Расчет звукоизолирующего кожуха промышленного оборудования

Расчет звукоизолирующего кожуха промышленного оборудования

Одним из самых рациональных методов снижения уровней шума промышленного оборудования является его уменьшение в самом источнике.

Однако осуществить мероприятия, способствующие уменьшению шума в самом источнике, бывает очень трудно, а иногда совсем невозможно. Поэтому приходится заниматься вопросами глушения шума вне его источника, на пути распространения, применяя для этого различные шумопоглощающие устройства. звукоизолирующий кожух акустический, Но для того, чтобы та или иная конструкция шумопоглощающих устройств обеспечила необходимую величину уменьшения шума, ее нужно правильно спроектировать. Одним из наиболее распространенных видов шумопоглощающих устройств являются звукоизолирующие кожухи.

Кожухи должны быть выполнены таким образом, чтобы они могли обеспечивать свободный доступ к агрегату, были простыми и удобными в монтаже и демонтаже. Особое внимание должно быть обращено на недопущение неплотностей, щелей и отверстий, которые резко снижают звукоизолирующие свойства кожуха.

Звукопоглощающий материал для предохранения его от выдувания воздушным потоком и для удержания его на стенках должен быть закреплен тонкой металлической перфорированной зашивкой.

Акустические свойства пористых материалов, применяемых в звукоизолирующих констукциях, характеризуются следующими параметрами: постоянной распространения г и волновым сопротивлением щ. Обе эти величины являются комплексными и записываются в виде выражений:

г = вm + jбm (1).

щ = щr + jщi.

где вm — коэффициент затухания; бm — волновой коэффициент; щr и щi — активная и реактивная часть безразмерного сопротивления.

Вещественная часть постоянной распространения вm характеризует ослабление амплитуды волны на единицу длины и называется коэффициентом затухания, мнимая часть называется волновым коэффициентом бm .

Кроме параметров г и щ акустические свойства материала характеризуются нормальным акустическим импедансом Z00, который является отношением звукового давления к нормальной компоненте скорости частиц на поверхности материала.

Нормальный акустический импеданс может быть определен по выражению:

(2).

где Z2 = - jctg — акустический импеданс воздушного промежутка; щ — угловая частота, Гц; т — величина воздушного промежутка, см; д — толщина звукопоглощающего материала, см; Ra и Хсл — соответственно активная и реактивная компоненты импеданса; ch — гиперболический косинус (ch (х)=), а sh — гиперболический синус ().

chгmд = ch (вm + jбm) д= ch вmд cos бmд + jshвmд sin бmд;

sh гmд= sh (вm + jбm) д = sh вmд cos бmд + j ch вmд sin бmд (3).

При отсутствии воздушного промежутка (т=0), т. е. когда материал установлен непосредственно на стенке, выражение (2) принимает вид:

Z00 = щth гд = Ra + jXсл (4).

Коэффициент звукопоглощения материала для каждой конкретной частоты определяется по формуле:

(5).

По выражениям (2) — (5) вычисляются данные, необходимые для определения звукоизолирующей способности кожуха. Расчет уровней шума, создаваемого промышленным оборудованием, заключенным в звукоизолирующий кожух, производится по формуле:

Lзв =Lоткр — Rкож, (6).

где Lоткр — общий (спектральный) уровень шума открытого незвукоизолированного агрегата; Rкож — звукоизолирующая способность кожуха.

Звукоизолирующая способность кожуха Rкож определяется с помощью выражения:

Rкож =Rs — Rб — ДR0, (7).

где Rs — звукоизолирующая способность материала, из которого выполнен кожух (значения для некоторых материалов приведены в табл. 5); Rб — величина, учитывающая влияние звукопоглощения внутри кожуха на его звукоизолирующую способность; ДR0 — поправка, учитывающая влияние отверстий на звукоизолирующую способность кожуха.

В случае, если стенки кожуха выполнены из разнородных материалов в формуле (7) вместо Rs нужно ставить приведенную звукоизолирующую способность Rпр, которая может быть определена с помощью выражения:

(8).

где R0 — звукоизолирующая способность основной части конструкции по табл. 5; S0 — площадь основной части конструкции, м2; Sкож — площадь всех внутренних поверхностей кожуха, м2; i = 1, 2, 3… n — число элементов кожуха, обладающих меньшей звукоизолирующей способностью Ri по сравнению с R0.

При значениях Ri больших R0 звукоизолирующая способность кожуха определяется в полном соответствии с (7).

Величина Rб определяется по формуле.

. (9).

Для агрегатов, общий уровень шума которых лимитируется не одной спектральной составляющей шума, а несколькими или всеми составляющими в слуховом диапазоне частот, расчет звукоизолирующих кожухов производится в вышеприведенной последовательности. По спектральным составляющим определяется общий уровень шума звукоизолированного источника (агрегата).

Общий уровень шума определяется по формуле:

L = 10 lg (10L1/10 + 10L2/10 +…+ 10Ln/10). (10).

Пример расчета

Задача. 1. Определить звукоизолирующую способность кожуха (т. е. уменьшение кожухом уровня шума, излучаемого в окружающее пространство агрегатом) на частоте f = 250 Гц (см. табл. 2) при следующих заданных параметрах:

размеры кожуха l х b х h=800×600×1200 (см. табл. 1);

материал и толщина кожуха — сталь, д = 1 мм (см. табл. 5);

внутренняя поверхность кожуха облицована звукопоглощающим материалом марки БЗМ толщиной д = 30 мм (см. табл. 2);

кожух имеет два отверстия диаметром D = 300 мм (см. табл. 1);

уровень шума в точке, отстоящей от его поверхности на расстоянии r = 0,5 м составляет на частоте 250 Гц 85 дБ (см. табл. 1).

2. Агрегат, закрытый звукоизолирующим кожухом, установлен в помещении машинного зала размером 10×10×2,5 м (см. табл.4). Определить уровень шума в этом помещении на том же расстоянии r после покрытия стен помещения звукопоглощающим материалом — плитой «Силакпор» (см. табл. 3). Значение коэффициента поглощения б для соответствующей частоты 250 Гц приведены в табл. 3.

Решение. 1. По табл. 2 для частоты f = 250 Гц находим постоянную распространения гm и волновое сопротивление щ:

гm = 8,0 + j 18,0 = вm + j бm;

щ = 3,72 — j 1,0 = щг + j щi.

2. Определяем акустический импеданс (4) звукопоглощающего материала, закрепленного непосредственно на стенках кожуха:

Z00 = щth гд = Ra + jXсл ;

sh гmд= sh (вm + jбm) д = sh вmд cos бmд + j ch вmд sin бmд =.

= sh 0,24 cos 0,54 + j ch 0,24 sin 0,54 =.

=0,242? 0,858 + j 1,03? 0,514 = 0,21 + j 0,53 = 0,57 ej68°38ґ,.

При этом учитываем следующие соотношения:

a + bi = r? eiц;

r = ;

cos ц = a/r.

sin ц = b/r.

tg ц = b/a.

Рассчитываем:

вmд = 8,0? 0,03 = 0,240;

бmд = 18,0? 0,03 = 0,54;

chгmд = ch вmд cos бmд + jshвmд sin бmд = ch 0,24 cos 0,54 + jsh0,24 sin 0,54=.

1,03? 0,857 + j 0,242? 0,514 = 0,833+j 0,124 = 0,89ej8°39ґ.

Z00 = 3,85ej15°00= 2,46 cos 45°39ґ + j2,46 sin 45°39ґ =2,46? 0,7 + j2,46? 0,71 = 1,72 + j 1,75 = Ra + jXсл .

3. Определение коэффициента звукопоглощения б по (5):

.

4. Расчет всей внутренней поверхности кожуха:

Sкож = 0,8? 0,6? 2 + 0,8? 1,2? 2 + 0,6? 1,2? 2 = 4,32 м².

5. Расчет площади отверстий:

S01 = S02 = р D2/4 = р? 0,32/4 = 0,0706 м² .

6. Определение поверхности кожуха, облицованного звукопоглощающим материалом:

Sґкож = K? (Sкож — S01 — S02) = 1? (4,32 — 0,0706 — 0,0706) = 4,17 м².

Коэффициент К = 0,94, если каркас (уголки) кожуха звукопоглощающим материалом не облицованы.

• 7. Звукоизолирующая способность кожуха для частоты звуковых колебаний f= 250 Гц определяется по табл. 5 Rs?18 дБ.
• 8. Определяем средний коэффициент звукопоголощения внутри кожуха:

бср кож = б Sґкож/Sкож = 0,657? 4,17 / 4,32 = 0,634.

9. Расчет величины, учитывающей влияние звукопоглощения внутри кожуха на его звукоизолирующую способность (9):

дБ.

• 10. Определение поправки? R0, учитывающей влияние двух отверстий на звукоизолирующую способность кожуха:
  • ?R0 = 10 lg (1 + ц1 (S01/Sкож) 100,1Rs + ц2 (S02/Sкож) 100,1Rs) =

= 10 lg (1+ 10 (0,0706/4,32) 100,1? 18 +10 (0,0706/4,32) 100,1? 18)= 13,34 дБ.

Коэффициенты ц1 и ц2 выбираем равными — 7 — 10.

11. Расчет звукоизолирующей способности кожуха на частоте f = 250 Гц:

Rкож = Rs — Rб — ?R0 = 18 — 1,98 — 13,34 = 2,7 дБ.

12. Определение уровня шума агрегата на частоте f = 250 Гц и на расстоянии 0,5 м при помещении его в кожухе:

Lкож = L — R кож= 85 — 2,7 = 82,3 дБ.

13. Определение звукопоглощения помещения до использования звукопоглощающих материалов:

А1 = Убi? Si = 2? 0,08? 10? 10 +2? 0,08? 10? 2,5 +2? 0,08? 10? 2,5 = 24 сэбин.

14. Определение звукопоглощения помещения после внесения звукопоглотителя (плита «Силакпор»):

A2 = A1 + Убi? Si = 24+2?0.39?10?10+2?0.39?10?2.5+2?0.39?10?2.5 = 141 сэбин.

• 15. Определение уменьшения уровня шума в помещении после его отделки звукопоглотителем:
  • ?L = 10 lg A2/A1 = 10 lg 141/24 = 7,69 дБ.
• 16. Определение шума агрегата после отделки помещения звукопоглотителем:

L2 = L1 — ?L = 82,3 — 7,69 = 74,6 дБ.

ЗАДАЧИ Рассчитать звукоизолирующий кожух промышленного оборудования и уровня шума производственного помещения. Исходные данные для расчета взять из табл. 1 — 5 в соответствии с номером варианта.

Таблица 1.

Уровень шума и размеры кожуха.

Таблица 2.

Параметры звукопоглощающих материалов.

Таблица 3.

Средний реверберационный коэффициент звукопоглощения бср различных звукопоглощающих материалов.

Таблица 4.

Средний коэффициент звукопоглощения бср ограждающих поверхностей помещения.

Таблица 5.

Среднее значение звукоизолирующей способности пластин конструкции из различных материалов, дБ.