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

Выбор типа частотного анализатора зависит от задач данного экспериментального исследования. При контроле и нормировании шума вентиляторов, кондиционеров и систем вентиляции и конди­ ционирования воздуха применяют полосовые октавные фильтры ти­ пов 1612 (фирмы Брюель и Къер), OF-101 (RFT), 1464А (фирмы

Рис. 23. Портативный шумомер.

Дэйв и др.). В процессе исследования источников шумообразования вихревого происхождения обычно используют анализаторы с более узкой полосой пропускания частот: полуоктавные фильтры ПФ-1 (СССР) с рабочим диапазоном частот 50—9000 Гц, третьоктавные фильтры типа 1612 фирмы Брюель и Къер на диапазон частот 25—40 000 Гц и фильтры типа 1463 фирмы Дэйв на диапа­ зон частот 25—22 400 Гц. При исследовании дискретных составляю­ щих в спектре шума вентиляторов и кондиционеров применяют анализаторы с еще более узкой полосой пропускания частот.

Наиболее удобны для измерений отечественные анализаторы

45

спектра АС-3 с полосами пропускания 1,5, 3 и 10% в диапазоне частот 20—60 000 Гц, АСЧХ-1 с полосами пропускания 12 Гц в диа­ пазоне частот 20—500 Гц, 60 Гц в диапазоне 60—2000 Гц, 100 Гц в диапазоне 100—5000 Гц и 400 Гц в диапазоне 400—20 000 Гц. Из зарубежных анализаторов с узкой полосой пропускания приме­ няют анализатор с 6%-ной полосой типа 2107 фирмы Брюель и Къер на диапазон 20—60000 Гц, анализатор типа 760В фирмы GRC (США) с 2%-ной полосой в диапазоне 25—7500 Гц, анализа­ тор типа 302А фирмы Хевлет с полосой 7 Гц в диапазоне 20—1 50000 Гц и анализатор типа 1400С фирмы Дэйв с 3%-ной полосой пропускания частот в диапазоне 25—8000 Гц.

В настоящее время широко применяются фильтровые устрой­ ства, переключение фильтров в которых происходит автоматически. Это отечественные спектрометры СВЧ с шириной полосы пропуска­ ния 7з октавы в диапазоне 50—20 000 Гц, СИ-1 с полосой V3 ок­ тавы в диапазоне 2—45000 Гц, датский третьоктавный спектро­ метр типа 2112 на диапазон 22—45000 Гц, анализатор с полосой пропускания частот 5, 6, 8, 12, 16, 21 и 29% фирмы Брюель и Къер типа 2107 на диапазон 22—40 000 Гц и др.

Для записи спектральных характеристик шума q целью дли­ тельного хранения информации или последующей ее обработки применяются различные самописцы и магнитофоны. Наиболее упо­ требительны отечественный самописец Н-110, самописцы типов 2304 и 2305 фирмы Брюель и Къер, 1406С и 1406Д фирмы Дэйв. ' Комплектование приборов в измерительный тракт, предназна­ ченный для решения поставленной задачи, производят с учетом их входных и выходных сопротивлений. В работе [73] приведены схемы различных излучающих и приемных трактов с использованием описанной в данном параграфе аппаратуры.

Все применяемые при акустических измерениях приборы дол­ жны быть допущены к работе органами Госкомитета стандартов мер и измерительных приборов и иметь свидетельство о поверке. Акустическая контрольно-измерительная аппаратура проходит го­ сударственную поверку один раз в два года. При этом все рабочие приборы проверяют по государственному эталону через образцо­ вые средства измерения.

Для более строгого описания акустических полей механизмов и машин, в том числе вентиляторов и кондиционеров, приходится об­ ращаться к использованию методов теории случайных процессов. В настоящее время в СССР и за рубежом выпускаются приборы для определения статистических характеристик распределения сиг­ налов во времени, в полосах частот и коэффициентов корреля­ ции [46].

§14. Контроль уровня шума систем вентиляции

икондиционирования воздуха на судах

Измерения и контроль воздушного шума и вибраций систем вентиляции и кондиционирования воздуха обычно производят в следующих помещениях:

46

—обслуживаемых системами вентиляции и кондиционирования воздуха;

—в помещениях, через которые проходят транзитом воздухо­ проводы;

—в помещениях, где установлены обслуживающие системы вентиляторы и кондиционеры.

В большинстве случаев характер звукового поля в этих поме­ щениях существенно отличается от свободного и диффузного зву­ ковых полей, в связи с чем описанные в § 9 наиболее точные ме­

тоды измерения акустических характеристик здесь неприменимы. В судовых помещениях объемом не менее 60 м3 с уровнями шума по крайней мере на 4 дБ ниже соответствующих уровней шума при работе системы вентиляции или кондиционирования воз­ духа можно рекомендовать метод измерения воздушного шума с помощью образцового источника шума [48]. В каютах экипажа, обычно загроможденных койками и мебелью, в помещениях, близко расположенных к главной энергетической установке, или в других помещениях, имеющих высокие уровни помех, рекоменду­ ется применять метод измерения шума на фиксированном расстоя­ нии. В тех случаях, когда требуется произвести сопоставление уров­ ней шума в судовых помещениях с санитарными нормами, изме­ рения производят без разделения прямого и отраженного от стен и предметов звука, т. е. измеряют спектральный состав и общий

уровень шума в нескольких точках помещения или на посту. Метод измерения шума с помощью образцового источника ос­

нован на сравнении характеристик звукового поля образцового источника шума, откалиброванного в свободном звуковом поле, и шума исследуемого механизма в одних и тех же точках помеще­ ния. При измерениях этим методом необходимо выполнять следую­ щие условия:

— все механизмы и устройства в помещениях, где производят измерения или контроль шума, должны быть выключены или за­ крыты звукоизолирующими кожухами; в небольших судовых поме­ щениях, где установка кожухов может привести к искажению зву­ кового поля из-за дополнительных отражений, наружную поверх­ ность кожухов следует покрывать звукопоглощающим материалом;

— воздухопроводы и трубопроводы должны быть соединены с вентиляторами и кондиционерами с помощью эластичных патруб­ ков и прикреплены к корпусным конструкциям упругими подвес­ ками;

— уровни шума в исследуемых полосах частот должны отли­ чаться от уровней шума системы не менее чем на 8—10 дБ.

Необходимо, чтобы спектр шума образцового источника был широкополосным и более или менее равномерным во всем диапа­ зоне частот. Источник не должен иметь резко выраженной направ­ ленности и тональных составляющих в спектре шума. Точки изме­ рений выбирают так же, как и при измерениях в свободном звуко­ вом поле. Если микрофон не имеет ветрозащитных устройств, он не должен обдуваться воздухом:

47

Уровни звуковой мощности исследуемой системы во всех поло­ сах частот определяют по формуле

ния воздуха на судах с помощью образцового источника не нашел широкого применения в связи с дополнительными погрешностями, появляющимися из-за значительного искажения звукового поля об­ разцового источника в низких судовых помещениях, загроможден­ ных оборудованием и имеющих высокий уровень шума. Однако там, где выполняются основные требования этого метода или име­ ется область ограниченного звукового поля, его применение может дать наиболее точные результаты. Во всех остальных случаях сле­ дует пользоваться методом измерения шума на фиксированном расстоянии. Зарубежные стандарты допускают его применение при контроле шума судового оборудования, поставляемого зарубеж­ ными фирмами.

хораспределительного устройства с таким расчетом, чтобы разница уровней звукового давления в соседних точках не превышала 5 дБ. В каждой измерительной точке, в соответствующих полосах частот, определяют уровни звукового давления. Расчет средних уровней звукового давления на опорном радиусе гоп производят по фор­ муле

этом меньшие значения принимают для небольших и малошумных машин. Уровни звуковой мощности могут быть определены по фор­ муле (5).

Для проверки стабильности создаваемого системой вентиляции или кондиционирования воздуха воздушного шума измерения не­ обходимо повторять не менее трех раз после остановки и повтор­ ных запусков всей системы.

Контроль уровней шума, создаваемого в помещениях системами вентиляции и кондиционирования воздуха, на соответствие их са­

48

нитарным нормам следует производить во время стоянки судна при подаче электроэнергии с берега. Это исключает влияние по­ сторонних источников шума на результаты измерений шума си­ стем.

ГЛАВА III

ИСТОЧНИКИ ШУМА ВЕНТИЛЯТОРОВ

§ 15. Пульсации давления в турбулентном потоке

За выходными кромками лопаточного аппарата вентиляторов, где происходит слияние струй воздуха, вытекающих из межлопа­ точных каналов, наблюдается повышенная турбулентность потока воздуха, которая является источником воздушного шума. В соот­ ветствии с теорией Лайтхилла такая турбулентная область будет излучать широкополосный шум, амплитуда звукового давления ко­ торого равна

зз

г — расстояние от некоторой точки области Ѵтдо точки (хі, х2, х3), в которой определяются пульсации дав­ ления;

с — скорость звука в данной среде;

т— время;

Тц ~ р ѵ /ѵ / — тензор напряжения;

ѵъ і — пульсационная составляющая скорости; р — плотность среды.

Из уравнения (20) видно, что для определения амплитуды зву­ кового давления необходимо произвести интегрирование интенсив­ ности квадруполей по всему объему турбулентной области. Для оценки интегральных вкладов от всей турбулентной области сле­ дует принять во внимание статистические свойства турбулентного течения. Известно, что если источники коррелированы, то их ам­ плитуды складываются линейно. Для некоррелированных источ­ ников линейно складываются интенсивности энергии. Измерения в турбулентном течении, произведенные в соседних точках, хорошо коррелированы, в удаленных — слабо или вовсе не коррелированы. Вследствие этого поле турбулентности можно разбить на такие области, где квадрупольные источники внутри каждой области вполне коррелированы, а в точках, принадлежащих различным об­ ластям, не коррелированы. При этом протяженность каждого не­ зависимого распределения квадруполей представляет собой при­ близительно размер типичного вихря, излучающего энергию.

Обозначим объем такого вихря через ѵе. Если размер вихря мал по сравнению с длиной волны излучаемого звука, то измене-

49

нием времени запаздывания внутри вихря объемом ѵе можно пре­ небречь. Тогда интенсивность звуковой энергии будет определяться выражением, полученным Е. В. Власовым,

&Тц

дх2

записана в виде kQ(рТц)г, где / — характерная частота пульсации вихря. В этом случае звуковая мощность, излучаемая единицей объема турбулентной области, будет равна

Как видно из выражения (23), для вычисления акустической мощности, излучаемой на единицу объема турбулентной области, необходимо знать все три составляющие пульсационных скоростей потока, корреляцию между ними, объем характерного вихря и частоту пульсаций.

Оценим величину акустической мощности, излучаемой турбу­ лентной областью за выходными кромками лопаток, на примере решетки профилей со следующими параметрами: густота решетки

т = 1,5; кривизна профиля /= //6 = 0,15; угол атаки t=+Ö °; хорда профиля 6 = 60 мм; высота лопатки /=100 мм; относительная тол­

щина профиля d = d/b = 0fi8. Из рассмотрения этих параметров сле­ дует, что решетка обтекается с отрывом потока, т. е. в области за выходными кромками будет иметь место интенсивная турбу­ лентность потока. Исследование характеристик турбулентности на выходе из решетки наиболее удобно проводить на плоских ре­ шетках профилей с помощью установки, описанной в § 10.

Измерив характеристики турбулентности в среднем сечении по высоте лопаток, а затем, рассчитав шум турбулентности с уче­ том зависимости (23), можно сравнить его с замеренным шумом решетки и оценить вклад этого источника в суммарную звуковую мощность, излучаемую решеткой профилей.

На рис. 24—27 приведены схемы плоской решетки профилей Ц15-8-1,5* и полученные экспериментальным путем характерис­ тики турбулентности, которые ниже будут использованы для рас­ чета акустической мощности, излучаемой струями, вытекающими

* Условное обозначение решетки профилей: буква Ц означает, что в качестве симметричного профиля принят профиль ЦАГИ [67], первые цифры указывают кривизну профиля, вторая цифра — относительную толщину профиля, третья цифра — густоту решетки.

50