СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ Российский патент 2018 года по МПК G01M7/00 E04B1/99 

Изобретение относится к промышленной акустике и может быть использовано для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов привода машин, облицовки производственных помещений, и других звукопоглощающих конструкциях.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является стенд, в котором уровень звуковой мощности L_p определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления L_cp на измерительной поверхности S, м², за которую принята площадь полусферы, известный из патента РФ №2557332 (прототип).

Недостатком технического решения, принятого в качестве прототипа, является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет наличия пустот между слоями, где отсутствует поглощение звука между слоями звукопоглотителя.

Технический результат - повышение эффективности шумоглушения.

Это достигается тем, что в стенде для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов в производственных помещениях содержится испытываемый объект с размерами: l₁, l₂, l₃ - соответственно: длина, ширина и высота, м, который установлен свободно на полу в помещении с размерами: длина D, м; ширина W, м; высота Н, м, а в пяти точках измерения, по периметру испытываемого объекта, на расстоянии 1 м от его габаритных размеров, установлены акустические микрофоны, из комплекта акустической аппаратуры, отвечающей требованиям к измерительным комплексам, при этом количество точек измерения равно пяти, а число измерений в каждой точке равно трем, после замеров проводится расчет шумовых характеристик объекта следующим образом:

сначала определяются параметры для акустических расчетов по формулам:

где l₁, l₂, l₃ - соответственно длина, ширина и высота объекта, м; d=1 м - расстояние от точки измерения до габаритов испытываемого объекта; h - высота точек измерения над уровнем пола, м;

затем находятся корректированные уровни звукового давления L_коp, дБ, с учетом влияния отраженного звука по формулам:

где n - количество точек измерения на измерительной поверхности; L_i - уровень звукового давления в i-й измерительной точке, дБ; K - постоянная, учитывающая влияние отраженного звука; S_V - площадь ограждающих поверхностей в помещении, включая пол, м²; А - эквивалентная площадь звукопоглощения при коэффициенте звукопоглощения α_S = 0,15 для цеха с оборудованием,

при этом уровень звуковой мощности L_p вычисляется при S₀ = 1 м² по формуле:

где L_ср - средние уровни звукового давления, скорректированные при фоне выше уровня испытываемого объекта более чем на 10 дБ до значения средних корректированных уровней L_коp;

затем вычисляются расчетные уровни звукового давления на рабочем месте в цехе с учетом плотности установки оборудования и одновременности работы машин по формуле:

где X - величина, зависящая от средней плотности q установки машин в цехе, дБ, Y - величина, зависящая от одновременности работы машин в цехе, дБ.

На фиг. 1 изображена схема стенда для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов в производственных помещениях, на примере звукопоглощающего кожуха для приводного механизма; на фиг. 2 - вид сверху фиг. 1; на фиг. 3 - схема стенда для промышленного пылесоса с глушителем шума; на фиг. 4 - вид сверху фиг. 3; на фиг. 5 - конструкция звукопоглощающего элемента для исследуемых объектов: кожуха для приводного механизма и пылесоса с глушителем шума.

Стенд для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов в производственных помещениях содержит исследуемые объекты: кожух для приводного механизма (фиг. 1, 2) и пылесос с глушителем шума (фиг. 3, 4), в которых применен звукопоглощающий элемент (фиг. 5).

На фиг. 1, 2 изображена схема стенда для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов в производственных помещениях на примере кожуха 4 приводного механизма, облицованного изнутри звукопоглощающим элементом 5 (фиг. 5) и установленного на основании 6 (пол производственного помещения) посредством виброизоляторов 8 через опорную вибродемпфирующую плиту 7, при этом приводной механизм состоит из электродвигателя 1, соединенного посредством муфты 2 с редуктором 3, жестко установленных на опорной вибродемпфирующей плите 7, размещенной между этими механизмами и виброизоляторами 8.

Исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов кожуха 4 приводного механизма (фиг. 1, 2) проводят поочередно: сначала без облицовки кожуха 4 звукопоглощающими элементами 5, а затем с исследуемой новой облицовкой и сравнивают полученные результаты.

Возможен вариант, когда исследования акустических характеристик проводят поочередно для сравнения с несколькими различными звукопоглощающими элементами 5 кожуха 4.

На фиг. 3, 4 изображена схема пылесоса 9 с глушителем шума 10, в котором применен звукопоглощающий элемент (фиг. 5). В пяти точках измерения, по периметру испытываемого объекта, на расстоянии 1 м от его габаритных размеров, установлены акустические микрофоны, например из комплекта акустической аппаратуры типа ИШВ-1, отвечающей требованиям к измерительным комплексам.

Стенд для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов в производственных помещениях работает следующим образом.

Исследования акустических характеристик пылесоса 9 с глушителем шума 10 (фиг. 3, 4) проводят также поочередно: сначала с глушителем шума 10 без облицовки его корпуса, а затем с исследуемой новой облицовкой и сравнивают полученные результаты. Возможен вариант, когда исследования акустических характеристик пылесоса 9 с глушителем шума 10 проводят поочередно для сравнения с несколькими различными звукопоглощающими элементами 5 облицовки корпуса глушителя шума 10.

Рассмотрим работу стенда на примере пылесоса 9 с глушителем шума 10.

Испытываемый пылесос имеет размеры: l₁, l₂, д₃ (1,2×0,6×1,2) - соответственно длина, ширина и высота пылесоса, м. Он установлен свободно на полу в помещении (цехе) с размерами: длина D=20 м, ширина W=12 м, высота Н=3,4 м. Режим работы пылесоса соответствовал вращению крыльчатки вентилятора со скоростью n=3000 об/мин. Количество точек измерения равнялось пяти, а число измерений в каждой точке - 3.

Расчет шумовых характеристик пылесоса НПП-2 проводим следующим образом.

Сначала определяем параметры для акустических расчетов по формулам (1):

h=0,25(b+c-d);

.

Здесь l₁, l₂, l₃ - соответственно длина, ширина и высота пылесоса, м; h - высота точек измерения над уровнем пола, м.

При принятых исходных данных рассматриваемого примера эти параметры равны: а=1,6 м: b=1,3 м; с=2,2 м; h=0,63 м; S=19,64 м². Расчеты заносим в таблицу 1.

Средние корректированные уровни звукового давления L_кор, дБ, с учетом влияния отраженного звука определяем по формулам:

A=α_S⋅S_V,

где n - количество точек измерения на измерительной поверхности; L_i - уровень звукового давления в i-й измерительной точке, дБ; K - постоянная, учитывающая влияние отраженного звука; S_V - площадь ограждающих поверхностей в помещении, включая пол, м²; А - эквивалентная площадь звукопоглощения при коэффициенте звукопоглощения α_S=0,15 для цеха с оборудованием, м².

Корректировка по шуму помех не вносится, если фон в цехе ниже уровня шума пылесоса более чем на 10 дБ (поправка Δ=0). Уровень звуковой мощности L_P вычисляется по формуле:

S_o=1 м².

При принятых исходных данных эти параметры равны: K=2,1 дБ; S_V=710 м²; А=106,5 м². Октавные уровни звуковой мощности L_P, дБ, приведены в табл. 1.

Расчетные уровни звукового давления на рабочем месте в цехе с учетом плотности установки оборудования и одновременности работы машин вычисляются по формуле:

где X - величина, зависящая от средней плотности q установки машин в цехе, дБ, Y - величина, зависящая от одновременности работы машин в цехе, дБ (см. таблицы 2, 3). Для наших условий при q=0,01 шт/м² эти величины равны: Х=-15,5 дБ; Y=0.

Таблица 2

Таблица 3

Результаты расчета заносим в табл. 1. Анализируя полученные данные приходим к выводу, что акустические характеристики пылесоса с серийным глушителем шума при частоте вращения n=3000 об/мин и плотности установки q=0,01 шт/м² не соответствуют требованиям стандарта, причем превышение уровней звукового давления наблюдается в основном в высокочастотной области 1000…8000 Гц и составляет порядка 7…10 дБ.

Звукопоглощающий элемент (фиг. 5) содержит гладкую 11 и перфорированную 12 поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, представляющий собой чередование сплошных участков 13 и пустотелых участков 15, причем пустотелые участки 15 образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру 16, или волнистую, или поверхность со сферическими поверхностями (на чертеже не показано). Полости 14, образованные гладкой 11 и перфорированной 12 поверхностями, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, заполнены звукопоглотителем. При этом вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закреплены соответственно на гладкой 11 и перфорированной 12 стенках. Полости 17 пустотелых участков 15, образованные призматическими поверхностями, заполнены строительно-монтажной пеной. Между гладкой 11 поверхностью и сплошными участками 13 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 2 поверхностью и сплошными участками 13, расположены резонансные пластины 18 и 19 с резонансными вставками 20, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца».

Звукопоглощающий элемент работает следующим образом. Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 12 и комбинированный звукопоглощающий слой сложной формы, уменьшается, так как осуществляется переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии), т.е. в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца", имеют место потери энергии за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора, о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети микропор звукопоглотителя. Между гладкой 11 поверхностью и сплошными участками 13 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 12 поверхностью и сплошными участками 13 расположены резонансные пластины 18 и 19 с резонансными вставками 20, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца».

Резонансные отверстия 20 (вставки), расположенные в резонансных пластинах 18 и 19, выполняют функции горловин резонаторов "Гельмгольца", частотная полоса гашения звуковой энергии которых определяется диаметром и количеством резонансных отверстий 20. В качестве звукопоглощающего материала применен материал на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м³ со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, например пеноалюминий.

В качестве звукопоглощающего материала применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая ваты типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена.

Материал перфорированной поверхности выполнен из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной поверхности, обращенная в сторону звукопоглощающей конструкции, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».

Исследуемый звукопоглощающий элемент (фиг. 6), как вариант, выполнен в виде жесткой стенки 21 и перфорированной стенки 22, между которыми расположен двухслойный комбинированный звукопоглощающий элемент, причем слой 23, прилегающий к жесткой стенке 21, выполнен звукопоглощающим, а прилегающий к перфорированной стенке 22, слой 24, выполнен с перфорацией 25 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны.

В качестве звукопоглощающего материала слоя 23 может быть применена минеральная вата на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральная вата типа «URSA», или базальтовая вата типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена. При этом поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается пористыми красками, пропускающими воздух, например типа Acutex Т, или покрывается воздухопроницаемыми тканями, или неткаными материалами, например Лутрасилом,

В качестве материала звукоотражающего слоя 24 применен материал на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м³ со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, например пеноалюминия, или применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60…80 кг/м³, или материал на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолстом.

Звукопоглощающий элемент работает следующим образом.

Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого, излучающего интенсивный шум объекта, пройдя через перфорированную стенку 22 попадает на слой 24 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, а часть звуковой энергии проходит через слой 24 из звукоотражающего материала и взаимодействует со слоем 3 из звукопоглощающего материала, где происходит окончательное рассеивание звуковой энергии. Коэффициент звукопоглощения волокнистых материалов находится в пределах 0,4…1,0. Выполнение перфорации на звукоотражающим слое способствует более эффективному шумоглушению на средних частотах, так как часть звуковых волн будет проходить через перфорацию 25 и рассеиваться на слое 23 из звукопоглощающего материала.

Изобретение относится к промышленной акустике и может быть использовано для снижения шума привода машин, для облицовки производственных помещений и в других звукопоглощающих конструкциях. Технический результат заключается в повышении эффективности шумоглушения и надежности конструкции в целом. Стенд для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов в производственных помещениях содержит испытуемый объект, который установлен свободно на полу в помещении, а в пяти точках измерения по периметру испытуемого объекта на расстоянии 1 м от его габаритных размеров установлены акустические микрофоны из комплекта акустической аппаратуры, отвечающей требованиям к измерительным комплексам. Количество точек измерения равно пяти, а число измерений в каждой точке равно трем. После замеров проводится расчет шумовых характеристик объекта по определенным математическим выражениям. Исследуемая облицовка выполнена в виде жесткой и перфорированной стенок, между которыми расположен многослойный звукопоглощающий элемент, выполненный в виде двух слоев: один из которых, прилегающий к жесткой стенке, является звукопоглощающим, а другой, прилегающий к перфорированной стенке, выполнен с перфорацией из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров. В качестве звукоотражающего материала используется материал на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³, или материал на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолстом. 3 табл., 6 ил.

Стенд для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов в производственных помещениях, содержащий испытуемый объект с размерами l₁, l₂, l₃ – соответственно: длина, ширина и высота, м, который установлен свободно на полу в помещении с размерами: длина D, м; ширина W, м; высота Н, м, а в пяти точках измерения по периметру испытуемого объекта на расстоянии 1 м от его габаритных размеров установлены акустические микрофоны из комплекта акустической аппаратуры, отвечающей требованиям к измерительным комплексам, при этом количество точек измерения равно пяти, а число измерений в каждой точке равно трем, после замеров проводится расчет шумовых характеристик объекта следующим образом:

сначала определяются параметры для акустических расчетов по формулам:

где l₁, l₂, l₃ – соответственно длина, ширина и высота объекта, м; h – высота точек измерения над уровнем пола, м;

затем находятся корректированные уровни звукового давления L_кop, дБ, с учетом влияния отраженного звука по формулам:

где n – количество точек измерения на измерительной поверхности; L_i – уровень звукового давления в i-й измерительной точке, дБ; K – постоянная, учитывающая влияние отраженного звука; S_V - площадь ограждающих поверхностей в помещении, включая пол, м²; А – эквивалентная площадь звукопоглощения при коэффициенте звукопоглощения α_S = 0,15 для цеха с оборудованием,

при этом уровень звуковой мощности L_p вычисляется при S₀ = 1 м² по формуле:

где L_cp – средние уровни звукового давления, скорректированные при фоне в цехе выше уровня испытываемого объекта более чем на 10 дБ до значения средних корректированных уровней звукового давления L_кор;

затем вычисляются расчетные уровни звукового давления на рабочем месте в цехе с учетом плотности установки оборудования и одновременности работы машин по формуле:

где X – величина, зависящая от средней плотности q установки машин в цехе, дБ, Y - величина, зависящая от одновременности работы машин в цехе, дБ,

отличающийся тем, что исследуемая облицовка объектов выполнена в виде жесткой и перфорированной стенок, между которыми расположен многослойный звукопоглощающий элемент, выполненный в виде двух слоев: один из которых, прилегающий к жесткой стенке, является звукопоглощающим, а другой, прилегающий к перфорированной стенке, выполнен с перфорацией из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, при этом в качестве звукоотражающего материала используется материал на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³, или материал на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолстом.