Резонансный звукопоглотитель с активным винтовым элементом

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 резонансный звукопоглотитель с активным винтовым элементом содержит жесткий каркас из верхней активной части, и нижней, реактивной части, при этом реактивная часть выполнена в виде, по крайней мере, трех коаксиально и осесимметрично расположенных резонансных цилиндров, полости которых снабжены отверстиями разного диаметра, выполняющими функции горловин резонатора Гельмгольца, а опорные диски, расположенные по торцам цилиндров, жестко и герметично соединяют их между собой, образуя реактивную часть жесткого каркаса звукопоглотителя, при этом 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 упруго-демпфирующего элемента, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания, при этом к перфорированной крышке перфорированной цилиндрической обечайки шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, а вокруг перфорированной цилиндрической обечайки расположен, по крайней мере один, винтовой звукопоглощающий элемент, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей обечайку, и опирающейся в опорный диск, соединенный с реактивной частью звукопоглотителя, при этом в качестве звукопоглощающего материала используются плиты из минеральной ваты на базальтовой основе, или в качестве звукопоглощающего материала использован пористый шумопоглощающий материал, или в качестве звукопоглощающего материала использован термостойкий высокопористый волокнистый теплоизоляционный и звукопоглощающий материал. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

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

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является штучный звукопоглотитель по патенту РФ №2485256 [прототип], 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 резонансном звукопоглотителе, содержащем жесткий каркас из верхней активной части, и нижней, реактивной, части, реактивная часть выполнена в виде, по крайней мере, трех коаксиально и осесимметрично расположенных резонансных цилиндров, полости которых снабжены отверстиями разного диаметра, выполняющими функции горловин резонатора Гельмгольца, а опорные диски, расположенные по торцам цилиндров, жестко и герметично соединяют их между собой, образуя реактивную часть жесткого каркаса звукопоглотителя, при этом 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 упруго-демпфирующего элемента, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания, при этом к перфорированной крышке перфорированной цилиндрической обечайки шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, а вокруг перфорированной цилиндрической обечайки расположен, по крайней мере один, винтовой звукопоглощающий элемент, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей обечайку, и опирающейся в опорный диск, соединенный с реактивной частью звукопоглотителя.

На чертеже показана схема резонансного звукопоглотителя.

Резонансный звукопоглотитель с активным винтовым элементом содержит жесткий каркас из верхней активной части 1, и нижней, реактивной, части 4, выполненной в виде, по крайней мере, трех коаксиально и осесимметрично расположенных резонансных цилиндров 8, 9 и 11, полости которых снабжены отверстиями 7, 10, 12 разного диаметра, выполняющими функции горловин резонатора Гельмгольца. Опорные диски 13 и 14, расположенные по торцам цилиндров, жестко и герметично соединяют их между собой, образуя реактивную часть 4 жесткого каркаса звукопоглотителя.

Верхняя, активная, часть 1 выполнена в виде жесткой перфорированной цилиндрической обечайки 2 с перфорированной крышкой и сплошным основанием, причем полость цилиндрической обечайки заполнена звукопоглощающим материалом. Соединение верхней 1 и нижней 4 частей выполнено посредством упруго-демпфирующего элемента 5, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания, при этом к перфорированной крышке перфорированной цилиндрической обечайки 2 шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, например потолку помещения.

Вокруг перфорированной цилиндрической обечайки 2 расположен, по крайней мере один, винтовой звукопоглощающий элемент 3, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей обечайку 2, и опирающейся в опорный диск 6, соединенный с реактивной частью 4 звукопоглотителя.

Винтовой звукопоглощающий элемент 3 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 3.

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 слоя мягкого вибро-демпфирующего 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 «Acutex Т» или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например «Лутрасилом».

В качестве звукопоглощающего материала использован термостойкий высокопористый волокнистый теплоизоляционный и звукопоглощающий материал, изготовленный из минерального наполнителя в виде волокон диоксида кремни, связующего, спекающей добавки, в качестве которой использован аморфный бор или нитрид бора, и поверхностно-активного вещества, при этом в качестве волокон диоксида кремни использовано кремнеземное волокно, имеющее диаметр 4-10 мкм, в качестве связующего и одновременно поверхностно-активного вещества использован водный раствор одного из веществ, выбранного из группы, включающей метилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу или карбоксиметилкрахмал, содержание которого составляет 2-5 мас. %, и дополнительно материал содержит кремнезоль при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Кремнеземное волокно диаметром 4-10 мкм	75,0-93,0
Аморфный бор или нитрид бора	0,2-0,5
Кремнезоль	7,0-25,0

Резонансный звукопоглотитель с активным винтовым элементом работает следующим образом.

Звуковые волны, распространяясь на промышленном или транспортном объектах, взаимодействуют со звукопоглощающим материалом винтового звукопоглощающего элемента 3, расположенным в верхней активной части 1 каркаса, а также в перфорированной цилиндрической обечайке 2, при этом происходит снижение шума на низких, средних и высоких частотах соответственно.

Соединение верхней 1 и нижней 4 частей каркаса посредством упруго-демпфирующего элемента 5 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 резонансных цилиндров 8, 9 и 11, полости которых снабжены отверстиями 7, 10, 12 разного диаметра, выполняющими функции горловин резонатора Гельмгольца, для гашения шума в заданной полосе частот, при этом для подавления звуковых колебаний в требуемом звуковом диапазоне частот, как правило большие объемы полостей резонансных цилиндров 8, 9 и 11 выбирают 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.

1. Резонансный звукопоглотитель с активным винтовым элементом, содержащий жесткий каркас из верхней активной части, и нижней, реактивной, части, отличающийся тем, что реактивная часть выполнена в виде, по крайней мере, трех коаксиально и осесимметрично расположенных резонансных цилиндров, полости которых снабжены отверстиями разного диаметра, выполняющими функции горловин резонатора Гельмгольца, а опорные диски, расположенные по торцам цилиндров, жестко и герметично соединяют их между собой, образуя реактивную часть жесткого каркаса звукопоглотителя, при этом 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 упруго-демпфирующего элемента, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания, при этом к перфорированной крышке перфорированной цилиндрической обечайки шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, а вокруг перфорированной цилиндрической обечайки расположен, по крайней мере один, винтовой звукопоглощающий элемент, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей обечайку и опирающейся в опорный диск, соединенный с реактивной частью звукопоглотителя, 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», или в качестве звукопоглощающего материала использован термостойкий высокопористый волокнистый теплоизоляционный и звукопоглощающий материал, изготовленный из минерального наполнителя в виде волокон диоксида кремни, связующего, спекающей добавки, в качестве которой использован аморфный бор или нитрид бора, и поверхностно-активного вещества, при этом в качестве волокон диоксида кремни использовано кремнеземное волокно, имеющее диаметр 4-10 мкм, в качестве связующего и одновременно поверхностно-активного вещества использован водный раствор одного из веществ, выбранного из группы, включающей метилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу или карбоксиметилкрахмал, содержание которого составляет 2-5 мас. %, и дополнительно материал содержит кремнезоль при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Кремнеземное волокно диаметром 4-10 мкм - 75,0-93,0

Аморфный бор или нитрид бора - 0,2-0,5

Кремнезоль - 7,0-25,0.

2. Резонансный звукопоглотитель с активным винтовым элементом 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. Резонансный звукопоглотитель с активным винтовым элементом 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».