Результат интеллектуальной деятельности: ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПОМЕЩЕНИЯ

Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства при шумоглушении производственного оборудования методом звукопоглощения.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является акустическая конструкция по патенту РФ №2521100, кл. F01N 1/04 [прототип], содержащая каркас на перекрытии здания и стены со звукопоглощающей облицовкой.

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 помещения, содержащей каркас цеха, оконные, дверные проемы, проемы для размещения светильников, акустические ограждения и элементы звукопоглотителя, акустические ограждения выполнены в виде гладкой и перфорированной стенок, между которыми размещен звукопоглощающий материал, расположенный в два слоя, один из которых, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным, а другой, мягкий, выполнен прерывистым и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя, причем сплошной профилированный слой звукопоглощающего материала выполнен из материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, причем профили образованы сферическими поверхностями, соединенными между собой таким образом, что в целом каждый из профилей образует цельный куполообразный профиль, фокусирующий отраженный звук на один и тот же мягкий звукопоглотитель, который расположен в фокусе сплошного профилированного слоя, выполненного в форме тел вращения, например в виде шаров, эллипсоидов вращения, и крепится с помощью стержней, параллельных перфорированной стенке и жестко связанных с гладкой стенкой посредством вертикальных связей.

На фиг. 1 изображен общий вид звукопоглощающих конструкций производственного помещения, на фиг. 2 - схема акустического ограждения, на фиг. 3 - схема штучного звукопоглотителя, на фиг. 4 - схема акустического подвесного потолка.

Звукопоглощающая конструкция производственного помещения содержит каркас цеха (на чертеже не показан), оконные 2 и 8, дверные 9 проемы, проемы 5 для размещения светильников и акустические ограждения 1, 3, 4, 10, 12 (фиг. 1). К акустическому ограждению 4 прикреплены штучные звукопоглотители 6 и 7.

Акустические ограждения (фиг. 2) выполнены в виде гладкой 13 и перфорированной 14 стенок, 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 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, причем профили 17 образованы сферическими поверхностями, соединенными между собой таким образом, что в целом каждый из профилей 17 образует цельный куполообразный профиль, фокусирующий отраженный звук на один и тот же мягкий звукопоглотитель 16. Прерывистый звукопоглотитель 16, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 15, выполнен в форме тел вращения, например в виде шаров, эллипсоидов вращения, и крепится с помощью стержней 18, параллельных перфорированной стенке 14 и жестко связанных с гладкой стенкой посредством вертикальных связей (на чертеже не показано).

Каждый из штучных звукопоглотителей шума 6 и 7 (фиг. 3) состоит из каркаса, который содержит крышки 19 и 20 с кольцевыми буртиками 21 для крепления цилиндрической втулки, при этом крышки соединены центральным стержнем 22 с крючками на обоих концах, а цилиндрическая втулка состоит из двух перфорированных обечаек - внешней 25 и внутренней 26, пространство между которыми заполнено звукопоглотителем 27. Снаружи перфорированной цилиндрической втулки расположен слой акустически прозрачной оболочки 29, выполненной, например, из капроновой сетки или стеклоткани. Звукопоглощающий материал 28, расположенный во внутренней полости звукопоглотителя, выполнен из раскручивающегося рулона, один конец которого жестко зафиксирован на центральном стержне 22, а свободный конец упирается во внутреннюю обечайку 26 с образованием в сечении, перпендикулярном стержню 22, замкнутой формы в виде спирали Архимеда с увеличивающимися от центра к периферии воздушными промежутками (на чертеже не показано), при этом он имеет более высокую пористость по сравнению со звукопоглотителем 9, расположенным внутри обечаек 25 и 26. При этом крышки 19 и 20 имеют на внешних поверхностях обтекатели 23 и 24 конической формы, а цилиндрическая втулка фиксируется крышками 19 и 20 посредством гаек 30 на стержне 22.

Обечайки 25 и 26 выполнены 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.

В качестве звукопоглощающего материала звукопоглотителя 27 используется пористый шумопоглощающий материал, например пеноалюминий, или металлокерамика, или металлопоролон, 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). В качестве звукопоглощающего материала 28, расположенного во внутренней полости одиночного звукопоглотителя, используется 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.

Сплошной профилированный слой звукопоглощающего материала может быть выполнен из материала, у которого коэффициент отражения звука больше, чем коэффициент звукопоглощения, причем профили образованы телами вращения, которые соединены между собой посредством плоскостей с резонансными отверстиями, а прерывистый звукопоглотитель закреплен с помощью стержней, параллельных перфорированной стенке и жестко связанных с гладкой стенкой посредством вертикальных связей, профиль сплошного звукопоглощающего слоя образован несколькими сферическими поверхностями, фокусирующими отраженный звук на один и тот же мягкий звукопоглотитель.

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 пеноалюминия.

В качестве звукопоглощающего материала второго, более мягкого, слоя может быть 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 перфорированных поверхностей может быть выполнен из твердых декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем внутренняя поверхность перфорированной стенки 14, обращенная в сторону звукопоглощающего материала, облицована акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».

Для оптимального шумоглушения должны соблюдаться следующие соотношения: отношение отношения (H/W) параметров производственного помещения к толщине H₁ акустического ограждения лежит в оптимальном интервале величин 0,0007…0,006, а отношение отношения (H/W) высоты помещения к его ширине к отношению (H₂/R) толщины элемента звукопоглотителя к его высоте подвеса лежит в оптимальном интервале величин 0,27…0,68.

Потолок акустический подвесной (фиг. 4) состоит из жесткого каркаса 30, выполненного по форме в виде прямоугольного параллелепипеда с размерами сторон в плане a×b, отношение которых лежит в оптимальном интервале величин a:b = 1:1…2:1, подвешиваемого к потолку производственного здания с помощью подвесок 33, закрепленных на штанге 31, жестко связанной посредством скоб 32 с каркасом 30. Крепление каркаса к потолку осуществляется с помощью дюбель-винтов (на чертеже не показаны). К каркасу прикреплен перфорированный лист 36, на котором через слой акустического прозрачного материала 35 расположен слой звукопоглощающего материала 34, при этом в каркасе установлены светильники 9. При монтаже акустического потолка должны соблюдаться оптимальные соотношения размеров: d - от точки подвеса каркаса до любой из его сторон и c - толщины слоя звукопоглощающего материала, причем отношение этих размеров должно находиться в оптимальном интервале величин: c:d = 0,1…0,5. Перфорированный лист 36 имеет следующие параметры перфорации: диаметр отверстий 37 - 3…7 мм, процент перфорации 10%…15%, причем по форме отверстия могут быть выполнены в виде отверстий круглого, треугольного, квадратного, прямоугольного или ромбовидного профиля (на чертеже показаны круглые отверстия). В случае некруглых отверстий в качестве условного диаметра следует считать максимальный диаметр вписываемой в многоугольник окружности. Светильники 38 расположены на перфорированном листе 36.

Слой звукопоглощающего материала 34 может быть выполнен 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, или из мягкого вспененного пористого шумопоглощающего материала, например вспененного пенополиуретана или пенополиэтилена, или из жесткого пористого шумопоглощающего материала, например пеноалюминия.

Звукопоглощающая конструкция производственного помещения 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. 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.

Звуковая энергия, пройдя через перфорированную стенку 14, падает на прерывистый звукопоглотитель 16, расположенный в фокусе сплошного профилированного слоя 15, который выполнен в форме тел вращения, например в виде шаров, эллипсоидов вращения. Затем звуковая энергия попадает на сплошной профилированный слой 15 звукопоглощающего материала, образованного сферическими поверхностями, образующими цельный куполообразный профиль, фокусирующий отраженный звук на один и тот же мягкий звукопоглотитель 16. 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 2 принимается равным или более 0,25. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрена стеклоткань, например, типа ЭЗ-100, расположенная между звукопоглотителем и перфорированной стенкой 14 (на чертеже не показано).

Штучный звукопоглотитель глушителя шума работает следующим образом.

Звукопоглощение на низких и средних частотах осуществляется за счет мембранного возбуждения стенок корпуса и, косвенно, внутренних объемов воздуха в воздушных промежутках звукопоглощающего материала 28, расположенного по спирали Архимеда. Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглощающего материала, 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.

Потолок акустический подвесной работает следующим образом.

Подвешивание подвесного акустического потолка осуществляют на подвесках 33, которые крепятся к потолку с помощью дюбель-винтов, а другим концом закреплены на каркасе 30 через штангу 31 и скобы 32.

Звуковые волны, распространяясь в производственном помещении, взаимодействуют с заполненными звукопоглотителем полостями.

Взаимодействие звуковых волн с активными полостями, заполненными негорючим звукопоглотителем, приводит к шумоглушению в высокочастотном диапазоне, причем за счет наличия полостей увеличивается поверхность звукопоглощения и, как следствие, повышается коэффициент звукопоглощения.

Преимуществом предлагаемого изобретения является его универсальность применения для различных производственных помещений, имеющих самые разнообразные шумовые характеристики. При этом следует отметить относительную легкость настройки характеристик на требуемый частотный диапазон шумоподавления за счет изменения длины подвеса 4 и его экономически обоснованную эффективность (имеется в виду снижение шума до санитарно-гигиенических норм). Кроме того, выполнение звукопоглотителя из негорючих материалов делает конструкцию пожаробезопасной.

Преимуществом предлагаемого изобретения является его универсальность применения для различных производственных помещений, имеющих самые разнообразные шумовые характеристики. При этом следует отметить относительную легкость настройки элемента 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.