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

шума, создаваемого потоком воздуха в обычном воздухопроводе (рис. 79). При прочих равных условиях процесс шумообразования в фасонных элементах воздухопроводов, путевой арматуре, а также в воздухораспределительных устройствах и арматуре про­ исходит более интенсивно (см. гл. V). Поэтому, как правило, эффект глушителя будет ограничиваться уровнями шума арма­ туры и элементов воздухопроводов, которые превышают уровни шума самого глушителя.

Рис. 79. Октавные уровни шума, возникающего на

Шум воздухораспределительных устройств и арматуры излу­ чается непосредственно в вентилируемое помещение, и на его уро­ вень уже невозможно повлиять с помощью путевых глушителей. Поэтому в большинстве случаев шум этих устройств и является той естественной границей, ниже которой уже невозможно умень­ шить уровни шума, возникающего в помещении при работе вен­ тиляционной системы. В связи с этим при выборе параметров глу­ шителей, предназначенных для снижения шума вентиляторов, путе­ вой арматуры и элементов воздухопроводов, необходимо учитывать не только требуемые по расчету величины ослабления его уровней,

но и шумовые характеристики находящихся в этом помещении воздухораспределителей (Lu0ма).

Целесообразные величины эффекта установки глушителя Агл определяются следующими условиями [24]:

Порядок расчета уровней Ln0MB, Діомс и Ьлоиа дан в § 32.

В первом случае целесообразно снижать шум, приходящий по системе, до уровней, при которых он практически не влияет на уровни шума в помещении. Это достигается при условии, если Lc меньше Дюма по крайней мере на 10 дБ.

Если шум воздухораспределителей является преобладающим, то стремление улучшить условия обитаемости в вентилируемых помещениях за счет повышения эффективности путевых глушите­ лей не может привести к желаемым результатам. В этом случае необходимо заменить воздухораспределитель менее шумным, либо снизить скорость движения воздуха перед ним. Для сохранения требуемой кратности воздухообмена последнее может быть достиг­ нуто путем увеличения числа воздухораспределителей, обслужи­ вающих рассматриваемое помещение. Эффект от увеличения числа воздухораспределителей можно определить по формуле

ALB= m lg - ^ — 10 lg л,

ѵ2

где ALB— величина снижения уровня шума, дБ;

Ѵі и и2— соответственно скорость потока перед воздухораспре­ делителями до и после увеличения их числа;

п — число воздухораспределителей.

Формула для расчета коэффициента т приведена в § 32.

§ 35. Глушители типа звукопоглощающего патрубка

Среди глушителей активного типа наиболее простым и в то же время достаточно эффективным в области средних и высоких звуковых частот является глушитель типа звукопоглощающего патрубка. Он назван так потому, что имеет сравнительно неболь­ шую длину и устанавливается в системе вместо участка обычного воздухопровода. Для глушителей типа звукопоглощающего пат­ рубка характерна малая величина вносимого ими гидравлического сопротивления.

Конструктивная схема звукопоглощающего патрубка приве­ дена на рис. 80. Именно такого рода глушители преимущественно

162

используются на судах для снижения шума вентиляционных си­ стем. В зависимости от формы проходного сечения глушители подразделяют на цилиндрические и призматические. Кроме того, для судовых систем вентиляции и кондиционирования воздуха раз­ работаны еще три модификации таких глушителей, изогнутых под углом 90°. Размеры проходного сечения звукопоглощающего пат­ рубка принимают обычно такие же, как у воздухопроводов, к ко­ торым он подсоединяется, и сохраняют неизменными по всей длине патрубка. Внутренняя перфорированная труба служит для удер­

отверстий к общей площади перфо­ рированной трубы), равном 0,2 или большем, и толщине перфори­

рованного листа около 1 мм наличие такой трубы практически не сказывается на величинах ослабления шума глушителем во всем рабочем диапазоне частот. Уменьшение коэффициента перфорации приводит к снижению эффективности глушителя в области высоких частот. Диаметр отверстий принимают обычно равным 5—10 мм. При размещении отверстий по углам квадрата шаг перфорации (расстояние между центрами отверстий), при котором обеспечи­ вается коэффициент перфорации 0,2, должен быть равен двум диа­ метрам отверстия.

В качестве ветрозащитных покрытий чаще всего применяют негорючие стеклоткани и сетки. Установлено [40], что такая ткань (или сетка) является акустически прозрачной и не ухудшает эф­ фективности глушителя, если ее сопротивление продуванию не превышает 35—40 рэл (в системе СГС).

Наиболее часто в глушителях применяют стеклоткани марки Э-0,1 и Э-0,08 (ГОСТ 8481—61), стеклосетку ССТЭ-6 и капроно­ вую ткань (артикул 1516 МАПТУ 355—49). Ветрозащитные экраны могут выполняться также из металлических и пластмассовых се­ ток. Попытки применить в качестве ветрозащитного слоя тонкие полиэтиленовые, полихлорвиниловые или полиамидные пленки по­ казали [34], что использование пленок в глушителях приводит

к существенному ухудшению работы глушителей даже при тол­ щине пленки 20 мкм. Поэтому применение в вентиляционных глу­ шителях пленочных покрытий не рекомендуется [66].

Звукопоглощающий материал вплотную прилегает к ветроза­ щитному покрытию, а при отсутствии покрытия — к перфориро­ ванной трубе и заполняет весь промежуток между трубой и на­ ружным герметичным кожухом. В ряде случаев (см., например, [62]) предлагается предусматривать между внешней поверхно­ стью слоя звукопоглотителя и кожухом воздушный зазор. При этом полагают, что частичное заполнение материалом проме­ жутка между перфорированной трубой и кожухом будет способ­ ствовать повышению эффективности глушителя, особенно в об­ ласти низких частот. Однако исследования В. Ф. Люсова [42] по­ казали, что эффективность глушителя с воздушным зазором 50, 100 и 150 мм между звукопоглощающим слоем и кожухом практи­ чески оказалась не выше, чем у глушителя с той же толщиной звукопоглотителя и без воздушного зазора. В наибольшей сте­ пени эффект глушителя проявляется при сплошном заполнении материалом указанного промежутка. Исследования Е. Я. Юдина также показали, что глушители со сплошным звукопоглощающим слоем превосходят по эффективности глушители с воздушным за­ зором за звукопоглотителем [72]. В связи с этим судовые глуши­ тели типа звукопоглощающего патрубка выполняются без воз­ душного зазора.

Звукопоглощающие материалы, используемые в активных глу­ шителях, кроме способности хорошо поглощать звук в широкой полосе частот должны обладать еще рядом других свойств. Ос­ новные требования к этим материалам: отсутствие выделений пыли, токсических веществ и неприятных запахов; негорючесть; стойкость по отношению к действию потока воздуха, вибрации, влаги и солей, содержащихся в морском воздухе; небольшая объем­ ная масса; недефицитность и невысокая стоимость; технологич­ ность. Толщину звукопоглощающего слоя и его протяженность (т. е. активную длину глушителя) следует определять в процессе акустического расчета глушителя исходя из требуемых величин ослабления шума.

Несмотря на конструктивную простоту глушителей типа зву­ копоглощающего патрубка и ясность физической сущности про­ цесса затухания шума в них, еще не разработана методика их акустического расчета, которая была бы достаточно полной и на­ дежной. В Советском Союзе широкую известность получил метод расчета глушителей, разработанный А. И. Беловым [8], которому удалось теоретически вывести чрезвычайно простую формулу для определения эффективности Агл, дБ, глушителей с облицовками из материалов со сравнительно невысокими коэффициентами звуко­ поглощения. Предложенная им формула имеет вид

164

виде, отнеся ее к гидравлическому диаметру проходного сечения

где &гл = l/Dr — число калибров.

Из формулы (206) следует, что эффект глушителей будет оди­ наков независимо от размеров их проходных сечений и абсолют­ ной длины, если они имеют равные относительные длины, т. е. одинаковое число калибров.

Сопоставление расчетных и экспериментальных частотных ха­ рактеристик ослабления шума глушителями активного типа* по­ казало, что результаты расчета по формуле (205), а также по методикам, предложенным рядом других авторов, далеко не всегда согласуются с опытными данными. Особенно большие рас­ хождения наблюдаются в случае применения в качестве облицо­

рых звукопоглощающий слой выполнен из рыхловолокнистых материалов. Среди таких материалов больше всего соответ­ ствуют сформулированным выше требованиям маты марки ВТ-4 из штапельного капронового волокна, выпускаемые по ТУ МПТШП 340—55. До недавнего времени эти маты были практически един­ ственным материалом, который широко использовался в судовых глушителях шума вентиляционных систем. Реже применялись маты ВТ-4с — капроновое волокно на синтетической связке (ТУ РСФСР 17-2166—68) и подобные им маты АТМ-1 из супертон­ кого стекловолокна (МРТУ 6-11-11—64).

В последние годы основным материалом для глушителей, при­ меняемых в вентиляционных системах промышленных и общест­ венных зданий, стали маты из супертонкого стекловолокна. Такие маты из очень эластичных стеклянных волокон диаметром не бо­ лее 2—3 мкм не выделяют пыли; их можно использовать в глу­ шителях даже приточных вентиляционных систем при наличии ветрозащитных покрытий из капроновой или стеклянной ткани [57]. Рекомендуется [66] применять маты марки Ш (СТУ 651—65 или СТУ 57/07—3—65) с объемной массой 15—25 кг/м3. Следует отметить, что АТМ-1 и маты марки Ш значительно легче матов

165

равной 40—60 кг/м3. Опыта применения в глушителях шума си­ стем вентиляции матов из супертонкого стекловолокна на судах отечественной постройки еще не имеется.

На рис. 81 приведены частотные характеристики глушителя с облицовкой, выполненной из различных волокнистых материа­ лов с одинаковой толщиной слоя (50 мм). Видно, что ход характе­ ристик практически не зависит от типа волокнистого материала.

так и от толщины его звукопоглощающей облицовки [21]. Сходный характер частотных характеристик указывает на возможность ус­ тановления обобщенных зависимостей, на основании которых мо­ жет выполняться акустический расчет глушителей с параметрами, изменяющимися в сравнительно широких пределах. При этом возникает задача установления критериальных величин,.исполь­ зование которых позволило бы обобщить экспериментальные

данные.

Из формулы (206) следует, что одним из критериев является число калибров. В работе [14] показано, что критерием подобия частотных характеристик глушителей может служить также без­ размерная частота — отношение f/fm, где

fm= rical2nS0;

166

а— безразмерная (выраженная в долях рс) акустическая прово­ димость звукопоглощающей облицовки.

Экспериментально определено [42], что при толщине звуко­ поглощающего слоя из волокнистого материала öfo = 50 мм обес­ печиваются эффективное ослабление шума и приемлемые для су­ довых условий масса и габариты глушителей. В настоящее время такая толщина облицовки принята в качестве стандартной при изготовлении судовых глушителей типа звукопоглощающего патрубка. Установлено также, что глушители, длина которых

Рис. 82. Обобщенная частотная характеристика ослабления шума для глушителей длиной в три калибра.

Звукопоглощающая облицовка из рыхловолокнистых материалов толщиной 50 мм.

равна трем калибрам, наиболее эффективно ослабляют шум, рас­ пространяющийся по вентиляционным каналам. Результаты ис­ пытаний таких глушителей послужили исходными данными для построения обобщенной частотной характеристики для глушителей длиной в три калибра [14]. Она представлена на рис. 82. Путем введения нормализованных координат вдоль оси частот (в каче­ стве нормализующей величины принята характеристическая частота глушителя fm) представилось возможным свести экспери­ ментальные данные к одной кривой, которая проходит через сред­ ние значения результатов испытаний глушителей с различными размерами проходных сечений. Отклонения экспериментальных

с длиной, равной трем калибрам, составляет в среднем 25 дБ и имеет место при f/fm= 1. Таким образом, частота, на которой проявляется максимум ослабления шума звукопоглощающим патрубком, совпадает с его характеристической частотой fm. В об-

167

ласти, лежащей выше fm, у частотных характеристик глушителей наблюдается довольно крутой спад. Это связано с возникновением в них ориентированного вдоль оси пучка звуковой энергии, на ко­ торый поглощающая облицовка оказывает сравнительно слабое воздействие,— так называемым «лучевым эффектом». Таким обра­ зом, частота fm является той границей, начиная с которой должна обнаруживаться разница в уровнях звукового давления, измерен­ ных в точках на оси глушителя и вблизи его облицовки. Исследо­ вание характера распределения уровней звукового давления в плоскости, перпендикулярной оси глушителя, с помощью акусти­ ческого зонда подтвердило это [21].

В работе [14] установлено, что а линейно связана с диаметром Dr, поэтому представляется целесообразным установить зависи­ мость fm непосредственно от этого диаметра. В работе [18] пред­ ставлены экспериментальные данные, характеризующие зависи­ мость частоты fm от произведения Drd0. Аналитически их связь выражается эмпирической формулой [21]:

в которую Dr и do должны подставляться в сантиметрах. Приведенные выше зависимости позволяют определять частот­

ные характеристики глушителей длиной, равной трем калибрам, и с облицовками толщиной 50 мм, выполненными из рыхловолок­ нистых материалов. Для этого надо по формуле (207) рассчитать частоту fm, после чего установить, на какую октавную полосу частот она приходится. Отношение f/fm, где f — среднегеометриче­ ская частота данной октавы, принимается для нее равным еди­ нице. Величины ослабления шума в этой и других октавных поло­ сах частот определяются по кривой на рис. 82.

Исследование частотных характеристик глушителей с различ­ ной относительной длиной показало, что затухание звуковой энер­ гии в них происходит неравномерно. Наиболее эффективно работают первые три калибра глушителя. Дальнейшее увеличение длины глушителя сопровождается замедлением темпа роста его эффективности. Такой характер ослабления шума глушителем

где Дглі и Дгль — соответственно величины ослабления шума од­ ним (первым) калибром глушителя и глушителем, длина которого составляет &Гл калибров, дБ.

Эта зависимость дает удовлетворительное совпадение с экспе­ риментальными данными при толщине облицовок 25—100 мм.

Неравномерность затухания шума связана с изменением ха­ рактера звукового поля по мере его распространения вдоль глу­ шителя. Если в его начале преобладает суммарная энергия бы­ строзатухающих нормальных волн высоких номеров, то после

168

третьего калибра начинает доминировать слабозатухающая основ­ ная волна. Расхождение в скоростях затухания этих волн [45] и приводит к неравномерному вкладу различных участков глуши­ теля в его общий эффект.

Изменение толщины звукопоглощающего слоя глушителя при прочих равных условиях сопровождается не только смещением его характеристической частоты в область более низких частот, но и изменением величины ослабления шума на этой частоте. Оценка этого явления для глушителей длиной в три калибра может быть сделана по экспериментальной зависимости, изображенной на рис. 83. Видно, однако, что увеличение толщины звукопоглотителя свыше 100 мм уже не приводит к росту эффективности на частоте fm. Очевидно, поэтому такая толщина звукопоглощающей обли­ цовки зачастую считается наиболее целесообразной с точки зрения обеспечения максимальной эффективности глушителя.

Т а б л и ц а 15

Исходные данные для расчета глушителей с облицовками из рыхловолокнистых материалов

фект глушителя на частоте fm сохраняется неизменным, приве­ денные в таблице данные относительно Аглі Для облицовок толщиной 100 мм пригодны для определения эффективности глу­ шителей с более толстыми звукопоглощающими слоями. Сопостав­ ление результатов расчета и испытаний глушителей представлено на рис. 84. Видно, что совпадение между ними удовлетворитель­ ное. После того как шумовой сигнал пройдет через три-четыре калибра глушителя, он претерпевает существенные изменения, не только количественные, но и качественные. В глушителе остается практически одна основная нормальная волна, имеющая самую низкую скорость затухания. Темп затухания этой волны сохра­ няется неизменным по всей длине глушителя. Стабилизация ха­ рактера звукового поля приводит к тому, что на участках, следую­ щих за первыми тремя-четырьмя калибрами глушителя, величина ослабления шума, приходящаяся на один калибр, становится по­ стоянной. Это было установлено в процессе испытаний глушите­ лей, относительная длина которых составляла семь-восемь калиб­ ров. Характер ослабления шума глушителем в зависимости от его

169

длины б первом приближении может быть представлен ломаной линией abc (рис. 85), участкам которой ab и Ьс присуща различ­ ная скорость нарастания. Если величина Дгпі соответствует на­ чальному участку ab, то конечный участок, Ьс характеризуется Агло — величиной ослабления одним калибром глушителя основ-

ной нормальной волны. Для глушителей с облицовками толщиной 50 мм значения Агл0 даны ниже.

Для определения эффективности глушителей, длина которых превышает пять калибров, можно рекомендовать следующую формулу:

которая учитывает указанные выше изменения в характере зву­ кового поля в глушителе. Приведенная ранее зависимость (208) входит в состав формулы (209) в качестве первого слагаемого правой ее части, которое представляет собой эффект первых пяти калибров глушителя:

Дгл5— Дглі (1 + 3 lg 5) Äi 3Агл1-

Представленные выше табличные данные совместно с форму­ лами (207), (208) или (209) позволяют определять эффект глуши­ телей с облицовками из рыхловолокнистых материалов.

170