Пластинчасті глушники шуму вентиляційних установок - Виробничий шум джерела та захист

Малюнок: пластинчастий глушник

Загалом, вибір конструкції глушника залежить від спектра необхідного зниження шуму, розмірів повітроводу і допустимої швидкості повітряного потоку в ньому, наявного запасу по тиску в мережі, місця для його установки. Оскільки зазначені елементи вентиляційних систем випромінюють аеродинамічний шум з широкосмуговим спектром, для його зниження найбільш придатні абсорбційні глушники (зі звукопоглинаючим матеріалом), що забезпечують задовільну ефективність у тому широкому діапазоні частот. Це, перш за все, трубчасті та пластинчасті глушники [1].

Конструктивно прості трубчасті глушники (круглі та прямокутні) ефективні у повітроводах з невеликими поперечними розмірами (до 450-500 мм). Згасання в трубчастому глушнику залежить від довжини активної частини, периметра прохідного перерізу, рівного периметру повітроводу, товщини шару звукопоглинаючого матеріалу (ЗПМ) та коефіцієнта звукопоглинання ЗПМ, що залежить від його фізико-механічних властивостей. При збільшенні шару ЗПМ ефективність трубчастого глушника зростає на низьких частотах (найважливіший з погляду шумоглушення діапазон). Тому для забезпечення необхідного зниження шуму буває достатньо, наприклад, замість глушника довжиною 1 м з товщиною шару ЗПМ 50 мм встановити глушник довжиною 0,5 м але з товщиною шару ЗПМ 100 мм.

Для збільшення згасання в повітроводах з великими поперечними розмірами вдаються до рівномірного розподілу ЗПМ їх перерізу. Цей принцип використаний у пластинчастому глушнику. Товщина пластин 2d та відстань між ними 2d0 часто зберігаються по всьому перерізу каналу. Виняток становить відстань між крайньою пластиною та корпусом (кожухом)глушника, що дорівнює d0. При схемі з крайніми пластинами, встановленими впритул до стін корпусу, їх товщина повинна бути рівною d - половині товщини інших пластин. Ефективність пластинчастого глушника DLгл залежить від фізико-механічних властивостей ЗПМ, величини його опору продування, типу та товщини шару ЗПМ, відстані між поглинаючими поверхнями та інших параметрів. У той самий час вона мало залежить від кількості пластин (каналів для повітря), і навіть від висоти пластин і зажадав від схеми компонування глушника [2].

Залежність ефективності глушника від відстані між пластинами 2d0 показана на рис. 1. У глушниках довжиною 2 000 мм використовувалися пластини із захисним шаром ЗПМ (супертонкого скловолокна, rзпм = 20 кг/м 3 ) із скло-тканини марки ЕЗ-100 та перфорованого листа (діаметр отворів 6 мм, крок 12 мм).

Малюнок 1. Зміна ефективності пластинчастого глушника в залежності від відстані між пластинами: 1 - 2d0 = 100 мм, цсв = 50%; 2 - 2d0 = 166 мм, цсв = 64%; 3 - 2d0 = 300 мм, цсв = 75%

На малюнку видно, що із зменшенням 2d0, тобто із зменшенням фактора вільної площі глушника (jсв), ефективність зростає. Фактор вільної площі – це відносний вільний переріз глушника (у відсотках). Якщо відстань між пластинами (2d0) залишається незмінною, а товщина пластин (2d) збільшується (при jсв = const), область максимального згасання зміщується у бік нижчих частот. Це ілюструє рис. 2, на якому представлені спектрограми ефективності пластинчастих глушників. Видно, що з збільшенням товщини пластин ефективність збільшується в низькочастотному діапазоні частот.

Рисунок 2. Зміна ефективності пластинчастого глушника шуму залежно від товщинипластин: 1 - 2д = 100 мм; 2 – 2д = 200 мм; 3 - 2д = 400 мм

Наведені на рис. 2 дані отримані за результатами випробувань трьох пластинчастих глушників з довжиною активної частини 980 мм. Товщина пластин: 100, 200 та 400 мм, відстань між пластинами, відповідно, 100, 200 та 400 мм. ЗПМ - мати з базальтового супертонкого волокна (БСТВ) (щільність 12,6 кг/м 3 ).

Захисне покриття ЗПМ від видування та механічних пошкоджень - склотканина типу Е3-100 + перфорований сталевий оцинкований лист з діаметром отворів 10 мм (відсоток перфорації 20%).

Зі збільшенням щільності ЗПМ (rзпм) та пов'язаного з нею опору продування r максимум ефективності зменшується по абсолютній величині, проте область високих значень DLгл різко розширюється в обидві сторони.

Подальше збільшення щільності ЗПМ веде до збільшення реактивної складової акустичного імпедансу шару матеріалу і тим самим зниження ефективності в діапазоні низьких і середніх частот і до деякого її підвищення на високих частотах [2].

Малюнок 3. Ефективність глушників шуму з пластинами товщиною 100 і 200 мм.

1 - пластина 100 мм («Ізовер» KVL, с2 = 41 кг/м 3);
2 - пластина 200 мм («Ізовер» KVL, с2 = 41 кг/м 3);
3 - пластина 100 мм (мінвата, с1 = 80 кг/м 3);
4 - пластина 200 мм (мінвата, с1 = 80 кг/м 3 )

Для заданої товщини шару, що поглинає, існує оптимальне значення опору продування rопт даного матеріалу, якому відповідає область високих значень DLгл. Зокрема, для локально реагуючого та ізотропного шару товщиною 250 мм із супертонкого скляного волокна (СТВ) та базальтового супертонкого волокна (БСТВ) rопт становить близько 0,23 см -1 . Це відповідає об'ємнійгустини 18-21 кг/м 3 при діаметрі волокна 1-3 мкм. Для дуже пухких (rзпм = 5 кг/м 3 ) волокнистих матеріалів величина r у поздовжньому напрямі впливає величину DLгл лише у резонансної області частот. Зі збільшенням rзпмпік ефективності зменшується по абсолютній величині і зсувається у бік високих частот [2].

Волокнисті ЗПМ типу СТВ, БСТВ та інші можуть застосовуватись у глушниках тільки з акустично прозорими захисними покриттями. Найбільш поширеними покриттями, що застосовувалися кілька десятиліть, були металеві перфоровані листи в поєднанні зі склотканинами, плівками або тонким шаром повсті ПВХ. Акустичні властивості перфорованого покриття (листа) характеризуються імпедансом (його дійсною та уявною компонентами) або його ефективною масою, величина якої залежить від діаметра отворів, їх кроку та товщини листа [3]. Імпеданс покриття (Zпок) істотно залежить від того, наскільки щільно листок прилягає до поверхні шару ЗПМ. Коли є зазор 2-3 мм, дійсну компоненту імпедансу приймають рівною нулю, а уявну компоненту визначають з виразу [4]:

де d – кінцева поправка до товщини перфорованого покриття, см;

h – коефіцієнт перфорації, %;

l0 – товщина листа, см;

k - хвильове число для повітря, см-1.

Для круглого отвору діаметром (dотв) кінцеву поправку при h? 10% визначають за наближеною формулою

При щільному контакті перфорованого покриття і шару волокнистого поглинача імпеданс Zпок залежить від величини h, dотв, l0 і d, а й від структурної характеристики матеріалу.

Останнім часом невеликі пластини виготовляють із захисним шаром без перфорованого листа. Для цього використовують плити ЗПМ, кашовані склополотном. Урезультаті в діапазоні високих частот ефективність глушників дещо підвищується, а низькочастотному діапазоні знижується. У виробників глушників часто виникає важливе практичне питання, пов'язане з акустичною еквівалентністю звукопоглинаючих матеріалів. Періодично з різних причин потрібна заміна одного ЗПМ на іншу та прогнозування ефективності глушника з новим матеріалом, яка, як мінімум, не повинна знижуватися. Для вирішення цього завдання існує простий вираз. Воно отримано на основі передумови, що волокнистий матеріал 1 з щільністю r1, кг/м 3 і діаметром волокна d1, мкм, є акустично еквівалентним матеріалу 2 з щільністю r2 і діаметром d2 за умови рівності їх імпедансів, тобто.

Імпеданс шару товщиною l, розташований на жорсткому підставі, може бути розрахований за виразом:

де W - хвильовий опір;

g - стала поширення звуку в волокнистому середовищі, 1/м.

Для вирішення рівності (3) з урахуванням (4) використовуються емпіричні формули для величин W і g у їхній комплексній формі, отримані в роботах [5, 6]:

g = kQ (2 + Q) / (1 + Q) + ik (1 + Q), (6)

де k = 2pf/c0 – хвильове число, 1/м;

f – частота звуку, Гц;

c0 - швидкість звуку повітря, м/с;

Q - безрозмірна структурна характеристика, що обчислюється з виразу:

де m = 185 х 105 - коефіцієнт динамічної в'язкості, Па с;

r0 - щільність повітря, кг/м3;

q0 - множник, рівний

q0 = 1 + 0,25 Ч 10 4 / (1 - H) 2 ,

де H = 1 – r/rв – пористість;

rв - густина матеріалу волокна, кг/м 3 .

Тоді рівність (3) з урахуванням (4) - (7) може бути зведена до рівності Q1 = Q2, яка може бути записана у вигляді:

Вираз (8) дозволяє визначитиоб'ємну щільність обраного нового ЗПМ, яким можна замінити в пластинчастому глушнику із заданою ефективністю існуючий ЗПМ. Для цього достатньо визначити чи знати діаметр та щільність волокон нового ЗПМ. Наприклад, щоб ефективність глушника, де як ЗПМ використана мінеральна вата (r1 = 80 кг/м 3 , d1 = 10 мкм, щільність матеріалу волокна rв1 = 2 600 кг/м 3 ), не зазнала істотних змін у заданому діапазоні частот, при заміні її на скловолокно марки «Ізовер» (d2 = 5,5 мкм, rв2= 2450 кг/м 3 ) щільність останнього r2 має бути близько 40 кг/м 3 .

На підтвердження справедливості цього висновку на рис. 3 представлені експериментальні дані. На ньому порівнюються ефективності глушника з пластинами 100 мм, встановленими на відстані 100 мм, і глушника з пластинами 200 мм, встановленими на відстані 200 мм, заповненими мінеральною ватою, з ефективностями ідентичних глушників, в яких ЗПМ використано скловолокно марки «Ізовер. Там же наводиться густина матеріалів. Довжина активної частини глушників, що випробовуються, - 950 мм.

На жаль, виробники глушників щільність звукопоглинаючого матеріалу в пластинах не задається і строго не контролюється. Тому в реальних умовах вона може суттєво відрізнятись від оптимальної (рекомендованої). Основним фактором при заповненні пластин часто є економія ЗПМ та скорочення матеріальних витрат на їх виготовлення. Внаслідок такого підходу, як показали наші систематичні випробування на стенді НДІСФ, ефективність глушників не досягає максимальних значень. Вона значно залежить від використовуваного ЗПМ, і навіть від цього, наскільки щільність цього ЗПМ відрізняється від оптимальної величини (рис. 4, 5).

Малюнок 4. Ефективністьпластинчастого глушника з пластинами 100 мм

1 - «Роквул», з = 35 кг/м3;
2 - "Лайт-Баттс", з = 25-45 кг/м 3 ;
3 - «Ізовер» КТ-11, з = 17-20 кг/м3;
4 - БСТВ, з = 12,6 кг/м 3;
5 - "Ultratouch", з = 30 кг/м 3 ;
6 - «Fiberform», = 80 кг/м 3 ;
7 - «URSA» П-30ГС, = 30 кг/м 3 ;
8 - "Ізовер" KVL, з = 41 кг/м 3

Використовуючи результати випробувань глушників, наведеними на рис. 4, 5 звертаємо увагу читача на існування того факту, що на низьких частотах (до 250 Гц) ефективність пластинчастих глушників відносно низька і не може перевищувати 15-17 дБ. Незважаючи на це, деякі фірми-виробники не соромляться наводити в каталогах дані, що свідчать про ефективність їх глушників на частоті 125 Гц – понад 15 дБ, а на частоті 250 Гц – понад 20 дБ.

Малюнок 5. Ефективність пластинчастого глушника з пластинами 200 мм

1 - «Роквул», з = 35 кг/м3;
2 - "Лайт-Баттс", з = 25-45 кг/м 3 ;
3 - «Ізовер» КТ-11, з = 17-20 кг/м3;
4 - БСТВ, з = 12,6 кг/м 3;
5 - "Ultratouch", з = 30 кг/м 3 ;
6 - «Fiberform», = 80 кг/м 3 ;
7 - «URSA» П-30ГС, = 30 кг/м 3 ;
8 - "Ізовер" KVL, з = 41 кг/м 3 .

Повітряний потік, проходячи через канали глушника, генерує власний шум глушника. Рівень звукової потужності власного шуму, що генерується в глушнику, залежить від його конструкції, розмірів і швидкості потоку, що набігає в повітроводі. Якщо зниження рівня шуму в глушнику велике (наприклад, при довжині 3 м), рівень звукової потужності від вентилятора за глушником може виявитися порівнянним з рівнем звукової потужностішумоутворення у самому глушнику. Чим далі від приміщення встановлюється глушник, тим більшу швидкість повітря можна прийняти при визначенні необхідної площі поперечного перерізу. У загальному випадку допустиму швидкість повітря в глушнику слід вибирати в залежності від втрат тиску і допустимого рівня звукової потужності шумоутворення в самому глушнику. При цьому величину LPдоп визначають за формулою:

де LPвх – октавний рівень звукової потужності на вході в глушник, дБ;

DLтр - необхідне зниження октавного рівня звукової потужності, дБ.

Якщо глушник встановлюється на кінцевому ділянці повітроводу перед приміщенням, то допустиму швидкість повітря можна приймати в залежності від допустимого рівня звуку в приміщенні за табл. 1.

Допустимий рівень звуку в приміщенні, дБ(А)