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, при этом 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, при этом кулисный звукопоглотитель состоит из жесткого каркаса, подвешиваемого за крючья на тросах к потолку производственного здания с расположенным внутри каркаса звукопоглощающим материалом, обернутым сетчатой капроновой тканью, а к каркасу прикреплен просечно-вытяжной стальной лист, а каркас выполнен по форме в виде прямоугольного параллелепипеда с размерами ребер d×h×b, звукопоглотитель выполняют в виде штучного сферического звукопоглотителя активного и реактивного типов, размещают на жестком каркасе, выполненном сферической формы с внутренней конгруэнтной каркасу сферической резонансной полостью, образованной жесткой сплошной сферической оболочкой, эквидистантной внешней перфорированной сферической оболочке, при этом пространство между сферическими оболочками заполняют звукопоглощающим материалом, а соединение внешней перфорированной сферической оболочки с объектом, например потолком производственного помещения, выполняют посредством упругодемпфирующего элемента, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания, и шарнирно соединенного с подвеской, выполненной в виде стержня, один конец которого соединяют с шарниром, установленным на упругодемпфирующем элементе, а другой - соединяют с кольцом, предназначенным для его фиксации на объекте, а сферическую резонансную полость жестко соединяют по крайней мере одной втулкой с осевым отверстием, выполняющим функцию горловины резонатора Гельмгольца, с внешней перфорированной сферической оболочкой, а пространство между ними заполняют звукопоглотителем.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства для акустической защиты оператора, на фиг. 2 - конструкция пола помещения на упругом основании, на фиг. 3 - амортизирующая конструкция для установки стеновой панели, на фиг. 4 - конструкция стеновой шумопоглощающей панели, установленной на перекрытии, на фиг. 5 - конструкция кулисных звукопоглотителей, на фиг. 6 - график эффективности звукопоглощения применяемых панелей, на фиг. 7 - штучный сферический звукопоглотитель, на фиг. 8 изображена схема звукопоглощающей облицовки теплозвукоизолирующих ограждений 2, жестко связанных с колоннами 3.

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 (фиг. 3). 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, 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, установленных 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 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.

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».

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.

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.

На фиг. 4 представлена конструкция стеновой шумопоглощающей панели, установленной на перекрытии, которая состоит: 24 - звукопоглощающая плита типа шуманет-ЭКО (50 мм); 25 - лист гипсоволокнистый 12,5 мм; 26 - лист гипсокартонный 12,5 мм; 27 - профиль типа Вибронет ПН 100/40; 28 - прокладка типа Вибростек-М (2 слоя); 29 - герметик типа Вибросил.

Звукопоглощающая плита типа шуманет-ЭКО или ШУМАНЕТ-БМ

Звукопоглощающая плита из минеральной ваты. Плиты ШУМАНЕТ-БМ применяются в качестве эффективного среднего слоя в конструкциях звукоизолирующих каркасных перегородок или облицовок из листов ГКЛ/ГВЛ, ДСП, фанеры, а также в системах акустических перфорированных экранов или подвесных потолков. Состав: гидрофобизированная плита из минеральной ваты на основе базальтовых пород. Размеры: Длина плиты: 1000 мм. Ширина плиты: 600 мм. Толщина плиты: 50 мм. Физические характеристики: объемная плотность: 40 кг/м³. Количество плит в упаковке: 4 шт. Количество в упаковке: 2,4 м². Объем упаковки: 0,12 м³. Вес упаковки: 5,5 кг.

Вибростек-М - это упакованная в рулон лента из звукоизоляционного стеклохолста. Изоляция структурного шума обеспечиваются за счет упругих свойств пористо-волокнистой структуры материала. Это определяет стабильные физико-механические характеристики прокладки под статическими и динамическими нагрузками, а также сохранение заявленных акустических свойств в течение длительного срока эксплуатации.

ВИБРОСТЕК-М применяется в качестве прокладочного материала в строительных конструкциях при монтаже панельной системы, каркасных звукоизоляционных перегородок и облицовок, а также деревянных полов и перекрытий. Состав: многослойный звукоизолирующий стеклохолст LB300, на основе стекловолокна типа «С». Виброакустические характеристики: динамический модуль упругости Ед: 0,18 МПа при нагрузке 2 кПа, 0,35 МПа при нагрузке 5 кПа. Коэффициент относительного сжатия εд: 0,25 при нагрузке 2 кПа, 0,35 при нагрузке 5 кПа.

При монтаже сэндвич-панелей ленточная прокладка ВИБРОСТЕК-М укладывается в два слоя в местах их опоры на пол, а также в местах соприкосновения панелей с боковыми стенами и потолком. При монтаже каркасных перегородок и облицовок материал ВИБРОСТЕК-М применяется между профилями каркаса (крепежными элементами) и несущими строительными конструкциями. Ленты материала ВИБРОСТЕК-М применяются также в местах примыкания обшивных листов перегородки (облицовки) к другим строительным конструкциям.

Герметик типа Вибросил: однокомпонентный виброизолирующий силиконовый герметик ВИБРОСИЛ предназначен для герметизации стыков и соединений в специальных звукоизолирующих конструкциях. Герметик обеспечивает высокую виброизоляцию стыков между строительными конструкциями. Снижает распространение структурного шума по ним и, тем самым, повышает их собственную звукоизоляцию. Применяется для заполнения швов в конструкциях звукоизоляционных (плавающих) полов, панельной системы, каркасных звукоизолирующих перегородок и облицовок. Состав: герметик изготовлен на основе силиконовых смол и кремнийсодержащих модифицирующих добавок.

Виброизолирующие стеновые крепления ВИБРОФЛЕКС (фиг. 3) - это амортизирующее устройство для решения задач по снижению уровня шума и передачи вибраций в помещениях любого типа и назначения. Для монтажа к вертикальным ограждающим конструкциям разработаны стеновые варианты креплений типа ЕР. Область применения: стеновые крепления применяются для устройства звукоизоляционных облицовок стен, виброизоляции трубопроводов инженерных сетей, вентиляционных каналов, подвесного инженерного оборудования и других виброизлучающих агрегатов. Состав: конструкция выполнена на основе уникального материала Sylomer - это микропористый полиуретановый эластомер, специально разработанный для решения задач звуко- и виброизоляции.

Кулисный штучный звукопоглотитель составной (фиг. 5) состоит по крайней мере из двух частей жесткого каркаса, стягиваемого хомутами и подвешиваемого за крючья на направляющих (на чертеже не показано) либо непосредственно крепящегося к потолку производственного здания. Внутри каркаса расположен звукопоглощающий материал, обернутый сетчатой капроновой тканью или стеклотканью. В некоторых случаях поверх стеклоткани 3 к каркасу может быть прикреплен просечно-вытяжной стальной лист (на чертеже не показан). Каркас может быть выполнен по форме в виде прямоугольного параллелепипеда с размерами ребер d×h×b, отношение которых лежит в оптимальном интервале величин d:h:b=2:1:0,5 или куба с размером ребра k×L, где min L=100 мм; k - коэффициент пропорциональности, лежащий в пределах от 1 до 10 с шагом 2. Внутри кулис могут быть выполнены полости, не заполненные звукопоглощающим материалом. При всех схемах подвеса должны соблюдаться оптимальные соотношения размеров: m - от точки подвеса каркаса на направляющей до потолка и с - расстояние между осями соседних каркасов, причем отношение этих размеров должно находиться в оптимальном интервале величин: m:c=1:1…0,5:1. Заполнение осуществляют звукопоглощающим негорючим материалом (например, винипором, стекловолокном) с защитным слоем из стеклоткани, предотвращающим выпадение звукопоглотителя.

Кулисный звукопоглотитель работает следующим образом.

Звуковые волны, распространяясь в производственном помещении, взаимодействуют с заполненными звукопоглотителем полостями. Звукопоглощение на низких и средних частотах происходит за счет акустического эффекта, построенного по принципу резонаторов Гельмгольца, образованных 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.

Штучный сферический звукопоглотитель (фиг. 7) содержит жесткий каркас, выполненный сферической формы с внутренней конгруэнтной каркасу сферической резонансной полостью 37, образованной жесткой сплошной сферической оболочкой 35, эквидистантной внешней перфорированной сферической оболочке 33. При этом пространство 36 между сферическими оболочками 33 и 35 заполнено звукопоглощающим материалом, а соединение внешней перфорированной сферической оболочки 33 с объектом, например потолком производственного помещения, выполнено посредством упругодемпфирующего элемента 34, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания и шарнирно соединенного с подвеской 31, выполненной в виде стержня, один конец которого соединен с шарниром 32, установленным на упругодемпфирующем элементе 34, а другой - соединен с кольцом 30, предназначенным для его фиксации на объекте. Сферическая резонансная полость 37 жестко соединена по крайней мере одной втулкой 38 с осевым отверстием, выполняющим функцию горловины резонатора Гельмгольца, с внешней перфорированной сферической оболочкой 33, а пространство 36 между ними заполнено звукопоглотителем.

Звуковые волны, распространяясь, взаимодействуют со звукопоглощающим материалом, расположенным в пространстве 36, образованном жесткой сплошной сферической оболочкой 35, эквидистантной внешней перфорированной сферической оболочке 33, подавляющей шумы на низких, средних и высоких частотах соответственно. Соединение каркаса посредством упругодемпфирующего элемента 34 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 37 и горловиной резонатора 38, 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, причем выполнение звукопоглотителя из негорючих материалов делает конструкцию пожаробезопасной.

На фиг. 8 изображена схема звукопоглощающей облицовки теплозвукоизолирующих ограждений 2, жестко связанных с колоннами 3.

Звукопоглощающая облицовка выполнена в виде жесткой стенки 39 и перфорированной стенки 40, между которыми расположен двухслойный комбинированный звукопоглощающий элемент, причем слой 41, прилегающий к жесткой стенке 39, выполнен звукопоглощающим, а прилегающий к перфорированной стенке 40 слой 42 выполнен с перфорацией 43 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны.

В качестве звукопоглощающего материала слоя 51 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 вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена. При этом поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается пористыми красками, пропускающими воздух, например типа Acutex Т, или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например Лутрасилом,

В качестве материала звукоотражающего слоя 42 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, или применены звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м³, или материал на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолстом.

Звукопоглощающая облицовка работает следующим образом. Звуковая энергия от оборудования, находящегося в помещении, или другого излучающего интенсивный шум объекта, пройдя через перфорированную стенку 40, попадает на слой 42 из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, позволяющих отражать падающие во всех направлениях звуковые волны, а часть звуковой энергии проходит через слой 42 из звукоотражающего материала и взаимодействует со слоем 41 из звукопоглощающего материала, где происходит окончательное рассеивание звуковой энергии. Коэффициент звукопоглощения волокнистых материалов находится в пределах 0,4…1,0. Выполнение перфорации на звукоотражающем слое способствует более эффективному шумоглушению на средних частотах, так как часть звуковых волн будет проходить через перфорацию 43 и рассеиваться на слое 41 из звукопоглощающего материала.