Промышленная резка бетона: rezkabetona.su
На главную  Водоснабжение 

Пластинчатые глушители шума вентиляционных установок Акустические и аэродинамические характеристики Вентиляция

Акустические и аэродинамические характеристики
В общем, выбор конструкции глушителя зависит от спектра требуемого снижения шума, размеров воздуховода и допустимой скорости воздушного потока в нем, имеющегося запаса по давлению в сети, располагаемого места для его установки. Поскольку указанные элементы вентиляционных систем излучают аэродинамический шум с широкополосным спектром, для его снижения наиболее пригодны абсорбционные глушители (со звукопоглощающим материалом), обеспечивающие удовлетворительную эффективность в том же широком диапазоне частот. Это, прежде всего, трубчатые и пластинчатые глушители [1].

 

Конструктивно простые трубчатые глушители (круглые и прямоугольные) эффективны в воздуховодах с небольшими поперечными размерами (до 450–500 мм). Затухание в трубчатом глушителе зависит от длины активной части, периметра проходного сечения, равного периметру воздуховода, толщины слоя звукопоглощающего материала (ЗПМ) и коэффициента звукопоглощения ЗПМ, зависящего от его физикомеханических свойств. При увеличении слоя ЗПМ эффективность трубчатого глушителя возрастает на низких частотах (наиболее важный с точки зрения шумоглушения диапазон). Поэтому для обеспечения требуемого снижения шума бывает достаточно, например, вместо глушителя длиной 1 м с толщиной слоя ЗПМ 50 мм установить глушитель длиной 0,5 м, но с толщиной слоя ЗПМ 100 мм.

 

Для увеличения затухания в воздуховодах с большими поперечными размерами прибегают к равномерному распределению ЗПМ по их сечению. Этот принцип использован в пластинчатом глушителе. Толщина пластин 2d и расстояние м. ними 2d0 часто сохраняются по всему сечению канала. Исключение составляет расстояние м. крайней пластиной и корпусом (кожухом) глушителя, равное d При схеме с крайними пластинами, установленными вплотную к стенкам корпуса, их толщина должна быть равной d – половине толщины других пластин.

 

Эффективность пластинчатого глушителя DLгл зависит от физикомеханических свойств ЗПМ, величины его сопротивления продуванию, типа и толщины слоя ЗПМ, расстояния м. поглощающими поверхностями и от других параметров. В то же время она практически не зависит от количества пластин (каналов для воздуха), и от высоты пластин и от схемы компоновки глушителя [2].

 

Зависимость эфф. глушителя от расстояния м. пластинами 2d0 показана на В глушителях длиной 2 000 мм использовались пластины с защитным слоем ЗПМ (супертонкого стекловолокна, rзпм = 20 кг/м3) из стеклоткани марки ЭЗ–100 и перфорированного листа (диаметр отверстий 6 мм, шаг 12 мм).

 

На рисунке видно, что с уменьшением 2d0, т. е. с уменьшением фактора свободной площади глушителя (jсв), эффективность возрастает. Фактор свободной площади – это относительное свободное сечение глушителя (в процентах). Если расстояние м. пластинами (2d остается неизменным, а толщина пластин (2d) увеличивается (при jсв = const), область максимального затухания смещается в сторону более низких частот. Это иллюстрирует 2, на котором представлены спектрограммы эффективностей пластинчатых глушителей. Видно, что по мере увеличения толщины пластин эффективность увеличивается в низкочастотном диапазоне частот.

 

Приведенные на 2 данные получены по результатам испытаний трех пластинчатых глушителей с длиной активной части 980 мм. Толщина пластин: 100, 200 и 400 мм, расстояние м. пластинами, соответственно, 100, 200 и 400 мм. ЗПМ – маты из базальтового супертонкого волокна (БСТВ) (плотность 12,6 кг/м3). Защитное покрытие ЗПМ от выдувания и механических повреждений – стеклоткань типа Э3–100 + перфорированный стальной оцинкованный лист с диаметром отверстий 10 мм (процент перфорации 20 %).

 

С увеличением плотности ЗПМ (rзпм) и связанного с ней сопротивления продуванию r максимум эфф. уменьшается по абсолютной величине, но область высоких значений DLгл резко расширяется в обе стороны. Дальнейшее увеличение плотности ЗПМ ведет к увеличению реактивной составляющей акустического импеданса слоя материала и тем самым к снижению эфф. в диапазоне низких и средних частот и к некоторому ее повышению на высоких частотах [2].

 

Для заданной толщины поглощающего слоя есть оптимальное значение сопротивления продуванию rоптданного материала, которому соответствует область высоких значений DLгл. В частности, для локально реагирующего и изотропного слоя толщиной 250 мм из супертонкого стеклянного волокна (СТВ) и базальтового супертонкого волокна (БСТВ) rопт составляет около 0,23 см Это соответствует объемной плотности 18–21 кг/м3 при диаметре волокна 1–3 мкм. Для весьма рыхлых (rзпм = 5 кг/м3) волокнистых материалов величина r в продольном направлении влияет на величину DLгл только в резонансной области частот. С увеличением rзпм пик эффективности уменьшается по абсолютной величине и сдвигается в сторону высоких частот [2].

 

Волокнистые ЗПМ типа СТВ, БСТВ и другие могут применяться в глушителях только с акустически прозрачными защитными покрытиями. Наиболее распространенными покрытиями, применявшимся несколько десятилетий, были металлические перфорированные листы в сочетании со стеклотканями, пленками или с тонким слоем войлока ПВХ. Акустические свойства перфорированного покрытия (листа) характеризуются импедансом (его действительной и мнимой компонентами) или его эффективной массой, величина которой зависит от диаметра отверстий, их шага и толщины листа [3]. Импеданс покрытия (Zпок) существенно зависит от того, насколько плотно лист прилегает к поверхности слоя ЗПМ. Когда имеется зазор в 2–3 мм, действительную компоненту импеданса принимают равной нулю, а мнимую компоненту определяют из выражения [4]:

 

где d – концевая поправка к толщине перфорированного покрытия, см;

 

h – k перфорации, %;

 

l0 – толщина листа, см;

 

k – волновое число для воздуха, см1.

 

Для круглого отверстия диаметром (dотв) концевую поправку при h 10 % определяют по приближенной формуле

 

При плотном контакте перфорированного покрытия и слоя волокнистого поглотителя импеданс Zпок зависит не только от величины h, dотв, l0 и d, но и от структурной характеристики материала.

 

В последнее время небольшие пластины изготавливают с защитным слоем без перфорированного листа. Для этого используют плиты ЗПМ, кашированные стеклохолстом. В результате в диапазоне высоких частот эффективность глушителей несколько повышается, а в низкочастотном диапазоне понижается.

 

У изготовителей глушителей часто возникает важный практический вопрос, связанный с акустической эквивалентностью звукопоглощающих материалов. Периодически по разным причинам требуется замена одного ЗПМ на другой и прогнозирование эфф. глушителя с новым материалом, которая, как минимум, не должна снижаться. Для решения данной задачи есть простое выражение. Оно получено на основе предпосылки, что волокнистый материал 1 с плотностью r1, кг/м3, и диаметром волокна d1, мкм, является акустически эквивалентным материалу 2 с плотностью r2 и диаметром d2при условии равенства их импедансов, т. е.

 

Импеданс слоя толщиной l, расположенный на жестком основании, может быть рассчитан по выражению:

 

где W – волновое сопротивление;

 

g – постоянная распространения звука в волокнистой среде, 1/м.

 

Для решения равенства ( с учетом ( используются эмпирические формулы для величин W и g в их комплексной форме, полученные в работах [5, 6]:

 

где k = 2pf/c0 – волновое число, 1/м;

 

f – частота звука, Гц;

 

c0 – v звука в воздухе, м/с;

 

Q – безразмерная структурная характеристика, вычисляемая из выражения:

 

где m = 185 х 105 – коэффициент динамической вязкости, Па с;

 

r0 – плотность воздуха, кг/м3;

 

q0 – множитель, равный

 

q0 = 1 + 0,25 104 / (1 – H)2,

 

где H = 1 – r / rв – пористость;

 

rв – плотность материала волокна, кг/м3.

 

равенство ( с учетом ( – ( может быть сведено к равенству Q1 = Q2, которое может быть записано в виде:

 

Выражение ( позволяет определить объемную плотность выбранного нового ЗПМ, которым можно заменить в пластинчатом глушителе с заданной эффективностью существующий ЗПМ. Для этого достаточно определить или знать диаметр и плотность волокон нового ЗПМ. Например, чтобы эффективность глушителя, где в качестве ЗПМ использована минеральная вата (r1 = 80 кг/м3, d1 = 10 мкм, плотность материала волокна rв1 = 2 600 кг/м3), не претерпела существенных изменений в заданном диапазоне частот, при замене ее на стекловолокно марки «Изовер» (d2 = 5,5 мкм, rв2 = 2 450 кг/м3) плотность последнего r2 должна быть около 40 кг/м3.

 

Для подтверждения справедливости данного вывода на 3 представлены экспериментальные данные. На нем сравниваются эфф. глушителя с пластинами 100 мм, установленными на расстоянии 100 мм, и глушителя с пластинами 200 мм, установленными на расстоянии 200 мм, заполненными минеральной ватой, с эффективностями идентичных глушителей, в которых в качестве ЗПМ использовано стекловолокно марки «Изовер». Там же приводится плотность материалов. Длина активной части испытываемых глушителей – 950 мм.

 

Видно, что ожидаемый результат достигнут. При замене в звукопоглощающих пластинах минеральной ваты на «Изовер» с рекомендуемыми параметрами эфф. двух испытанных глушителей с пластинами разной толщины не уменьшились. В диапазоне частот 500–2 000 Гц эффективность глушителя с пластинами 100 мм, заполненными стекловолокном, даже более высокая, чем прогнозировалось.

 

К сожалению, изготовителями глушителей плотность звукопоглощающего материала в пластинах не задается и строго не контролируется. Поэтому в реальных условиях она может существенно отличаться от оптимальной (рекомендуемой). Основным фактором при заполнении пластин часто является экономия ЗПМ и сокращение материальных затрат на их изготовление. В результате такого подхода, как показали наши систематические испытания на стенде НИИСФ, эффективность глушителей не достигает максимальных значений. Она существенно зависит от используемого ЗПМ, и от того, насколько плотность этого ЗПМ отличается от оптимальной величины ( 4, .

 

Пользуясь результатами испытаний глушителей, приведенными на 4, 5, обращаем внимание читателя на существование того факта, что на низких частотах (до 250 Гц) эффективность пластинчатых глушителей относительно низкая и не может превышать 15–17 дБ. Несмотря на это, некоторые фирмыизготовители не стесняются приводить в каталогах данные, свидетельствующие об эфф. их глушителей на частоте 125 Гц – более 15 дБ, а на частоте 250 Гц – более 20 дБ.

 

Воздушный поток, проходя через каналы глушителя, генерирует так называемый собственный шум глушителя. Уровень звуковой мощности собственного шума, генерируемого в глушителе, зависит от его конструкции, размеров и скорости набегающего потока в воздуховоде. Если снижение уровня шума в глушителе велико (например, при длине 3 м), то уровень звуковой мощности от вентилятора за глушителем может оказаться сопоставимым с уровнем звуковой мощности шумообразования в самом глушителе. Чем дальше от помещения устанавливается глушитель, тем большую v воздуха можно принять при определении требуемой площади его поперечного сечения.

 

В общем случае допустимую v воздуха в глушителе следует выбирать в зависимости от располагаемых потерь давления и допустимого уровня звуковой мощности шумообразования в самом глушителе. При этом величину LPдоп определяют по формуле:

 

где LPвх – октавный уровень звуковой мощности на входе в глушитель, дБ;

 

DLтр – требуемое снижение октавного уровня звуковой мощности, дБ.

 

Если глушитель устанавливается на конечном участке воздуховода перед помещением, то допустимую v воздуха можно ориентировочно принимать в зависимости от допустимого уровня звука в помещении по табл. 1.

 

Уменьшение расстояния м. пластинами 2d0, с одной стороны, приводит к увеличению эфф. глушителя, с другой стороны, существенно возрастает его аэродинамическое сопротивление, которое является причиной образования шума в нем.

 

Аэродинамическое сопротивление глушителей (Па) рассчитывается по формуле:

 

где x – k местного сопротивления; для пластинчатых глушителей принимается по табл. 2 в зависимости от фактора свободной площади и конструктивных особенностей пластин, для трубчатых глушителей x = 0;

 

l – длина глушителя, м;

 

l – k трения (табл. ;

 

Dг – гидравлический диаметр, м;

 

r – плотность воздуха, кг/м3;

 

n – v воздуха в живом сечении глушителя, м/с.

 

1 Fcв и Fг – соответственно свободные площади поперечного сечения глушителя и поперечного сечения кожуха, в котором установлены пластины.

 

Существенное снижение аэродинамического сопротивления пластинчатых глушителей достигается за счет обтекателей (полуцилиндров), устанавливаемых на торцы пластин (по всей высоте) на входе в глушитель.

 

Авторы надеются, что публикуемые в аналитической статье данные будут использованы при проектировании и изготовлении пластинчатых глушителей. Это приведет к созданию глушителей, обеспечивающих высокие акустические качества и создающих минимальное аэродинамическое сопротивление потоку воздуха (минимальные гидравлические потери) в вентиляционных сетях.

 

Литература
Гусев В. П. Средства снижения воздушного и структурного шума систем вентиляции, кондиционирования и холодоснабжения // . – 200 – № 4.

 

Гусев В. П. Акустические характеристики абсорбционных глушителей для защиты зданий и территорий застройки от вентиляционного шума // БЖД. – 200 – № 8.

 

Рассадина И. Д. Глушители шума мотороиспытательных станций. Автореферат канд. дисс. – М., 1969.

 

Науменко З. Н. Глушители шума аэрогазодинамических установок. Автореферат канд. дисс. – М., 1970.

 

Voronina. N. Acoustic Properties of Fibrous Materials. Applied Acoustics, vol. 42, 3, 1994.

 

Voronina. N. Improved Empirical of Sound Propagation Through a Fibrous Material. Applied Acoustics, vol. 48, № 2, 1996.

 



Технологическая взаимозаменяемость элементов соединений с резиновыми уплотнителями напорных труб из НПВХ Прочее. Горячее водоснабжение. Расчет сетей Водоснабжение. Математическое моделирование циклов турбулентного переноса в профессиональной практике техники вентиляции и кондиционирования воздуха Кондиционирование воздуха. Анализ эфф. использования тепловых насосов в централизованных системах горячего водоснабжения Водоснабжение.

На главную  Водоснабжение 





0.0128
 
Яндекс.Метрика