Методическое пособие 525

7.Устанавливается эффективность L резиновых амортизаторов по снижению вибрации работающего компрессора по формуле

цементный пол, необходимо рассчитать параметры пружинных амортизаторов и установить эффективность снижения уровня вибрации, передаваемой от вентилятора. В табл. 6.1 и табл. 6.2 представлены варианты заданий, содержащие массу смесителя и число N оборотов в минуту электродвигателя привода вентилятора.

Методика расчёта

Рис. 6.8. Пружинный виброизолятор типа ДО: а) внешний вид; б) конструктивная схема; в) вид А; г) конструктивная схема опоры

61

где c – жесткость пружины виброизолятора и значения этой жесткости берётся из табл. 6.5. Однако в табл. 6.5 дана размерность кг/см2 и, чтобы привести формулу (6.26) в соответствии с системой СИ, вводится множитель 105. Тогда

7.Устанавливается эффективность L пружинных виброизоляторов по снижению вибрации работающего вентилятора по формуле

Оформление отчета

Отчет составляется по установленной форме и должен содержать следующие пункты:

цель работы;

краткую теоретическую часть с расчётными формулами;

условие задания;

решение с пояснениями и формулами, написанными в буквенном и численном виде;

вывод.

Вопросы для самоконтроля

1.Гигиеническая оценка вибрации.

2.Дать определение вибрации и перечислить основные физические характеристика вибрации.

3.Какая размерность децибела – единицы измерения уровня вибрации в системе СИ?

4.Охарактеризуйте вред, наносимый вибрацией.

5.Приборы, применяемые для определения вибрации. Принцип действия виброметра ВИП-2.

6.Что такое децибел?

7.Что такое уровень вибрации?

63

Практическая работа №7

ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ АКУСТИЧЕСКИХ ЭКРАНОВ

Цель работы – изучить основные характеристики шума, способов и средств защиты от него; освоить методику определения эффективности акустических экранов.

Краткие теоретические положения

Звук, оцениваемый негативно и наносящий вред здоровью человека, определяется как шум. Строго говоря, между упорядоченным звуковым потоком и шумом физической разницы нет. Законы, в соответствии с которыми эти потоки распространяются, одни и те же. В обоих случаях физической основой являются упругие колебания воздушной среды. Иногда шум представляют как случайное сочетание звуков, различающихся по интенсивности, частоте, фазе, и называют это статистическим шумом. Шумы с ярко выраженной тональной окраской носят название тональных шумов.

В газах распространяются только продольные волны, которые движутся от источника в трех взаимно перпендикулярных направлениях, характеризующих трехмерное пространство. Особенность этих волн состоит в том, что частицы среды в них колеблются относительно некоторого положения равновесия. При этом скорость звука или скорость распространения этих волн намного больше колебательной скорости частиц. Изменение звукового давления в волнах описывается волновым уравнением:

где – колебательная скорость частиц, м/с.

Чем больше волновое сопротивление среды, тем меньшее количество звуковой энергии теряется при распространении в ней звуковых волн. В плоской бегущей волне волновое сопротивление не зависит от амплитуды

колебаний. При температуре воздуха +20°С волновое сопротивление

c 410 н·с·м-3.

64

Скорость звука в воздухе практически не зависит от частоты, но находится в сильной зависимости от температуры давления и влажности. При повышении температуры воздуха на 1°С скорость звука увеличивается примерно на 0,61 м·с-1. Зависимость скорости звука в воздухе от температуры может быть выражена следующим соотношением:

где c – скорость звука, м·с-1; t – температура воздуха,° С.

Ухо человека способно воспринимать уровень звукового давления или интенсивности звука в определенном диапазоне звуковых давлений, например, на средних звуковых частотах от 10-5 до 102 н·м-2, т. е. различающихся примерно в 107 раз. Поэтому для удобства вычислений принято оценивать звуковое давление или, соответственно, интенсивность звука не в абсолютных, а в относительных единицах – белах (Б) или децибелах (дБ). Измеренные таким образом величины называются уровнями. Своё название децибел получил в честь Александра Грейама Белла (1847-1924) – изобретателя телефона. Эффективность использования децибела для оценки физиологического воздействия звуковых волн на человека опирается на работы Э. Вебера (1795– 1878), Г. Фехнера (1801–1887) и С. Стивенса (1906–1973), которые внесли большой вклад в исследование вопроса стимулов и реакций. В 1846 году Вебер сформулировал закон: изменение восприятия отмечается при увеличении

стимула на постоянную величину r S S , где S – величина стимула; S –

минимальная величина увеличения стимула, при котором восприятие может различить S и S S . В 1860 году Фехнер исследовал последовательность едва заметных увеличений стимула:

Сделав замену M nlg 1 r и обозначив её как восприятие, будем иметь психофизиологический закон Вебера-Фехнера, который запишется в виде

Так, уровень звукового давления

65

где p0 2 10 5н·м-2 – условный минимальный порог давления, способный восприниматься человеком.

Уровень интенсивности (силы) звука

где I0 10 12 вт·м-2 – интенсивность звука, принимаемая условно за нулевой уровень.

В плоской звуковой волне свободного звукового поля уровень звукового давления (УЗД) и уровень интенсивности численно совпадают.

Интенсивность звука представляет собой количество энергии перенесенной звуковой волной в единицу времени через площадь единичной величины, т.е. размерность интенсивности звука это – вт·м-2. Интенсивность звука может быть выражена через звуковое давление и волновое сопротивление

c

Воздействие шума на человека зависит от его основных характеристик, которыми являются следующие:

УЗД – уровни звукового давления в октавных полосах (дБ);

УЗ – уровни звука используются для ориентировочной оценки шума

(дБА);

частотный состав спектра (Гц).

Классификация методов и средств защиты от шума и вибрации

Современная инженерная акустика накопила солидный арсенал средств и методов защиты от шума и звуковой вибрации. По отношению к защищаемому объекту различаются: средства индивидуальной защиты и средства коллективной защиты.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) от шума используются персонально, и их главное назначение – перекрыть основной канал проникновения звука в ухо человека. Цель применения СИЗ – предупредить ухудшение или расстройство функционирования не только органов слуха, но также нервной и других систем человеческого организма, подвергающихся вредному воздействию шума.

Индивидуальные средства защиты от вибрации в основном применяются для уменьшения воздействия локальной вибрации. К ним, в частности, относятся виброзащитные рукавицы с мягкой поролоновой прокладкой и

66

виброзащитная обувь, снижающая общую вибрацию при работе человека на вибрирующей поверхности в стоячем положении.

Коллективные средства защиты от шума предназначены и используются для его ослабления в местах пребывания человека: на работе, дома, в транспорте, на улице и т.п. По отношению к источнику шума все средства коллективной защиты можно подразделить на следующие: снижающие шум в самом источнике, снижающие шум на пути распространения от источника к точке наблюдения (ТН) или расчетной точке (РТ).

Всерассмотренныесредствазащитыотшуманапутиегораспространенияоснованы наиспользованиипоглощениязвука(звуковойвибрации),отражениязвукаиликомбинации этихдвухявлений.

По принципу действия различаются следующие методы защиты от шума и звуковой вибрации: звукоизоляция, звукопоглощение, виброизоляция, вибропоглощение (вибродемпфирование), глушители шума.

Заметим,чтоэтаклассификациявопределеннойстепениусловна,таккакглушители являютсятакжеисредствомзащитыотшума,например,реактивныхструйит.д.

Звукоизоляция – метод защиты от воздушного шума, основанный на отражении звука от бесконечной плотной звукоизолирующей преграды.

Звукопоглощение – метод ослабления воздушного шума, использующий переход звуковой энергии в тепловую в мягкой звукопоглощающей (волокнистой или пористой) конструкции.

Виброизоляция – метод снижения структурного звука, базирующийся на отражении вибрации в виброизоляторах.

Вибродемпфирование – способ защиты от звуковой вибрации, в котором используется переход вибрационной энергии в тепловую в вибродемпфирующих покрытиях.

Глушители шума – устройства, применяемые для уменьшения аэродинамического или гидродинамического шума за счет отражения (реактивные) или поглощения (абсорбционные)звуковойэнергии.

Классификация акустических экранов

Акустический экран (АЭ) – это преграда на пути распространения звука, имеющая конечные размеры. Свободные стороны АЭ, на которых звук дифрагирует, называются ребрами. По назначению и месту установки различают следующие виды акустических экранов:

офисные (используются в помещениях, чаще всего в офисах);

транспортные(устанавливаютсявдольавтомобильныхижелезныхдорог);

технологические (устанавливаются вблизи стационарных отдельно стоящих источников – чиллеров, трансформаторов и др.);

передвижные (применяются в составе шумозащитного комплекса на транспортных машинах);

67

дополнительные (используются как дополнительные элементы шумозащитных конструкций,напримерзвукоизолирующихкапотов).

Каждый вид АЭ имеет свою специфику, связанную с конструктивным исполнением и местом расположения.

Наибольшее распространение получили транспортные АЭ и экранирующие сооружения,используемыевдесяткахстранмира.ТранспортныйАЭможноопределитькак твердое звуконепроницаемое препятствие, которое блокирует линию прямой видимости от источника звука до точки наблюдения и создает акустическую тень (при этом шум в точке наблюденияуменьшается).

Поконструктивномуисполнениюидостигаемомуэффектушумоглушения всеАЭ и экранирующиесооруженияможносвестикследующимклассам:

1.плоские экраны-барьеры;

2.широкие экраны;

3.экраны-тоннели;

4.комбинированные экраны и сооружения.

Плоским (или тонким) называется АЭ, в котором дифракция происходит на одной грани (рис. 7.1, а). Такие экраны (барьеры) в основном изготавливаются высотой от 2 до 6 м. По форме или положению они могут быть Г-образными, Т-образными, наклонными и др. Чем сложнее форма свободного ребра плоского АЭ, тем он эффективнее.

Широким называется такой АЭ, проходя через который звук дифрагирует на двух гранях (рис. 7.1, б). Поэтому эффективность широких АЭ при одинаковой высоте выше, чем тонких.

а) б)

Рис. 7.1. Схема дифракции на тонком (а) и широком АЭ (б): 1 – источник шума (ИШ); 2 – плоский (тонкий) АЭ; 3 – расчетная точка (РТ); 4

– опорная поверхность; 5 – широкий АЭ; 6 – условная высота тонкого АЭ, который образуется увеличением длины лучей на широком АЭ; А и В – расстояния от края АЭ до ИШ и РТ соответственно; d и dl – расстояния между ИШ и РТ; – угол дифракции на ребре АЭ (образованный направлениями луча от ИШ к ребру АЭ и луча от ребра АЭ к РТ); bэкp –

ширина АЭ

68

Примером широких АЭ являются насыпи, земляные валы, здания и другие сооружения. Высота широких АЭ, как правило, 2–3 м.

Если акустический экран имеет ширину bэкp 3 м, он считается широким для любых рассматриваемых случаев; если bэкp 3 м, то АЭ может считаться

широким только на частотах, при которых bэкp .

5

АЭ-тоннели – сложные сооружения, в которых звук не проходит через стенки, а дифрагирует на элементах входа и выхода, поэтому эффективность АЭ-тоннеля зависит от его длины и звукоизоляции стен. Уменьшение звука на входе и выходе из тоннеля достигается путем применения звукопоглощающей облицовки.

Комбинированные АЭ применяются для достижения высокой эффективности снижения шума. Они могут состоять из плоских, Г-образных и прочих экранов, которые усиливают действие друг друга. Комбинированные сооружения имеют различное конструктивное исполнение (в частности, это может быть сочетание насыпи и плоского барьера) и более эффективны, чем каждый отдельный элемент.

Физические принципы работы АЭ

Работа акустического экрана основана на нескольких принципах акустической защиты, главными из которых являются отражение и поглощение звука. Эффект шумоглушения с помощью АЭ достигается за счет образования звуковой тени: за экраном звук снижен. Звуковая тень образуется вследствие дифракции звука на свободном ребре АЭ.

Рис. 7.2. Схема расчета эффективности акустического экрана:

1 — источник шума (ИШ); 2 — АЭ; 3 — область звуковой тени; 4 — расчетная точка (РТ); 5 — близко расположенная поверхность (отражающая или поглощающая); А и В — расстояния от ребра АЭ до ИШ и РТ соответственно; d — расстояние между ИШ и РТ

69