CC BY
55
АКУСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМБИНИРОВАННЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ГЛУШИТЕЛЕЙ ШУМА
Кочетов Олег Савельевич, Московский государственный университет приборостроения и информатики
E-mail: o_kochetov@mail.ru
Аннотация. В работе приведены исследования мероприятий по снижения шума путем применения многокамерных комбинированных аэродинамических глушителей шума в промышленных пылесосах. Актуальность работы заключается в том, что при эксплуатации промышленных пылесосов наблюдается превышение уровней шума, регламентированных ГОСТ 12.1.00383.
Ключевые слова: снижение шума в источнике, звуковая энергия, глушитель аэродинамического шума, акустические характеристики.
Для проведения предпроектных изысканий использовался ориентировочный метод измерения шумовых характеристик [2,4] в инструментальном цехе РЗТО (Рижского завода текстильного оборудования) на расстоянии ё = 1 м от контура пылесоса, причем расстояние до ограждающих поверхностей цеха было больше величины ё + 1 м.
При исследованиях использовался комплект акустической аппаратуры типа ИШВ-1, а испытываемый пылесос был установлен свободно на полу в цехе с размерами: длина Э = 20 м, ширина W = 12 м, высота Н = 3,4 м. Режим работы пылесоса соответствовал вращению крыльчатки вентилятора со скоростью п = 3000 об/мин. Количество точек измерения равнялось пяти, а число измерений в каждой точке - 3. Расчет шумовых характеристик пылесоса НПП-2 проводился согласно ОСТ 27-72-218-85 [4,5,6].
В качестве первого варианта был испытан серийно устанавливаемый на пылесосе типа НПП-2 многокамерный реактивный глушитель [8], который содержит цилиндрический корпус, жестко соединенный с торцевым впускным и выпускным патрубками. В корпусе, перпендикулярно направлению движения аэродинамического потока, установлены, по крайней мере, два диска с отверстиями, образующие камеры, причем отверстия дисков поочередно смещены относительно оси корпуса таким образом, что отверстия в двух
128
смежных дисках не совпадают. Конструктивно он выполнен в виде цилиндрической трубы диаметром 204 мм, длиной 766 мм и толщиной 2 мм, внутри которой установлены девять жестких перегородок, имеющих отверстия диаметром 40 мм и образующих десять реактивных камер, причем перегородки установлены таким образом, что отсутствует «лучевой эффект». Однако наблюдалось превышение УЗД в высокочастотной области 4000...8000 Гц и составляло порядка 6... 9 дБ. Для устранения этого недостатка при разработке средств модернизации в схему реактивного глушителя шума были введены элементы звукопоглощения [9, 10]. На рис.1 представлена схема многокамерного глушителя [13] с обработкой внутренних полостей звукопоглотителем толщиной 10 мм (схема № 2), который содержит цилиндрический корпус 1, жестко соединенный с торцевым впускным 6 и выпускным 8 патрубками, при этом корпус изнутри облицован звукопоглощающим материалом 7, а также диски 2 облицованы звукопоглощающим материалом 5 со стороны движения аэродинамического потока. В результате эксперимента были выявлены следующие оптимальные соотношения параметров нового глушителя: отношение длины корпуса Ь1 к его диаметру Э лежит в оптимальном интервале величин: Ь1/ Э = 3,5...4,0; а отношение диаметра корпуса Э к диаметру Э1выпускного патрубка лежит в оптимальном интервале величин: Э / Э1 = 4,5. 5,5; а отношение диаметра корпуса Э к диаметру ё отверстия дисков лежит в оптимальном интервале величин: Э / ё = 5,0.. .6,0,
1
Рис.1 Схема многокамерного аэродинамического глушителя шума с обработкой внутренних полостей звукопоглотителем толщиной 10 мм
SCIENCE TIME
а отношение диаметра корпуса Э к длине камеры ЬК лежит в оптимальном интервале величин: Э/ ЬК = 2,0...4,5. Корпус 1 выполнен из конструкционных материалов, с нанесенным на его поверхности с одной или двух сторон слоя мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, или материала типа «Герлен-Д», при этом соотношение между толщиной облицовки и вибродемпфирующего покрытия лежит в оптимальном интервале величин - 1: (2,5...3,5). По сравнению с серийный у нового глушителя эффективность снижения шумана частотах 4000 Гц и 8000 Гц соответственно составила 8 дБ и 12 дБ. Результаты испытания активного глушителя шума (схема №2, рис.2) показали также хорошие результаты в области высоких частот: его
эффективность в диапазоне частот 2000...8000 Гц на 3 дБ выше, чем у глушителя, выполненного по схеме № 1 . Однако недостатком активного глушителя шума является его невысокая эффективность в области низких и средних частот, где его эффективность ниже на 5... 10 дБ серийного глушитель шума. Поэтому наиболее перспективным направлением для создания аэродинамических глушителей шума машин такого класса является разработка схем комбинированных глушителей шума, состоящих из реактивной и активной частей [3,14,15].
Рис. 2 Сравнительные акустические характеристики пылесоса НПП-2 с многокамерными серийным (схема № 1) и глушителя с обработкой внутренних полостей звукопоглотителем толщиной 10 мм (схема № 2) в измерительной точке
№1
SCIENCE TIME
Остановимся на расчете и настройке глушителя шума на выходе побудителя тяги на примере пылесоса типа Т-1. Подсчитаем частоту лопастного шума от побудителя тяги (центробежного вентилятора) на частоте вращения [11,12]
f = пъ/60 =(11200'12)/60 = 2240 Гц,
где п - число оборотов диска в минуту; ъ - число лопаток на диске.
Так как необходимо снизить шум в широкополосном спектре частот, начиная от 400 до 2240 Гц и выше, глушитель шума выполнен комбинированным, т.е. состоящим из звукопоглощающих элементов, расширительной камеры и резонансных полостей. Активная часть (звукопоглощающие элементы облицовки камеры) входит составной частью в реактивную, образуя камерный глушитель, внутренние поверхности которого имеют звукопоглощающую облицовку. В диапазоне высоких частот, когда размеры камеры в несколько раз превышают длины волн, звуковое поле в ней приобретает диффузный характер. Условие диффузности звука в объеме выражается следующим неравенством [6,9,10]:
с
> Ж ’ (1)
где с =340 м/сек - скорость звука в воздухе,
Ук = ЬкЪк'Ик = 0,42'0,12'0,146 = 7,4'10-3 - объем камеры в м3. Тогда для нашего случая частота, с которой начинается диффузность звука в камере
определится так
f >
340
3/74хЙ0
1789,5 Гц
Для диапазона частот 1789,5...8000 Гц, потери звуковой мощности в камере глушителя со звукопоглощающей облицовкой из пенополиуретана можно представить следующим образом
AL = 10lg
Г ак S
1 + k k
V
F0
(2)
где Бк ,ак - площадь внутренних поверхностей камеры и коэффициент их
3
SCIENCE TIME
звукопоглощения; Б0 - площадь выходного отверстия в камере.
Подсчитаем потери звуковой мощности для полос со среднегеометрическими частотами 2000 Гц(ак=0,85); 4000 Гц(ак=0,8); 8000 Гц (ак=0,75).
^L2000 1 0 lg
1
akSk
Fo У
= 10lgl 1
0,85 x 0,24 0,012
= 12,5 дБ; AL4000 = 12,3 дБ; ALS000 = 12 дБ.
Таким образом, в результате проведенных расчетов получено, что эффективность камерного глушителя в диапазоне высоких частот 2000...8000 Гц, когда звуковое поле в объеме камеры приобретает диффузный характер, составляет 12...12,5 дБ.
Для снижения шума в низкочастотной области 250... 1000 Гц служит реактивная часть камерного глушителя шума. Этот глушитель пропускает звук ниже граничной частоты ^р(для нашего случая выберем £р=295 Гц), препятствуя распространению колебаний звуковых волн, частота которых превышает граничную [6, 10].Обычно в таких расчетах выбирают граничную частоту пропускания шума, а затем рассчитывают объем камеры глушителя шума, исходя из габаритных размеров пылесоса по формуле
=
с2 S 4Я11„pf
(3)
г Р
где с - скорость звука в воздухе (340 м/с),
'У
Б = рёвх /4 - площадь проходного сечения трубопровода,
ёвх - диаметр трубопровода, соединяющего вентилятор с глушителем,
1тр - длина участков трубопровода соответственно до и после камеры, м.
с2 £ 3402 х 6,6 х 10 3 3 3
^=----------------2—’-------7 = 7,4 х 10-3 м3 .
К 4^21тр/2гр 4 х 3,14 х 0,03 х 295
Теперь подсчитаем эффективность снижения уровня шума однокамерным глушителем для полосы частот со среднегеометрической частотой 500 Гц по формуле [6, 11]
SCIENCE TIME
AL = 1Glg[l + G,25(m - m x)2 sin2 kL^\ = 1Glg
. 7/2 x 3,14 x 5GG 1 + G,25(2,65 - 2,65 )2 sin2(-------- ---------x G,42)
34G
2 дБ.
(4)
где т = Б2 /Б і = (0,146'0,12)/6,6'10-3 = 2,65 - отношение сечения камеры к сечению трубопровода, к = 2рі7с - волновое число.
Расчетная эффективность камерного глушителя шума для нашего случая оказалась небольшой (всего 2 дБ). Это связано с тем, что степень расширения т = 2,65 очень незначительна, однако увеличить ее реально не позволяют габаритные размеры, отведенные под глушитель шума в пылесосе. Следует иметь в виду, что эффективность однокамерного глушителя шума увеличивается при возрастании степени расширения т. Так, при т = 9 заглушение на частоте максимума составляет около 13 дБ, а при т = 16 - около 18 дБ.
Были проведены следующие испытания схем аэродинамических глушителей шума применительно к пылесосу типа Т-1 (рис.3). в точке № 2 (см.рис.4): Кривая 1- точка №2 (без шланга на входе и без глушителя на выходе); Кривая 2- точка №2 (шланг и глушитель на выходе без резонансных полостей и звукопоглощающей облицовки камеры); Кривая 3- точка №2 (шланг и глушитель на выходе без резонансных полостей, но с облицовкой камеры ЗПМ); Кривая 4-точка №2 (без шланга, но с глушителем на выходе); Кривая 5- точка №2 (шланг и глушитель на выходе с резонансными полостями и облицовкой камеры ЗПМ). Из представленных результатов можно сделать вывод о том, что снижение шума реактивным однокамерным глушителем шума имеет место в низкочастотной области, начиная с 250 Гц, т.е. выбор для расчета 1^=295 Гц явился обоснованным. Эффективность в этом случае в диапазоне частот 250... 1000 Гц (см.кривые 1 и 2) составила 4...7 Гц.
Рис.3 Результаты испытаний промышленного пылесоса Т-1
SCIENCE TIME
Увеличение эффективности по сравнению с расчетной (2 дБ на частоте 500 Гц) можно объяснить наличием в глушителе поворота потока на 90, что вызвало увеличение потерь звуковой мощности.
Облицовка камеры глушителя звукопоглощающим материалом (ЗПМ) позволила снизить уровни звукового давления в диапазоне частот 2000...8000 Гц (кривая 3) на 8...9 дБ (расчетная эффективность в этом диапазоне составляет
12... 12,5 дБ). Эффективность облицовки камерного глушителя, полученная экспериментальным путем оказалась ниже расчетной на 3... 4 дБ по той причине, что расчетная формула для определения теоретической эффективности справедлива для соосного расположения входного и выходного отверстий одного диаметра.
В нашем случае имеет место поворот потока на 90°, а выходной патрубок представлен 8-ю отверстиями диаметром 44 мм. Эффективность резонансной части глушителя составила на частоте 2000 Гц - 7 дБ (кривая 5), а на частоте 4000 Гц - 5 дБ (для настройкой резонансной части глушителя была выбрана частота fр = 2240 Гц, равная частоте "лопастного" импульсного шума вентилятора, что совпадает с расчетными данными). Следует отметить, что эффективность снижения шума шлангом для насадок составляет в полосе частот
500...8000 Гц 7... 10 дБ и объясняется его работой как активного глушителя большой длины (см. кривые 4 и 5). Таким образом, общая эффективность комбинированного глушителя шума на выходе составляет в полосе частот
250...8000 Гц 13...20 дБ, а уровни звукового давления при работе с пылесосом Т-1, оснащенным глушителями шума на входе и выходе побудителя тяги при скорости 11200 об/мин не превышают санитарно-гигиенические нормы (см. рис.3).
Выводы.
1. Разработана методика расчета и создана конструкция аэродинамического глушителя шума комбинированного типа, т.е. состоящего из звукопоглощающих элементов, расширительной камеры и резонансных полостей.
2. Результаты проведенных испытаний подтвердили основные положения методики и выбранных расчетных схем и показали, что общая эффективность комбинированного глушителя шума на выходе составляет в полосе частот
250...8000 Гц 13...20 дБ, а уровни звукового давления при работе с пылесосом Т-
1, оснащенным глушителями шума на входе и выходе побудителя тяги при скорости 11200 об/мин не превышают санитарно-гигиенические нормы.
3. Разработанные средства модернизации серийного глушителя для пылесоса Н1111-2, выполненные с использованием элементов звукопоглощения, позволили повысить его эффективность в высокочастотной области на 8...12 дБ.
SCIENCE TIME
Литература:
1. ГОСТ 12.1.003-83.ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. М.: Госстандарт, 1984г.
2. ОСТ 27-72-218-85.ССБТ.Оборудование для легкой промышленности и
производства химволокон. Методы определения характеристик.
М.:ВНИИЛтекмаш,-1985.
3. А.С. СССР № 1567184. Пылесос/Семов А.Д., Кочетов О.С., Церлюк М.Б. Опубликовано. Бюллетень изобретений № 20, от 27.10.1990 г.
4. Кочетов О. С. Методика расчета шума в производственных помещениях текстильных предприятий // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.- 1997, № 2. С. 106...111.
5. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Зубов П.О. Методика расчета снижения шума звукопоглощением в условиях текстильного производства // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.- 2000, № 6.С.87...92.
6.Сажин Б.С., Кочетов О.С. Снижение шума и вибраций в производстве: Теория, расчет, технические решения.- М., 2001.-319 с.
7.Кочетов О.С. Расчет акустических характеристик промышленного пылесоса для ткацкого производства // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.- 2001, № 2.С.99... 104.
8.Кочетов О.С. Методика расчета средств снижения шума промышленного пылесоса для прядильного производства // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.- 2003, № 6.С.91. 97.
9. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Синев А.В., Ходакова Т.Д. Методика расчета снижения шума звукопоглощением в условиях текстильного производства // Безопасность жизнедеятельности. - 2002, № 6. С. 13-17.
10. Сажин Б. С., Кочетов О. С., Ходакова Т.Д. Методы и средства снижения шума и вибрации в текстильной промышленности // Безопасность жизнедеятельности. - 2004, № 11. С.10-15.
11. Кочетов О.С. Расчет малошумной системы вентиляции. Журнал «Безопасность труда в промышленности», № 1, 2010, стр.22-25.
12. Кочетов О. С. Расчет аэродинамических глушителей шума. Журнал «Безопасность труда в промышленности», № 9, 2013, стр.60-63.
13.Кочетов О.С. Реактивный глушитель шума промышленного пылесоса. /Патент РФ № 2305779, Б.И. № 25 от 10.09.2007 г.
14.Кочетов О.С. Камерный глушитель шума промышленного пылесоса. /Патент РФ № 2305783, Б.И. № 25 от 10.09.2007 г.
15. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Кочетов С.С., Кочетов С.С. Реактивный глушитель шума промышленного пылесоса. // Патент РФ на изобретение № 2305779. Опубликовано 10.09.2007. Бюллетень изобретений № 25.
SCIENCE TIME
16. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Кочетов С.С., Кочетов С.С. Камерный глушитель шума промышленного пылесоса. // Патент РФ на изобретение № 2305783. Опубликовано 10.09.2007. Бюллетень изобретений № 25.
17. Кочетов О.С. Аэродинамический глушитель шума выпуска Кочетова. // Патент РФ на изобретение № 2389884. Опубликовано 20.05.10. Бюллетень изобретений № 14.
18. Кочетов О.С. Аэродинамический глушитель шума Кочетова. // Патент РФ на изобретение № 2412360. Опубликовано 20.02.11. Бюллетень изобретений № 5.
19. Кочетов О.С. Аэродинамический глушитель. // Патент РФ на изобретение № 2411370. Опубликовано 10.02.11. Бюллетень изобретений № 4.
