Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ОПЕРАТОРА

Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства в качестве средства защиты от шума.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является акустическая защита по патенту РФ №2366785, 2007 г. [прототип], как способ акустической защиты оператора, заключающийся в том, что рабочее место оператора оснащают средствами снижения шума.

Недостатком технического решения, принятого в качестве прототипа, является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения за счет сравнительно невысокого коэффициента звукопоглощения.

Технический результат - повышение эффективности шумоглушения за счет повышения коэффициента звукопоглощения путем увеличения поверхностей звукопоглощения при сохранении габаритных размеров помещения.

Это достигается тем, что в способе акустической защиты, заключающемся в том, что рабочее место оператора оснащают средствами снижения шума, рабочее место оператора располагают между акустическими экранами и защищают тем самым оператора от прямого звука, который распространяется от виброактивного оборудования, а чтобы повысить эффективность защиты от отраженных звуковых волн над рабочей зоной устанавливают акустический подвесной потолок, размещенный в верхней зоне помещения, и для снижения звуковой вибрации рабочее место оператора оснащают полом на упругом основании, при этом осуществляют двухкаскадную виброзащиту оператора.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства для акустической защиты оператора, на фиг. 2 - конструкция пола помещения на упругом основании, на фиг. 3 показана схема сферического звукопоглотителя, на фиг. 4 показана схема варианта сферического звукопоглотителя, фронтальная проекция, на фиг. 5 - схема варианта сферического звукопоглотителя, вид сверху.

Устройство для акустической защиты оператора производственного помещения (фиг. 1) содержит каркас здания, выполненный в виде упругого основания 1, являющегося полом помещения (фиг. 2), теплозвукоизолирующих ограждений 2, жестко связанных с колоннами 3, которые в свою очередь соединены с металлоконструкцией 4, например, в виде фермы. Акустический подвесной потолок 5 размещен в зоне ферм 4 и выполнен в виде установленных с определенным шагом кулисных звукопоглотителей, нижняя часть которых выступает за нижнюю часть ферм 4 в сторону основания 1. На ограждениях 2 закреплены акустические стеновые панели 6. На упругом основании 1 помещения установлено виброакустическое оборудование 7 и 8 с различными спектральными характеристиками уровней звуковой мощности. Рабочее место оператора 15, включающее в себя пульты управления 16 и 17 оборудованием 7 и 8, расположено между акустическими экранами 9 и 11, причем в одном из них, например 9-м, выполнен смотровой звукоизолирующий люк 10 для контроля визуализации наблюдения за технологическим процессом. Каркас здания сверху закрыт звукоизолирующим покрытием 12, выполняющим также функцию кровли, в котором расположены вертикальные 13 и наклонные 14 оконные проемы в виде вакуумных звукоизолирующих стеклопакетов.

Конструкция пола на упругом основании (фиг. 2) содержит установочную плиту 18, выполненную из армированного вибродемпфирующим материалом бетона, которая устанавливается на базовой плите 19 межэтажного перекрытия с полостями 20 через слои вибродемпфирующего материала 21 и гидроизоляционного материала 22, установленные с зазором относительно несущих стен 23 производственного помещения. Чтобы обеспечить эффективную виброизоляцию установочной плиты 18 по всем направлениям слои вибродемпфирующего материала 21 и гидроизоляционного материала 22 выполнены с отбортовкой, плотно прилегающей к несущим конструкциям стен 7 и базовой несущей плите 19 перекрытия. Для повышения эффективности звукоизоляции и звукопоглощения в цехах, находящихся под межэтажным перекрытием, полости 20 заполнены вибродемпфирующим материалом, например вспененным полимером, или полиэтиленом, или полипропиленом.

Конструкция пола на упругом основании работает следующим образом. При установке виброактивного оборудования 7 и 8 на плиту 18 происходит двухкаскадная вйброзащита, за счет вибродемпфирующих вкраплений в саму массу плиты 18, а также за счет слоя вибродемпфирующего материала 21, в качестве которого могут быть использованы: иглопробивные маты типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, материал из твердых вибродемпфирующих материалов, например пластиката, из звукоизоляционных плит на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³.

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 шумопоглощающего материала. Причем иглопробивные маты состоят из волокон, имеющих диаметр не ниже предельно допустимого гигиенического значения, не содержат канцерогенных асбестовых и керамических волокон, а в их состав не входят такие вредные связующие, как фенол. Поэтому с уверенностью их можно отнести к классу теплозвукоизоляционных материалов, соответствующих высоким гигиеническим и противопожарным требованиям. Добавим, что стекловолокнистые материалы имеют низкую теплопроводность, не поддаются влиянию пара, масла, воды, обладают высокой температурной стабильностью.

Акустические стеновые панели 6 могут быть выполнены в виде плит из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральной ваты типа «URSA», или базальтовой ваты типа П-75, или стекловаты с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «Повиден».

Рабочее место оператора 15 надежно защищено как от акустической нагрузки на оператора, так и от механических факторов производственной среды, таких, например, как витающая в цехе стружка, или движущиеся части оборудования.

Звуковая энергия от оборудования 7 и 8, находящегося в помещении, пройдя через перфорированную стенку акустических стеновых панелей 6, попадает на слои звукопоглощающего материала (который может быть как мягким, например из базальтового или стеклянного волокна, так и жестким, например камня-ракушечника). 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. При этом акустический подвесной потолок 5, размещенный в верхней зоне помещения (зоне ферм 4), снижает уровни звуковых волн, исходящих от оборудования 7 и 8, а рабочее место оператора 15, расположенное между акустическими экранами 9 и 11, надежно защищено как от акустической нагрузки на оператора, так и от механических факторов производственной среды, таких, например, как витающая в цехе стружка, или движущиеся части оборудования.

Над оборудованием 7 и 8 установлены звукопоглотители сферические (фиг. 3), которые шарнирно закреплены посредством элемента 25 к металлоконструкции 4 (в зоне фермы), при этом каждый содержит звукопоглотители активного и реактивного типов, размещенные на жестком каркасе. Каркас выполнен из двух частей, при этом нижняя, реактивная, часть 30 выполнена в виде конструкции сферической формы с внутренней конгруэнтной сферической резонансной полостью 31, образованной жесткой сплошной сферической оболочкой 29, эквидистантной внешней перфорированной сферической оболочке 27, соединенной с верхней, активной, частью 24, которая выполнена в виде жесткой перфорированной цилиндрической обечайки 26 с перфорированной крышкой и сплошным основанием, причем полость цилиндрической обечайки заполнена звукопоглощающим материалом, а соединение верхней 24 и нижней 30 частей звукопоглотителя выполнено посредством упругодемпфирующего элемента 28, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания, при этом к перфорированной крышке перфорированной цилиндрической обечайки шарнирно закреплен элемент 25, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, например потолку производственного помещения.

Сферическая резонансная полость 31 реактивной части 30 каркаса жестко соединена по крайней мере одной втулкой 32 с осевым отверстием, выполняющим функцию горловины резонатора "Гельмгольца", с внешней перфорированной сферической оболочкой 27, а пространство между ними заполнено звукопоглотителем.

Возможен вариант (фиг. 4 и 5), когда вокруг внешней перфорированной сферической оболочки 27 реактивной части звукопоглотителя, в ее горизонтальной диаметральной плоскости, расположено по крайней мере три цилиндрические обечайки 26 активной части 24 звукопоглотителя.

Звукопоглотитель сферический работает следующим образом.

Звуковые волны, распространяясь на промышленном объекте, взаимодействуют со звукопоглощающим материалом, расположенным в полости, образованной жесткой сплошной сферической оболочкой 29, эквидистантной внешней перфорированной сферической оболочке 27, соединенной с верхней, активной, частью 24, а также в перфорированной цилиндрической обечайке 26 верхней активной 24 части, подавляющим шумы на низких, средних и высоких частотах соответственно.

Соединение верхней 24 и нижней 30 частей каркаса посредством упругодемпфирующего элемента 28 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 31 и горловиной резонатора 32, 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 26 приводит к шумоглушению в высокочастотном диапазоне, а выполнение звукопоглотителя из негорючих материалов делает конструкцию пожаробезопасной.

Способ акустической защиты оператора осуществляют следующим образом.

Рабочее место оператора 15 располагают между акустическими экранами 9 и 11 и защищают оператора от прямого звука, который распространяется от виброактивного оборудования 7 и 8. Для того чтобы повысить эффективность защиты от отраженных звуковых волн над рабочей зоной (рабочим местом) устанавливают акустический подвесной потолок 5, размещенный в верхней зоне помещения (зоне ферм 4). Он снижает уровни звуковых волн, исходящих от оборудования 7 и 8, за счет многократного отражения звуковых волн от кулисных звукопоглотителей. Для снижения звуковой вибрации рабочее место оператора оснащают полом на упругом основании. При установке виброактивного оборудования 7 и 8 на плиту 18 происходит двухкаскадная виброзащита, за счет вибродемпфирующих вкраплений в саму массу плиты 18, а также за счет слоя вибродемпфирующего материала 21, в качестве которого могут быть использованы: иглопробивные маты типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, материал из твердых вибродемпфирующих материалов, например пластиката, из звукоизоляционных плит на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³.

Над оборудованием устанавливают сферические звукопоглотители, которые шарнирно закрепляют к металлоконструкции, при этом каждый сферический звукопоглотитель содержит звукопоглотители активного и реактивного типов, размещенные на жестком каркасе, который выполняют 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, которую соединяют с верхней, активной, частью, которую выполняют в виде жесткой перфорированной цилиндрической обечайки с перфорированной крышкой и сплошным основанием, причем полость цилиндрической обечайки заполняют звукопоглощающим материалом, а соединение верхней и нижней частей звукопоглотителя выполняют посредством упругодемпфирующего элемента, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания. Вокруг внешней перфорированной сферической оболочки реактивной части звукопоглотителя, в ее горизонтальной диаметральной плоскости, располагают по крайней мере три жесткие перфорированные цилиндрические обечайки с перфорированной крышкой и сплошным основанием, причем полость цилиндрической обечайки заполняют звукопоглощающим материалом.