книги из ГПНТБ / Хорошев Г.А. Шум судовых систем вентиляции и кондиционирования воздуха

Анализ результатов испытаний арматуры показал, что коэф­ фициент т зависит от частоты [24, 25], и его значения могут быть определены по эмпирической формуле

m = 151g/,

где f — среднегеометрические частоты октавных полос, Гц.

При выводе формулы (198) было сделано предположение, что для образцов арматуры с геометрически подобными проходными

ного фланца 1 м2.

Значения отвлеченных уровней для путевой арматуры и эле­ ментов воздухопроводов приведены в табл. 12.

Уровень шума LmMC, дБ, создаваемого в заданной точке поме­ щения одним из путевых элементов вентиляционной системы, мо­ жет быть теперь представлен в виде

Lnouc = L + m \gv + 20lgD3- ' Z A + l 0 \ g { ^ + ± y 6 l , (199)

где 2Д — потери звуковой мощности в системе на участке, рас­ положенном после рассматриваемого элемента, дБ.

В общем случае уровень шума, создаваемого в помещении всеми путевыми элементами, будет представлять собой логариф­ мическую сумму уровней шума каждого из элементов (о прави­ лах сложения уровней см. в § 28). Однако из акустического рас­ чета и опыта эксплуатации вентиляционных систем установлено, что при скоростях движения воздуха перед путевой арматурой

151

Т а б л и ц а 12

Отвлеченные уровни шума L , дБ, элементов воздухопроводов, арматуры

и оборудования судовых систем вентиляции и кондиционирования воздуха

чная

случаев можно не учитывать.

Представленные в табл. 12 данные относятся к арматуре с пол­ ностью открытыми проходными сечениями. Их частичное перекры­

тие при регулировке приводит к росту L. Почастотная оценка при­ роста уровней шума может быть произведена с помощью кривых, изображенных на рис. 77.

Исследования уровней шума, возникающего в элементах воз­ духопроводов вентиляционных систем, показали, что шум обра­

152

зуется не только при прохождении потока воздуха через фасон­ ные элементы систем (повороты, тройники), но и на прямолиней­ ных участках. Для приточных прямолинейных воздухопроводов

уровни L практически не зависят от размеров проходных сечений и их формы. Это позволило характеризовать шум всех прямоли­ нейных участков воздухопроводов едиными значениями в данной октавной полосе [25].

Шум, возникающий в тройниках с плавными ответвлениями, практически не зависит от размеров ответвляющегося и проход­ ного каналов и угла между их осями. При этом установлено [25], что звуковая мощность, излучаемая в ответвление, несколько выше значения мощности в проходном канале. Об этом свиде­

тельствует тот факт, что L для ответвлений в области низких и

Шумообразование на плавных поворотах под углом 90°, как видно из табл. 13, зависит от радиуса скругления. Увеличение радиуса скругления более 2 Д, практически не приводит к сни­ жению уровня шума, возникающего при прохождении потока воз­ духа через поворот. Можно также считать, что при углах пово­ рота, меньших или равных 45°, уровень шумообразования такой же, как и в прямолинейном канале.

В отличие от вентиляторов, кондиционеров и путевых устройств систем вентиляции шум, создаваемый воздухораспределителями, излучается непосредственно в вентилируемое помещение. Поэтому как источники шума воздухораспределители вполне характеризу­ ются октавными уровнями звукового давления, измеренными в ус­ ловиях акустического стенда в соответствии с действующей ме­ тодикой контроля шума судовых механизмов и оборудования.

Расчетная формула для определения уровней шума БПОма, дБ, в заданной точке вентилируемого помещения, создаваемого возду­ хораспределительными устройствами судовых систем кондицио­

153

где Lot— октавные уровни шума таких устройств, полученные в процессе их испытаний на заводском акустическом стенде, дБ. Поправка ALnoM определяется по графикам (см. рис. 71).

Для установления зависимости, на основании которой можно рассчитать уровень шума воздухораспределительной арматуры,

воспользуемся опять-таки понятием отвлеченного уровня L. Тогда можно показать, что Ln0Ma в помещениях, обслуживаемых вентиляционными системами, оборудованными концевой воздухораспределительной арматурой, определяются следующим соотно­ шением:

и Іпомс обычно достигается установкой глушителей. Уменьшения LnoM а можно добиться в первую очередь путем снижения ско­ рости потока воздуха перед воздухораспределителями, а также применением менее шумных воздухораспределителей. Считается, что воздухораспределительная арматура будет достаточно мало­ шумной, если скорость воздуха перед ней не превышает 5—8 м/с. Если шум в вентилируемом помещении определяется исключи­ тельно шумовыми характеристиками воздухораспределительной арматуры, то, полагая LnoMSt= Lnon и решая уравнение (200) от­ носительно V, можно найти скорость, при которой эта арматура практически бесшумна. При таком расчете получают восемь зна­ чений скорости V (одно для каждой октавной полосы). Для того чтобы уровни шума воздухораспределительной арматуры удовлет­ воряли допустимым величинам во всем диапазоне частот, в про­ екте необходимо принять наименьшее из рассчитанных значений скорости V.

§33. Расчет уровней шума в помещениях

странзитными воздухопроводами

Воздухопроводы вентиляционных систем, проходящие транзи­ том через жилые и служебные помещения, являются в ряде слу­ чаев источниками повышенного шума. Расчет уровней шума, про­

154

пикающего в помещение через стенки транзитного воздухопровода, включает в себя две задачи. Первая из них состоит в необходи­ мости установления уровней звукового давления внутри возду­ хопровода, вторая — в определении звукоизолирующего эффекта стенок этого воздухопровода.

Источниками шума в воздухопроводе могут быть вентилятор, а также путевая арматура и фасонные элементы системы, рас­ положенные до и после его транзитного участка. Последнее свя­ зано с тем, что шум, возникающий в арматуре и фасонных эле­ ментах воздухопроводов, распространяется в обе стороны от места зарождения. При акустических расчетах вентиляционных систем обычно можно ограничиться учетом шума арматуры или фасон­ ных элементов, расположенных в непосредственной близости от транзитного участка воздухопровода до и после него.

Первая из названных задач решается на основании уже изве­ стных зависимостей.

По аналогии с формулой (195) уровень звуковой мощности Рхр, дБ, возникающей в средней части транзитного воздухопро­

Что касается Рпат, то в зависимости от того, с какой стороны вен­ тиляционного агрегата (всасывающей или нагнетательной) рас­ положен транзитный участок, эту мощность нужно рассчитывать соответственно по формулам (192) или (193).

В общем виде, когда учитывается шум, возникающий в путе­ вых элементах системы, расположенных до и после транзитного участка воздухопровода, уровень звуковой мощности этих эле­ ментов будет представляться логарифмической суммой:

где Рпут 1 и Рпут 2 — уровни звуковой мощности, излучаемой в воз­ духопровод производящими шум элементами, установленными соответственно до и после него.

Величины Рпуті и Рпут2 рассчитывают по формуле (198).

Затухание шума в системе обычно не сказывается на значе­ ниях Рпуті и Р Пут2, поэтому формула (201) записана без учета

потерь звуковой мощности, которые могут иметь место при рас­ пространении шума от путевой арматуры до середины транзит­ ного воздухопровода.......... .............

155

Тогда уровень шума, создаваемого в заданной точке помеще­ ния транзитным воздухопроводом, определится зависимостью

ДоМ= ^Tp R~\~ ^ L n0M.

Неизвестной в этой формуле является только величина Р, дБ, определяющая звукоизолирующий эффект стенок транзитного воз­ духопровода. Под звукоизолирующим эффектом будем в данном случае понимать разность в уровнях шума внутри и вне воздухо­ провода на расстоянии 1 м от его стенки.

Экспериментальные исследования звукоизолирующего эффекта стенок воздухопроводов были проведены на установке, принципи­ альная схема которой описана в работе [22]. Результаты определе­ ния R для необлицованных цилиндрических воздухопроводов при­ ведены там же. На основании этих данных для определения зву­ коизолирующего эффекта стенок таких каналов можно рекомендо­ вать следующую эмпирическую формулу:

экспериментальные данные и согласуется с теоретическими пред­ ставлениями о процессе прохождения звука через цилиндрические оболочки [79] со сравнительно небольшими диаметрами.

Звукоизолирующий эффект стенок необлицованных транзитных

воздухопроводов с круглыми и прямоугольными проходными се­ чениями показывает, что при прочих равных условиях значение

156

ласти высоких частот. Это следует учитывать при выборе формы проходных сечений транзитных воздухопроводов.

В работе [27] рекомендуется избегать прокладки магистраль­ ных труб прямоугольного сечения в жилых и служебных помеще­ ниях ввиду их повышенного уровня шума.

Очевидно, что суммарные уровни шума в помещении будут определяться не только шумом, проникающим через стенки тран­ зитного воздухопровода, но и шумом, создаваемым системой вен­ тиляции, обслуживающей это помещение. Порядок расчета шума системы приведен в § 32. Остается только путем логарифмиче­ ского сложения уровней получить данные по октавным полосам частот для общего представления шумовой обстановки в данном помещении.

Формулы (202) и (203) дают удовлетворительное совпадение с опытными данными при скоростях движения воздуха в тран­ зитных каналах до 15 м/с. При более высоких скоростях потока наблюдается возбуждение стенок воздухопроводов турбулентными пульсациями давления. Это приводит к кажущемуся снижению звукоизолирующего эффекта. Учесть подобное явление для необ-

1 5 ^ 0 ^ 4 0 — скорость движения воздуха в транзитном канале,м/с.

Т а б л и ц а 14

Значения коэффициента w

Следует отметить, что приведенные в табл. 14 значения коэффи­ циента w получены на основании небольшого числа измерений, по­ этому. формула (204) — грубо приближенная. Она дает удовлетво­ рительные результаты в тех случаях, когда в транзитном воздухо­ проводе уровень шума, возникающего от вентилятора, достаточно низок (например, в случае установки перед транзитным участком глушителя).

157

ГЛАВА VI

БОРЬБА С ШУМОМ СУДОВЫХ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА СРЕДСТВАМИ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ И ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ

§ 34. Типы глушителей и их характеристики

Снижение шума аэродинамического происхождения в источ­ нике его возникновения еще продолжает быть нерешенной проб­ лемой. Достигнутое в последние годы уменьшение аэродинамиче­ ского шума вентиляторов (см. гл. IV), как правило, не выходит за пределы 10 дБ. В большинстве случаев это оказывается не­ достаточным для того, чтобы обеспечить приемлемые уровни шума в вентилируемых помещениях. Кроме того, при заданных скоростях движения воздуха в проточных частях обычно не удается снизить шум, возникающий в арматуре, устройствах и элементах воздухопроводов систем вентиляции. Поэтому в на­ стоящее время и, по-видимому, в ближайшем будущем основным способом снижения на судах шума, распространяющегося по вен­ тиляционным каналам, будет служить установка специальных устройств — глушителей.

Ослабление шума глушителем достигается либо путем погло­ щения звуковой энергии конструкциями, содержащими пористые или волокнистые материалы, либо путем отражения этой энергии обратно к источнику шума так называемыми акустическими филь­ трами. Фильтры представляют собой сочетание элементов акусти­ ческой упругости и массы в виде расширительных камер и соеди­ нительных трубок.

Глушители, ослабляющее действие которых основано преиму­ щественно на поглощении звуковой энергии специальными пори­ стыми или волокнистыми материалами, получили название актив­ ных. Главную роль в процессе ослабления шума такими глуши­ телями играет активная часть акустического сопротивления слоя звукопоглощающего материала. Наличие активной части у со­ противления и обусловливает необратимые потери звуковой энер­ гии в материале вследствие ее преобразования в тепловую энер­ гию при трении колеблющихся частиц воздуха о стенки пор. В ряде случаев (см., например, [83]) глушители такого типа на­ зывают диссипативными.

Устройства, выполненные по принципу акустических фильтров, получили название глушителей реактивного типа, так как основ­ ную роль в ослаблении шума здесь играют реактивные акустиче­ ские сопротивления массы и упругости воздуха, заключенного в элементах глушителей. Следует отметить, что деление глушите­ лей на активные и реактивные является до некоторой степени ус­ ловным, поскольку в реальных конструкциях почти всегда имеются

158

как активные, так и реактивные потери звуковой энергии. Вопрос заключается только в том, какой из видов потерь преобладает в данном глушителе.

Поскольку величина ослабления шума глушителем зависит от частоты, то основным показателем эффективности такого устрой­ ства должна служить его частотная характеристика. Графическое изображение этой характеристики дает наглядное представление о возможностях ослабления тем или иным глушителем составляю­ щих шума различной частоты. На рис. 78 приведены типовые частотные характеристики некоторых конструктивных разновид­ ностей активных и реактивных глушителей. Как видно из рисунка, специфические особенности активных и реактивных глушителей накладывают определенный отпечаток на частотные характери-

Рис. 78. Типовые частотные характеристики некоторых разновидно­ стей глушителей активного и реактивного типов: а — звукопогло­ щающий патрубок; б —пластинчатый глушитель; в — резонаторный глушитель; г — камерный глушитель.

стики каждого из них. Если глушители активного типа достаточно эффективно работают в широкой полосе частот, то реактивные глушители обладают избирательностью и имеют четко выражен­ ные области ослабления и полного пропускания звуковой энер­ гии. Для частотных характеристик реактивных глушителей свой­ ственны резкие подъемы и провалы, положение которых на шкале частот зависит от геометрических размеров элементов, входящих в состав глушителей.

Активные глушители используются для снижения уровней ши­ рокополосного шума, например, аэродинамического шума вихре­ вого происхождения. Их эффект особенно ощутим в области сред­ них и высоких звуковых частот.

Реактивные глушители применяются для снижения уровней то­ нальных составляющих шума (преимущественно низкочастотных).

В ряде случаев для обеспечения необходимых величин ослаб­ ления шума в широкой полосе частот используются комбинирован­ ные глушители, в конструкции которых сочетаются звукопогло­ щающие облицовки с элементами реактивных глушителей.

Широкополосный характер спектра шума, создаваемого вен­ тиляционными системами, обусловил преимущественное примене­ ние в них глушителей активного типа. В установлении зависи­

159

мостей, по которым выполняется инженерный расчет глушителей активного типа, основная роль принадлежит эксперименту.

В зависимости от метода испытаний глушителя его эффектив­ ность может быть охарактеризована различными величинами, тер­ минология которых пока еще не вполне определена. Попытки ввести единую терминологию для величин, определяющих эффек­

оценки глушителей являются две величины: затухание на единицу длины и эффект от установки глушителя.

Затухание представляет собой приходящееся на единицу длины глушителя уменьшение уровня звукового давления основной (низ­ шей) нормальной волны, измеренного в двух точках на оси глу­ шителя. Расстояние между этими точками должно быть не менее 3 м, поэтому установка для определения затухания должна иметь довольно большую длину [39]. Эффект от установки глушителя ха­ рактеризуется разностью уровней звукового давления, измеряемых в одной и той же точке вблизи от выходного отверстия системы без глушителя и системы с глушителем. Эта разность дает наи­ более полную и достоверную информацию о величине снижения глушителями уровней шума. Она принята в качестве основной при определении частотных характеристик судовых глушителей. В дальнейшем все приводимые данные о снижении шума глуши­ телями будут относиться к эффекту их установки.

В связи с тем что глушитель является составной частью вен­ тиляционной системы, через него проходит с той или иной ско­ ростью поток воздуха, который, как показали исследования, может по-разному влиять на характер и величину ослабления шума глушителем. Вопрос о влиянии различных факторов, свя­ занных с наличием потока, подробно рассмотрен В. И. Тарасовым [64], который показал, что из всех возможных факторов влияния потока на эффективность глушителя основную роль играет шумообразование. Действие других причин, которые могут так или иначе сказываться на частотной характеристике глушителя, не проявля­ ется при скоростях, присущих судовым вентиляционным системам.

Шум глушителя (это понятие было введено И. И. Славиным [62]) зависит в первую очередь от скорости движения в нем воз­ духа, а уровень этого шума является тем пределом, ниже кото­ рого не удается уменьшить шум на выходе вентиляционной системы. В большинстве случаев, однако, эффективность глушите­ лей шума судовых вентиляционных систем практически лимити­ руется не уровнями шумообразования в самом глушителе, а уров­ нями шума, возникающего в путевой арматуре, фасонных элементах воздухопроводов, в воздухораспределительных устрой­ ствах и арматуре, расположенных после глушителя.

Результаты испытаний, выполненных М. В. Обуховым, пока­ зали, что интенсивность шумообразования в глушителе типа зву­ копоглощающего патрубка незначительно (причем лишь в сравни­ тельно узком диапазоне частот) отличается от интенсивности

360