Расчет параметров аэродинамического шума Текст научной статьи по специальности «Физика»



SCIENCE TIME

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ШУМА

Р;У 1

Кочетов Олег Савельевич, Московский государственный университет приборостроения и информатики, г. Москва

E-mail: o_kochetov@mail.ru

Аннотация. В работе представлена методика определения виброакустических характеристик вентиляторов и связанной с ними разветвленной сети воздуховодов, как наиболее интенсивных звукоизлучателей. При этом исследуются октавные уровни звуковой мощности, излучаемой вентиляционным агрегатом в окружающее пространство, когда трубопроводы всасывания и нагнетания выведены в другие помещения.

Ключевые слова: производственная среда, рабочая зона, уровень звуковой мощности, уровень звукового давления.

Одним из основных вопросов методики акустического расчета производственных помещений является определение виброакустических характеристик вентиляторов, как наиболее интенсивных звукоизлучателей, входящих в состав систем жизнеобеспечения, причем наличие воздуховодов различного назначения и их протяженность также вносит существенный вклад в шумоизлучение производственного оборудования [1, с.44; 2, с.74; 3, с. 130; 4,

Рассмотрим вентилятор в виде совокупности трех отдельных источников шума: РАГ - октавные уровни звуковой мощности, излучаемой вентиляционным агрегатом в окружающее пространство (определяют интенсивность шума в помещениях, где установлены вентиляторы), когда трубопроводы всасывания и нагнетания выведены в другие помещения, дБ; РВС и РНАГ - октавные уровни звуковой мощности аэродинамического шума, излучаемого вентилятором соответственно в трубопроводы со стороны всасывания и нагнетания (определяют интенсивность шума в помещениях, обслуживаемых вентиляционной установкой), дБ. Процесс перехода звуковой энергии из трубопровода в открытое пространство сопровождается потерями звуковой

с.275].

SCIENCE TIME

мощности л ВЫХ, дБ, которые зависят от частоты и размеров проходного сечения трубопровода [5, с.290; 6, с.295].

Переход звуковой энергии из объема, ограниченного корпусом центробежного вентилятора, в подсоединяемые трубопроводы сходен с прохождением звука через внезапное расширение в трубопроводе. Тогда на основании известного соотношения, определяющего потери звуковой мощности при внезапном изменении площади поперечного сечения трубопровода, можно установить связь между уровнями Р О , Р ВС и Р НАГ для центробежных вентиляторов:

(т +1)2 (т +1)2 Р = Р0 -1012^-; Р = Р0 -1012^-; (1)

вс 0 С> л ? наг 0 С> л ? 4 у

4т 4т

вс наг

где т вс - отношение площади стенки корпуса вентилятора к площади проходного сечения воздухоприемного патрубка, который расположен на этой стенке; т НАГ - отношение наибольшей площади поперечного сечения корпуса вентилятора к площади нагнетательного отверстия; Р0 - начальные уровни 4 звуковой мощности аэродинамического шума, который имеет место внутри корпуса вентилятора, дБ.

Звуковая мощность ' Вт, аэродинамического шума вихревого происхождения может быть представлена следующим образом:

Ж=К ^- у'Б2 (2)

с" в в

где К - безразмерный параметр, зависящий от конструктивных особенностей вентилятора, чисел Рейнольдса и Маха; р - плотность воздуха,

кг/м ; с - скорость звука в воздухе, м/с; Бв - наружный диаметр рабочего колеса вентилятора, м; V в= ж Эвпв /60 - максимальная окружная скорость колеса, м/с;

а и У - частотные характеристики показатели степени, причем У = а + 3; пв - частота вращения, об/ мин.

Тогда на основании уравнения (4.2.2) получаем:

Ро = 1012 Ж = 1 + 10^60 +107 + 2)1§ °в (3)

где 'о = 10" Вт - пороговое значение звуковой мощности;

SCIENCE TIME

L = 10 lg

Kpn' Wo ca

отвлеченный уровень шума, который представляет

октавные уровни звуковой мощности, излучаемой вентилятором при Эв = 1 м и пв = 1 об/сек.

Средние значения октавных уровней Ъ , полученные на основании

акустических испытаний различных центробежных вентиляторов, диаметры рабочих колес которых лежат в пределах 200... 1000 мм, а частоты вращения составляют 1410...3900 об/мин, приведены ниже.

Частота, Гц.......... 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Отвлеч. уровень Ъ , дБ 82 72 62 52 42 32 22 12

Связь между октавными уровнями звуковой мощности Ро и параметрами

-5 -Л

вентилятора (производительностью Р, м /ч, и полным давлением Н, кгс/м ) выражается следующими зависимостями:

1

D = 30

' -01 .nQ J

9,81pH H

v =

H

9,81pH )

Po = L + 10 lg Q + 5 1) lg H - 35

(4)

(5)

где 0 и н - соответственно коэффициенты производительности и

давления, ъ - критерий шумности, значения которого приведены ниже Частота, Гц............63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Критерий шумн. Ъ , дБ. . .85 76 69 60 51 41 33 21

Линейная (при логарифмическом масштабе вдоль горизонтальной оси)

Ъ

от частоты аналитически представляется эмпирической

(6)

зависимость формулой:

~ = 140 - 30^ / Тогда выражение (5) можно записать в следующем виде: Ро = 101в д + 5 г- 1)1в Н - З01в / +105

(7)

1

2

2

4

SCIENCE TIME

При отсутствии конструктивных данных о корпусе центробежного вентилятора можно воспользоваться следующими формулами:

Рнаг - P = 10 lg б + 5г - 1) lg H - 30 lg f + 105 (8)

Pe «10 lg Q + 57-1) lg H- 30 lg f +100 (9)

Для центробежных вентиляторов, где не предусмотрены меры по устранению шума от неоднородности потока, в октавной полосе, на которую приходится частота fz = пв z/60 (z - число лопаток рабочего колеса), можно считать, что Рнаг ~ Рвс + 5, а критерий шумно сти следует увеличивать в среднем на 10 дБ. В лабораторных условиях были проведены акустические испытания центробежного вентилятора, имеющего следующие характеристики: объемный расход Q = 950 м3/ч, полное давление (напор) вентилятора H = 2200 Па, (220 кГс/ м ) число оборотов электродвигателя п = 3000 об/мин, (мощность двигателя N = 1,1 Квт); число лопаток вентилятора z = 12 (лопатки загнуты назад), диаметр рабочего колеса Эк = 340 мм, диаметр всасывающего отверстия 120 мм, а размеры выходного фланца вентилятора 125' 125 мм.

Обозначим их соответственно через Ьп.вент, Ьп.пут и Ьпкон. В большинстве случаев Ьп.пут и Ьпкон представляются логарифмической суммой уровней шума нескольких его источников. Так, Ьп.пут могут быть обусловлены шумом разнотипной путевой арматуры и целого ряда элементов трубопроводов, а уровень Ьпкон образуется в результате работы нескольких воздухораспределительных устройств, обслуживающих рассматриваемое вентилируемое помещение.

Октавные уровни шума, создаваемого вентилятором, могут быть определены по формуле:

( Фу 4ф\

L = P -УД-Д + 10lg —^ + — (10)

п.вент наг ^^ вых \ 4тГ B У

где ЕЛ - суммарные потери звуковой мощности в элементах

нагнетательного участка вентиляционной системы, дБ; Ф - фактор направленности решетки или открытого конца трубопровода, зависящий от их размеров и положения относительно граничных поверхностей вентилируемого помещения, а также от частоты.

Пути проникновения в вентилируемое помещение шума путевых элементов системы вентиляции аналогичны путям распространения аэродинамического шума вентиляторов, поэтому расчет уровней шума Ьп.пух может быть выполнен по формуле:

SCIENCE TIME

Ln.nym = L + 10/ lg v0 + 20 lg D3 + 10(1 - y) lg-f A « +

(11)

где Вэ = 1,12 ^ - эквивалентный диаметр трубопровода; 3пр - открытая

для прохода воздуха площадь сечения проточной части арматуры; у0 - скорость движения воздуха в этом сечении. При наличии в системе вентиляции нескольких путевых элементов их общий шум характеризуется логарифмической суммой уровней шума каждого из них.

Уровни шума воздухораспределителей, установленных в системе вентиляции оборудования или помещения, определяются по формуле:

где ь - отвлеченные октавные уровни шума воздухораспределителей, дБ, приведенные ниже [1].

Отвлеченные октавные уровни шума ь , дБ, некоторых

воздухораспределителей:

- Частота, Гц 63 125 250 500 1 000 2000 4000 8000;

- Плафон ВНИИГС 52 50 54 44 31 21 10 -4;

- Дисковый плафон 50 45 42 41 30 21 9 -3;

- Шестидиффузорный 50 44 38 34 28 25 13 -1.

В приведенных выше формулах отношение Бпр /3 характеризует степень открытия проходного сечения арматуры. При полном открытии это соотношение равно единице и содержащее его слагаемое обращается в нуль.

После того как определены в расчетной точке вентилируемого помещения уровни Ьп.вент , Ьппух и Ьпкон , определяют общий шум Ьп как логарифмическую сумму его составляющих:

Затем сравнивают октавные уровни звукового давления Ьп с допустимыми уровнями Ьдоп .При наличии превышения сопоставляют между собой уровни Ьп.вещ; Ьд.^ и Ьпкон , определяя источники, являющиеся причиной повышенного шума, что позволяет наметить пути и средства борьбы с их шумом.

(12)

L — 10lg(l001 Lnemm + 1001 L"nym + 1001 LnKOHj

(13)

SCIENCE TIME

Рис. 1 Октавные уровни звукового давления при различной скорости в воздуховоде: а) 2 м/сек; б) 5 м/сек; в) 10 м/сек , излучаемые: 1- вентилятором, подающим воздух в помещение; 2 - путевой арматурой; 3 - концевыми и воздухораспределительными устройствами

На ПЭВМ по вышеприведенным формулам и номограммам был рассчитан шум в вентилируемых помещениях, который обусловлен вентилятором со

-з

следующими характеристиками: объемный расход Q = 950 м /ч; полное давление (напор) вентилятора H = 2200 Па (220 кГс/м ); число оборотов электродвигателя n = 3000 об/мин; число лопаток вентилятора z =12 (лопатки загнуты назад); диаметр рабочего колеса Эк = 340 мм, диаметр всасывающего отверстия -120 мм, размеры выходного фланца вентилятора - 125'125 (мм); размеры вентилируемого помещения: D'W'H = 8'3'4,5 (м), в качестве концевых воздухораспределительных устройств рассматривался дисковый плафон.

Литература:

1. Кочетов О.С. Расчет конструкций для снижения шума на рабочих местах производственных помещений // Главный механик. - 2014. - № 11. - C. 43-51.

2. Гетия И.Г., Леонтьева И.Н., Кочетов О.С. Расчет аэродинамического шума вентиляционных систем. М.: МГУПИ, «Вестник МГУПИ», серия «Машиностроение», № 51, 2014. С. 71-78.

3. Кочетов О.С. Акустические характеристики комбинированных аэродинамических глушителей шума // «Science Time». - 2014. - № 9 (9). - C. 128 -137.

4. Кочетов О.С. Эффективность снижения шума звукопоглощающими конструкциями // «Science Time». - 2015. - № 1 (13). - C. 271-278.

5. Кочетов О.С. Методика расчета шума в прядильном цехе // «Science Time». -2015. - № 3 (15). - C. 288-294.

6. Кочетов О.С. Методика определения уровней звуковой мощности прядильного станка ориентировочным методом // «Science Time». - 2015. - № 3 (15). - C. 295301.