Звукоизоляция и звукопоглощения

Цель работы: ознакомить студентов с теорией производственных шумов, физической сущностью и инженерным расчетом звукоизоляции, с приборами, для измерения шума, нормативными требованиями к производственным шумам, провести измерения шума объекта, оценить эффективность мероприятий по снижению шума средствами звукоизоляции и звукопоглощающими облицовками.

 

Общие сведения

Звукоизолирующая способность преграды (коэффициент звукоизоляции) r равна отношению интенсивностей звука J₁₁ в падающих на преграду волнах к интенсивности звука J₂₁ в волнах, прошедших через преграду:

. (2.1)

Коэффициент прохождения τ связан с коэффициентом рассеяния δ и с коэффициентом отражения ε соотношением, выражающим закон сохранения энергии

. (2.2)

Звукоизоляция R, дБ – выражается разностью соответствующих значений уровней звука:

. (2.3)

Интенсивность звука в падающих на преграду и в прошедших за преграду определяется по формулам:

, (2.4)

, (2.5)

где Р₁₁ и Р₂₁ – звуковые давления; ρ₁₁С₁₁ и ρ₂₁С₂₁ – акустические сопротивления.

Обобщенное понятие звукоизоляции преграды выражается формулой:

, (2.6)

которая свидетельствует о том, что физическая сущность звукоизоляции обусловлена как отражением потока звуковой энергии от преграды, так и поглощением звуковой энергии в этой преграде.

Многие практические задачи защиты от шума решается применением строительно – акустических мер, в частности, увеличением звукоизоляции между помещениями. В зависимости от способа возбуждения колебаний в строительных контсрукциях различают изоляцию воздушного и структурного звука, т.е. изоляция ударного звука перекрытием. Для помещения одинакового размера оценки звукоизоляции используют формулу:

, (2.7)

где ρ₁ и ρ₂ – мощность звука соответственно, падающего на преграду и излучаемого обратной стороной преграды.

Для различных помещений используют формулу:

, (2.8)

где L₁ – уровень звукового давления в помещении с источников шума; L₂ – уровень звукового давления в звукоизолируемом помещении; S -площадь разделяющей помещение конструкции; А – эквивалентная площадь звукопоглощения в изолируемом помещении.

Требуемая величина звукоизоляции R_тр, дБ, ограждающей конструкции в активной полосе частот при проникновении шума из одного помещения в другое определяется по формуле:

, (2.9)

где L₁ – октавный уровень звукового давления в помещении с источником шума, дБ; В – постоянная помещения, защищаемого от шума, м²; S_i – площадь ограждающей конструкции, через которую проникает шум в защищаемое помещение; L_доп - допустимый уровень звукового давления, дБ, в защищаемом помещении; n – общее количество ограждающих конструкций или их элементов, через которые приникает шум.

Способы снижения шума работающего оборудования или защита обслуживающего персонала от возникающего шума без каких – либо конструктивных изменений машины относится к пассивных строительно – акустических способов борьбы с шумом. Наиболее распространено применение звукоизолирующих кожухов, полностью или частично закрывающих машину. В низкочастотном диапазоне звукопоглощение может быть реализовано при помощи поглотителей резонансного или мембранного типа и кожухи облицованные внутренние поверхности звукопоглощающими материалами. Величина требуемой звукоизоляции стенок R_тр может быть определена по формуле:

, (2.10)

где ДL₁ – требуемая величина снижения звукового давления кожухом в расчетной точке с источником шума, дБ; S_к – площадь поверхности кожуха, м²; S_доп – площадь воображаемой поверхности, вплотную окружающей источник шума.

Величина снижения проникающих уровней определяются потерями на звукоизоляцию и могут достигнуть в зависимости от спроектированной конструкции ограждения значений:

, (2.11)

где R – звукоизолирующая способность ограждающей конструкции кожуха, дБ; S_кож – площадь поверхности кожуха, м²; А_кож=а_кож∙Sn – эквивалентная площадь звукопоглощения в пространстве под кожухом; а_кож – средний коэффициент звукопоглощения в пространстве под кожухом; S_n – суммарная площадь поверхностей, находящихся под кожухом, включая поверхность кожуха.

Наличие отверстий, неплотностей в кожухе, в местах соприкосновения изолируемой машины с фундаментом, полом помещения, выступающие детали машин, при жестком опирании на корпус, пол или фундамент приводит к интенсивной передаче воздушного звука, которые требуют дополнительных операций по устранению возможностей проникновения шума в помещение этими путями, например, установки в местах выхода отверстий специальных глушителей шума или опирание кожуха на ограждающие конструкции через упругие прокладки.

Эффективность применения кожуха зависит от многих факторов и в первую очередь от правильного акустического расчета, который выполняется для всех восьми октавных полос нормируемого диапазона частот от 63 до 8000 Гц и включает следующие этапы:

- определение шумовой характеристики, т.е. уровней звуковой мощности в октавных полосах частот;

- выбор расчетных точек;

- определение допустимых в соответствии санитарными нормами уровней звукового давления в расчетных точках;

- определение требуемого снижения уровней звукового давления в каждой октавной полосе частот;

- определение требуемой звукоизоляции стенок кожуха и отдельных его элементов (смотровые окна, дверки, люки, вентиляционные отверстия);

- конструктивное решение кожуха с учетом возможного снижения его эффективности из-за неизбежного присутствии открытых проемов.

Уровень звукового давления в расчетной точке с учетом особенностей и акустических характеристик помещения вычисляется по формуле:

для соразмерных помещений:

, (2.12)

где П – вклад прямого звука для дальнего поля; ; Ф – фактор направленности источника; - полный пространственный угол, в который излучается звук для ближнего поля; , S – площадь (м²) воображаемой поверхности, окружающей источник, повторяющей его форму и проходящей через точку наблюдения.

для несоразмерных помещений:

, (2.13)

где а – средний коэффициент звукопоглощения; М и G – высота и ширина помещения, м; J(а,ρ) – дирекция, описывающая поля отраженного звука в несоразмерных помещениях.

Для расчетных точек выбранных на рабочем месте около изолируемой машины требуемое снижение уровней звукового давления может быть вычислено по формулам:

, (2.14)

, (2.15)

где L_р – уровень звуковой мощности шума, измеряемого машиной до установки на нее кожуха, дБ; L_доп – допустимый по нормам уровень звукового давления, дБ; L – средний уровень звукового давления в октавных полосах частот, определенный на рабочем месте, дБ; S – площадь (м²) воображаемой поверхности правильной геометрической формы, окружающей машину и проходящей через расчетную точку (если расстояние от геометрического центра источника шума r₀ до расчетной точки больше удвоенного размера источника шума, то величина S может быть принята ).

При выборе расчетной точки на расстоянии r>r₀ значения ΔL_тр.кож могут быть вычислены по известным шумовым характеристикам L_р и L описываемым формулами (1.12,1.13).

Требуемая звукоизоляция сплошного герметичного кожуха вычисляется по формуле (1).

Частотную характеристику изоляции воздушного шума плоской ограждающей конструкции кожуха из металла, стекла и других материалов можно определить по формуле

, (2.16)

где R₁ – собственная звукоизоляция тонкой стенки кожуха, дБ; ΔR₁ – влияние ребер жесткости пластин, дБ; ΔR₂ – увеличение звукоизоляции при применении демпогирующего покрытия пластин, дБ; ΔR₃ – увеличение звукоизоляции за счет внутренней звукопоглощающей облицовки, дБ; ΔR₄ – влияние технологически необходимых отверстий, дБ.

Акустическая облицовка помещений производится для уменьшения интенсивности падающих и отраженных звуковых волн в целях снижения характеризуются коэффициентом звукопоглощения поверхности:

. (2.17)

Интенсивность звукового луча в помещении после каждого отражения и последующего свободного пробега убывает за счет поглощения, умножаясь на множитель:

,

где m – постоянная затухания звуковой энергии в воздухе, м^-1; - средняя длина свободного пробега звуковых лучей в помещении ; V – объем помещения, S_огр – площадь ограждающих поверхностей.

В акустике помещений этот множитель обозначают (1-а) и используют в акустических расчетах средний коэффициент звукопоглощения а помещении

. (2.18)

В практических расчетах коэффициент а нужно вычислять для октавных полос 60 – 1000 Гц по табл.1, для октавных полос 2000 – 8000 Гц вычисляется по формуле (2.1) (а=а₀).

Звукопоглощение облицовки, как правило, размещают на потоке помещения. Эффективность применения акустической облицовки в шумных помещениях зависит от акустических характеристик выбранных конструкции, способов и места их размещения, размеров помещения и места расположения расчетных точек.

Акустические характеристики помещений определяются расчетом и перед началом проектирования позволяют установить целесообразность акустической обработки помещений.

Акустическими характеристиками помещения являются: постоянная помещения В, м²; эквивалентная площадь звукопоглощения А,м²; средний коэффициент звукопоглощения а.

(2.19)

(2.20)

(2.21)

Конструкции звукопоглощающих облицовок делятся на три группы:

- плоские, выполненные из материалов полной заводской готовности (плиты типа «Акмигран, ПА/С, ПА/О и др.), а также в виде съемных кассет из перфорированных (металлических, асбоцементных, гипсовых) покрытий со звукопоглощающими слоями ультратонкого стеклянного и базальтового волокон или минераловатных плит.

Оценку эффективности плоских звукопоглотителей принято проводить по формуле:

, (2.22)

где а₀ – средний коэффициент звукопоглощения ограждающих поверхностей; S_огр – общая площадь ограждающих конструкций помещения, м²; S_обл – площадь занятая облицовкой, м²; ΔА - величина звукопоглощения облицовки, м²; а_обл - реверберационный коэффициент облицовки.

- объемные звукопоглощающие элементы, отличающимся повышенным на 50 – 70% коэффициентом звукопоглощения за счет дополнительного поглощения вследствие явлений дифракции звуковых волн и за счет более развитой поверхности звукопоглощения. Они бывают однослойные и многослойные. Первый тип представляет собой конструкцию изготовленную из материалов жесткой, зернистой, ячеистой или волокнистой структуры. Многослойный элемент состоит из легкого каркаса, имеющего форму куба, призмы, пирамиды и т.п., звукопоглощающего заполнителя из рыхлых, сыпучих, волокнистых материалов и защитного покрытия из ткани или пленки и перфорированного листа.

- кулисного типа, объединенные определенным порядком размещения в пространстве помещения отдельных элементов образуют пространственную решетку.

Все применяемые звукопоглощающие материалы являются пористыми, за исключением систем, выполняемые из непроницаемых гибких материалов.

Содержание лабораторной работы

Стенд имеет вид макета производственных помещений, одно из которых имитирует производственный участок, а второе - конструкторское бюро.

Источник шума находится под «полом» левой камеры и защищен решеткой. В левой камере размещены макеты заводского оборудования. В правой камере размещены макеты конструкторского бюро и на подставке устанавливается микрофон из комплекта ВШВ-003. Обе камеры снабжены осветительными лампами. Тумблеры для включения лам находятся на передней стенке стенда.

Передняя стенка стенда имеет два смотровых окна. Внутри на передней и задней стенках имеются направляющие, при помощи которых устанавливается объемная звукоизолирующая перегородка, обеспечивающая изоляцию правой и левой камер друг от друга. Решетка громкоговорителя во время проведения лабораторной работы может быть закрыта звукоизолирующим кожухом. На крышке кожуха закреплена ось, на которую может навинчиваться груз для исключения щелей в местах контакта кожуха с решеткой громкоговорителя.

Для возбуждения громкоговорителя используется функциональный генератор типа ГФ-1, все измерения проводятся с помощью шумомера типа ВШВ-003.

 

Задание 1. Исследовать средства звукоизоляции

Ход работы:

Порядок выполнения лабораторной работы.

1. Подключить стенд к электросети с помощью тумблеров включить освещение внутри стенда.

2. Снять со стенда все средства звукоизоляции и звукопоглощения. Установить микрофон из комплекта ВШВ-0003 на подставке.

3. Подключить к стенду генератор сигналов ГФ-1. Установить такую амплитуду синусоидального сигнала, при которой уровень звукового давления на частоте 250 Гц, измеренный шумомером ВШВ-003, находился бы от 90 до 100 дБ.

4. С помощью шумомера ВШВ-003 измерить уровень звукового давления L₁ частотах октавных голос 63÷8000 Гц. Результаты занести в табл.2.1.

5. Установить звукоизолирующую перегородку и повторить измерения уровня звукового давления L_з.п. на тех же частотах. Результаты измерений занести в табл.2.1

Таблица 2.1

Обозначения	Среднегеометрические частоты октавных голос, Гц
L1
Lз.п.

 

6. Составить отчет о лабораторной работе, в котором провести сравнение результатов замеров уровней звукового давления с допустимыми значениями Lдоп. по СН 3223-85 (табл. 2.2 приложение 2.1) путем построения графика.

7. Вычислить эффективность звукоизолирующей перегородки по формуле:

8. Построить график зависимости эффективности звукоизолирующей перегородки от частоты.

 

Приложение 2.4

Нормативные значения допустимых уровней шума на рабочих местах по СН 3223-85

Рабочее место	Среднегеометрические частоты октавных голос, Гц	Уровень звука LА и LАэкв

 

Лабораторная работа 3

Исследование вибрации

Цель работы: ознакомится с приборами, исследовать параметры вибрации оборудования, изучить влияние массы, трения и упругости системы на интенсивность колебаний, дать оценку их вредности и оценить эффективность средств виброзащиты.

 

Общие сведения

Под вибрациями понимают механические колебания упругих тел, характеризующиеся периодичностью изменения параметров. Вибрации возникают при неправильной балансировке валов, шкивов в машинах, воздействии динамических нагрузок, ударного воздействия и т.д.

Воздействие вибрации на человека классифицируется по способу передачи вибрации на человека: общую и локальную, по направлению действия вибрации: для общей вибрации направления осей координат Х₀, У₀, Z₀; для локальной вибрации Х_л, У_л, Z_л, по временной характеристики вибрации: постоянная, для которой контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ); непостоянная, для которой эти параметры изменяются более чем в 2 раза (на 6 дБ).

Показателями вибрационной нагрузки являются виброускорения (виброскорость), диапазон частот и время воздействия вибрации.

К нормируемым показателям вибрационной нагрузки согласно ГОСТ 12.1.012-90 относятся средние квадратические значения виброускорения или виброскорости, а также логарифмические уровни в децибелах.

Виброскорость V, м·с^-1 определяется по формуле:

(3.1)

где ƒ – частота, Гц; А – амплитуда, м.

Логарифмические уровни виброскорости L_V, дБ, определяют по формуле:

(3.2)

где V_ср – среднее квадратичное значение виброскорости, м·с^-1.

Логарифмические уровни виброускорения, V_а, дБ, определяют по формуле:

(3.3)

где а_ср – среднее квадратичное значение виброускорение, м·с^-1.

Нормируемый диапазон частот для технологической вибрации, для вибрации на рабочих местах работников умственного труда устанавливаются в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами:

- для локальной вибрации – 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;

- для общей вибрации – 2; 4; 8; 16; 31,5; 63 Гц.

К нормируемым показателям вибрационной нагрузки на операторе на рабочих местах относятся одночисловые параметры (корректированное по частоте значения контролируемого параметра, доза вибрации, эквивалентное корректированное значение контролируемого параметра) или спектр вибрации (приложения 1-4) вибрационной нагрузки на оператора (приложения 2и 3) установлены для категорий вибрации и соответствующих им критериям оценки по таблице 3.1.

Таблица 3.1

Категории вибрации по санитарным нормам и критерии оценки

Категории вибрации	Критерии оценки
1 – безопасность	Транспортная вибрация
2 – граница снижения производительности труда	Транспортно – технологическая вибрация (машины с ограниченной подвижностью, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок и т.д.)
3а – граница снижения производительности труда	Технологическая вибрация (стационарные машины и оборудования, не имеющие источников вибрации)
3в - комфорт	Вибрация на рабочих местах работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом.

 

При превышении уровней общей или локальной вибрации на рабочих местах над допустимыми значениями по санитарным нормам у работников может возникнуть профессиональное заболевание. Первоначально у человека появляется боль в конечностях, чувство онемения, судороги в икроножных мышцах и впоследствии возникают тяжелые заболевания внутренних органов, сказывающихся на работоспособности, комфорте и других условиях трудовой и социальной жизни и оцениваемые гигиеническими, психофизическими, социальными критериями.

Для обеспечения вибрационной безопасности разработаны технические, организационные мероприятия и средства защиты.

Технические методы и средства борьбы с вибрацией направлены на изменения ее интенсивности, воздействующей на человека.

По организационному признаку методы виброзащиты подразделяются на коллективную и индивидуальную виброзащиту.

По отношению к источнику возбуждения вибрации методы коллективной защиты подразделяются на методы, снижающие параметры вибрации: воздействием на источник возбуждения; на путях ее распространения от источника возбуждения.

По виду реализации методы, снижающие передачу вибрации предусматривают: использование дополнительных устройств, встраиваемых в конструкцию машин и в строительные конструкции (виброизоляция, динамическое виброгашение); изменение конструктивных элементов машин и строительных конструкций: использование демпфирующих покрытий; антифазную синхронизацию двух или нескольких источников возбуждения вибрации.

Для снижения вибрации в источнике возникновения уменьшают силу, вызывающую колебания: проводят статическую и динамическую балансировку роторов, заменяют кинематику возвратно-поступательного движения на вращательное, повышают прочность формы сопрягаемых деталей в редукторах и подшипниках, совершенствуют аэродинамические характеристики объектов и т.д.

К основным характеристикам колебательной системы относятся частота возмущающей силы ω, частота собственного колебания ω₀, механический импеданс – комплексное сопротивление вибрирующей системы Z, зависящей от силы инерции, трения и упругости.

Механический импеданс при гармонических колебаниях в комплексной форме определяется как отношение силы к скорости

, (3.4)

т.е состоит из трех импедансов:

- импеданса демпфирования (трения) ;

- импеданс массы ;

- импеданс упругости (жесткости) ,

где m – масса элемента, кг; q – упругости элементов, Н/м, в виде пружины; S – демпфирования – трения, Н·с/м, в виде поршня в цилиндре; - переменные текущие значения смещения, скорости и ускорения.

Модуль механического импеданса определяется формулой:

. (3.5)

Зависимость элементов механического импеданса от частоты возмущающей силы ω представлена на рис.1.

Рис.1

где I – дорезонансная область; II – зарезонансная область.

Явление резонанса характеризуется совпадением частоты возмущающей силы ω и собственной частоты вибрирующей системы ω₀, в точке пересечения импеданса массы и импеданса упругости . При этом амплитуды вибросмещения А_х и виброскорости А_у достигают максимального значения.

Таким образом, собственная частота системы:

. (3.6)

. (3.7)

Анализируя поведения составляющих импеданса в зависимости от частоты возмущающей силы ω, можно выделить следующие пять методов снижения вибрации:

- вибродемпфирование (вибропоглощение);

- отстройка от резонанса;

- виброгашение;

- виброизоляция;

- динамическое виброгашение.

Из рис. 1 видно, что в резонансной области при ω = ω₀ импедансы и взаимоисключают друг друга, а поведение системы определяется импедансом демпфирования (трения) . Метод, основанный на увеличении внутреннего трения

- масляные демпферы, применение специальных материалов с высоким коэффициентом потерь η, называют вибродемпфированием. Коэффициент потерь энергии на частоте 1000 Гц для:

- чугуна и стали равен – 10^-4;

- губчатой резины – 0,15 – 0,2;

- вибропоглащающей мастики – 0,4 – 0,44.

Эффективность вибродемпфирования в дБ определяется по формуле:

, (3.8)

где В₁ и В₂ – коэффициент потерь системы соответственно до и после применения вибродемпфирования.

На низких частотах при ω < ω₀ колебания определяются импедансом упругости (жесткости). Конструктивные меры, связанные с включением в конструкцию ребер жесткости, шпангоутов, дополнительных опор, стальных оттяжек для матч и т.п. - называют отстройкой системы от резонанса. При увеличении жесткости q увеличивается собственная частота системы ω₀ и резонанса удается избеажть.

На высоких частотах при ω > ω₀ колебательное движение определяется импедансом массы . Таким образом высокочастотные вибрации можно устранить, применяя массивные корпуса машин, станины и фундаменты.

Вибрация наиболее распространена и заключается в ослаблении связи между источником вибрации и объектом виброзащиты путем размещения между ними виброизолирующего устройства (виброизолятора): пружины, рессора, резиновый, резино - металлический или пневматический элемент с упругостью q, на несколько порядков меньше упругости вибрирующей системы q.

Показатели эффективности виброизоляции является коэффициент передачи КП:

, (3.9)

где F_n – амплитуда предаваемой динамической силы; F_в - амплитуда возмущающей силы.

Для оценки виброизоляции в дБ используют формулу:

. (3.10)

Способ динамического виброгашения основан на присоединении к защищаемому объекту массой m дополнительной массы m₁ с упругой связьюq₁. Если собственная частота присоединенного устройства (виброгасителя) будет равна частоте вибрационного воздействия ω, то основной защищаемый объект m остается неподвижным, хотя именно к нему приложена переменная сила .

 

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: