Файл: Хорошев Г.А. Шум судовых систем вентиляции и кондиционирования воздуха.pdf

§36. Пластинчатые глушители

Вобычном исполнении пластинчатый глушитель представляет собой участок воздухопровода, разделенный на ряд параллельных каналов звукопоглощающими пластинами — щитами. Такие пла­ стины состоят из каркаса, к которому с боков крепятся перфори­ рованные листы с коэффициентом перфорации не менее 0,2. В про­ межутке между этими листами укладывают слой звукопоглощаю­ щего материала.

Эффект такого глушителя зависит от длины пластин, расстоя­ ния между ними и от звукопоглощающих свойств материала, используемого в качестве заполнителя. Эти свойства в свою оче­ редь являются функцией толщины пластин и частоты звука.

Судовой пластинчатый глушитель — это обычно комбинация звукопоглощающего патрубка и пластин со звукопоглощающей набивкой. Сравнительно большие размеры проходных сечений воз­ духопроводов характерны для систем вентиляции машинно-котель­ ных отделений и производственных помещений промысловых су­ дов, для воздухоприемных систем котельных вентиляторов и нагнетателей. При больших размерах проходного сечения глуши­ теля типа звукопоглощающего патрубка, достаточно эффективно ослабляющего шум в широкой полосе средних и высоких частот, его абсолютная длина должна составлять несколько метров. Установить глушитель такой протяженности не всегда возможно, поэтому в ряде случаев приходится ограничиваться глушителем длиной примерно в один-два калибра.

Из представленных в предыдущем параграфе данных следует, что короткий глушитель типа звукопоглощающего патрубка мало­ эффективен не только в области низких частот, что вообще ха­ рактерно для глушителей этого вида, но и на высоких частотах. Особенно сильно это проявляется у глушителей с большими зна­ чениями диаметра Dr. У таких глушителей характеристическая частота fm, как это следует из формулы (207), приходится при толщине облицовки 50 мм на диапазон средних частот (500— —800 Гц). В связи с этим высокочастотные составляющие шума будут ослабляться таким глушителем незначительно.

Известно, что требования, предъявляемые к уровням высоко­ частотного шума, гораздо более жестки, чем требования к его низкочастотным составляющим. Так, по нормам Госсанинспекции допустимые в судовых помещениях уровни шума в октавной по­ лосе со среднегеометрической частотой 63 Гц на 30—35 дБ выше уровней в октавной полосе с частотой 8000 Гц.

Спектры воздушного шума вентиляторов содержат довольно интенсивные высокочастотные составляющие. Особенно сильно они проявляются у быстроходных высоконапорных вентиляторов большой производительности, которые работают в системах машинно-котельной вентиляции ряда транспортных и промысло­ вых судов. Поэтому задачей глушителей, устанавливаемых в таких системах, является снижение уровней шума, проникающего по

172

системе в машинное отделение и на верхнюю палубу судна через ее воздухозаборное отверстие. При этом глушители, устанавливае­ мые на всасывании и нагнетании вентиляторов МКО, должны достаточно интенсивно ослаблять их шум и в области высоких частот.

Одной из наиболее действенных мер повышения эффективности звукопоглощающего патрубка в диапазоне таких частот является, как показали исследования [16], установка в них звукопоглощаю­ щих пластин. Экспериментальные исследования влияния звуко­ поглощающих пластин различной толщины, размещаемых равно­ мерно по сечению проходного канала глушителя, на его частотную характеристику позволили установить ряд закономерностей, поло­ женных в основу инженерного расчета глушителей, у которых об­ лицовка и набивка пластин выполнены из волокнистых материа­ лов [16].

В табл. 17 приведены данные о повышении величин ослабления шума глушителями длиной в один калибр в зависимости от значе­ ний коэффициента перекрытия уп. В случае когда все пластины имеют одинаковую толщину Ьи, имеем

Уп—Sn/So,

где Sa— ПцкЬп — суммарная площадь торцевых поверхностей пла­ стин; Пп — число пластин; h — их высота.

Т а б л и ц а 17

Повышение эффективности глушителя длиной в один калибр путем установки звукопоглощающих пластин

Повышение эффективности глушителя Адоп’ дБ ' при

Коэффициент безразмерной частоте fj\ т перекрытия

На основании величин, представленных в этой таблице, а также данных табл. 15 и формулы (207) можно определять частотные ха­ рактеристики глушителей длиной в один калибр со встроенными звукопоглощающими пластинами. При этом имеется в виду, что пластины имеют ту же длину, что и активная часть (длина об­ лицовки) глушителя. Для определения эффективности пластинча­ тых глушителей большей длины предложена [16] эмпирическая формула

Эта формула применима при длине глушителя krJl^ 3 . Сопостав­ ление формул (208) и (210) показывает, что при увеличении

173

длины глушителя с пластинами его эффективность нарастает бо­ лее медленно, чем эффективность обычных звукопоглощающих патрубков. Объясняется это тем, что наличие пластин приводит к более интенсивному ослаблению начальными участками глуши­ теля быстрозатухающих нормальных волн высоких номеров. По­ этому звуковое поле в пластинчатом глушителе быстрее приобре­ тает упорядоченный характер, и скорость затухания звуковой энергии в нем раньше начинает определяться скоростью затухания основной нормальной волны. Частотная характеристика пластин­ чатого глушителя определяется с помощью формул (207) и (210) и данных табл. 15 и 17.

Ввиду конструктивных особенностей пластинчатый глушитель представляет для потока воздуха гораздо большее сопротивление, чем обычный звукопоглощающий патрубок. Вносимое им гидра­ влическое сопротивление, очевидно, будет тем больше, чем больше число пластин. При этом стремление достигнуть высокой степени ослабления шума глушителем вступает в противоречие с необхо­ димостью обеспечить его невысокое гидравлическое сопротивле­ ние. Поэтому вопросы выбора числа пластин и их толщины имеют немаловажное значение при проектировании глушителя.

Анализ величин, приведенных в табл. 17, показывает, что опти­ мальное значение коэффициента перекрытия уп=0,3. Дальнейшее увеличение коэффициента не приводит к существенному росту эффективности пластин. Кроме того, при уп=0,3 и толщине пла­ стин 50 мм расстояние между ними получается близким к опти­ мальному. С точки зрения гидравлических потерь, вносимых пла­

70 мм [71].

Как уже отмечалось, в судовых условиях возможности уста­ новки глушителя большой длины часто отсутствуют, поэтому же­ лательно, чтобы его протяженность была минимальной. Учитывая, что эффективность глушителей с различными размерами началь­ ных проходных сечений сохраняется неизменной при-равенстве их относительных длин, выраженных через число калибров, уменьше­ ния габаритов глушителя при прочих равных условиях можно достичь путем придания его проходному сечению формы прямо­ угольника, у которого одна сторона значительно больше другой. Так, при одинаковых площадях проходных сечений длина одного калибра глушителя у призматических звукопоглощающих патруб­ ков с отношениями сторон 1:2 и 1:3 составляет соответственно 0,8 и 0,6 от длины одного калибра глушителя с квадратной фор­ мой проходного сечения. Акустические же характеристики глуши­ телей сохраняются почти идентичными.

Применять пластинчатые глушители целесообразно в системах с воздухопроводами больших размеров. В этом случае акустиче­ ский эффект пластин выявляется наиболее полно; при этом обычно можно ограничиться глушителем длиной порядка трех калибров (по начальному проходному сечению).

174

§ 37. Шахтные глушители

Воздухоприемные шахты вентиляторов машинно-котельных отделений представляют собой трассы, по которым аэродинами­ ческий шум всасывания вентиляторов проникает в открытое про­ странство. Вентилятор становится причиной повышенного шума как на открытых постах, так и в ряде помещений судна. Не­ обходимость борьбы с шумом всасывания вентиляторов МКО обусловлена не только вредными последствиями его воздействия на членов команды судна и пассажиров, но и требованиями безо­ пасности движения судов. Маскирующий эффект шума может сильно снижать эффективность речевой связи и мешать восприя­ тию команд, а также звуковых сигналов, подаваемых другими судами.

Для снижения шума, распространяющегося по воздухоприем­ ной шахте вентилятора, шахту выполняют в виде так называемого шахтного глушителя [35]. Такой глушитель представляет собой шахту, внутренние поверхности которой имеют звукопоглощаю­ щую облицовку. В качестве такой облицовки чаще всего приме­ няют маты из рыхловолокнистых материалов. Как и в случае глушителей типа звукопоглощающего патрубка, звукопоглотитель защищен от выдувания и механических повреждений перфориро­ ванным экраном с коэффициентом перфорации не менее 0,2 и слоем из стеклосетки или стеклоткани.

Гидравлическое сопротивление шахтного глушителя лишь не­ значительно превышает сопротивление обычной воздухоприемной шахты, что зачастую служит важным показателем для такой системы.

Характерными особенностями шахтных глушителей являются сравнительно большие размеры их проходных сечений и сложная конфигурация. Это позволяет применить положения статистической теории распространения звука в помещениях к разработке метода расчетной оценки эффективности таких глушителей.

Величина снижения шума глушителем может быть определена

в условиях, близких к тем, которые имеют место в диффузном звуковом поле, поэтому ее следует характеризовать диффузными коэффициентами звукопоглощения. Теоретически хаотическая смесь звуковых волн, падающих на слой звукопоглотителя под различными углами, ни при каких условиях не может быть погло-

175

щена полностью. Максимальное значение коэффициента звукопо­ глощения при диффузном падении волн на облицовку не превы­ шает 0,96 [45].

Сопоставление диффузных коэффициентов звукопоглощения облицовки из волокнистого материала с коэффициентами а, полу­ ченными путем пересчета по формуле (211) экспериментальных данных об эффективности шахтных глушителей, показало, что в условиях глушителя звукопоглощающие свойства материала несколько отличны от его свойств при обычных условиях работы. Установлено [19], что в глушителе коэффициенты а не превы­ шают 0,9. Кроме того, в области частот до 500 Гц они существенно выше их значений при диффузном падении звука. Поэтому ве­ личины ослабления шума шахтным глушителем на частотах до

В табл. 18 приведены значения коэффициента а, которыми ре­ комендуется пользоваться при расчете эффективности шахтного глушителя по формуле (211). Эти коэффициенты относятся к об­ лицовкам из волокнистых материалов с толщиной слоя 40—50 мм. Для сравнения в той же таблице приведены диффузные коэф­ фициенты звукопоглощения, определенные по методу, который предложен в работе [90]. Видно, что коэффициенты согласуются начиная с частоты 500 Гц.

Расчет шахтных глушителей по формуле (211) не может ре­ шить ряд вопросов, которые возникают при их проектировании. В связи с тем что в формулу входят только такие общие пара­ метры, как площадь граничных поверхностей и объем проходного канала, по ней нельзя оценить влияние конструктивных особен­ ностей глушителя на его эффективность.

Шахтный глушитель представляет собой крупногабаритную конструкцию, поэтому ошибки, допущенные при его проектирова­ нии, могут быть исправлены на судне лишь с большим трудом. Во избежание грубых просчетов при проектировании шахтных глу­

176