 в объемном структурном составе монолитных перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8, в том числе и из-за наличия в них сквозных перфорированных отверстий, представленных монтажными 20 и перепускными 21 отверстиями перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8 обеспечивает многократное расширение активной (воспринимаемой падающие звуковые волны) площади поверхности звукопоглощающего вещества обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов 22. Звуковые волны, во время их прохождения в объемных структурах перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8, распространяясь через объемные полости перепускных 21 и монтажных 20 отверстий перфорации и образующиеся извилистые сквозные каналы между контактирующими гранями обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов 22, дополнительно теряют звуковую энергию при таких условиях их прохождения вследствие более выраженных условий физического процесса их диссипативного рассеивания. Использование в конструкции составных элементов ШЗЭ 15 защитных звукопрозрачных пленочных или звукопрозрачных фольговых слоев 11, 16, позволяет без существенного (не более чем на 10%) ухудшения звукопоглощающих характеристик, исключить попадание и накапливание в пористых структурах обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов 22 атмосферных осадков и/или различного типа мелких аморфных частиц, технологических жидкостей, насекомых, исключить разрушение пористой структуры вследствие возможного замерзания влаги, могущей попасть в открытые поры звукопоглощающего материала при низких (знакопеременных) температурах эксплуатации (при вариантах отсутствия в конструкции ШЗЭ 15 такого типа защитного звукопрозрачного слоя 11).

Заднюю (тыльную) часть ШЗЭ 15 предпочтительно выполнять с применением более тонких перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8, монтируемых на указанной «теневой» стороне ШЗЭ 15, так как концентрация звуковой энергии в этой зоне является более низкой.

Поперечные стойки 1 и продольные профили 2 могут монтироваться между противолежащими торцами рядом расположенных перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8 или могут быть сгруппированы семействами в сборные многоячеистые монтажные модули.

Тыльная звукоотражающая панель 7 может закрепляться на несущем основании 4 соответствующими механическими элементами.

Верхнее защитное ребро 17 и нижнее защитное ребро 19 ШЗЭ 15 предпочтительно может иметь сечение П-образной формы, обеспечивая тем самым дополнительное закрепление верхних и нижних торцевых частей перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8.

Огибающие свободную верхнюю кромочную часть (верхнее защитное ребро 17) ШЗЭ 15 и распространяющиеся («ползущие») по ее тыльной поверхности с проникновением внутрь пористой структуры размещенной звукопоглощающей панели 24, представленной перфорированными пористыми звукопоглощающими брикетами 8 со стороны тыльной поверхности (теневой стороны) ШЗЭ 15, подвергаются дополнительному процессу диссипативного рассеивания звуковой энергии, что и формирует дополнительный шумозаглушающий эффект подавления, в том числе и низкочастотного звукового излучения, распространяющегося со стороны шумогенерирующего транспортного потока, характеризуемого в качестве доминирующего в спектре, относительно слабо поглощаемого типичными звукопоглощающими материалами и шумозащитными конструкциями.

Сечение ШЗЭ 15, представленное на фиг. 9, схематично иллюстрирует идеализированный потенциал достижения повышенного эффекта звукопоглощения.

Для возможного регулирования величиной проводимости (сопротивления продуванию, акустического сопротивления) волноводных каналов, образованных воздушными полостями перфорированных трубчатых полых несущих перепускных элементов 9 тыльной звукоотражающей панели 7, они могут дополнительно перекрываться соответствующими структурами пористых воздухопродуваемых звукопоглощающих пробок 23 и/или звукоотражающих звукоизолирующих воздухонепродуваемых пробок 25. Предпочтительной зоной их монтажной установки в полостях перфорированных трубчатых полых несущих перепускных элементов 9 является пространственное месторасположение между противолежащими тыльными торцевыми поверхностными гранями перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8 в плоскости сечения стенки тыльной звукоотражающей панели 7. Предпочтительными конструкционными материалами пористых воздухопродуваемых звукопоглощающих пробок 23 могут являться волокнистые и/или вспененные открытоячеистые звукопоглощающие материалы, используемые для изготовления типичных шумопоглощающих обивок (прокладок) различного типа шумогенерирующих объектов, завершивших свой жизненный цикл и подверженных в связи с этим процессам утилизации. Предпочтительным конструкционным материалом звукоотражающих звукоизолирующих воздухонепроницаемых пробок 25 могут являться плотные и/или закрытоячеистые структуры полипропилена, полиэтилена, поливинилхлорида, резины, металлические материалы (алюминиевые сплавы, сталь), предпочтительно в виде продуктов рециклированной утилизационной переработки производственного брака, технологических отходов производства или демонтированных деталей технических объектов, подлежащих утилизации (произведенных из отходов).

Эффективность заявляемого технического решения иллюстрируется приведенными на фиг. 15 экспериментальными результатами определения параметра «реверберационный коэффициент звукопоглощения» α_r, количественно характеризующего степень поглощения звуковой энергии макетного образца, моделирующего базовые структуры ШЗЭ 15, шумопоглощающего элемента, выполненного в виде фрагмента звукопоглощающей панели 24, представленного в виде пористых звукопоглощающих брикетов габаритной высотой 1200 мм, шириной 1000 мм и толщиной поперечного сечения 50 мм, представленных обособленными дроблеными фрагментированными звукопоглощающими элементами 22, помещенными в звукопрозрачные емкостные полости, выполненные из слоя полиэстеровой пленки толщиной 0,012 м. Указанные пористые звукопоглощающие брикеты оценивались в вариантах их монолитного исполнения (без отверстий перфорации, вариант 1) и вариантах исполнения перфорированного пористого звукопоглощающего брикета 8, перфорированного соответствующих размеров сквозными отверстиями (варианты 2-1, 2-2, 2-3), диаметрами d, равными 2,5 мм, 5 мм, 10 мм и межцентровыми шагами t, равными 120 мм, 180 мм, 240 мм.

Испытания проводились с использованием реверберационной камеры, с возбуждающим акустическим сигналом типа «белый шум» в частотном диапазоне, охватываемом октавными полосами с центрами 500...8000 Гц. При акустических испытаниях исследованные варианты макетных образцов перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов 8 устанавливались на пол реверберационной камеры. Реверберационный коэффициент звукопоглощения α_r определялся при сопоставлении времени реверберации (затухания) диффузного звука в пустой реверберационной камере и в реверберационной камере с помещенным в ней исследуемым макетным образцом.

Из результатов проведенных экспериментальных исследований, представленных на фиг. 15, следует, что использование фрагмента конструкции звукопоглощающей панели 24, представленного в виде перфорированного пористого звукопоглощающего брикета 8, составленного из обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов 22 и содержащего равномерно распределенные по поверхности сквозные отверстия перфорации различного диаметра в его объемной структуре, в сравнении с фрагментом конструкции звукопоглощающих панелей 24, выполненного в виде пористого звукопоглощающего брикета, составленного из обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов 22 и не содержащего отверстий перфорации - позволило в существенной степени увеличить (до 0,37 усл.ед.) величину реверберационного коэффициента звукопоглощения α_r, характеризующего степень поглощения звуковой энергии, в частотном диапазоне третьоктавных полос с центрами (среднегеометрическими частотами) 400…10000 Гц.

Разумеется, заявляемое изобретение не ограничивается приведенными конкретными конструктивными примерами его осуществления, описанными в тексте и показанными на прилагаемых чертежах. Остаются возможными и некоторые несущественные изменения различных элементов или материалов, из которых эти элементы выполнены, либо замена их технически эквивалентными, не выходящими за пределы объема притязаний, обозначенного формулой изобретения.

Изобретение относится к шумопонижающим конструкциям. Шумозащитный экран содержит фундаментное основание, несущее основание, поперечные стойки и продольные профили, тыльную звукоотражающую панель, лицевую звукопрозрачную панель, перфорированную сквозными отверстиями, звукопоглощающие панели, представленные перфорированными пористыми звукопоглощающими брикетами. Тыльная звукоотражающая панель представлена внутренней закладной несущей плосколистовой конструкцией, содержащей перфорированные трубчатые полые несущие перепускные элементы, на которых смонтированы звукопоглощающие панели, расположенные своими тыльными поверхностями по обе стороны поверхности стенки тыльной звукоотражающей панели. Звукопоглощающие панели, представленные перфорированными пористыми звукопоглощающими брикетами, содержат сквозные монтажные и перепускные отверстия перфорации, оси монтажных отверстий перфорации совпадают с осями трубчатых полых несущих перепускных элементов тыльной звукоотражающей панели, расстояния t между осями сквозных перепускных отверстий перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов находятся в диапазоне t=0,1…0,2 а, где а - габаритная высота тыльной звукоотражающей панели, диаметры d сквозных перепускных отверстий перфорации перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов находятся в диапазоне d=0,05…0,2b, где b - толщина поперечного сечения шумозащитного экрана. Перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты, смонтированные по обе стороны стенки тыльной звукоотражающей панели, составлены из обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов, скрепленных между собой звукопрозрачными адгезионными соединениями в монолитные объемные структуры и/или дополнительно помещены в звукопрозрачные емкости, выполненные из звукопрозрачных пленочных и/или звукопрозрачных фольговых материалов, поверх которых смонтированы лицевые звукопрозрачные панели, перфорированные сквозными отверстиями. Технический результат - повышение шумопонижающей эффективности. 22 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Шумозащитный экран, содержащий фундаментное основание, несущее основание, поперечные стойки, продольные профили, тыльную звукоотражающую панель, лицевую звукопрозрачную панель, перфорированную сквозными отверстиями, звукопоглощающие панели, представленные обособленными дроблеными фрагментированными звукопоглощающими элементами, соответствующим образом смонтированными на несущей основе листового или сетчатого типа, закрепленными к горизонтальным профилям и/или основанию шумозащитного экрана, отличающийся тем, что тыльная звукоотражающая панель представлена внутренней закладной несущей плосколистовой конструкцией, содержащей перфорированные трубчатые полые несущие перепускные элементы, на которых смонтированы звукопоглощающие панели, расположенные своими тыльными поверхностями по обе стороны поверхности стенки тыльной звукоотражающей панели, звукопоглощающие панели представлены перфорированными пористыми звукопоглощающими брикетами, содержащими сквозные монтажные и перепускные отверстия перфорации, оси монтажных отверстий перфорации совпадают с осями трубчатых полых несущих перепускных элементов тыльной звукоотражающей панели, расстояния t между осями сквозных перепускных отверстий перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов находятся в диапазоне t=0,1…0,2a, где a - габаритная высота тыльной звукоотражающей панели, диаметры d сквозных перепускных отверстий перфорации перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов находятся в диапазоне d=0,05…0,2b, где b - толщина поперечного сечения шумозащитного экрана, включающего перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты, тыльную звукоотражающую панель, две лицевые звукопрозрачные панели, защитные звукопрозрачные пленочные или фольговые слои и воздушные зазоры, образующиеся между противолежащими поверхностями составных элементов в плоскости сечения шумозащитного экрана, перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты, смонтированные по обе стороны стенки тыльной звукоотражающей панели, составлены из обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов, скрепленных между собой звукопрозрачными адгезионными соединениями в монолитные объемные структуры и/или дополнительно помещены в звукопрозрачные емкости, выполненные из звукопрозрачных пленочных и/или звукопрозрачных фольговых материалов, поверх которых смонтированы лицевые звукопрозрачные панели, перфорированные сквозными отверстиями.

2. Шумозащитный экран по п. 1, отличающийся тем, что стенки перфорированных трубчатых полых несущих перепускных элементов перфорированы сквозными отверстиями с коэффициентом перфорации K_пер-тр≥0,3.

3. Шумозащитный экран по п. 1, отличающийся тем, что его составные части - тыльная звукоотражающая панель, перфорированные трубчатые полые несущие перепускные элементы, перфорированные пористые звукопоглощающие брикеты, лицевые звукопрозрачные панели, обособленные дробленые фрагментированные звукопоглощающие элементы, пористые воздухопродуваемые звукопоглощающие пробки, звукоотражающие звукоизолирующие воздухонепродуваемые пробки, защитные звукопрозрачные пленочные или звукопрозрачные фольговые слои, по крайней мере, в отдельных сопрягаемых контактирующих между собой зонах скреплены в монолитные структурные соединения соответствующими звукопрозрачными адгезионными соединениями.

4. Шумозащитный экран по п. 3, отличающийся тем, что используемые звукопрозрачные адгезионные соединения составных частей шумозащитного экрана представлены множествами разнесенных тонких непрерывных линий липкого клеевого вещества.

5. Шумозащитный экран по п. 3, отличающийся тем, что используемые звукопрозрачные адгезионные соединения составных частей шумозащитного экрана представлены множествами разнесенных тонких прерывистых строчек липкого клеевого вещества.

6. Шумозащитный экран по п. 3, отличающийся тем, что используемые звукопрозрачные адгезионные соединения составных частей шумозащитного экрана представлены термоплавкими перфорированными пленочными или волокнистыми тканевыми слоями термоактивных адгезивов.

7. Шумозащитный экран по п. 3, отличающийся тем, что используемые звукопрозрачные адгезионные соединения составных частей шумозащитного экрана представлены сплошным липким клеевым слоем, характеризуемым удельным поверхностным весом ≤100 г/м².

8. Шумозащитный экран по п. 3, отличающийся тем, что используемые звукопрозрачные адгезионные соединения составных частей шумозащитного экрана представлены сплошным слоем термоактивного термоплавкого вещества, характеризуемого удельным поверхностным весом ≤50 г/м².

9. Шумозащитный экран по п. 1, отличающийся тем, что звукопоглощающее вещество перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов, представленное обособленными дроблеными фрагментированными звукопоглощающими элементами, состоит из дозированных смесей дробленых утилизируемых пористых структур материалов и дробленых пористых веществ, произведенных из полуфабрикатных листов пористых структур материалов.

10. Шумозащитный экран по п. 1, отличающийся тем, что в состав пористого звукопоглощающего вещества, состоящего из обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов, изготовленных из пористых воздухопродуваемых структур материалов, дополнительно введено определенное количество обособленных дробленых фрагментированных звукопоглощающих элементов, изготовленных из плотных непористых воздухонепродуваемых материалов, занимающих при этом не более 30% общего объема пористого звукопоглощающего брикета.

11. Шумозащитный экран по п. 1, отличающийся тем, что лицевая звукопрозрачная панель и/или тыльная звукоотражающая панель изготовлены из плотного конструкционного материала (металлического - алюминия, нержавеющей стали, оцинкованной стали, армированного щепоцементного - дюрисола, велокса, деревянного - импрегированной древесины, полимерного - полиметиметакрилата, или многослойной композиции из нескольких разнородных материалов).

12. Шумозащитный экран по п. 1, отличающийся тем, что лицевая звукопрозрачная панель характеризуется диапазоном значений коэффициента перфорации K_пер-лп≥0,2.

13. Шумозащитный экран по п. 1, отличающийся тем, что отверстия перфорации лицевой звукопрозрачной панели выполнены в виде наклонных щелевых просечек.

14. Шумозащитный экран по п. 1, отличающийся тем, что лицевая звукопрозрачная панель расположена с воздушным зазором относительно противолежащих тыльных поверхностей пористых звукопоглощающих брикетов.

15. Шумозащитный экран по п. 1, отличающийся тем, что лицевая звукопрозрачная панель расположена беззазорно относительно противолежащих тыльных поверхностей перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов и не содержит с ними адгезионных связей.

16. Шумозащитный экран по п. 15, отличающийся тем, что лицевая звукопрозрачная панель, расположенная беззазорно относительно противолежащих тыльных поверхностей перфорированных пористых звукопоглощающих брикетов, неразъемно сопряжена с ними с использованием соответствующего звукопрозрачного адгезионного соединения.

17. Шумозащитный экран по п. 1, отличающийся тем, что защитные звукопрозрачные пленочные или звукопрозрачные фольговые слои дополнительно содержат слои соответствующих адгезионных веществ.

18. Шумозащитный экран по п. 1, отличающийся тем, что защитные звукопрозрачные пленочные или звукопрозрачные фольговые слои изготовлены из сплошной воздухонепродуваемой эластичной полимерной пленки или сплошной металлической фольги.

19. Шумозащитный экран по п. 18, отличающийся тем, что толщина сплошного воздухонепродуваемого защитного пленочного слоя составляет 0,010…0,1 мм, а его удельный поверхностный вес составляет 20…70 г/м².

20. Шумозащитный экран по п. 18, отличающийся тем, что толщина сплошного воздухонепродуваемого защитного фольгового слоя составляет 0,05…0,3 мм, а его удельный поверхностный вес не превышает 0,8 кг/м².

21. Шумозащитный экран по п. 1, отличающийся тем, что пористые звукопоглощающие брикеты содержат поверхностные и/или внутренние звукопрозрачные закладные армирующие элементы, изготовленные из соответствующих видов металлических или полимерных материалов типа полиамида, полипропилена, полиэтилена, поливинилхлорида, представленные в виде отлитых, склеенных, сварных стержневых и/или перфорированных пластинчатых конструктивных элементов.

22. Шумозащитный экран по п. 1, отличающийся тем, что в полостях трубчатых полых несущих перепускных элементов установлены пористые воздухопродуваемые звукопоглощающие пробки, изготовленные из воздухопродуваемого вспененного звукопоглощающего открытоячеистого материала на основе уретанового, нитрильного, винилового, бутадиенстирольных полимерных составов и/или волокнистого звукопоглощающего материала на основе натуральных, синтетических, минеральных или металлических волокон.

23. Шумозащитный экран по п. 1, отличающийся тем, что в полостях трубчатых полых несущих перепускных элементов установлены звукоотражающие звукоизолирующие воздухонепродуваемые пробки, изготовленные из плотного воздухонепродуваемого полимерного или металлического материала.