Дослідження глушників шуму
Дослідження глушників шуму - розділ Соціологія, Шум на робочих місцях, у приміщеннях житлових, громадських будівель та на території житлової забудови& Методичні вказівки до лабораторної роботи.
до лабораторної роботи
Мета роботи – ознайомитися з типами глушників шуму, принципами роботи та методами оцінки їх ефективності.
Аеродинамічний шум виникає при випуску стислих газів, пари або повітря в атмосферу і є головною складовою шуму вентиляторів, повітродувок, компресорів, газових турбін, ДВС. Один із основних засобів зниження аеродинамічного шуму - установка глушників, вибір яких залежить від конкретних умов експлуатації кожної установки, спектру її шуму та необхідної величини заглушення.
За принципом дії глушники прийнято розділяти на дисипативні (абсорбційні) та реактивні. У дисипативних глушниках зниження шуму досягається за рахунок втрат акустичної енергії на тертя в звукопоглинаючих матеріалах (волокнистих або пористих поглиначах, сітках, перфорованих листах тощо), розташованих на шляху розповсюдження звуку.
У реактивних глушниках зниження шуму забезпечується рахунок відображення частини звукової енергії назад до джерела. Звукові хвилі, потрапляючи в порожнину реактивного глушника, збуджують у ньому власні коливання, у одних частотних областях відбувається ослаблення звуку, за іншими - посилення.
Поряд з цим застосовуються також і комбіновані глушники, що містять як реактивні так і дисипативні елементи. Строго кажучи, будь-який глушник є комбінованим, так як дисипативні елементи глушників частково відображають хвилі, а в реактивних енергія коливань після перевідбиття переходить в теплову.
При конструюванні глушників бажанодосягти трьох основних цілей:
- високого ступеня заглушення (акустичної ефективності)DL(дБ) у широкому діапазоні частот;
- малих втрат тиску (гідроопору)DР(Па) при проходженні газів по аеродинамічному тракту, забезпеченому глушником;
- конструктивної та, отже, технологічної простоти.
Насправді зазвичай виконується таке правило конструювання глушників - " із трьох основних цілей можна досягти лише двох " .
Конструктивно простий глушник з високою акустичною ефективністю зазвичай має великий гідроопір. Глушник повинен чинити мінімальний опір постійної та максимальної змінної складової пульсуючого газового потоку.
Дисипативні глушники ефективно працюють у широкому діапазоні частот, коли коефіцієнт звукопоглинання матеріалу, що застосовується близький до одиниці (a=О,8-1,О). Їх доцільно використовувати для зниження шуму, що характеризується безперервним (суцільним) спектром або дискретним спектром з великою кількістю гармонійних складових. При цьому в каналах з великою швидкістю потоку, високою температурою або агресивним середовищем застосування таких глушників пред'являє особливі вимоги до звукопоглинаючих матеріалів, що містяться в них.
До найбільш поширених дисипативних глушників відноситься фанерований звукопоглинаючим матеріалом аеродинамічний тракт, так званий трубчастий глушник (рис. 1а). Волокнистий або пористий звукопоглинаючий матеріал заповнює порожнину між зовнішньою оболонкою глушника та внутрішнім перфорованим каналом. Коефіцієнт перфорації, який визначається як відношення загальної площі отворів до площі бічної поверхні перфорованого каналу, при цьому повинен бути більше О,2 для того, щоб звукові хвилі,що поширювалися трактом, безперешкодно проникали в порожнину зі звукопоглинаючим матеріалом і гасилися в ньому.
Чим товщі шар звукопоглинаючого матеріалуhв дисипативному глушнику, тим ефективніше знижується шум на низьких частотах. Зі збільшенням довжини глушникаlйого ефективність підвищується у всьому робочому діапазоні частот. Загалом заглушення в трубчастому дисипативному глушнику приблизно можна оцінити за формулою:
деP– периметр перерізу труби;S- площа поперечного перерізу труби; a - коефіцієнт поглинання звуку облицюванням.
З метою збільшення заглушення використовуються пластинчасті глушники у яких аеродинамічний тракт розділений поздовжнім перегородками, фанерованими звукопоглинаючим матеріалом (рис. 1б). Заглушення в пластинчастому глушнику довжиноюlза умови, що відстань між перегородкамиaнабагато менша за їх ширину, оцінюється за такою формулою
де a ' - Коефіцієнт, що характеризує поглинання звуку перегородками.
Глушники реактивного типу, що представляють по суті акустичні фільтри, характеризуються смугами заглушення і пропускання звуку, що чергуються, а тому застосовуються для зниження шуму з різко вираженими дискретними складовими спектру. Реактивні глушники поділяються на камерні та резонансні.
Камерні глушники складаються з однієї або декількох камер, що є порожниною у вигляді розширення трубопроводу за його перерізом (рис. 2а). У камерному глушнику звукові хвилі відбиваються від протилежної стінки і, повертаючись до початку протифазі по відношенню до прямої хвилі, зменшують її інтенсивність.
Мал. 2. Реактивні глушники шуму:
а – камерний; б,в - резонансні; г - комбінований
Розмір заглушення в однокамерному глушнику визначається формулою
деm=Sк/S-відношення площі перерізу камери до площі вхідної труби (ступінь розширення);l- Довжина розширювальної камери, м;k=2pf/c- хвильове число;с- швидкість звуку серед (за нормальних умов повітряс=344 м/с ).
З (3) випливає, що максимальна величина заглушення має місце коли kl =(2n+1)p/2, де n=1,2,3. Це відповідає частотам
При цьому формула (3) спрощується і приm8 c похибкою менше 0.1 дБ може бути представлена у вигляді
Ця формула може бути використана для оцінки орієнтовної ефективності камерних глушників шуму в залежності від ступеня розширення камери.
Резонансні глушники бувають двох типів: резонатори Гельмгольця та чвертьхвильові резонатори.
Резонатор Гельмгольця є порожниною об'ємомV, з'єднану з трубопроводом отворами, званими горлом резонанатора (рис. 2б). Порожнина та отвори в такому резонаторі утворюють систему, що забезпечує практично повне відображення звукової енергії назад до джерела на частотах, близьких до його власної (резонансної) частоти. Власна частота резонатора гельмгольця визначається формулою
деn– кількість отворів;S –площа одного отвору;L –ефективна довжина горла резонатора,L=t+pd/4;t, d– відповідно глибина отворів (товщина стінки трубопроводу) та їх діаметр.
У чвертьхвильовому резонаторі (рис. 2в) звукова хвиля на резонансній частоті проходить шлях до торця труби і назад, кратний половині довжини хвилі, і потім зустрічається з хвилею, що біжить, будучи з нею в протифазі. Утворюється вузол стоячої хвилі, черезякий, як відомо, енергія даної частоті не поширюється, тобто. шум на цій частоті буде заглушено.
Залежність акустичної ефективностіDLчвертьхвильового резонатора від довжини звукової хвилі l, яка визначається співвідношеннямl=c/f, являє собою піки, що чергуються, і провали, що характеризують максимуми і мінімуми заглушення звуку. Відповідно до принципу роботи цього резонатора максимуми заглушення мають місце, коли на довжині резонатора lP укладається непарна кількість чвертей довжин хвиль l/4. Чітна кількість l/4 відповідає мінімуму заглушення. Звідси отримуємо наступне співвідношення для частот гармонійних складових звукуfn, що відповідають його максимальному заглушенню
деn= 1, 2, 3. – Номер гармоніки.
З виразу (7) випливає, що заглушення піддаються лише непарні звукові гармоніки. Для створення досконалішої системи заглушення використовують кілька чвертьхвильових елементів різної довжини або комбінацію камерного та чвертьхвильового елементів (рис. 2г).
У цьому роботі досліджуються масштабні моделі глушників шуму. При цьому принципи акустичного моделювання ґрунтуються на збереженні:
1. геометричної подоби тих частин моделі та натурального глушника, в яких існує звукове поле;
2.відносини геометричних розмірівlдо довжини хвилі l моделі і натурального глушника, тобто.
Якщо швидкість звуку в натуральному глушнику та моделі однакові, то рівність (8) запишеться у вигляді
З останньої рівності випливає, що співвідношення частот у натурі та моделі обернено пропорційно співвідношенню геометричних розмірів.
Схема експериментальної установки на дослідження глушників шуму представлена на рис. 3. Сигнал згенератора випадкового шуму через 1 підсилювач потужності 2 подається на джерело шуму 3, що являє собою укладений в дерев'яний ящик гучномовець. Формований джерелом шуму звуковий сигнал надходить на вхід досліджуваних глушників 4 шуму, які розміщуються з джерелом шуму на одній підставі. Оцінка акустичної ефективностіDLдосліджуваного глушника проводиться за допомогою шумовимірювального тракту, що складається з конденсаторного мікрофона 5, що встановлюється на підставці в контрольній точці і шумоміра 6. На відміну від реальних аеродинамічних установок, для яких призначені досліджувані потік газу, тому оцінка гідравлічного опору глушників тут не провадиться.
1. Забороняється розпочинати роботу без викладача чи лаборанта.
2. Будьте обережні при роботі з мікрофоном! Не допускати ударів та струсів!
3. Не обертати ручку плавного регулювання посилення підсилювача потужності.
Порядок проведення роботи
1. Ознайомитись з описом роботи.
2. Підготувати за допомогою лаборанта експериментальну установку до роботи, завданням якої буде дослідження двох варіантів шуму глушників (варіанти вибираються за вказівкою викладача). Перевірити з'єднувальні кола в установці (рис.3).
3. На першому етапі необхідно з окремих ланок зібрати трисекційну трубку довжиною »230 мм і навернути її на вихідний різьбовий отвір джерела шуму (3).
4. Мікрофон на стійці встановити на відстані 50 мм від зрізу трубки під кутом 45 0 до осі.
5. Увімкнути шумомір, для чого натиснути кнопку I/O і зафіксувати її в натиснутому положенні.
6. Увімкнути джерело шуму, натиснувши кнопку "NETZ" на передній панелі джерела.випадкового шуму (при цьому кнопка «WEISS/ROSA» має бути утоплена) та відповідну кнопку на передній панелі підсилювача потужності. Ручку регулювання посилення на підсилювачі потужності щоб уникнути поломки джерела шуму не чіпати. Її положення визначається ризиком передньої панелі.
7. Визначити рівні звукового тиску в октавних смугах частот 125Гц – 8 кГц та загальний рівень звуку на виході системи без глушникаLБi. Для цього треба зафіксувати в натиснутому положенні кнопку "ВО" на шумомірі, при цьому на індикаторній панелі шумоміра висвічується частота, на яку він налаштований. На наборному полі "UNTERE" шумоміра набрати номер фільтра, що відповідає необхідної октавної смуги частот. Наприклад, частоті 125 Гц відповідає фільтр з номером 28 і т.д. Після цього на індикаторній панелі висвітлюється робоча частота. Відлік показників рівнів звукового тиску ведеться за верхньою шкалою стрілочного індикатора "0 ... 40 дБ". Для того щоб працювати в потрібному динамічному діапазоні, початок відліку може змінюватися в лівому верхньому вікні приладу за допомогою ступінчастого перемикача. Покази стрілки сумуються з числом початку відліку, встановленого у вікні. Якщо стрілка індикатора знаходиться в нуля або навпаки йде за 40 дБ у вкрай праве положення так що спалахує червона лампа, то поворотом ступінчастого перемикача за годинниковою або проти годинникової стрілки досягають установки стрілки індикатора в робочому діапазоні шкали "0 ... 40 дБ". При цьому показання стрілки індикатора підсумовуються новим встановленим початком відліку. Записати виміряні значенняLBi.
8. Вимкнути джерело звуку.
9. Змонтувати на установці замість середньої секції трисекційної трубки перший глушник
10.Включити джерело звуку та визначити відповідно до п.7рівні звукового тиску на виході системи з глушникомLГi.
11.Визначити ефективність установки глушникаDLза формулоюDLi = LБi - LГi. Результати занести до бланку звіту.
12. Повторити п.п. 8-11 для другого глушника.
13. Використовуючи вирази (4), (6), (7) визначити, виходячи з розмірів досліджуваних моделей реактивних глушників, частоту звуку Гц, при якій спостерігається максимум заглушення звуку. Порахувати чому відповідатиме ця частота для натурального глушника, якщо співвідношення розмірів натури та моделі дорівнює 20.
14. Зробити висновок про вплив типу та розмірів глушника на його ефективність.
Контрольні питання
1. Які існують типи та види глушників?
2. Які принципи роботи глушників?
3. Від яких параметрів залежить ефективність шуму?
4. Як оцінюється ефективність установки глушника шуму?
5. Як визначити необхідне заглушення?
6. Якими є принципи масштабного моделювання глушників шуму?
1. Боротьба з шумом з виробництва / Під заг. ред. Є.Я. Юдіна.- М.: Машинобудування, 1985.- 400 с.
2. Колесников А.Є. Шум та вібрація. Л.: Суднобудування, 1988. - 248 с.
3. Технічна акустика транспортних машин/За ред. Н.І. Іванова.- Спб.: Політехніка, 1992.-365 с.