Способ звукопоглощения с резонансными вставками

Изобретение относится к промышленной акустике и может быть использовано для снижения шума привода машин, облицовки производственных помещений и в других звукопоглощающих конструкциях. Технический результат заключается в повышении эффективности шумоглушения и надежности конструкции в целом. В способе звукопоглощения с резонансными вставками между гладкой и перфорированной поверхностями звукопоглощающего элемента располагают слой звукопоглощающего материала сложной формы. Слой сложной формы выполняют в виде чередующихся сплошных участков и пустотелых участков, причем пустотелые участки выполняют в виде призматических поверхностей, имеющих в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, а внутренние поверхности выполняют в виде зубчатой структуры. Вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закрепляют соответственно на гладкой и перфорированной поверхностях. Полости пустотелых участков, образованные призматическими поверхностями, заполняют звукопоглотителем, а между гладкой поверхностью и сплошными участками слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной поверхностью и сплошными участками располагают резонансные пластины с резонансными вставками, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца». Резонансную пластину с резонансными вставками, расположенную между перфорированной поверхностью и сплошными участками слоя звукопоглощающего материала сложной формы, выполняют коробчатой формы, верхняя поверхность которой прилегает к сплошным участкам слоя звукопоглощающего материала, а боковые грани прикрепляют уголками к перфорированной поверхности. Нижнюю ее поверхность, обращенную в сторону перфорированной поверхности, устанавливают по отношению к ней с зазором, необходимым для размещения резонансных вставок, выполняющих функции горловин резонаторов «Гельмгольца». Параметры резонансных вставок вычисляют по определенным математическим зависимостям. 1 ил.

 

Изобретение относится к промышленной акустике и может быть использовано для снижения шума привода машин, облицовки производственных помещений и в других звукопоглощающих конструкциях.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является звукопоглощающий элемент, применяемый в качестве облицовки производственных помещений, известный из патента РФ №2463412 (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 и надежности конструкции в целом.

Это достигается тем, что в способе звукопоглощения с резонансными вставками, заключающемся в том, что между гладкой и перфорированной поверхностями звукопоглощающего элемента располагают слой звукопоглощающего материала сложной формы, слой сложной формы выполняют в виде чередующихся сплошных участков и пустотелых участков, причем пустотелые участки выполняют в виде призматических поверхностей, имеющих в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, а внутренние поверхности выполняют в виде зубчатой структуры, при этом вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закрепляют соответственно на гладкой и перфорированной поверхностях, причем полости пустотелых участков, образованные призматическими поверхностями, заполняют звукопоглотителем, а между гладкой поверхностью и сплошными участками слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной поверхностью и сплошными участками располагают резонансные пластины с резонансными вставками, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца».

На чертеже изображена схема звукопоглощающего элемента с резонансными вставками для реализации способа звукопоглощения.

Звукопоглощающий элемент для реализации способа звукопоглощения с резонансными вставками содержит гладкую 1 и перфорированную 2 поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, представляющий собой чередование сплошных участков 3 и пустотелых участков 5, причем пустотелые участки 5 образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру 6, или волнистую, или поверхность со сферическими поверхностями (на чертеже не показано). Полости 4, образованные гладкой 1 и перфорированной 2 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 1 и перфорированной 2 поверхностях. Полости 7 пустотелых участков 5, образованные призматическими поверхностями, заполнены строительно-монтажной пеной. Между гладкой 1 поверхностью и сплошными участками 3 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 2 поверхностью и сплошными участками 3, расположены резонансные пластины 8 и 9 с резонансными вставками 10, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца».

В качестве звукопоглощающего материала первого, более жесткого, слоя 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 второго, более мягкого, слоя 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 вспененный полимер, например полиэтилен или полипропилен.

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

Звукопоглощающий элемент для реализации способа звукопоглощения с резонансными вставками работает следующим образом.

Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 2 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 1 поверхностью и сплошными участками 3 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 2 поверхностью и сплошными участками 3 расположены резонансные пластины 8 и 9 с резонансными вставками 10, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца».

Резонансные отверстия 10 (вставки), расположенные в резонансных пластинах 8 и 9, выполняют функции горловин резонаторов "Гельмгольца", частотная полоса гашения звуковой энергии которых определяется диаметром и количеством резонансных отверстий 10.

Возможен вариант, когда резонансная пластина 9 с резонансными вставками 12, 13, 14, расположенная между перфорированной поверхностью 2 и сплошными участками 3 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, выполнена коробчатой формы, верхняя поверхность которой прилегает к сплошным участкам 3 слоя звукопоглощающего материала, боковые грани прикреплены уголками 11 к перфорированной поверхности 2, а нижняя ее поверхность, обращенная в сторону перфорированной поверхности 2, установлена по отношению к ней с зазором, необходимым для размещения резонансных вставок 12, 13, 14, выполняющих функции горловин резонаторов «Гельмгольца».

Наблюдения показали, что спектр шума обычного вентилятора имеет ярко выраженный тональный характер, а уровень шума при этом превышает санитарные нормы порядка на 5-9 дБ, т.е. обычный глушитель шума активного типа не справляется с высокочастотным импульсом звука, при этом спектр шума имеет ярко выраженный тональный характер. Для решения задачи повышения эффективности глушителя аэродинамического шума предлагается схема резонансного глушителя, встроенного в звукопоглощающий элемент.

Физический эффект работы такого глушителя основан на том, что при резонансном совпадении собственной и возбуждающей частот амплитуда скорости колебания воздуха в горловине резонатора значительна и при наличии трения потери энергии падающей звуковой волны возрастают, при этом реализуется эффект резонатора Гельмгольца.

Резонансная пластина 9 с резонансными вставками 12, 13, 14, встроенная в звукопоглощающий элемент, расположенная между перфорированной поверхностью 2 и сплошными участками 3 слоя звукопоглощающего материала сложной формы и выполненная коробчатой формы, является материализованным объектом резонатора Гельмгольца.

Способ звукопоглощения с резонансными вставками осуществляют следующим образом.

Между гладкой и перфорированной поверхностями звукопоглощающего элемента, располагают слой звукопоглощающего материала сложной формы, который выполняют в виде чередующихся сплошных участков и пустотелых участков, причем пустотелые участки выполняют в виде призматических поверхностей, имеющих в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, а внутренние поверхности выполняют в виде зубчатой структуры, при этом вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закрепляют соответственно на гладкой и перфорированной поверхностях, причем полости пустотелых участков, образованные призматическими поверхностями, заполняют звукопоглотителем, а между гладкой поверхностью и сплошными участками слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной поверхностью и сплошными участками располагают резонансные пластины с резонансными вставками, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца».

Максимальное поглощение энергии для одиночного резонатора будет наблюдаться на резонансной частоте:

где k_p - проводимость отверстий в резонансных вставках 12, 13, 14, соединяющих их с резонансной пластиной 9, имеющей аналог резонаторной камеры объемом V_p (м³); V_p - объем резонаторной камеры (м³); с - скорость звука в воздухе, принимаемая в расчетах равной 340 м/с.

где n - количество отверстий во вставке; S_o - площадь одного отверстия диаметром do,м²;

l_отв - глубина отверстия, м.

Задаваясь величиной объема Vp резонаторной полости, согласно габаритным размерам резонансной пластины 9, а также резонансной частотой f_p "лопастного" импульсного источника шума, например вентилятора, определяем проводимость отверстий:

и их количество

Эффективность снижения уровня шума данным глушителем будет определяться формулой:

где F - площадь поперечного сечения резонансной пластины 9, м²; f, f_p - возбуждающая и собственная частоты резонатора Гельмгольца.

Способ звукопоглощения с резонансными вставками, заключающийся в том, что между гладкой и перфорированной поверхностями звукопоглощающего элемента располагают слой звукопоглощающего материала сложной формы, слой сложной формы выполняют в виде чередующихся сплошных участков и пустотелых участков, причем пустотелые участки выполняют в виде призматических поверхностей, имеющих в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, а внутренние поверхности выполняют в виде зубчатой структуры, при этом вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закрепляют соответственно на гладкой и перфорированной поверхностях, причем полости пустотелых участков, образованные призматическими поверхностями, заполняют звукопоглотителем, а между гладкой поверхностью и сплошными участками слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной поверхностью и сплошными участками располагают резонансные пластины с резонансными вставками, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца», отличающийся тем, что резонансную пластину с резонансными вставками, расположенную между перфорированной поверхностью и сплошными участками слоя звукопоглощающего материала сложной формы, выполняют коробчатой формы, верхняя поверхность которой прилегает к сплошным участкам слоя звукопоглощающего материала, а боковые грани прикрепляют уголками к перфорированной поверхности, при этом нижнюю ее поверхность, обращенную в сторону перфорированной поверхности, устанавливают по отношению к ней с зазором, необходимым для размещения резонансных вставок, выполняющих функции горловин резонаторов «Гельмгольца», а параметры резонансных вставок вычисляют по следующим зависимостям:

максимальное поглощение энергии для одиночного резонатора будет наблюдаться на резонансной частоте:

где k_p – проводимость отверстий в резонансных вставках 12, 13, 14, соединяющих их с резонансной пластиной 9, имеющей аналог резонаторной камеры объемом Vp (м³); V_p – объем резонаторной камеры (м³); с – скорость звука в воздухе, принимаемая в расчетах равной 340 м/с,

где n – количество отверстий во вставке; S_o – площадь одного отверстия диаметром do, м²; l_отв – глубина отверстия, м,

задаваясь величиной объема V_p резонаторной полости, согласно габаритным размерам резонансной пластины 9, а также резонансной частотой f_p «лопастного» импульсного источника шума, например вентилятора, определяют проводимость отверстий:

,

эффективность снижения уровня шума данным глушителем будет определяться формулой:

где F – площадь поперечного сечения резонансной пластины 9, м²; f, f_p – возбуждающая и собственная частоты резонатора Гельмгольца.