Звукопоглощающая конструкция производственного здания
Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению. Звукопоглощающая конструкция производственного здания включает акустические ограждения и штучные звукопоглотители. Акустические ограждения содержат гладкую и перфорированную стенки, между которыми размещен звукопоглощающий материал, расположенный в два слоя, один из которых, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным, а другой, мягкий, выполнен прерывистым в виде прерывистых звукопоглотителей и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя. Сплошной профилированный слой звукопоглощающего материала выполнен из материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения. Прерывистый звукопоглотитель, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя, выполнен в форме тел вращения, например сферы, эллипсоида, конуса, усеченного конуса, и закреплен на перфорированной стенке с помощью штырей, один конец которых жестко закреплен на перфорированной стенке, а другой - выполнен заостренным и расположен в теле прерывистых звукопоглотителей. Одни штучные звукопоглотители содержат корпус, выполненный в виде боковых замкнутых поверхностей с днищем и откидной крышкой, выполненных из перфорированного листа 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. Соосно корпусу и на равном расстоянии от его внутренних поверхностей размещена пустотелая камера из перфорированного листа с поверхностями, конгруэнтными поверхностям корпуса. Между стенками корпуса и камерой размещен звукопоглотитель, выполненный в виде пористого шумопоглощающего материала, например пеноалюминия или металлокерамики, или металлопоролона, или в виде спрессованной крошки из твердых вибродемпфирующих материалов, например эластомера, полиуретана, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим». Размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин 0,3…2,5 мм. Другие штучные звукопоглотители выполнены в виде металлического штампосварного каркаса, который крепится к объекту, и к нему прикреплен корпус, выполненный в виде перевернутого конуса, в вершине которого имеется отверстие для размещения упругокрепежного элемента, например в виде пружины со стержнем на конце, который фиксируется на вершине конуса крепежным элементом. В основании конуса имеется прокладка, выполненная из вибродемпфирующего материала, которая посредством крепежных элементов присоединяется к каркасу и с помощью основания конуса жестко фиксируется на каркасе посредством упругокрепежного элемента. С внутренней поверхности конуса прикреплен звукопоглощающий негорючий материал, например винипор, стекловолокно, обернутый акустически прозрачным материалом, например стеклотканью. Внутри конуса между слоями звукопоглощающего материала имеется воздушная полость. Звукопоглощающая конструкция также снабжена сферическим звукопоглотителем, содержащим звукопоглотители активного и реактивного типов, размещенные на жестком каркасе. Каркас выполнен из двух частей, при этом нижняя, реактивная, часть выполнена в виде конструкции сферической формы с внутренней конгруэнтной сферической резонансной полостью, образованной жесткой сплошной сферической оболочкой, эквидистантной внешней перфорированной сферической оболочке, соединенной с верхней, активной, частью, которая выполнена в виде жесткой перфорированной цилиндрической обечайки с перфорированной крышкой и сплошным основанием. Полость цилиндрической обечайки заполнена звукопоглощающим материалом. Соединение верхней и нижней частей звукопоглотителя выполнено посредством упругодемпфирующего элемента, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания. К перфорированной крышке перфорированной цилиндрической обечайки шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, например потолку производственного помещения. Сферическая резонансная полость реактивной части каркаса жестко соединена, по крайней мере, одной втулкой с осевым отверстием, выполняющим функцию горловины резонатора Гельмгольца, с внешней перфорированной сферической оболочкой. 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. Винтовой звукопоглощающий элемент выполнен в виде полого винтового звукопоглощающего элемента, образованного внешней и внутренней винтовыми поверхностями, образующими полость. Пространство, образованное внешней и внутренней винтовыми поверхностями, заполнено звукопоглощающим материалом с плотностью, меньшей, чем у винтового звукопоглощающего элемента. Изобретение позволяет повысить эффективность шумопоглощения за счет расширения частотного диапазона и вторичного поглощения звуковых волн, отраженных от звукопоглотителя. 5 ил.
Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению, и может быть использовано при шумоглушении производственного оборудования методом звукопоглощения.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является звукопоглощающая конструкция производственного здания по патенту РФ №2455432 [прототип], содержащая звукопоглощающие устройства производственного помещения, содержащие профилированную и перфорированную стенки, между которыми размещен слой звукопоглощающего материала, причем одна из стенок выполнена гладкой, а звукопоглощающий материал расположен в два слоя, один из которых, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным, а другой, мягкий, выполнен прерывистым и расположен под поверхностями первого слоя, причем звукопоглощающие устройства производственного помещения содержат каркас, оконные, дверные проемы, проемы для размещения светильников и акустические ограждения, содержащие гладкую и перфорированную стенки и штучные звукопоглотители.
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет частичного отражения звуковых волн от звукопоглотителя, а также сравнительно узкий (исключительно высокие частоты) диапазон шумоглушения.
Технический результат - повышение эффективности шумопоглощения за счет расширения частотного диапазона и вторичного поглощения звуковых волн, отраженных от звукопоглотителя.
Это достигается тем, что в звукопоглощающей конструкции производственного здания, содержащая профилированную и перфорированную стенки, между которыми размещен слой звукопоглощающего материала, причем одна из стенок выполнена гладкой, а звукопоглощающий материал расположен в два слоя, один из которых, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным, а другой, мягкий, выполнен прерывистым и расположен под поверхностями первого слоя, звукопоглощающие устройства производственного помещения содержат каркас, оконные, дверные проемы, проемы для размещения светильников и акустические ограждения, содержащие гладкую и перфорированную стенки, между которыми размещен звукопоглощающий материал, расположенный в два слоя, один из которых, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным, а другой, - мягкий, выполнен прерывистым в виде прерывистых звукопоглотителей и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя, сплошной профилированный слой звукопоглощающего материала выполнен из материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, а прерывистый звукопоглотитель, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя, выполнен в форме тел вращения, например сферы, эллипсоида, конуса, усеченного конуса, и закреплен на перфорированной стенке с помощью штырей, один конец которых жестко закреплен на перфорированной стенке, а другой - выполнен заостренным и расположен в теле прерывистых звукопоглотителей.
На фиг. 1 изображена схема звукопоглощающей конструкции производственного здания, на фиг. 2 - конструкция звукопоглощающего акустического ограждения цеха, на фиг. 3 - схема штучного звукопоглотителя призматической формы, на фиг. 4 - схема штучного звукопоглотителя конической формы, на фиг. 5 - схема варианта штучного звукопоглотителя сферической формы.
Звукопоглощающая конструкция производственного здания, в котором размещено оборудование 11, содержит каркас цеха (на чертеже не показан), оконные 2 и 8, дверные 9 проемы, проемы 5 для размещения светильников, акустические ограждения 1, 3, 4, 10, 12 и штучные звукопоглотители 6 и 7 (фиг. 1). Акустическое ограждение (фиг. 2) содержит гладкую 13 и перфорированную 14 стенки, между которыми размещен звукопоглощающий материал, расположенный в два слоя, один из которых, более жесткий 15, выполнен сплошным и профилированным, а другой, - мягкий 16, выполнен прерывистым в виде прерывистых звукопоглотителей и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя 15.
Сплошной профилированный слой 15 звукопоглощающего материала выполнен из материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения. Прерывистый звукопоглотитель 16, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 15, выполнен в форме тел вращения, например сферы, эллипсоида, конуса, усеченного конуса, и крепится на перфорированной стенке 14 с помощью штырей 17, один конец которых жестко закреплен на перфорированной стенке 14, а другой - выполнен заостренным и расположен в теле прерывистых звукопоглотителей 16. Штучные звукопоглотители 6 и 7 установлены над наиболее шумным технологическим оборудованием 11.
Каждый из штучных звукопоглотителей 7 (фиг. 3) состоит из корпуса, выполненного в виде боковых замкнутых поверхностей 17 с днищем 18 и откидной крышкой 19, выполненных из перфорированного листа 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. Соосно корпусу, и на равном расстоянии от его внутренних поверхностей, размещена пустотелая камера 20 из перфорированного листа с поверхностями, конгруэнтными поверхностям корпуса. Между стенками корпуса и камерой размещен звукопоглотитель, выполненный в виде пористого шумопоглощающего материала, например пеноалюминия или металлокерамики, или металлопоролона, или 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 (на чертеже не показано).
Каждый из штучных звукопоглотителей 6 (фиг. 4) состоит из жесткого каркаса 21, который крепится к требуемому объекту (на чертеже не показано), например потолку производственного здания, несущей конструкции производственного оборудования, и к которому прикреплен корпус 22, например металлический или штампосварной конструкции, и который выполнен в виде перевернутого конуса, а в вершине конуса имеется отверстие 30 для размещения упругокрепежного элемента 26, например в виде пружины со стержнем 29 на конце, который фиксируется на вершине конуса крепежным элементом 27, например выполненным в виде гайки. В основании конуса 22 имеется прокладка 25, выполненная из вибродемпфирующего материала, например пластиката типа «Агат» или мастики ВД-17, которая посредством крепежных элементов 24, например в виде винтов, присоединяется к каркасу 21 и с помощью основания конуса жестко фиксируется на каркасе 21 посредством упругокрепежного элемента 26.
С внутренней поверхности конуса 22 прикреплен звукопоглощающий негорючий материал 23 например винипор, стекловолокно, обернутый акустически прозрачным материалом, например стеклотканью. Внутри конуса между слоями звукопоглощающего материала 23 имеется воздушная полость 28.
Сферический звукопоглотитель (фиг. 5) содержит звукопоглотители активного и реактивного типов, размещенные на жестком каркасе. Каркас выполнен из двух частей, при этом нижняя, реактивная, часть 37 выполнена в виде конструкции сферической формы с внутренней конгруэнтной сферической резонансной полостью 38, образованной жесткой сплошной сферической оболочкой 36, эквидистантной внешней перфорированной сферической оболочке 34, соединенной с верхней, активной, частью 31, которая выполнена в виде жесткой перфорированной цилиндрической обечайки 32 с перфорированной крышкой и сплошным основанием, причем полость цилиндрической обечайки заполнена звукопоглощающим материалом, а соединение верхней 31 и нижней 37 частей звукопоглотителя выполнено посредством упругодемпфирующего элемента 35, 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.
Сферическая резонансная полость 38 реактивной части 37 каркаса жестко соединена, по крайней мере, одной втулкой 39 с осевым отверстием, выполняющим функцию горловины резонатора Гельмгольца, с внешней перфорированной сферической оболочкой 34, а пространство между ними заполнено звукопоглотителем. Вокруг перфорированной цилиндрической обечайки 32 расположен, по крайней мере один, винтовой звукопоглощающий элемент 33, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей обечайку 32.
Винтовой звукопоглощающий элемент 33 может быть 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.
Звукопоглощающая конструкция производственного здания работает следующим образом.
Звуковые волны, распространяясь в производственном помещении, взаимодействуют следующим образом. Звуковая энергия от оборудования 11, находящегося в помещении, пройдя через перфорированную стенку 14 акустических ограждений 1, 3, 4, 10, 12, попадает на слои мягкого звукопоглощающего материала 16 (например, выполненного из базальтового или стеклянного волокна), который выполнен прерывистым и расположен под звукоотражающими поверхностями первого слоя 15. Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца", где потери энергии происходят за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора, о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети пор звукопоглотителя. Коэффициент перфорации перфорированной стенки принимается равным или более 0,25. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрена стеклоткань, например типа ЭЗ-100, расположенная между звукопоглотителем и перфорированной стенкой.
Штучные звукопоглотители работают следующим образом.
Звуковые волны, распространяясь в помещении, взаимодействуют со звукопоглощающим материалом. Звукопоглощение на низких и средних частотах происходит за счет акустического эффекта, построенного по принципу резонаторов Гельмгольца, образованных воздушными полостями. Различные объемы резонансных полостей служат 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 звукопоглотителем приводит к шумоглушению в высокочастотном диапазоне, а выполнение звукопоглотителя из негорючих материалов делает конструкцию пожаробезопасной. Низкочастотное звукопоглощение осуществляется за счет мембранного возбуждения стенок корпуса и, косвенно, внутренних объемов воздуха в камере. За счет большого декремента затухания в материале возникает поглощение звуковой энергии при диссипации. Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглотителя, где потери энергии происходят за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора, о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети пор звукопоглотителя.
Сферический звукопоглотитель работает следующим образом.
Звуковые волны, распространяясь на промышленном или транспортном объектах, взаимодействуют со звукопоглощающим материалом, расположенным в полости, образованной жесткой сплошной сферической оболочкой 36, эквидистантной внешней перфорированной сферической оболочке 34, соединенной с верхней, активной, частью 31, а также в перфорированной цилиндрической обечайке 32 и винтовом звукопоглощающем элементе 33 верхней 31 части, подавляющим шумы на низких, средних и высоких частотах соответственно. Соединение верхней 31 и нижней 37 частей каркаса посредством упругодемпфирующего элемента 35 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 резонатора Гельмгольца, образованного воздушной сферической полостью 38 и горловиной резонатора 39, диаметр которой для гашения шума в заданной полосе частот подбирают в требуемом звуковом диапазоне частот, как правило, так: большие объемы для подавления шума в низкочастотном диапазоне, а малые - в области средних и высоких частот. Взаимодействие звуковых волн с винтовым звукопоглощающим элементом 3 приводит к шумоглушению в высокочастотном диапазоне, а выполнение звукопоглотителя из негорючих материалов делает конструкцию пожаробезопасной.
Преимуществом предлагаемого изобретения является универсальность его применения для различных производственных помещений, имеющих самые разнообразные шумовые характеристики. При этом следует отметить относительную легкость настройки штучного звукопоглотителя на требуемый частотный диапазон шумоподавления и его экономически обоснованную эффективность (имеется в виду снижение шума до санитарно-гигиенических норм). Кроме того, выполнение звукопоглотителя из негорючих материалов делает конструкцию пожаробезопасной.
Звукопоглощающая конструкция производственного здания, включающая акустические ограждения и штучные звукопоглотители, при этом акустические ограждения содержат гладкую и перфорированную стенки, между которыми размещен звукопоглощающий материал, расположенный в два слоя, один из которых, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным, а другой, мягкий, выполнен прерывистым в виде прерывистых звукопоглотителей и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя, сплошной профилированный слой звукопоглощающего материала выполнен из материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, а прерывистый звукопоглотитель, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя, выполнен в форме тел вращения, например сферы, эллипсоида, конуса, усеченного конуса, и закреплен на перфорированной стенке с помощью штырей, один конец которых жестко закреплен на перфорированной стенке, а другой - выполнен заостренным и расположен в теле прерывистых звукопоглотителей, одни штучные звукопоглотители содержат корпус, выполненный в виде боковых замкнутых поверхностей с днищем и откидной крышкой, выполненных из перфорированного листа 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, а соосно корпусу и на равном расстоянии от его внутренних поверхностей размещена пустотелая камера из перфорированного листа с поверхностями, конгруэнтными поверхностям корпуса, при этом между стенками корпуса и камерой размещен звукопоглотитель, выполненный в виде пористого шумопоглощающего материала, например пеноалюминия или металлокерамики, или металлопоролона, или 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, другие штучные звукопоглотители выполнены в виде металлического штампосварного каркаса, который крепится к объекту, и к нему прикреплен корпус, выполненный в виде перевернутого конуса, в вершине которого имеется отверстие для размещения упругокрепежного элемента, например в виде пружины со стержнем на конце, который фиксируется на вершине конуса крепежным элементом, а в основании конуса имеется прокладка, выполненная из вибродемпфирующего материала, которая посредством крепежных элементов присоединяется к каркасу и с помощью основания конуса жестко фиксируется на каркасе посредством упругокрепежного элемента, а с внутренней поверхности конуса прикреплен звукопоглощающий негорючий материал, например винипор, стекловолокно, обернутый акустически прозрачным материалом, например стеклотканью, при этом внутри конуса между слоями звукопоглощающего материала имеется воздушная полость, а также снабжена сферическим звукопоглотителем, содержащим звукопоглотители активного и реактивного типов, размещенные на жестком каркасе, каркас выполнен из двух частей, при этом нижняя, реактивная, часть выполнена в виде конструкции сферической формы с внутренней конгруэнтной сферической резонансной полостью, образованной жесткой сплошной сферической оболочкой, эквидистантной внешней перфорированной сферической оболочке, соединенной с верхней, активной, частью, которая 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 звукопоглотителя 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, а сферическая резонансная полость реактивной части каркаса жестко соединена, по крайней мере, одной втулкой с осевым отверстием, выполняющим функцию горловины резонатора Гельмгольца, с внешней перфорированной сферической оболочкой, а пространство между ними заполнено звукопоглотителем, при этом вокруг перфорированной цилиндрической обечайки расположен, по крайней мере один, винтовой звукопоглощающий элемент, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей обечайку, а 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.
