Результат интеллектуальной деятельности: ПАНЕЛЬ ШУМОПОГЛОЩАЮЩАЯ

Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению, и может быть использовано во всех отраслях промышленности, в частности в строительстве (архитектурные панели и экраны; облицовка зданий и помещений; шумопоглощающие панели для лифтовых шахт; шумопоглощающие щиты и экраны вдоль автомобильных дорог), в транспортном машиностроении (шумопоглощающие вставки в двери и кузов; облицовка капотов автомобилей; шумопоглощающие щиты для тоннелей метро), в авиационной и космической промышленности (шумоизоляция кожухов двигателей; шумоизоляция салонов летательных аппаратов) и других отраслях промышленности.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является шумопоглощающая панель по а.с. СССР №348755, кл. F01N 1/04, 1970 г. (прототип), содержащая каркас и расположенный в его внутренней полости звукопоглощающий элемент.

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, упрощение и универсальность монтажа и улучшение эксплуатационных свойств за счет применения перспективных звукопоглощающих и защитно-декоративных материалов.

Это достигается тем, что в шумопоглощающей панели, содержащей каркас и расположенный в его внутренней полости звукопоглощающий элемент, каркас выполнен в виде параллелепипеда, образованного передней и задней перфорированными стенками с коэффициентом перфорации, равным или более 0,25, каждая из которых имеет П-образную форму с боковыми ребрами, причем перфорация выполнена щелевой в виде расположенных рядами прямоугольников, а смежные ряды расположены со смещением, причем количество щелей в одном ряду четное, а в другом - нечетное, при этом отношение ширины нечетных рядов b₁ к ширине четных рядов b₂ находится в оптимальном интервале величин b₁/b₂=0,7…0,9, а отношение расстояний между рядами h₁ и h₂ равно h₁/h₂=2,0, причем стенки панели фиксируются между собой вибродемпфирующими крышками, а в качестве звукопоглощающего материала звукопоглощающего элемента используются плиты из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool», причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100, передняя и задняя стенки каркаса выполнены из оцинкованного листа толщиной 0,7 мм с полимерным защитно-декоративным покрытием типа «Пурал» толщиной 50 мкм, вибродемпфирующие крышки, фиксирующие стенки панели, выполнены из эластомера с коэффициентом внутренних потерь не ниже 0,2, а звукопоглощающий элемент выполнен с резонансными вставками и содержит гладкую и перфорированную поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, слой сложной формы представляет собой чередование сплошных участков и пустотелых участков, причем пустотелые участки образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру, при этом вершины зубьев обращены внутрь призматических поверхностей, а ребра призматических поверхностей закреплены соответственно на гладкой и перфорированной стенках, причем полости пустотелых участков, образованные призматическими поверхностями, заполнены звукопоглотителем, при этом между гладкой поверхностью и сплошными участками слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной поверхностью и сплошными участками расположены резонансные пластины с резонансными вставками, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца».

На фиг. 1 изображен общий вид шумопоглощающей панели в разобранном виде, на фиг. 2 - схема звукопоглощающего элемента 3.

Шумопоглощающая панель содержит каркас 1 и расположенный в его внутренней полости звукопоглощающий элемент 3. Каркас выполнен в виде параллелепипеда, образованного передней 1 и задней 2 перфорированными стенками с коэффициентом перфорации, равным или более 0,25, каждая из которых имеет П-образную форму с боковыми ребрами 6, причем перфорация выполнена щелевой в виде расположенных рядами прямоугольников 7 и 8, а смежные ряды расположены со смещением, причем количество щелей в одном ряду 7 четное, а в другом 8 - нечетное, при этом отношение ширины b₁ нечетных рядов 8 к ширине b₂ четных рядов 7 находится в оптимальном интервале величин b₁/b₂=0,7…0,9, а отношение расстояний h₁ и h₂ между рядами 7 и 8 с четным и нечетным количеством равно h₁/h₂=2,0 (см. чертеж). Стенки панели 1 и 2 фиксируются между собой вибродемпфирующими крышками 4 и 5, которые могут быть выполнены с ячейками 9 и иметь П-образную форму.

В качестве звукопоглощающего материала звукопоглощающего элемента 3 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, 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». В качестве звукопоглощающего материала звукопоглощающего элемента используются плиты 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. Технология их получения основана на применении порошковых и литейных методов металлургии по отношению к алюминесодержащим сплавам с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом. По сравнению с органическими пеноматериалами данная технология позволяет обеспечить следующие свойства материалов: нетоксичность, малую гигроскопичность и негорючесть, а по сравнению со сплавами алюминия: меньшая плотность, меньшая теплопроводность, меньшая проводимость звука и меньшая электропроводимость.

Передняя 1 и задняя 2 стенки каркаса могут быть выполнены 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.

Отношение высоты h каркаса к его ширине b находится в оптимальном отношении величин: h/b=1,0…2,0; а отношение толщины s' каркаса в сборе к его ширине b находится в оптимальном отношении величин: s'/b=0,1…0,15; а отношение толщины s звукопоглощающего элемента к толщине s' каркаса в сборе находится в оптимальном отношении величин: s/s'=0,4…1,0.

Вибродемпфирующие крышки 4 и 5, фиксирующие стенки 1 и 2 панели, могут быть выполнены из эластомера, пенополиуретана или пенополиэтилена, древесноволокнистого, древесностружечного материала, или гипсоасбокартона, или эластичного листового вибропоглощающего материала с коэффициентом внутренних потерь не ниже 0,2, или композитного материала, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим». Крышки 4 и 5 панели служат также для фиксации соседних панелей при монтаже изделий, включающих их в свой состав, например акустических экранов, а также для демпфирования вибраций акустических экранов от внешних воздействий и для изоляции металлического профиля и алюминиевой панели с целью предотвращения электрохимической коррозии. Стенки 1 и 2 могут изготавливаться из листа алюминиево-магниевого сплава типа АМГЗ толщиной 1 мм, который поставляется в рулонах с нанесенным методом порошковой окраски полимерным покрытием, причем качество окраски соответствует требованиям государственных стандартов ГОСТ 9.410-88, ГОСТ 30246-94. Основу декоративного покрытия могут составлять порошковые краски таких фирм-производителей, как: "Pulverit", "TEKNOS", "BISHON", "Beckers" и др., причем цвет и блеск покрытия может быть выбран по каталогу красок производителей (в палитре RAL). После покраски на покрытие наносится защитная пленка, обеспечивающая возможность механической обработки ленты (резка, гибка, штамповка, рубка), а также транспортировки без повреждения покрытия (пленка может быть удалена с панели непосредственно перед ее монтажом).

В качестве звукопоглощающего материала также используются металлокерамика или композитные материалы со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30…45%, или элементы в виде послойной и перекрестной намотки из пористых нитей, намотанных на акустически прозрачный каркас, например проволочный каркас, или элементы из жесткого пористого шумопоглощающего материала, например металлопоролона, пеноалюминия или камня-ракушечника (на чертеже не показано).

Звукопоглощающий элемент 3 (фиг. 2) выполнен с резонансными вставками, содержит гладкую 11 и перфорированную 12 поверхности, между которыми расположен слой звукопоглощающего материала сложной формы, представляющий собой чередование сплошных участков 13 и пустотелых участков 15, причем пустотелые участки 15 образованы призматическими поверхностями, имеющими в сечении, параллельном плоскости чертежа, форму параллелограмма, внутренние поверхности которого имеют зубчатую структуру 16, или волнистую, или поверхность со сферическими поверхностями (на чертеже не показано). Полости 14, образованные гладкой 11 и перфорированной 12 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 11 и перфорированной 12 стенках. Полости 17 пустотелых участков 15, образованные призматическими поверхностями, заполнены строительно-монтажной пеной. Между гладкой 11 поверхностью и сплошными участками 13 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 12 поверхностью и сплошными участками 13, расположены резонансные пластины 18 и 19 с резонансными вставками 20, 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 ваты типа П-75, или стекловата с облицовкой стекловойлоком, или вспененного полимера, например полиэтилена или полипропилена.

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

Звукопоглощающий элемент 3 с резонансными вставками работает следующим образом.

Звуковая энергия, пройдя через слой перфорированной поверхности 12 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 11 поверхностью и сплошными участками 13 слоя звукопоглощающего материала сложной формы, а также между перфорированной 12 поверхностью и сплошными участками 13, расположены резонансные пластины 8 и 9 с резонансными вставками 10, выполняющими функции горловин резонаторов «Гельмгольца». Резонансные отверстия 20 (вставки), расположенные в резонансных пластинах 18 и 19, выполняют функции горловин резонаторов "Гельмгольца", частотная полоса гашения звуковой энергии которых определяется диаметром и количеством резонансных отверстий 20.

Шумопоглощающая панель работает следующим образом.

Звуковая энергия, пройдя через перфорированную стенку 1 и звукопоглощающий слой 3, падает на стенку 2. Частично отраженные звуковые волны от стенки 2 попадают снова на звукопоглотитель 3. 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. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрена стеклоткань, например типа ЭЗ-100, расположенная между звукопоглотителем и стенками 1 и 2.