Для уменьшения колебаний механизмов применяют динамический поглотитель колебаний, работа которого сводится к следующему. Виброгаситель, состоящий из массы т и упругого элемента жесткости К', присоединяется к механизму массой М и жесткостью К, колебания которого следует погасить (рис. 10.10). На массу М действует возмущающая сила, изменяющаяся по гармоническому закону Fos,ma>t. Массу m и жесткость К' виброгасителя подбирают таким образом, чтобы частота собственных колебаний виброгасителя была равна частоте вынужденных колебаний машины: (о = а»о. В этом случае в каждый момент времени сила F' от виброгасителя действует против силы F, возбуждаемой механизмом. В результате виброгаситель входит в резонансные колебания, а колебания механизма массой М уменьшаются.
Недостатком использования динамических гасителей вибрации является то, что каждый из них уменьшает вибрацию только на одной определенной частоте.
Рис. 10.10. Динамические гасители вибрации:
а — принципиальная схема гасителя; б — динамическое гашение колебаний дымовой трубы
Наиболее эффективно виброгасители могут быть использованы для уменьшения вибрации машин со стабильной частотой колебаний, например, турбогенераторов, насосов, силовых установок. Кроме того, виброгасители весьма эффективны для уменьшения колебаний высотных дымовых труб (300...400 м). Для уменьшения колебаний дымовых труб от ветровых нагрузок внутри трубы на тросах подвешивают грузы разной массы, которые и выполняют роль виброгасителей с различной частотой собственных колебаний.
Частоты собственных колебаний виброгасителей подбирают таким образом, чтобы они совпадали с частотами пульсации ветровых нагрузок. Высокие надежность и эффективность использования виброгасителей для дымовых труб подтверждены многолетним опытом эксплуатации.
|
|
10.8. ВИБРОПОГЛОЩЕНИЕ
Для уменьшения вибрации кожухов, ограждений и других деталей, выполненных из стального листа, применяют метод вибропоглощения (вибродемпфирования).
Метод вибропоглощения заключается в нанесении на вибрирующую поверхность упруговязких материалов (резины, пластиков, вибропоглощающих мастик), обладающих большим внутренним трением. Ослабление вибрации достигается за счет поглощения энергии колебаний в упругом материале. В результате энергия колебаний преобразуется в теплоту и существенно уменьшаются амплитуды колебаний, особенно на резонансных режимах.
Вибропоглощающие покрытия эффективны при условии, если протяженность поглощающего слоя равна нескольким длинам волн колебаний изгиба. При меньшей длине вибропоглощающе-го покрытия интенсивность изгибных колебаний уменьшается незначительно. Это обстоятельство необходимо принимать во внимание при использовании
вибропоглощающих покрытий на конструкциях, имеющих низкую частоту вибрирования, когда длины волн достигают нескольких метров.
Вибропоглощение не эффективно для уменьшения интенсивности продольных волн, которые переносят большую колебательную энергию на высоких частотах. Снизить такие колебания возможно с помощью виброизолирующих разрывов между отдельными конструктивными частями машин. Разрывы заполняются материалом с волновым сопротивлением, отличным от сопротивления материала машин; резиновыми прокладками, слоем воздуха и т. д. Материал для вибропоглощающего покрытия и его размеры выбирают на основе данных о спектре вибраций. Вибропоглощающие покрытия наносят в местах максимальных амплитуд вибраций, которые определяют на основании исследования виброскорости в различных точках конструкции машины. Применением вибропоглощающих покрытий достигается также значительное снижение уровня производственного шума, особенно в области высоких частот спектра. Уменьшение уровня шума (дБ) при вибрации металлических поверхностей, облицованных вибропоглощающим покрытием, может быть приближенно рассчитано по формуле
|
|
.AI = 201g[(/i,-n2)/n2],
где п\ — коэффициент потерь вибропоглощающей поверхности до нанесения вибропоглощающего слоя; п2 — коэффициент потерь при наличии вибропоглощающего слоя.
В зависимости от динамического модуля упругости вибропоглощающие покрытия подразделяют на жесткие (£д=109 Па) и мягкие (£д=107 Па). Жесткие покрытия эффективны для снижения колебаний низких и средних частот, мягкие применяются для уменьшения интенсивности высокочастотных вибраций.
В качестве мягких покрытий применяют листовые материалы из пластмасс (винипор, пенопласт и др.), которые приклеивают к тонким металли
ческим поверхностям кожухов, ограждений, вентиляторных воздухопроводов. Для покрытия вибропоглощающими материалами поверхностей сложной конфигурации используют специальные мастики, состоящие из синтетических смол и наполнителей.
Высокой эффективностью обладают композиционные поглощающие материалы «Полиакрил», «Випонит», состоящие из слоев твердой пластмассы или металла с прослойками из полимерных материалов. Оптимальная толщина вибропоглощающего покрытия составляет 2...3 толщины покрываемой конструкции.
|
|
10.9. СРЕДСТВА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫОТ ВИБРАЦИИ
В том случае, если техническими способами (виброизоляцией, виброгашением) не удается снизить вибрацию ручных машин и рабочих мест до гигиенических норм, применяют виброзащитные рукавицы и виброзащитную обувь. Требования, предъявляемые к упругим вставкам (прокладкам) виброзащитных рукавиц, эффективность виброзащиты, толщина упругих вставок, а также сила нажатия на ручную машину установлены в ГОСТ 12.4.002— 74 «Средства индивидуальной защиты рук от вибрации. Общие технические требования». Виброзащитные свойства применяемых упругих материалов нормируются в октавных полосах 8...2000 Гц и должны быть в пределах 1...5 дБ при толщине вставки 5 мм и 1...6 дБ при толщине вставки 10 мм. Сила нажатия при оценке виброзащитных свойств рукавиц варьируется от 50 до 200 Н.
Виброзащитные рукавицы не должны препятствовать выполнению рабочих операций, а используемые упругодемпфирующие материалы защищают тканью (фланелью, байкой) для предотвращения раздражения кожи и впитывания влаги. Виброзащитную обувь изготовляют из кожи (или искусственных заменителей) и снабжают стелькой из упругодемпфирующего материала для защиты от вибрации на частотах выше 11 Гц. Эффективность виброзащитной обуви нормируется на частотах 16; 31,5; 63 Гц и должна составлять 7...10 дБ. Требования к изготовленной виброзащитной обуви, а также методы определения ее эффективности указаны в ГОСТ 12.4.024— 76* «Обувь специальная виброзащитная. Общие технические требования».
ГЛАВА 11
ЗАЩИТА ОТ ШУМА, УЛЬТРА-И ИНФРАЗВУКА
ИЛ. ФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКА
Звук или шум возникает при механических колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах. Шумом являются различные звуки, мешающие нормальной деятельности человека и вызывающие неприятные ощущения. Звук представляет собой колебательное движение упругой среды, воспринимаемое нашим органом слуха. Звук, распространяющийся в воздушной среде, принято называть воздушным шумом; звук, передающийся по строительным конструкциям, называют структурным. Движение звуковой волны в воздухе сопровождается периодическим повышением и понижением давления. Периодическое повышение давления в вбздухе по сравнению с атмосферным в невозмущенной среде называют звуковым давлением р (Па), именно на изменение давления в воздухе реагирует наш орган слуха. Чем больше давление, тем сильнее раздражение органа слуха и ощущение громкости звука. Звуковая волна характеризуется частотой / и амплитудой колебания. Амплитуда колебаний звуковой волны определяет звуковое давление; чем больше амплитуда, тем больше звуковое давление и громче звук. Время одного колебания называют периодом колебаний Т (с): T=\/f.
Расстояние между двумя соседними участками воздуха, имеющими в одно и то же время одинаковое звуковое давление, определяется длиной волны К.
Часть пространства, в котором распространяются звуковые волны называют звуковым полем. Любая точка звукового поля характеризуется определенным звуковым давлением р и скоростью движения частиц воздуха.
Звуки в изотропной среде могут распространяться в виде сферических, плоских и цилиндрических волн. Когда размеры источника звука малы по сравнению с длиной волны, звук распространяется по всем направлениям в виде сферических волн. Если размеры источника больше, чем длина излучаемой звуковой волны, то звук распространяется в виде плоской волны. Плоская волна образуется на значительных расстояниях от источника любых размеров.
Скорость распространения звуковых волн с зависит от упругих свойств, температуры и плотности среды, в которой они распространяются. При звуковых колебаниях среды (например, воздуха) элементарные частички воздуха начинают колебаться около положения равновесия. Скорость этих колебаний v намного меньше скорости распространения звуковых волн в воздухе с.
Скорость распространения звуковой волны (м/с)
С=К/Т или C = Kf.
Скорость звука в воздухе при t = = 20 °С примерно равна 334, а стали — 5000, в бетоне — 4000 м/с. В свободном звуковом поле, в котором отсутствуют отраженные звуковые волны, скорость относительных колебаний
и = р/рс,
где р — звуковое давление, Па; р — плотность среды, кг/м3; рс — удельное акустическое сопротивление сред (для воздуха рс = 410 Па-с/м).
При распространении звуковых волн происходит перенос энергии. Переносимая звуковая энергия определяется интенсивностью звука /. В условиях свободного звукового поля интенсивность звука измеряют средним количеством энергии, проходящей в единицу времени через единицу поверхности,
перпендикулярной направлению распространения звука.
Интенсивность звука (Вт/м2) является векторной величиной и может быть определена 
из следующей зависимости:
где р — мгновенное значение звукового давления, Па; v — мгновенное значение колебательной скорости, м/с.
Интенсивность шума (Вт/м2), проходящего через поверхность сферы радиуса г, равна излучаемой мощности источника W, деленной на площадь поверхности источника:
Эта зависимость определяет основной закон распространения звука в свободном звуковом поле (без учета затухания), согласно которому интенсивность звука уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния.
Характеристикой источника звука является звуковая мощность W (Вт), которая определяет общее количество звуковой энергии, излучаемой всей поверхностью источника S в единицу времени:
где /" — интенсивность потока звуковой энергии в направлении нормали к элементу поверхности.
Если на пути распространения звуковых волн встречается препятствие, то в силу явлений дифракции происходит огибание препятствия звуковыми волнами. Огибание тем больше, чем больше длина волны по сравнению с линейными размерами препятствия. При длине волны меньше размера препятствия наблюдается отражение звуковых волн и образование за препятствием «звуковой тени», где уровни звука значительно ниже по сравнению с уровнем звука, воздействую.щим на преграду. Поэтому звуки низкой частоты легко огибают препятствия и распространяются на большие расстояния. Это обстоятельство необходимо всегда учитывать при использовании шумозащитных экранов.
В закрытом пространстве (производственном помещении) звуковые волны, отражаясь от преград (стен, потолка, оборудования), образуют внутри помещения так называемое диффузное звуковое поле, где все направления распространения звуковых волн равновероятны.
Разложение шума на составляющие его тона (звуки с одной частотой) с определением их интенсивностей называют спектральным анализом, а графическое изображение частотного состава шума — спектром. Для получения частотных спектров шумов производят измерение уровней звукового давления на различных частотах с помощью шумомера и анализатора спектра. По результатам этих измерений на фиксированных стандартных среднегеометрических частотах 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц строят спектр шума.
На рис. 11.1, а...г приведены графики звуковых колебаний в координатах (уровень звукового давления — время). На рис. 11.1,<Э...з изображены соответственно спектры звука в координатах (уровень звукового давления — частота). Частотный спектр сложного
Рис. 11.1. Графики звуковых колебаний и соответствующие им спектры звука
колебания, состоящего из множества простых тонов (колебаний), представлен рядом прямых линий разной высоты, построенных на различных частотах.
Орган слуха человека способен воспринимать значительный диапазон интенсивностей звука — от едва различимых (на пороге слышимости) до звуков на пороге болевого ощущения. Интенсивность звука на грани болевого порога в 10'6 раз превышает интенсивность звука на пороге слышимости. Интенсивность звука (Вт/м2) и звуковое давление (Па) на пороге слышимости для звука с частотой 1000 Гц соответственно составляют /0=Ю^12 и ро = 2-10~5.
Практическое использование абсолютных значений акустических величин, например, для графического представления распределения звукового давления и интенсивностей звука по частотному спектру неудобно из-за громоздких графиков. Кроме того, важно учитывать факт реагирования органа слуха человека на относительное изменение звукового давления и интенсивности по отношению к пороговым величинам. Поэтому в акустике принято оперировать не абсолютными величинами интенсивности звука или звукового давления, а их относительными логарифмическими уровнями L, взятыми по отношению к пороговым значениям рп или /о.
За единицу измерения уровня интенсивности звука принят один бел (Б). Бел — это десятичный логарифм отношения интенсивности звука / к пороговой интенсивности. При ///о=Ю уровень интенсивности звука L=1B, при ///о=100 L = 2B; при ///„=1000 /, = ЗБ и т. д.
Однако ухо человека четко различает изменение уровня звука на 0,1 Б. Поэтому в практике акустических измерений и расчетов пользуются величиной 0,1 Б, которая названа децибелом (дБ). Следовательно, уровень интенсивности звука (дБ) определяется зависимостью
L=101g///0.
Так как / = Я2/рс, то уровень звукового давления (дБ) вычисляют по формуле
Орган слуха человека и микрофоны шумомеров чувствительны к изменению уровня звукового давления, поэтому нормирование шумов и градация шкал измерительных приборов осуществляется по уровню звукового давления (дБ). В акустических измерениях и расчетах пользуются не пиковыми (максимальными) значениями параметров /; Р; W, а их среднеквадратичными значениями, которые при гармонических колебаниях в У2 раз меньше максимальных. Введение среднеквадратичных величин определяется тем, что они непосредственно отражают количество энергии, содержащейся в соответствующих сигналах, получаемых в измерительных приборах, а также и тем, что орган слуха человека реагирует на изменение среднего квадрата звукового давления.
В производственном помещении находятся обычно несколько источников шума, каждый из которых оказывает влияние на общий уровень шума. При определении уровня звука от нескольких источников пользуются спе-диальными зависимостями, так как уровни звука складываются не арифметически. Например, если каждая из двух виброплощадок создает шум в 100 дБ, то суммарный уровень шума при их работе будет 103 дБ, а не 200 дБ.
Два одинаковых источника совместно создают уровень шума на 3 дБ больше, чем уровень каждого источника.
Суммарный уровень шума от п одинаковых по уровню шума источников в точке, равноудаленной от них, определяют 
по rhoriMv.ne
где L — уровень шума одного источника.
Суммарный уровень шума в расчетной точке от произвольного числа источников разной интенсивности определяют по уравнению
где LI,..., Ln —уровни звукового давления или уровни интенсивности, создаваемые каждым из источников в расчетной точке.
11.2. ДЕЙСТВИЕ ШУМА
НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА.
ДОПУСТИМЫЕ УРОВНИ ШУМА
С физиологической точки зрения шумом является любой звук, неприятный для восприятия, мешающий разговорной речи и неблагоприятно влияющий на здоровье человека. Орган слуха человека реагирует на изменение частоты, интенсивности и направленности звука. Человек способен различать звуки в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц. Границы восприятия звуковых частот неодинаковы для различных людей; они зависят от возраста и индивидуальных особенностей. Колебания с частотой ниже 20 Гц (инфразвук) и с частотой свыше 20 000 Гц (ультразвук), хотя и не вызывают слуховых ощущений, но объективно существуют и производят специфическое физиологическое воздействие на организм человека. Установлено, что длительное воздействие шума вызывает в организме различные неблагоприятные для здоровья изменения.
Объективно действие шума проявляется в виде повышенного кровяного давления, учащенного пульса и дыхания, снижения остроты слуха, ослабление внимания, некоторого нарушения координации движения и снижения работоспособности. Субъективно действие шума может выражаться в виде головной боли, головокружения, бессонницы, общей слабости. Комплекс изменений, возникающих в организме под влиянием шума, в последнее время медиками рассматривается как «шумовая болезнь».
Медико-физиологические исследования показали, например, что при выполнении сложных работ в помещении с уровнем шума 80...90 дБА рабочий в среднем должен затратить на 20 % больше физических и нервных усилий, чтобы иметь производительность труда, достигаемую при шуме 70 дБА. В среднем можно считать, что снижение уров
ня шума на 6...10 дБА ведет к росту производительности труда на 10...12 %.
При поступлении на работу с повышенным уровнем шума рабочие должны пройти медицинскую комиссию с участием отоларинголога, невропатолога, терапевта. Периодические осмотры работающих в шумных цехах должны производиться в следующие сроки: при превышении уровня шума в любой октавной подрсе на 10 дБ — 1 раз в три года; от 11 до 20 дБ — 1 раз и два года; свыше 20 дБ — 1 раз в год. На работу в шумные цехи не принимаются лица моложе 18 лет, и рабочие, страдающие пониженным слухом, отосклерозом, нарушением вестибулярной функции, неврозом, заболеванием центральной нервной системы, сердечнососудистыми заболеваниями.
Основой нормирования шума является ограничение звуковой энергии, воздействующей на человека в течение рабочей смены, значениями, безопасными для его здоровья и работоспособности. Нормирование учитывает различие биологической опасности4 шума в зависимости от спектрального состава и временных характеристик и производится в соответствии с ГОСТ 12.1.003—83. По характеру спектра шумы подразделяются: на широкополосные с излучением звуковой энергии непрерывным спектром шириной более одной октавы; тональные с излучением звуковой энергии в отдельных тонах.
Нормирование осуществляется двумя методами: 1) по предельному спектру шума; 2) по уровню звука (дБА), измеренного при включении корректировочной частотной характеристики «А» шумомера. По предельному спектру нормируются уровни звукового давления в основном для постоянных шумов в стандартных октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 гц.
Уровни звукового давления на рабочих местах в нормируемом частотном диапазоне не должны превышать значений, указанных в ГОСТ 12.1.003— 83. Для приближенной оценки шума можно пользоваться характеристикой
шума в уровнях звука в дБА (при включении корректирующей характеристики шумомера «А»), при которой чувствительность всего шумоизмерительного тракта соответствует средней чувствительности органа слуха человека на различных частотах спектра.
Нормирование учитывает большую биологическую опасность тонального и импульсного шума путем ввода соответствующих поправок.
Нормативные данные по октавным уровням звукового давления в дБ, уровням звука в дБА для производственных предприятий и транспортных средств приводятся в ГОСТ 12.1003— 83. Для жилых и общественных зданий нормирование производится по СН 3077—84 «Санитарные нормы допустимого шума в помещениях жилой застройки, общественных зданий и на территории жилой застройки».
11.3. ПРИБОРЫДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМА
Для измерения уровня шума применяют шумомеры, основными элементами которых являются микрофон, преобразующий звуковые колебания воздушной среды в электрические, усилитель и стрелочный или цифровой индикатор. Современные объективные шумомеры имеют корректирующие частотные характеристики «А» и «Лин». Линейная характеристика (Лин) используется при измерениях уровней звукового давления в октавных полосах 63...8000 Гц, когда шумомер имеет одинаковую чувствительность по всему частотному диапазону. Для того чтобы показания шумомера приближались к субъективным ощущениям громкости, используется характеристика шумомера «А», которая примерно соответствует чувствительности органа слуха при разной громкости. Диапазон измеряемых шумомерами уровней шума 30...140 дБ.
Частотный анализ шума производится шумомером с присоединенным анализатором спектра, который представляет собой набор акустических фильтров, каждый из которых пропускает узкую полосу частот, определяемую верхней и нижней границей октавной
полосы. Для получения высокоточных результатов в производственных условиях регистрируется лишь уровень звука в дБА, а спектральный анализ производится по магнитофонной записи шума, которая расшифровывается на стационарной аппаратуре.
В дополнение к основным приборам (шумомеру и анализатору) используются самописцы, записывающие на бумажную ленту распределение уровней шума по частотам спектра, и спектрометр, позволяющий представить анализируемый процесс на экране. Эти приборы фиксируют практически мгновенную спектральную картину шума.
11.4. СРЕДСТВА И МЕТОДЫЗАЩИТЫОТ ШУМА
Разработка мероприятий по борьбе с производственным шумом должна начинаться на стадии проектирования технологических процессов и машин, разработки плана производственного помещения и генерального плана предприятия, а также технологической последовательности операций. Этими мероприятиями могут быть: уменьшение шума в источнике возникновения; снижение шума на путях его распространения; архитектурно-планировочные мероприятия; совершенствование технологических процессов и машин; акустическая обработка помещений.
Уменьшение шума в источнике возникновения является наиболее эффективным и экономичным. В каждой машине (электродвигатель, вентилятор, виброплощадка) в результате колебаний (соударений) как всей машины, так и составляющих ее деталей (зубчатых передач, подшипников, валов, шестерен) возникают шумы механического, аэродинамического и электромагнитного происхождения.
При работе различных механизмов снизить шум на 5...10 дБ можно путем: устранения зазоров в зубчатых передачах и соединениях деталей с подшипниками; применения глобоидных и шевронных соединений; широкого использования пластмассовых деталей. Шум в подшипниках качения и зубчатых пере-
дачах уменьшается также при снижении частоты вращения и нагрузки. Часто повышенные уровни шума возникают при несвоевременном ремонте оборудования, когда ослабляется крепление деталей и образуется недопустимый износ деталей. Снижение шума вибрационных машин достигается посредством: уменьшения площади вибрирующих элементов; замены зубчатых и цепных передач на клиноременные или гидравлические; замены подшипников качения на подшипники скольжения, там, где это не вызывает значительного повышения расхода энергии (снижение шума до 15 дБ); повышения эффективности виброизоляции, так как снижение уровня вибрации деталей всегда приводит к уменьшению шума; снижения интенсивности процесса виброформирования за счет некоторого увеличения времени вибрирования.
Снизить шумы аэродинамического и электромагнитного происхождения часто можно только уменьшением мощности или рабочих скоростей машины, что неизбежно приведет к снижению производительности или нарушению технологического процесса. Поэтому во многих случаях, когда существенного уменьшения шума в источнике не удалось достичь, используют методы снижения шума на путях его распространения, т. е. применяют шумозащитные кожухи, экраны, глушители аэродинамического шума.
Архитектурно-планировочные мероприятия предусматривают меры защиты от шума, начиная с разработки генерального плана предприятия строительной индустрии и плана цеха. Наиболее шумные и вредные производства рекомендуется компоновать в отдельные комплексы с обеспечением разрывов между ближайшими соседними объектами согласно Санитарным нормам СН 245—71. При планировке помещений внутри производственных и вспомогательных зданий нужно предусматривать максимальнр возможное удаление малошумных помещений от помещений с «шумным» технологическим оборудованием.
Рациональной планировкой производственного помещения можно добиться ограничения распространения шума, уменьшения числа рабочих, подверженных действию шума. Например, при расположении виброплощадок или шаровых мельниц в помещении, изолированном от других участков цеха, достигается резкое снижение уровня производственного шума и улучшение условий труда для большинства рабочих. Облицовку стен, потолка производственного помещения звукопоглощающими материалами следует применять в комплексе с другими методами уменьшения шума, так как только акустической обработкой помещения можно добиться снижения шума в среднем на 2...3 дБА. Такое снижение шума, как правило, недостаточно для создания в производственном помещении благоприятной шумовой обстановки.
К технологическим мероприятиям по борьбе с шумом относится выбор таких технологических процессов, в которых используются механизмы и машины, возбуждающие минимальные динамические нагрузки. Например, замена машин, использующих вибрационный метод уплотнения бетонной смеси (виброплощадка и т. д.), машинами с применением безвибрационной технологии изготовления железобетонных изделий, когда формование изделий осуществляется прессованием или нагнетанием под давлением бетонной смеси в форму.
Для защиты работающих в производственных помещениях с шумным оборудованием, применяются: звуко изоляция вспомогательных помещений, смежных с шумным производственным участком; кабины наблюдения и дистанционного управления; акустические экраны и звукоизолирующие кожухи; обработка стен и потолка звукоизолирующими облицовками или применение штучных поглотителей; звукоизолирующие кабины и укрытия для регламентированного отдыха работников шумных постов; вибродемпфирующие покрытия на корпуса и кожухи виброактивных машин и установок;
виброизоляция виброактивных машин на основе различных систем амортизации.
В необходимых случаях меры коллективной защиты дополняются применением средств индивидуальной защиты от шума в виде различных наушников, вкладышей, шлемов.
11.5. ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ
Шум, распространяющийся по воздуху, может быть существнно снижен посредством устройства на его пути звукоизолирующих преград в виде стен, перегородок, перекрытий, специальных звукоизолирующих кожухов и экранов. Сущность звукоизоляции ограждения состоит в том, что наибольшая часть падающей на него звуковой энергии, отражается и только незначительная часть его.проникает через ограждение. Передача звука через ограждение осуществляется следующим образом: падающая на ограждение звуковая волна приводит его в колебательное движение с частотой, равной частоте колебаний воздуха в волне. Колеблющееся ограждение становится источником звука и излучает его и изолируемое помещение. Передача звука из помещения с источником шума в смежное помещение происходит по трем направлениям: / — через щели и отверстия; 2 — вследствие колебания преграды; 3 — через прилегающие конструкции (структурный шум) (рис. 11.2). Количество прошедшей звуковой энергии растет с увеличением амплитуды колебаний ограждения. Поток звуковой энергии
А при встрече с преградой частично отражается Аотр, частично поглощается в порах материала преграды Л „о™ и частично проходит за преграду за счет ее колебаний Апр0ш. Количество отраженной, поглощенной и прошедшей звуковой энергии характеризуется коэффициентами: звукоотражения р = =ЛОТр/А; звукопоглощения а=А„отя/А; звукопроводимости т=А„рош/А. По закону сохранения энергии а + р + т=1. Для большинства применяемых строительных облицовочных материалов а = 0,1 4-0,9 на частотах 63...8000 Гц. Приближенно звукоизолирующие качества ограждения оцениваются по коэффициенту. звукопроводимости т. Для случая диффузного звукового поля значение собственной звукоизоляции ограждения R (дБ) определяется зависимостью
R= \0\g-L.
• Звукоизоляция однослойных ограждений. Звукоизолирующие ограждающие конструкции принято называть однослойными, если они выполнены из однородного строительного материала или составлены из нескольких слоев различных материалов, жестко (по всей поверхности) скрепленных между собой, или из материалов с сопоставимыми акустическими свойствами (например, слой кирпичной кладки и штукатурки). Рассмотрим характеристику звукоизоляции однослойного ограждения в трех частотных диапазонах (рис. 11.3). На низких частотах, порядка 20...63 Гц (частотный диапазон
Рис. 11.2. Пути передачи звука из шумного помещения в смежное
0,5fKp fju,
Рис. 11.3. Звукоизоляция однослойного
ограждения в зависимости от частоты
звука
I), звукоизоляция ограждения определяется возникающими в нем резонансными явлениями. Области резонансных колебаний ограждений зависят от жесткости и массы ограждения, свойств материала. Как правило, собственная частота большинства строительных однослойных перегородок ниже 50 Гц. В первом частотном диапазоне рассчитать звукоизоляцию пока не удается. Однако определение звукоизоляции в этом диапазоне не имеет принципиального значения, так как нормирование уровней звукового давления начинается с частоты 63 Гц. Практически звукоизоляция ограждения в этом диапазоне незначительна вследствие относительно больших колебаний ограждения вблизи первых частот собственных колебаний, что графически изображено в виде провалов звукоизоляции в первом частотном диапазоне.
На частотах, в 2...3 раза превышающих собственную частоту огражд ния (частотный диапазон II), звукоизоляция определяется массой единицы площади ограждения. Жесткость ограждения в диапазоне II не влияет существенно на звукоизоляцию. Изменение звукоизоляции можно достаточно точно рассчитать по так называемому закону «массы»:
R = 20 lg m/ - 47,5,
где R — звукоизоляция, дБ; т — масса 1 м2 ограждения, кг; f — частота звука, Гц.
В частотном диапазоне II звукоизоляция зависит только от массы и частоты падающих звуковых волн. Здесь звукоизоляция возрастает на 6 дБ при каждом удвоении массы ограждения или частоты звука (т. е. 6 дБ на каждую октаву).
В частотном диапазоне III проявляется пространственный резонанс ограждения, при котором звукоизоляция резко уменьшается. Начиная с некоторой частоты звука /> 0,5/кр, амплитуда колебаний ограждения резко возрастает. Это явление происходит вследствие совпадения частоты вынужденных колебаний (частоты падающей звуковой волны) с частотой колебаний
ограждения. В данном случае происходит совпадение геометрических размеров и фазы колебаний ограждения с проекцией звуковой волны на ограждение. Проекция падающей на ограждение звуковой волны равна длине волны изгиба ограждения при совпадении фазы и частоты этих колебаний. В рассматриваемом диапазоне проявляется эффект волнового совпадения, в результате чего амплитуда колебаний волн изгиба ограждения возрастает, а звукоизоляция в начале диапазона резко падает. Изменение звукоизоляции здесь не поддается точному расчету. Наименьшую частоту звука (Гц), при которой становится возможным явление волнового совпадения, называют критической и вычисляют по формуле
fKp = (20000//i)Vp/£,
где h — толщина ограждения, см; р — плотность материала, кг/м3; Е — динамический модуль упругости материала ограждения, МПа.
На частоте звука выше критической существенное значение приобретает жесткость ограждения и внутреннее трение в материале. Рост звукоизоляции при /> fKp приближенно составляет 7,5 дБ при каждом удвоении частоты.
Приведенное выше значение собственной звукоизолирующей способности ограждения показывает, на сколько децибел снижается уровень шума за преградой, если предположить, что затем звуки распространяются беспрепятственно, т. е. отсутствуют другие преграды. При передаче шума из одного помещения в другое, в последнем уровень шума будет зависеть от эффекта многократных отражений звука от внутренних поверхностей. При высокой отражательной способности внутренних поверхностей будет проявляться «гулкость» помещения и уровень звука в нем будет больше (чем при отсутствии отражения) и, следовательно, будет ниже его фактическая звукоизоляция /?ф. Звукопоглощением поверхностей ограждения помещения на заданной частоте является величина, рав-
ная произведению площадей ограждения помещения S на ее коэффициенты звукопоглощения а
т. е.
/?ф=Я+ 101gS3KB/S,
где 5ЭКВ — эквивалентная площадь звукопоглощения изолируемого помещения, м2; S — площадь изолирующей перегородки, м2.
Принцип звукоизоляции практически реализуется путем устройства звукоизолирующих стен, перекрытий, кожухов, кабин наблюдения. Звукоизолирующие строительные перегородки снижают уровень шума в смежных помещениях на 30...50 дБ.
Звукоизолирующие кожухи устанавливают как на отдельные механизмы (например, привод машины), так и на машину в целом. Конструкция кожуха многослойная: внешняя оболочка изготовлена из металла, дерева и покрытия упруговязким материалом (резина, пластмассы) для ослабления изгибных колебаний; внутренняя поверхность облицована звукопоглощающим материалом. Валы и коммуникации, проходящие через стенки кожуха, снабжают уплотнениями, а вся конструкция кожуха должна плотно закрывать источник шума. Для исключения передачи вибраций от основания кожух
Рис. 11.4. Звукоизолирующий кожух: /— отверстие для отвода тепла; 2— упруговязкий материал; 3— корпус; 4— звукопоглощающий материал; 5— виброизолятор
устанавливают на виброизоляторы, кроме того, в стенках кожуха предусматривают вентиляционные каналы для отвода теплоты, поверхность, которых облицовывают звукопоглощающим материалом (рис. 11.4).
Требуемую звукоизоляцию воздушного шума (дБ) стенками кожуха в октавных полосах определяют по формуле
где L — октавный уровень звукового давления (получен по результатам измерений), дБ; Laon — допустимый октавный уровень звукового давления на рабочих местах (по ГОСТ 12.1.003— 83), дБ; а — реверберационный коэффициент звукопоглощения внутренней облицовки кожуха, определяемый по СНиП П-12—77. Рассчитанная по данному СНиПу звукоизолирующая способность металлического кожуха толщиной 1,5 мм представлена на рис. 11.5.
Для защиты от шума операторов бетоносмесительных узлов, дозаторных установок пульт управления располагают в звукоизолирующей кабине, снабженной смотровым окном с 2- и 3-слойным остеклением, герметичными дверями и специальной системой вентиляции.