ЗВУКОПОГЛОТИТЕЛЬ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМ РЕЗОНАТОРОМ Российский патент 2018 года по МПК E04B1/84 G10K11/16 

Изобретение относится к средствам снижения шума на промышленных и транспортных объектах.

Известны конструкции штучных звукопоглотителей, выполненных в виде объемных параллелепипедов, кубической формы, конические, полости которых заполнены звукопоглощающим материалом [1, 2, 3, 4]. В настоящее время волокнистые звукопоглотители являются наиболее употребительными в строительной практике.

Недостатками известных штучных звукопоглотителей являются сравнительно невысокая эффективность на низких и средних частотах, а также они не отвечают возросшим требованиям, предъявляемым к дизайну помещений.

Известен конический штучный звукопоглотитель по патенту РФ №2282004 [5], состоящий из жесткого каркаса, подвешиваемого за крючья на тросах к потолку производственного здания с расположенным внутри каркаса звукопоглощающим материалом, обернутым сетчатой капроновой тканью, каркас выполнен по форме в виде конуса с прикрепленной к его нижнему фланцу полусферой, также содержащей звукопоглощающий материал, обернутый сетчатой капроновой тканью или стеклотканью, причем заполнение звукопоглощающим материалом может быть как с воздушными полостями, расположенными на периферии полусферы, так и внутри нее в шахматном порядке по трем координатным плоскостям.

Недостатком его является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на высоких частотах из-за отсутствия звукоотражающих слоев, выполняющих функции звукоизоляции на высоких частотах.

Известен цилиндрический резонансный штучный звукопоглотитель по патенту РФ №2303679 [6], состоящий из жесткого каркаса, подвешиваемого за крючья на тросах к потолку производственного здания с расположенным внутри каркаса звукопоглощающим материалом, обернутым сетчатой капроновой тканью, каркас выполнен цилиндрическим в виде перфорированного стакана и перфорированной круглой крышки, внутри которого расположен жестко закрепленный на оси стакана центральный стержень, на котором установлены с возможностью их фиксации круглые перегородки, внутри одной из которых расположен звукопоглощающий материал, обернутый сетчатой капроновой тканью.

Недостаток - сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на низких частотах из-за стесненных габаритов для размещения резонансных камер.

Известен кубический штучный звукопоглотитель по патенту РФ №2334062 [7], состоящий из жесткого каркаса, подвешиваемого за крючья на тросах к потолку производственного здания с расположенным внутри каркаса звукопоглощающим материалом, обернутым сетчатой капроновой тканью, каркас выполнен по форме в виде двух кубических поверхностей, одна из которых - внешняя - выполнена перфорированной, а другая - внутренняя - акустически прозрачной, причем звукопоглощающий материал, обернутый сетчатой капроновой тканью, расположен в промежутке между каркасами, которые соединены между собой посредством резонансных вставок разного диаметра, а внутренняя полость разделена перегородкой на две резонансные полости, одна из которых заполнена звукопоглотителем.

Недостаток - сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на высоких частотах из-за отсутствия звукоотражающих слоев, выполняющих функции звукоизоляции на высоких частотах.

Известны объемные штучные звукопоглотители по патенту РФ №2354786 [8] и РФ №2485256 [9], состоящие из жесткого каркаса, подвешиваемого на крепежном элементе к потолку производственного здания, каркас выполнен со звукопоглощающим материалом, обернутым акустически прозрачным материалом.

Их недостаток - сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на высоких частотах из-за отсутствия резонаторов Гельмгольца.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является штучный звукопоглотитель по патенту РФ №2485256 [10], содержащий жесткий перфорированный каркас, внутри которого размещен звукопоглощающий материал, каркас выполнен из нижней части конической формы с крышкой и верхней части цилиндрической формы, которая крепится к крышке нижней части перфорированного каркаса посредством вибродемпфирующей прокладки, позволяющей демпфировать высокочастотные колебания, при этом к верхней части цилиндрического перфорированного каркаса шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, например потолку производственного помещения, а полости нижней и верхней частей перфорированного каркаса заполнены звукопоглощающими материалами различной плотности, причем вокруг верхней части цилиндрической формы перфорированного каркаса расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент штучного поглотителя, выполненный в виде цилиндрической винтовой пружины из плотного негорючего звукопоглощающего материала.

Недостатками этого штучного звукопоглотителя является сравнительно невысокая эффективность шумоподавления на низких и средних частотах из-за отсутствия объемных полостей для резонаторов Гельмгольца и полостей, заполненных звукопоглотителем, т.е. поглотителей различной плотности.

Технический результат - повышение эффективности шумоглушения на высоких частотах путем введения в штучный звукопоглотитель объемных полостей для резонаторов Гельмгольца, которые повышают эффективность на высоких частотах.

Это достигается тем, что в звукопоглотителе, содержащем звукопоглотители активного и реактивного типов, размещенные на жестком каркасе, каркас выполнен из двух частей, при этом нижняя, реактивная, часть выполнена в виде жесткой полой конструкции цилиндрической формы с полостью, а верхняя, активная, часть выполнена в виде жесткой перфорированной цилиндрической обечайки с перфорированной крышкой и сплошным основанием, причем полость цилиндрической обечайки заполнена звукопоглощающим материалом, а соединение верхней и нижней частей выполнено посредством упругодемпфирующего элемента, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания, при этом к перфорированной крышке перфорированной цилиндрической обечайки шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, например потолку производственного помещения, причем полость реактивной части каркаса соединена с отверстиями разного диаметра, выполняющими функции горловин резонатора Гельмгольца, при этом отверстия расположены в крышке, основании и на боковой поверхности полого цилиндра, внутренние стенки нижней, реактивной, части полого каркаса цилиндрической формы выполнены жесткими, а внешние - перфорированными, при этом пространство между ними заполнено звукопоглотителем, вокруг перфорированной цилиндрической обечайки расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей обечайку.

На чертеже показана схема звукопоглотителя с цилиндрическим резонатором.

Звукопоглотитель с цилиндрическим резонатором содержит жесткий каркас, который выполнен из двух частей, при этом нижняя 1, реактивная, часть выполнена в виде жесткой полой конструкции цилиндрической формы с полостью 2, а верхняя 10, активная, часть выполнена в виде жесткой перфорированной цилиндрической обечайки 9 с перфорированной крышкой и сплошным основанием, причем полость цилиндрической обечайки заполнена звукопоглощающим материалом. Соединение верхней 10 и нижней 1 частей выполнено посредством упругодемпфирующего элемента 8, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания, при этом к перфорированной крышке перфорированной цилиндрической обечайки 10 шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, например потолку производственного помещения. Полость 2 реактивной части каркаса соединена с отверстиями 5, 6, 7 разного диаметра, выполняющими функции горловин резонатора Гельмгольца. Отверстия 5, 6, 7 расположены в крышке 4, основании 3 и на боковой поверхности полого цилиндра. Внутренние стенки нижней 1, реактивной, части полого каркаса цилиндрической формы выполнены жесткими, а внешние - перфорированными, а пространство между ними заполнено звукопоглотителем 12.

Вокруг перфорированной цилиндрической обечайки 9 расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент 11, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей обечайку 9.

Винтовой звукопоглощающий элемент 11 выполнен в виде полого винтового звукопоглощающего элемента, образованного внешней и внутренней винтовыми поверхностями, образующими полость (на чертеже не показано), при этом пространство, образованное внешней и внутренней винтовыми поверхностями заполнено звукопоглощающим материалом (на чертеже не показано) с плотностью меньшей, чем у винтового звукопоглощающего элемента 11.

Перфорированные поверхности имеют следующие параметры перфорации: диаметр отверстий - 3÷7 мм, процент перфорации 10÷15%, а отверстия в перфорированных поверхностях могут быть выполнены в виде отверстий круглого, треугольного, квадратного, прямоугольного или ромбовидного профиля, при этом в случае некруглых отверстий в качестве условного диаметра следует считать максимальный диаметр вписываемой в многоугольник окружности, а в качестве материала перфорированных поверхностей применены конструкционные материалы с нанесенным на их поверхности с одной или двух сторон слоем мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, или материала типа «Герлен-Д», при этом соотношение между толщинами материала и вибродемпфирующего покрытия лежит в оптимальном интервале величин: 1/(2,5…3,5), или из нержавеющей стали, или оцинкованного листа толщиной 0,7 мм с полимерным защитно-декоративным покрытием типа «Пурал» толщиной 50 мкм, или «Полиэстер» толщиной 25 мкм, или алюминиевого листа толщиной 1,0 мм и толщиной покрытия 25 мкм, или из твердых декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим».

В качестве звукопоглощающего материала используются плиты из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральной ваты типа «URSA», или базальтовой ваты типа П-75, или стекловаты с облицовкой стекловойлоком, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «повиден».

В качестве звукопоглощающего материала использован пористый шумопоглощающий материал, например пеноалюминий, или металлокерамика, или камень-ракушечник со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30÷45%, или металлопоролон, или материал в виде спрессованной крошки из твердых вибродемпфирующих материалов, например эластомера, полиуретана, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин: 0,3…2,5 мм, а также могут быть использованы пористые минеральные штучные материалы, например пемза, вермикулит, каолин, шлаки с цементом или другим вяжущим, или синтетические волокна, при этом поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух, например, типа «Асшех Т» или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например «Лутрасилом». Звукопоглотитель работает следующим образом.

Звуковые волны, распространяясь на промышленном или транспортном объектах, взаимодействуют со звукопоглощающим материалом 12, расположенным в нижней 1 части каркаса, а также в перфорированной цилиндрической обечайке 9 и винтовом звукопоглощающем элементе 11 верхней 10 части, подавляющим шумы на низких, средних и высоких частотах соответственно.

Соединение верхней 10 и нижней 1 частей каркаса посредством упругодемпфирующего элемента 8 позволяет демпфировать высокочастотные колебания, которые могут излучаться жестким каркасом, что позволяет его использовать для снижения шума на транспортных объектах. Звукопоглощение на средних и высоких частотах происходит за счет акустического эффекта, построенного по принципу резонаторов Гельмгольца, образованных воздушными полостями перфорированного каркаса. В нижней 1, реактивной, части каркаса цилиндрическая часть выполнена полой в виде резонансного глушителя Гельмгольца с горловинами резонатора 5, 6, 7 разного диаметра для гашения шума в заданной полосе частот, при этом для подавления звуковых колебаний в требуемом звуковом диапазоне частот, как правило, большие объемы для подавления шума в низкочастотном диапазоне, а малые - в области средних и высоких частот. Взаимодействие звуковых волн с винтовым звукопоглощающим элементом 11 приводит к шумоглушению в высокочастотном диапазоне, а выполнение звукопоглотителя из негорючих материалов делает конструкцию пожаробезопасной.

Источники библиографии, цитируемые при патентном поиске

1. Кочетов О.С., Сажин Б.С. Снижение шума и вибраций в производстве: теория, расчет, технические решения. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001. - 319 с. (рис.П. III. 10, стр.263).

2. Кочетов О.С. Текстильная виброакустика. Учебное пособие для вузов. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево» 2003. - 191 с. (рис.П.2, стр.176).

3. Кочетов О.С. Лабораторный практикум по производственной санитарии. Учебное пособие для вузов. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево» 2004. - 168 с. (рис.6.6, стр.120).

4. Кочетов О.С. Звукопоглощающие конструкции для снижения шума на рабочих местах производственных помещений. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №11, 2010, стр.46-50 (рис.1; стр.48 и рис.2; стр.48).

5. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Елин A.M. Конический штучный звукопоглотитель // Патент на изобретение №2282004. Опубликовано 20.08.2006. Бюллетень изобретений №23.

6. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Цилиндрический резонансный штучный звукопоглотитель // Патент на изобретение №2303679. Опубликовано 27.07.2007. Бюллетень изобретений №21.

7. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Кубический штучный звукопоглотитель // Патент на изобретение №2334062. Опубликовано 20.09.2008. Бюллетень изобретений №26.

8. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Кочетов С.С., Кочетов Сергей Сергеевич. Объемный штучный звукопоглотитель// Патент на изобретение №2354786. Опубликовано 10.05.2009. Бюллетень изобретений №13.

9. Кочетов О.С. Штучный звукопоглотитель // Патент на изобретение №2485256. Опубликовано 20.06.2013. Бюллетень изобретений №17.

10. Кочетов О.С., Стареева М.О. Штучный звукопоглотитель // Патент РФ на изобретение №2495202. Опубликовано 10.10.2013. Бюллетень изобретений №28.

Изобретение относится к средствам снижения шума на промышленных и транспортных объектах. Техническим результатом является повышение эффективности шумоглушения на высоких частотах путем введения в штучный звукопоглотитель объемных полостей для резонаторов Гельмгольца, которые повышают эффективность на высоких частотах. Технический результат достигается тем, что звукопоглотитель с цилиндрическим резонатором содержит звукопоглотители активного и реактивного типов, размещенные на жестком каркасе, при этом каркас выполнен из двух частей, при этом нижняя, реактивная, часть выполнена в виде жесткой полой конструкции цилиндрической формы с полостью, а верхняя, активная, часть выполнена в виде жесткой перфорированной цилиндрической обечайки с перфорированной крышкой и сплошным основанием, причем полость цилиндрической обечайки заполнена звукопоглощающим материалом, причем полость реактивной части каркаса соединена с отверстиями разного диаметра, выполняющими функции горловин резонатора Гельмгольца, при этом отверстия расположены в крышке, основании и на боковой поверхности полого цилиндра, внутренние стенки нижней, реактивной, части полого каркаса цилиндрической формы выполнены жесткими, а внешние - перфорированными, при этом пространство между ними заполнено звукопоглотителем, вокруг перфорированной цилиндрической обечайки расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент, при этом в качестве звукопоглощающего материала используются плиты из минеральной ваты, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Звукопоглотитель с цилиндрическим резонатором, содержащий звукопоглотители активного и реактивного типов, размещенные на жестком каркасе, отличающийся тем, что каркас выполнен из двух частей, при этом нижняя, реактивная, часть выполнена в виде жесткой полой конструкции цилиндрической формы с полостью, а верхняя, активная, часть выполнена в виде жесткой перфорированной цилиндрической обечайки с перфорированной крышкой и сплошным основанием, причем полость цилиндрической обечайки заполнена звукопоглощающим материалом, а соединение верхней и нижней частей выполнено посредством упругодемпфирующего элемента, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания, при этом к перфорированной крышке перфорированной цилиндрической обечайки шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, например потолку производственного помещения, причем полость реактивной части каркаса соединена с отверстиями разного диаметра, выполняющими функции горловин резонатора Гельмгольца, при этом отверстия расположены в крышке, основании и на боковой поверхности полого цилиндра, внутренние стенки нижней, реактивной, части полого каркаса цилиндрической формы выполнены жесткими, а внешние - перфорированными, при этом пространство между ними заполнено звукопоглотителем, вокруг перфорированной цилиндрической обечайки расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей обечайку, при этом в качестве звукопоглощающего материала используются плиты из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральной ваты типа «URSA», или базальтовой ваты типа П-75, или стекловаты с облицовкой стекловойлоком, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «повиден», или в качестве звукопоглощающего материала использован пористый шумопоглощающий материал, например пеноалюминий, или металлокерамика, или камень-ракушечник со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин 30÷45%, или металлопоролон, или материал в виде спрессованной крошки из твердых вибродемпфирующих материалов, например эластомера, полиуретана, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин 0,3…2,5 мм, а также могут быть использованы пористые минеральные штучные материалы, например пемза, вермикулит, каолин, шлаки с цементом или другим вяжущим, или синтетические волокна, при этом поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух, например, типа «Acutex Т» или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например «Лутрасилом».

2. Звукопоглотитель с цилиндрическим резонатором по п. 1, отличающийся тем, что винтовой звукопоглощающий элемент выполнен в виде полого винтового звукопоглощающего элемента, образованного внешней и внутренней винтовыми поверхностями, образующими полость, при этом пространство, образованное внешней и внутренней винтовыми поверхностями заполнено звукопоглощающим материалом с плотностью меньшей, чем у винтового звукопоглощающего элемента.

3. Звукопоглотитель с цилиндрическим резонатором по п. 1, отличающийся тем, что перфорированные поверхности имеют следующие параметры перфорации: диаметр отверстий - 3÷7 мм, процент перфорации 10÷15%, а отверстия в перфорированных поверхностях могут быть выполнены в виде отверстий круглого, треугольного, квадратного, прямоугольного или ромбовидного профиля, при этом в случае некруглых отверстий в качестве условного диаметра следует считать максимальный диаметр вписываемой в многоугольник окружности, а в качестве материала перфорированных поверхностей применены конструкционные материалы с нанесенным на их поверхности с одной или двух сторон слоем мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, или материала типа «Герлен-Д», при этом соотношение между толщинами материала и вибродемпфирующего покрытия лежит в оптимальном интервале величин 1/(2,5…3,5), или из нержавеющей стали, или оцинкованного листа толщиной 0,7 мм с полимерным защитно-декоративным покрытием типа «Пурал» толщиной 50 мкм, или «Полиэстер» толщиной 25 мкм, или алюминиевого листа толщиной 1,0 мм и толщиной покрытия 25 мкм, или из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим».