Штучный звукопоглотитель с винтовыми звукопоглощающими элементами
Изобретение относится к средствам снижения шума на промышленных и транспортных объектах. Техническим результатом является повышение эффективности шумоглушения на высоких частотах путем введения в штучный звукопоглотитель объемных полостей для резонаторов Гельмгольца, которые повышают эффективность на высоких частотах. Технический результат достигается тем, что штучный звукопоглотитель с винтовыми звукопоглощающими элементами содержит звукопоглотители активного и реактивного типов, размещенные на жестком каркасе, при этом каркас состоит из двух частей, при этом нижняя, реактивная, часть выполнена в виде жесткого, полого цилиндра, днище которого соединено с опорным диском, связывающим его с опорным диском, на котором через упругодемпфирующий элемент закреплена верхняя часть каркаса, которая выполнена в виде жесткой перфорированной цилиндрической обечайки с перфорированной крышкой и сплошным основанием, соединенным с опорным диском, полость цилиндрической обечайки заполнена звукопоглощающим материалом, при этом к перфорированной крышке перфорированной цилиндрической обечайки шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, а вокруг жесткой перфорированной цилиндрической обечайки, расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент, при этом перфорированные поверхности имеют следующие параметры перфорации: диаметр отверстий - 3÷7 мм, процент перфорации 10% ÷ 15%, а отверстия в перфорированных поверхностях могут быть выполнены в виде отверстий круглого, треугольного, квадратного, прямоугольного или ромбовидного профиля, при этом соотношение между толщинами материала и вибродемпфирующего покрытия лежит в оптимальном интервале величин: 1/(2,5…3,5), или из нержавеющей стали, или оцинкованного листа толщиной 0,7 мм с полимерным защитно-декоративным покрытием типа «Пурал» толщиной 50 мкм, или «Полиэстер» толщиной 25 мкм, или алюминиевого листа толщиной 1,0 мм и толщиной покрытия 25 мкм, или из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов. 1 ил.
Изобретение относится к средствам снижения шума на промышленных и транспортных объектах.
Известны конструкции штучных звукопоглотителей, выполненных в виде объемных параллелепипедов, кубической формы, конические, полости которых заполнены звукопоглощающим материалом [1, 2, 3, 4]. В настоящее время волокнистые звукопоглотители являются наиболее употребительными в строительной практике.
Недостатками известных штучных звукопоглотителей являются сравнительно невысокая эффективность на низких и средних частотах, а также они не отвечают возросшим требованиям, предъявляемым к дизайну помещений.
Известен конический штучный звукопоглотитель по патенту РФ №2282004 [5], состоящий из жесткого каркаса, подвешиваемого за крючья на тросах к потолку производственного здания с расположенным внутри каркаса звукопоглощающим материалом, обернутым сетчатой капроновой тканью, каркас выполнен по форме в виде конуса с прикрепленной к его нижнему фланцу полусферой, также содержащей звукопоглощающий материал, обернутый сетчатой капроновой тканью или стеклотканью, причем заполнение звукопоглощающим материалом может быть как с воздушными полостями, расположенными на периферии полусферы, так и внутри ее в шахматном порядке по трем координатным плоскостям.
Недостатком его является сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на высоких частотах из-за отсутствия звукоотражающих слоев, выполняющих функции звукоизоляции на высоких частотах.
Известен цилиндрический резонансный штучный звукопоглотитель по патенту РФ №2303679 [6], состоящий из жесткого каркаса, подвешиваемого за крючья на тросах к потолку производственного здания с расположенным внутри каркаса звукопоглощающим материалом, обернутым сетчатой капроновой тканью, каркас выполнен цилиндрическим в виде перфорированного стакана и перфорированной круглой крышки, внутри которого расположен жестко закрепленный на оси стакана центральный стержень, на котором установлены с возможностью их фиксации круглые перегородки, внутри одной из которых расположен звукопоглощающий материал, обернутый сетчатой капроновой тканью.
Недостаток - сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на низких частотах из-за стесненных габаритов для размещения резонансных камер.
Известен кубический штучный звукопоглотитель по патенту РФ №2334062 [7], состоящий из жесткого каркаса, подвешиваемого за крючья на тросах к потолку производственного здания с расположенным внутри каркаса звукопоглощающим материалом, обернутым сетчатой капроновой тканью, каркас выполнен по форме в виде двух кубических поверхностей, одна из которых – внешняя - выполнена перфорированной, а другая - внутренняя - акустически прозрачной, причем звукопоглощающий материал, обернутый сетчатой капроновой тканью, расположен в промежутке между каркасами, которые соединены между собой посредством резонансных вставок разного диаметра, а внутренняя полость разделена перегородкой на две резонансные полости, одна из которых заполнена звукопоглотителем.
Недостаток - сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на высоких частотах из-за отсутствия звукоотражающих слоев, выполняющих функции звукоизоляции на высоких частотах.
Известны объемные штучные звукопоглотители по патенту РФ №2354786 [8] и РФ №2485256 [9], состоящие из жесткого каркаса, подвешиваемого на крепежном элементе к потолку производственного здания, каркас выполнен со звукопоглощающим материалом, обернутым акустически прозрачным материалом.
Их недостаток - сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на высоких частотах, из-за отсутствия резонаторов Гельмгольца.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является штучный звукопоглотитель по патенту РФ №2485256 [10], содержащий жесткий перфорированный каркас, внутри которого размещен звукопоглощающий материал, каркас выполнен из нижней части конической формы с крышкой и верхней части цилиндрической формы, которая крепится к крышке нижней части перфорированного каркаса посредством вибродемпфирующей прокладки, позволяющей демпфировать высокочастотные колебания, при этом к верхней части цилиндрического перфорированного каркаса шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, например потолку производственного помещения, а полости нижней и верхней частей перфорированного каркаса заполнены звукопоглощающими материалами различной плотности, причем вокруг верхней части цилиндрической формы перфорированного каркаса расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент штучного поглотителя, выполненный в виде цилиндрической винтовой пружины из плотного негорючего звукопоглощающего материала.
Недостатком этого штучного звукопоглотителя является сравнительно невысокая эффективность шумоподавления на низких и средних частотах из-за отсутствия объемных полостей для резонаторов Гельмгольца и полостей, заполненных звукопоглотителем, т.е. поглотителей различной плотности.
Технический результат - повышение эффективности шумоглушения на высоких частотах путем введения в штучный звукопоглотитель объемных полостей для резонаторов Гельмгольца, которые повышают эффективность на высоких частотах.
Это достигается тем, что в штучном звукопоглотителе с винтовыми звукопоглощающими элементами каркас состоит из двух частей, при этом нижняя, реактивная, часть выполнена в виде жесткого, полого цилиндра, днище которого соединено с опорным диском, связывающим его с опорным диском, на котором через упругодемпфирующий элемент закреплена верхняя часть каркаса, которая выполнена в виде жесткой перфорированной цилиндрической обечайки с перфорированной крышкой и сплошным основанием, соединенным с опорным диском, полость цилиндрической обечайки заполнена звукопоглощающим материалом, а соединение верхней и нижней частей выполнено посредством упругодемпфирующего элемента, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания, при этом к перфорированной крышке перфорированной цилиндрической обечайки шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, например к потолку производственного помещения, а вокруг жесткой перфорированной цилиндрической обечайки расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей ее, и опирающийся на опорный диск, причем полость цилиндра реактивной части каркаса герметично закрыта опорным диском с по крайней мере одним отверстием, выполняющим функцию горловины резонатора Гельмгольца, который образован совместно с полостью цилиндра, а вокруг полого цилиндра расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей полый цилиндр, и упирающийся в опорные диски.
На чертеже показана схема штучного звукопоглотителя с винтовыми звукопоглощающими элементами.
Штучный звукопоглотитель с винтовыми звукопоглощающими элементами содержит звукопоглотители активного и реактивного типов, размещенные на жестком каркасе 1. Каркас 1 состоит из двух частей, при этом нижняя, реактивная, часть 7 выполнена в виде жесткого, полого цилиндра 8, днище которого соединено с опорным диском 11, связывающим его с опорным диском 6, на котором через упругодемпфирующий элемент 5 закреплена верхняя часть 2 каркаса 1.
Верхняя, активная, часть 2 выполнена в виде жесткой перфорированной цилиндрической обечайки с перфорированной крышкой и сплошным основанием, соединенным с опорным диском 6. Полость цилиндрической обечайки заполнена звукопоглощающим материалом, а соединение верхней и нижней частей выполнено посредством упругодемпфирующего элемента 5, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания. При этом к перфорированной крышке перфорированной цилиндрической обечайки шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, например к потолку производственного помещения. Вокруг жесткой перфорированной цилиндрической обечайки расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент 3, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей ее, и опирающийся на опорный диск 6.
Полость цилиндра 8 реактивной части каркаса герметично закрыта опорным диском 10 с по крайней мере одним отверстием 9, выполняющим функцию горловины резонатора Гельмгольца, который образован совместно с полостью цилиндра 8. Вокруг полого цилиндра 8 расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент 4, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей полый цилиндр 8, и упирающийся в опорные диски 10 и 11.
Винтовой звукопоглощающий элемент 3 может быть выполнен в виде полого винтового звукопоглощающего элемента, образованного внешней и внутренней винтовыми поверхностями, образующими полость, при этом пространство, образованное внешней и внутренней винтовыми поверхностями, заполнено звукопоглощающим материалом с плотностью, меньшей, чем у винтового звукопоглощающего элемента.
Перфорированные поверхности имеет следующие параметры перфорации: диаметр отверстий - 3÷7 мм, процент перфорации 10%÷15%, а отверстия в перфорированных поверхностях могут быть выполнены в виде отверстий круглого, треугольного, квадратного, прямоугольного или ромбовидного профиля, при этом в случае некруглых отверстий в качестве условного диаметра следует считать максимальный диаметр вписываемой в многоугольник окружности, а в качестве материала перфорированных поверхностей применены конструкционные материалы с нанесенным на их поверхности с одной или двух сторон слоя мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, или материала типа «Герлен-Д», при этом соотношение между толщинами материала и вибродемпфирующего покрытия лежит в оптимальном интервале величин: 1/(2,5…3,5), или из нержавеющей стали, или оцинкованного листа толщиной 0,7 мм с полимерным защитно-декоративным покрытием типа «Пурал» толщиной 50 мкм, или «Полиэстер» толщиной 25 мкм, или алюминиевого листа толщиной 1,0 мм и толщиной покрытия 25 мкм, или из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим».
В качестве звукопоглощающего материала используются плиты из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральной ваты типа «URSA», или базальтовой ваты типа П-75, или стекловаты с облицовкой стекловойлоком, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом, например стеклотканью типа ЭЗ-100 или полимером типа «повиден».
В качестве звукопоглощающего материала использован пористый шумопоглощающий материала, например пеноалюминий, или металлокерамика, или или камень-ракушечник со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30÷45%, или металлопоролон, или материал в виде спрессованной крошки из твердых вибродемпфирующих материалов, например эластомера, полиуретана, или пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», причем размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин: 0,3…2,5 мм, а также могут быть использованы пористые минеральные штучные материалы, например пемза, вермикулит, каолин, шлаки с цементом или другим вяжущим, или синтетические волокна, при этом поверхность волокнистых звукопоглотителей обрабатывается специальными пористыми красками, пропускающими воздух, например типа «Acutex T», или покрывается воздухопроницаемыми тканями или неткаными материалами, например «Лутрасилом».
Штучный звукопоглотитель с винтовыми звукопоглощающими элементами работает следующим образом.
Звуковые волны, распространяясь на промышленном или транспортном объектах, взаимодействуют со звукопоглощающим материалом, расположенным в полости перфорированной цилиндрической обечайки активной части 2 каркаса 1, а также с винтовыми звукопоглощающими элементами 3 и 4, находящимися в верхней, активной, части 2 и нижней, реактивной, части 7, подавляющих шумы на средних и высоких частотах соответственно.
Соединение верхней 2 и нижней 7 частей каркаса посредством упругодемпфирующего элемента 5 позволяет демпфировать высокочастотные колебания, которые могут излучаться жестким каркасом, что позволяет его использовать для снижения шума на транспортных объектах. Звукопоглощение на средних и высоких частотах происходит за счет акустического эффекта, построенного по принципу резонаторов Гельмгольца, образованного воздушной полостью цилиндра 8 с отверстием 9, выполняющим функцию горловины резонатора Гельмгольца. При этом подавление звуковых колебаний в требуемом звуковом диапазоне частот осуществляют, как правило, так: большие объемы полости цилиндра 8 используют для подавления шума в низкочастотном диапазоне, а малые - в области средних и высоких частот. Взаимодействие звуковых волн с винтовыми звукопоглощающими элементами 3 и 4 приводит к дополнительному шумоглушению в высокочастотном диапазоне, а выполнение звукопоглотителя из негорючих материалов делает конструкцию пожаробезопасной.
Источники информации
1. Кочетов О.С., Сажин Б.С. Снижение шума и вибраций в производстве: теория, расчет, технические решения. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001. - 319 с. (рис.П.III.10, стр.263).
2. Кочетов О.С. Текстильная виброакустика. Учебное пособие для вузов. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево» 2003. - 191 с. (рис.П.2, стр.176).
3. Кочетов О.С. Лабораторный практикум по производственной санитарии. Учебное пособие для вузов. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево» 2004. - 168 с. (рис.6.6, стр.120).
4. Кочетов О.С. Звукопоглощающие конструкции для снижения шума на рабочих местах производственных помещений. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №11, 2010, стр.46-50. (рис.1; стр.48 и рис.2; стр.48).
5. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Елин A.M. Конический штучный звукопоглотитель // Патент на изобретение №2282004, опубл. 20.08.2006, бюл. №23.
6. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Цилиндрический резонансный штучный звукопоглотитель // Патент на изобретение №2303679, опубл. 27.07.2007, бюл. №21.
7. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Кубический штучный звукопоглотитель // Патент на изобретение №2334062, опубл. 20.09.2008, бюл. №26.
8. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Кочетов С.С, Кочетов Сергей Сергеевич. Объемный штучный звукопоглотитель // Патент на изобретение №2354786, опубл. 10.05.2009, бюл. №13.
9. Кочетов О.С. Штучный звукопоглотитель // Патент на изобретение №2485256, опубл. 20.06.2013, бюл. №17.
10. Кочетов О.С., Стареева М.О. Штучный звукопоглотитель // Патент РФ на изобретение №2495202, опубл. 10.10.2013, бюл. №28.
Штучный звукопоглотитель с винтовыми звукопоглощающими элементами, содержащий звукопоглотители активного и реактивного типов, размещенные на жестком каркасе, отличающийся тем, что каркас состоит из двух частей, при этом нижняя, реактивная, часть выполнена в виде жесткого, полого цилиндра, днище которого соединено с опорным диском, связывающим его с опорным диском, на котором через упругодемпфирующий элемент закреплена верхняя часть каркаса, которая выполнена в виде жесткой перфорированной цилиндрической обечайки с перфорированной крышкой и сплошным основанием, соединенным с опорным диском, полость цилиндрической обечайки заполнена звукопоглощающим материалом, а соединение верхней и нижней частей выполнено посредством упругодемпфирующего элемента, позволяющего демпфировать высокочастотные колебания, при этом к перфорированной крышке перфорированной цилиндрической обечайки шарнирно закреплен элемент, при помощи которого каркас крепится к требуемому объекту, например потолку производственного помещения, а вокруг жесткой перфорированной цилиндрической обечайки расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей ее, и опирающийся на опорный диск, причем полость цилиндра реактивной части каркаса герметично закрыта опорным диском с по крайней мере одним отверстием, выполняющим функцию горловины резонатора Гельмгольца, который образован совместно с полостью цилиндра, а вокруг полого цилиндра расположен по крайней мере один винтовой звукопоглощающий элемент, выполненный по форме в виде цилиндрической винтовой пружины, охватывающей полый цилиндр, и упирающийся в опорные диски, при этом перфорированные поверхности имеют следующие параметры перфорации: диаметр отверстий - 3÷7 мм, процент перфорации 10% ÷ 15%, а отверстия в перфорированных поверхностях могут быть выполнены в виде отверстий круглого, треугольного, квадратного, прямоугольного или ромбовидного профиля, при этом в случае некруглых отверстий в качестве условного диаметра следует считать максимальный диаметр вписываемой в многоугольник окружности, а в качестве материала перфорированных поверхностей применены конструкционные материалы с нанесенным на их поверхности с одной или двух сторон слоя мягкого вибродемпфирующего материала, например мастики ВД-17, или материала типа «Герлен-Д», при этом соотношение между толщинами материала и вибродемпфирующего покрытия лежит в оптимальном интервале величин: 1/(2,5…3,5), или из нержавеющей стали, или оцинкованного листа толщиной 0,7 мм с полимерным защитно-декоративным покрытием типа «Пурал» толщиной 50 мкм, или «Полиэстер» толщиной 25 мкм, или алюминиевого листа толщиной 1,0 мм и толщиной покрытия 25 мкм, или из твердых, декоративных вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим».
