Аэрогидродинамические шумы. Максимально допустимая скорость воздуха в воздуховодах Уровень шума при истечении воздуха из отверстия
Мы привыкли в акустических расчетах считать затухание шума в воздуховодах, шумоглушителях и пр. Но забываем про то, что воздуховоды, также как и шумоглушители, кстати, являются источниками шума.
Я сознательно не буду различать уровни звукового давления и уровни звуковой мощности, писать про А-фильтры и т.п. Давайте пройдемся по "верхам"...
Итак, посмотрим, как генерация шума в воздуховодах влияет на наши акустические расчеты...
Октавный уровень шума, генерируемый воздуховодом, вычисляется по формуле:L w = 10 + 50 log(v) + 10 log(A), где
L w = уровень звуковой мощности, дБ
v = скорость воздуха, м/с
A = площадь поперечного сечения воздуховода, м2
Собственно, на странице сайта
http://www.engineeringtoolbox.com и приведен пример для одного из случаев:Теперь представим себе нашу математическую модель:
1. Вентилятор бесконечно большого напора. Акустические характеристики принимаем по типовой установке VTS
2. После вентилятора установлен 2-х метровый шумоглушитель. Его генерацию шума не учитываем, о чем будет разъяснено ниже
3. Воздуховод 400х400 мм с нулевыми утечками воздуха, т.е. расход воздуха постоянен по всей длине воздуховода
Также нам понадобится старенький, но верный
СНиП II-12-77 "Защита от шума" , а именно таблица 5, из которой мы понимаем правило сложения источников шума от нескольких источников:
Итак, заносим наши данные в таблицу.
Хочу обратить ваше внимание на таблицу 5 СНиП II-12-77. Если разница шума от двух источников больше 10 дБ, то влияние "тихого" источника не учитывают на практике. А разница в 10 дБ - это 0,4 дБ прибавка к наиболее шумному источнику.
Случай 1. Скорость 7 м/с. Длина воздуховода 10 метров:
Как мы видим пока генерация шума в воздуховодах (строка 6) не влияет на общий уровень шума в воздуховодах. ДА и генерацию шума в глушителе я не считаю по этой же причине.
Случай 2. Скорость 7 м/с. Длина воздуховода 50 метров:
При такой большой длине воздушного тракта затухание шума в воздуховоде настолько значительно, что шум, генерируемый стенками воздуховода, начинает влиять на общий уровень шума
Случай 3. Скорость 7 м/с. Длина воздуховода 170 м:
При такой длине, которая на практике редко достигается, по высоким частотам прибавка определяется генерацией шума от воздуховода.
НУ и если взять чисто теоретическую длину в 1000 метров, то только генерация шума и будет вам доставлять неудобства.
Поиграться с этой простенькой программой можно. Скачайте её
.Выводы, которые следуют из всего вышесказанного:
1. Чем выше скорость, тем выше генерация шума воздуховодом
2. Чем больше сечение воздуховода, тем выше генерация шума при одной и той же скорости
. Оно и понятно: жесткость конструкции воздуховода, даже при увеличении толщины стенки, снижается при увеличении диаметра
Однако, я уточню по ASHRAE действительно ли это так. Французы почему-то коррелируют удельное падение давления с генерацией шума, т.е. чем больше сечение, тем меньше шум при одной и той же скорости.
3. Даже самый тихий вентилятор не способен подать воздух в помещение с "нулевой" звуковой мощностью на выходе из воздухораспределителя
. Генерация шума никуда не денется, плюс генерация шума в воздухораспределителях и т.п.
Коллеги, если я слоупок и все такое - буду благодарен за конструктивные замечания и предложения.
РЕФЕРАТ
Пневматические устройства играют важную роль в механизации производства. В последнее время они также широко используются при решении задач автоматизации.
Пневматические устройства в системах автоматики выполняют следующие функции:
Получение информации о состоянии системы с помощью входных элементов (датчиков);
Обработка информации с помощью логико-вычислительных элементов (процессоров);
Управление исполнительными устройствами с помощью распределительных элементов (усилителей мощности);
Совершение полезной работы с помощью исполнительных устройств (двигателей).
КОМПРЕССОР, ПНЕВМОЦИЛИНДР, РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ, УСИЛИЕ, СКОРОСТЬ, ДАВЛЕНИЕ, РАСХОД, НОМОГРАММА.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время все чаще для автоматизации производственных процессов и отдельных операций используется новая отрасль техники - мехатроника, которая включает в себя совокупность механических, гидравлических, пневматических, электронных элементов. Широкое распространение в последнее время получает пневмоавтоматика благодаря ряду существенных достоинств пневмосистем: легкое управление исполнительными механизмами, сравнительно большая скорость рабочего перемещения и др. Электрогидравлические и электропневматические системы автоматического управления получают все более широкое распространение в самых различных областях техники, включая робототехнические и автоматизированные комплексы машиностроительной, космической, авиационной, химической, пищевой, атомной и других отраслей промышленности. Сочетая в себе известные достоинства электрической связи и управления с быстродействием и относительной легкостью мощных гидро- и пневмоприводов, эти системы вытесняют чисто механические и электрические системы управления и контроля.
Технический прогресс в области создания материалов, способов конструирования и производства способствует улучшению качества и увеличению разнообразия пневматических устройств, что послужило основой для расширения области их применения как средств автоматизации.
Для реализации прямолинейного движения часто используют пневмоцилиндры, т.к. они характеризуются низкой стоимостью, легкостью монтажа, простотой и прочностью конструкции, а также широким диапазоном основных параметров.
ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Пневматические исполнительные устройства предназначены для преобразования энергии сжатого воздуха в механическое линейное перемещение или вращение. Они используются для приведения в движение рабочих органов машин, выполнения различных основных и вспомогательных операций. Линейное перемещение обеспечивается пневмоцилиндрами, поворотное движение - исполнительными устройствами, имеющими в качестве рабочего органа лопасть или шестерню с рейкой,
В пневмоцилиндрах одностороннего действия давление сжатого воздуха действует на поршень только в одном направлении, в обратную сторону поршень со штоком перемещается под действием пружины или внешних сил. Пневмоцилиндры с пружинным возвратом используют для выполнения небольших перемещений и с небольшими развиваемыми усилиями, так как встроенная пружина, сжимаясь, значительно снижает усилие, развиваемое поршнем.
В пневмоцилиндрах двустороннего действия перемещение поршня со штоком под действием сжатого воздуха происходит в прямом и обратном направлениях.
Поворотные пневмодвигатели могут быть поршневыми и лопастными,
Кроме названных выше типов, в промышленности используются также пневмоустройства специального назначения. К ним относятся бесштоковые цилиндры, позиционные цилиндры, пневмокаретки, цилиндры с полым штоком, с тормозом и пневмозахваты.
В процессе монтажа, наладки и эксплуатации пневматических исполнительных устройств необходимо предусматривать ряд конструктивных мер безопасности.
Чтобы свести к минимуму риск нанесения травм персоналу, рекомендуется применять защитные ограждения.
При высокой скорости движения рабочего органа устройства или в случае больших инерционных нагрузок, собственный демпфер пневмодвигателя может оказаться недостаточным для смягчения удара. Для снижения скорости рабочего органа до включения собственного демпфера рекомендуется использовать схемы замедления или устанавливать наружные демпферу, ослабляющие удар. В последнем случае конструкция должна обладать достаточной жесткостью.
Во избежание травм персонала, повреждения оборудования и объектов производства, необходимо предусматривать конструктивные меры, обеспечивающие соблюдение безопасности при падении давления. Такие меры особенно необходимы в системах с подвешенными грузами и в подъемно-транспортных механизмах.
Если пневмопривод управляется с помощью трехпозиционных пневмораспределителей, у которых в нейтральном положении все выходы сообщены с выхлопом, или возобновляет работу после того, как давление в пневмосистеме было сброшено, возможен резкий рывок рабочего органа с места и затем его движение с чрезмерно высокой скоростью. Это обусловлено тем, что в одну полость цилиндра подано высокое давление, в то время как в другой полости давление отсутствует, и нет никакого противодействия движению поршня, которое обычно бывает при вытеснении воздуха из полости пневмоцилиндра. В этих случаях необходимо предусматривать меры против резких рывков - например, применяя устройства плавной подачи воздуха.
Все виды нагрузок на шток поршня должны быть приложены только в осевом направлении. Неизбежные боковые нагрузки, приложенные к концу штока, не должны превышать значения, допустимые для каждого типа пневмоцилиндра. Не рекомендуется использовать пневмоцилиндр как амортизатор.
Если в пневмоцилиндре есть воздушный демпфер, он может работать только при условии, что шток доходит до своего крайнего положения. Поэтому, если длина хода поршня определяется какими-либо внешними ограничителями, необходимо убедиться, что демпфирование действительно имеет место.
Если пневмоцилиндр должен работать при полностью открытом клапане воздушного демпфера, необходимо выбрать тип цилиндра, снабженный резиновым демпфером. Не рекомендуется эксплуатировать привод с завинченным до упора регулировочным винтом демпфера, так как это может привести к повреждению уплотнения цилиндра.
Прежде чем затягивать резьбовое соединение на конце штока требуется привести его в полностью утопленное положение. При затяжке шток не должен вращаться.
При техническом обслуживании оборудования необходимо, прежде всего, убедиться, что в результате отключения питания не произойдет падение транспортируемых объектов или узлов оборудования, находящихся в поднятом или неустойчивом положении. Только после этого можно отключать электрическое и пневматическое питание, обязательно удостоверившись в том, что давление в системе полностью сброшено.
1. Свойства воздуха
Рабочим телом для исполнительных устройств электропневмоавтоматики служит сжатый воздух, представляющий собой смесь из азота и кислорода (по объему примерно 78% и 21%, соответственно) и других газов, содержащихся в небольших количествах (аргон, углекислый газ и др.), а также водяного пара.
Основными и наиболее распространенными параметрами сжатого воздуха являются температура, давление и удельный объем (или плотность).
Давление представляет собой силу, действующую по нормали к поверхности тела и отнесенную к единице площади этой поверхности.
Атмосфера Земли на ее поверхности развивает давление в одну физическую атмосферу. Давление, отсчитываемое сверх величины атмосферного давления, называется избыточным или манометрическим и указывается в технических характеристиках пневматических устройств.
Полное давление равно сумме избыточного и атмосферного давления:
Полное давление газа пропорционально его абсолютной температуре Т и концентрации молекул n , которую можно определить как отношение;
где N - число молекул, находящихся в сосуде; V - объем сосуда.
Давление р газа равно:
.
Коэффициент пропорциональности представляет собой постоянную Больцмана, равную:
.
Чаще известен объем V сосуда и масса т заключенного в нем воздуха. В предположении, что воздух является идеальным газом (отсутствует межмолекулярное взаимодействие), давление р внутри сосуда может быть определено по формуле Клапейрона:
,
где R - универсальная газовая постоянная (для воздуха R =287 Дж/кг К), которая равна внешней работе, совершаемой при постоянном давлении одним килограммом воздуха при нагревании его на 1 градус; Т -температура в градусах Кельвина (абсолютная температура).
Нулевая температура по Цельсию в физике
.
Если концентрация газа в сосуде равна нулю, то полное давление в таком сосуде тоже равно нулю. Можно считать, что на поверхности Земли сосуд обладает некоторой потенциальной энергией, так как весь окружающий ею воздух находится под атмосферным давлением и, входя в сосуд, может совершить работу.
Так работают многие вакуумные устройства, например, вакуумные приводы, вакуумные присоски и т.п. Говорят, что эти устройства работают на разрежение.
Сосуд будет также обладать потенциальной энергией, если давление газа внутри него будет больше атмосферного (т.е. p и >0). Здесь газ также может совершить работу, но уже при выходе из сосуда в атмосферу, т.е. привести в действие устройства, работающие на нагнетание.
Поскольку большинство устройств промышленной электропневмоавтоматики работает на нагнетание, а магистральное давление существенно больше атмосферного, при расчете усилий удобно пользоваться избыточным давлением. В термодинамических расчетах пользуются полным давлением.
В системе СИ единицей измерения давления служит паскаль (Па). Паскаль равен давлению, вызываемому силой в 1Н (ньютон), равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м 2 (I Па = 1 Н/м 2).
Соотношения между единицами давления приведены в таблице 2.
Таблица 2. Соотношение между единицами давления
|
Единицы |
кГс/см 2 |
Бар |
Па |
р si |
мм рт.ст. |
|
1 кГс/см 2 |
0,98 |
9,81 10 -4 |
14,22 |
735,6 |
|
|
1 Бар |
1,02 |
10 5 |
14,5 |
750,3 |
|
|
1 Па |
1.02 10 -5 |
10 -5 |
1,45 10 -4 |
7,5 10 -3 |
|
|
1 р si (фунт-сила/кв.дюйм) |
0,07 |
0.07 |
6,9 10 -3 |
51,71 |
|
|
1 мм рт.ст. |
1,36 10 -4 |
133,3 10 -3 |
133,3 |
19,34 10 -3 |
|
|
1 мм вод.ст |
10 -4 |
9,81 10 -5 |
9,81 |
1,42 10 -3 |
7,36 10 -2 |
2. Основные термодинамические законы
Во
многих случаях уравнения состояния идеальных газов в пневмоавтоматике можно
использовать с достаточной точностью и для реальных газов.
Бойлем в 1662 г. в Англии, а затем независимо от него Мариоттом в 1676 г. во Франции было установлено, что если газ занимал некоторый первоначальный объем V 0 и имел давление р о , то послесжатия до объема V 1 его давление p 1 , при условии, что температура газа не изменяется (изотермический процесс), повысится до величины, при которой произведение начального объема и давления будет равно произведению конечного объема и давления (рисунок 1,а);
.
Французским ученым Ж. Шарлем в 1787 г. было установлено, что если газ занимает постоянный объем (изохорный процесс), то при увеличении или уменьшении первоначальной температуры газа внутри постоянного объема первоначальное давление, соответственно, увеличится или уменьшится пропорционально изменению температуры (рисунок 1,б):
,
откуда
.
При неизменном давлении (изобарный процесс) нагревание или охлаждение первоначального объема газа приводит, соответственно, к возрастанию или уменьшению объема пропорционально изменению температуры в градусах Кельвина:
.
Это было установлено Ж. Гей-Люссаком в 1802 году.
При адиабатном процессе нет теплообмена между системой и окружающей средой. Приближенно можно считать адиабатным процесс в нетеплоизолированной системе, если он осуществляется столь быстро, что теплообмен между системой и окружающей средой практически не успевает происходить. Адиабатный процесс описывается уравнением
где k - показатель адиабаты, равный отношению теплоемкости газа при постоянном давлении р к теплоемкости газа при постоянном объеме V .
Изотермический, изобарный, изохорный и адиабатный процессы являются частными случаями политропного процесса (от греч. многообразный). Этот процесс описывается уравнением
где n - показатель политропы: при n = k - процесс политропный; при n =0 -
процесс изобарный; при n =1-изотермический; при n =±?-изохорный.
3. Истечение сжатого воздуха через отверстие
1
Основными соотношениями, необходимыми для описания работы пневматических устройств, являются соотношения, описывающие законы движения воздуха. Принимается, что воздух является идеальной жидкостью, т.е. такой жидкостью, в которой частицы перемешаются одна относительно другой без трения. Предположим, что движение установившееся и свойства жидкости в данном сечении остаются постоянными, т.е. давление и температура не изменяются. Обозначим через c , p , g , ? , z , соответственно, скорость движения жидкости, давление, ускорение силы тяжести, плотность жидкости и высоту над плоскостью отсчета. Уравнение Бернулли в дифференциальной форме, выражающее закон сохранения энергии, записывается в виде:
.
Интегрирование этого уравнения дает выражение закона движения жидкости:
.
Величина Н - постоянная интегрирования, представляет собой полный
напор, развиваемый движущейся жидкостью. Он равен сумме напоров скоростного, пьезометрического и геометрического. Учитывая низкую плотность воздуха, величиной z обычно пренебрегают. Поэтому.
.
Для идеальной жидкости запас энергии в каждом сечении потока остается неизменным. У реальных жидкостей, имеющих трение, запас энергии от сечения к сечению по направлению потока убывает. Уравнение для реальной жидкости между двумя произвольными сечениями потока имеет вид:
.
Обычно гидравлические потери Н 12 принимают пропорциональными изменению кинетической энергии, т.е.
,
где величина ? называется коэффициентом гидравлических потерь; с - средняя скорость в сечении потока.
В случае истечения воздуха из резервуара с достаточно большими размерами (рисунок 2) скоростью воздуха перед отверстием можно пренебречь и тогда
.
Рисунок 2
Величина называется коэффициентом скорости.
В каналах пневматических сопротивлений скорость течения воздуха сравнительно велика, и поэтому, с достаточной степенью точности можно считать, что теплообмен между протекающим воздухом и стенками канала отсутствует и, следовательно, истечение происходит по адиабатическому закону. Поэтому, можно записать: F -площадь сечения А-А; ? 2 -плотность воздуха в сечении А-А.
.
В полученном выражении за плотность воздуха в сечении отверстия площадью F принята плотность в среде, куда происходит истечение.
На самом деле
плотность воздуха в этом сечении иная. Выравнивание плотности воздуха в струе с
плотностью воздуха окружающей среды происходит в сечении Б-Б, расположенном на
некотором расстоянии от отверстия. При этом площадь сечения Б-Б меньше площади
отверстия
F
. Отношение сжатого
сечения к расчетному называют коэффициентом сжатия струи. Произведение
коэффициента сжатия на коэффициент скорости называют коэффициентом
расхода ?
. Таким образом, для уточнения в формулу для
определения расхода
G m
вместо ?
следует
Рисунок
3
ввести ? .
На практике приходится рассчитывать расход воздуха не для отверстия с тонкими стенками, а для различных видов дросселирующих сопротивлений, имеющих более сложную конфигурацию, В этих случаях коэффициент расхода определяют экспериментально, и он является поправочным коэффициентом, учитывающим геометрию дросселя.
Расход (рисунок 3) имеет максимальное значение при
.
Показатель адиабаты k для воздуха равен 1,4, следовательно, ? кр = 0,528.
Момент равенства ?=? кр соответствует в канале дросселирующего сопротивления скорости течения воздуха, равной скорости звука. Экспериментально показано, что если в дальнейшем понижать давление р 2 , то расход G m -давление в полости до подводящего отверстия; р i -1 -давление в полости за подводящим отверстием; G кр - критическое значение массового расхода, определяемое по формуле
,
где d -диаметр подводящего отверстия.
Максимальная погрешность при таком определении расхода равна 3,4%.
Список литературы
1. Электропневмоавтоматика в производственных процессах: Учебное пособие; под редакцией Е.В. Пашкова. – 2-е издание, переработанное и дополненное. – Севастополь: издательство СевНТУ, 2003. -496с., ил.
2. Расчет пневмоприводов: Справочное пособие. Е.В. Герц, Г.В. Крейнин. – Москва: «Машиностроение», 1975. -274с.
Основными соотношениями, необходимыми для описания работы пневматических устройств, являются соотношения, описывающие законы движения воздуха. Принимается, что воздух является идеальной жидкостью, т.е. такой жидкостью, в которой частицы перемешаются одна относительно другой без трения. Предположим, что движение установившееся и свойства жидкости в данном сечении остаются постоянными, т.е. давление и температура не изменяются. Обозначим через c , p , g , ? , z , соответственно, скорость движения жидкости, давление, ускорение силы тяжести, плотность жидкости и высоту над плоскостью отсчета. Уравнение Бернулли в дифференциальной форме, выражающее закон сохранения энергии, записывается в виде:
Интегрирование этого уравнения дает выражение закона движения жидкости:
Величина Н -- постоянная интегрирования, представляет собой полный напор, развиваемый движущейся жидкостью. Он равен сумме напоров скоростного, пьезометрического и геометрического. Учитывая низкую плотность воздуха, величиной z обычно пренебрегают. Поэтому.
Для идеальной жидкости запас энергии в каждом сечении потока остается неизменным. У реальных жидкостей, имеющих трение, запас энергии от сечения к сечению по направлению потока убывает. Уравнение для реальной жидкости между двумя произвольными сечениями потока имеет вид:
Обычно гидравлические потери Н 12 принимают пропорциональными изменению кинетической энергии, т.е.
где величина ? называется коэффициентом гидравлических потерь; с -- средняя скорость в сечении потока.
В случае истечения воздуха из резервуара с достаточно большими размерами (рисунок 2) скоростью воздуха перед отверстием можно пренебречь и тогда
Рисунок 2
Величина называется коэффициентом скорости.
В каналах пневматических сопротивлений скорость течения воздуха сравнительно велика, и поэтому, с достаточной степенью точности можно считать, что теплообмен между протекающим воздухом и стенками канала отсутствует и, следовательно, истечение происходит по адиабатическому закону. Поэтому, можно записать:
где k -- показатель адиабаты; ? , ? 1 -- плотности воздуха в различных сечениях.
Массовый расход воздуха
где F --площадь сечения А-А; ? 2 --плотность воздуха в сечении А-А.
В полученном выражении за плотность воздуха в сечении отверстия площадью F принята плотность в среде, куда происходит истечение.
На самом деле плотность воздуха в этом сечении иная. Выравнивание плотности воздуха в струе с плотностью воздуха окружающей среды происходит в сечении Б-Б, расположенном на некотором расстоянии от отверстия. При этом площадь сечения Б-Б меньше площади отверстия F . Отношение сжатого сечения к расчетному называют коэффициентом сжатия струи. Произведение коэффициента сжатия на коэффициент скорости называют коэффициентом расхода ? . Таким образом, для уточнения в формулу для определения расхода G m вместо ? следует Рисунок 3
На практике приходится рассчитывать расход воздуха не для отверстия с тонкими стенками, а для различных видов дросселирующих сопротивлений, имеющих более сложную конфигурацию, В этих случаях коэффициент расхода определяют экспериментально, и он является поправочным коэффициентом, учитывающим геометрию дросселя.
Расход (рисунок 3) имеет максимальное значение при
Показатель адиабаты k для воздуха равен 1,4, следовательно, ? кр = 0,528.
Момент равенства ?=? кр соответствует в канале дросселирующего сопротивления скорости течения воздуха, равной скорости звука. Экспериментально показано, что если в дальнейшем понижать давление р 2 , то расход G m не увеличится, а останется постоянным. Поэтому, в случае докритического течения (?? ? кр ), пользуются формулой
а в случае надкритического течения (? < ? кр ) -- формулой
Для расчета расхода воздуха часто пользуются более простой формулой
где,р i --давление в полости до подводящего отверстия; р i -1 --давление в полости за подводящим отверстием; G кр -- критическое значение массового расхода, определяемое по формуле
где d--диаметр подводящего отверстия.
Максимальная погрешность при таком определении расхода равна 3,4%.
В конструктивных расчетах и сборке систем вентиляции жилых помещений нужно обеспечить комфортный уровень шума для пребывания людей. Повышенный фоновый шум негативно влияет на психику и здоровье. Вместе с тем эффективная работа данной системы должна соответствовать заданным параметрам по объемам и частоте циркуляции воздуха и не быть энергозатратной.
В большинстве случаев требуемый результат по снижению уровня шума при работе с приточно-вытяжными вентиляционными системами достигается целесообразным подбором параметров и характеристик ключевых элементов на этапе разработки.
В расчетах каналов и соединительных элементов воздуховода важно отталкиваться от требуемого объема прогоняемого воздуха без дополнительного запаса. Превышение оптимального значения количества воздуха для циркуляции увеличит скорость течения в элементах воздуховодов и рост аэродинамических потерь. Чтобы компенсировать их, придется увеличивать площадь сечения каналов воздуховодов, а это повлечет нежелательные траты на материалы и усложнит монтаж.
Конфигурация и внутренние размеры комплекса воздуховодов для вентиляции определяются из расчета, что суммарное сопротивление всех участков и элементов сети равно напору, создаваемому вентилятором.
Связь характеристик вентиляционных систем с уровнем шума
В эмпирических формулах расчета уровня шума вентиляционной сети фигурируют расход воздуха, поперечные размеры воздуховода, безразмерные величины, характеризующие качество звукоизоляции помещения, а также значения сопротивления для ровных и изогнутых участков труб.
Уменьшение аэродинамических потерь воздуховода, расширение проходного сечения и установка вентилятора с меньшим расходом воздуха позволят сберечь электроэнергию. Потребляемая вентилятором энергия напрямую зависит от величины расхода воздуха и напора. Он, в свою очередь, прямо пропорционален скорости воздуха в воздуховоде.
Повысив скорость воздуха, можно уменьшить диаметр сечения воздуховода и сэкономить на покупке составных частей и монтаже. Повышение скорости достигается установкой высоконапорных вентиляторов. Имея ту же производительность, что и низконапорные, они будут расходовать больше электроэнергии и их эксплуатация обойдется дороже.
Конкретно сказываются на уровне шума следующие допустимые параметры вентиляционной системы:
- Расход воздуха. Имея установленную конфигурацию и размеры системы воздуховодов, можно снизить уровень шума за счет уменьшения расхода.
- Площадь сечения воздуховода. Ее увеличение дает более слабый шум на выходе из вентиляционных отверстий.
- Коэффициент аэродинамического сопротивления. Определяется совершенством формы переходных участков трубопровода. Применение обтекаемых и плавных отводов, диффузоров и дросселей может помочь в достижении низкого шума при эксплуатации.
- Все вышеперечисленные факторы могут быть учтены в зависимости от конкретной ситуации и задач, которые ставит проектировщик. Взвешенно и критически подходя к подбору всех параметров, удастся найти сбалансированное решение для конструкции будущей вентиляции.
Вернуться к оглавлению
Схема компоновки и план прокладки вентиляционных каналов системы вентиляции
При компоновке и размещении приточно-вытяжного комплекса надо руководствоваться следующими условиями:
- По мере удаления от вентиляционной камеры или вентилятора сила звуковых колебаний в воздуховодах гасится. Потому целесообразнее расположить ее вдали от самых малошумных помещений.
- Дроссельные редукторы желательно размещать на как можно большем расстоянии от рассматриваемого помещения. После него не помешает поставить концевые глушители или гибкие вставки из звукоизолирующих материалов.
- Для вентиляционных каналов рабочие скорости течения воздуха принимаются в пределах допустимых в зависимости от класса, кубатуры помещения и требований к безопасному шумовому фону.
- На всех участках вентиляционной сети минимизируют число гидравлических потерь, так как производимый крыльчаткой вентилятора шум тем больше, чем большее сопротивление встречается на пути воздушных масс.
- Для систем высокой производительности обязательным условием бесшумной работы остается использование глушителей. Предполагаемые места под глушители должны быть непременно учтены на стадии проектирования.
- Настройку параметров аэродинамики, тихоходности и наладку работы системы вентиляции рекомендуется проводить параллельно, чтобы достичь приемлемой громкости шума при сохранении требуемых показателей расхода среды.
Вернуться к оглавлению
Особенности выбора вентилятора
В выборе вентилятора надо руководствоваться следующими требованиями:
- У устройства должен быть минимальный удельный уровень мощности звука и узкий спектр звуковых волн, соответствующий предъявляемым условиям эксплуатации.
- Мощность вентилятора выбирается в соответствии с суммарными потерям при движении воздуха по каналам сети.
- Не рекомендуется применять крыльчатку с числом лопастей меньше 12. Такие конфигурации зачастую создают дополнительные тона аэродинамического шума при прохождении воздушной среды через крыльчатку. Усиление шумов определяется отдельным устройством вентилятора, отклонением воздушных масс при попадании на крыльчатку и дальнейшим взаимодействием потока с внутренней поверхностью воздуховодов.
- В сетях, где расход регулируется, отдельно учитывают воздействие изменения аэродинамических характеристик на громкость работы вентилятора. Снижение расхода при изменении угла установки лопастей может существенно усилить создаваемый шум.
- Дополнительно отрегулировать громкость работы агрегата позволит понижение частоты оборотов рабочего колеса в диапазоне регулирования при неизменной мощности.
- Штуцеры вентилятора и подключаемые участки воздуховода лучше соединять через гибкие вставки, гасящие вибрации, которые передает корпус агрегата на остальные участки.
Вернуться к оглавлению
В проектировании тихих систем вентиляции кроме подбора устройств с удовлетворительными шумовыми характеристиками нужно подбирать выгодные места их установки.
В разрабатываемом здании вентиляторы располагают в специально отведенных звукоизолированных помещениях – в вентиляционных камерах. Камеры ставят обособленно от помещений с повышенными требованиями к тишине и комфортному уровню шума. Их оборудуют вдали от шахт лифтов, лестничных переходов, дверных и оконных проемов.
Вентиляторы, размещенные на открытых ярусах, крепят вдали от отражающих поверхностей, от углов, в места, где гарантируется незначительное проникновение шума в жилые и рабочие помещения, а также на окружающие здание снаружи строения.
Выводы воздуховодов в открытое пространство предполагается направить так, чтобы шум не направлялся в сторону жилых построек и мест отдыха. Корректное направление звука от работы вентиляции эффективно помогает в минимизации шумовых помех вентиляционных комплексов объектов.
Правильно разместив в пространстве и направив выходное отверстие вентиляции, вы добьетесь снижения шума до разрешенных пределов без дополнительных затрат.
Для снижения шума могут быть применены следующие методы: разработка шумобезопасной техники; уменьшение шума в источнике; изменение направленности излучения шума; рациональная планировка предприятий и цехов; акустическая обработка помещений; уменьшение шума на пути его распространения; проведение организационно-технических мероприятий; применение средств индивидуальной защиты.
Огромное значение по ограничению воздействия шума на работающих придается вопросу разработки новых образцов шумобезопасных машин. С этой целью ГОСТ 12.1.003-83 предусматривает установление в стандартах и (или) технических условиях на машины предельных значений их шумовых характеристик (в обоснованных случаях технически достижимых характеристик) с указанием их в паспорте машины, руководстве (инструкции) по эксплуатации или другой сопроводительной документации. Аналогичные требования предъявляются к предельно допустимым значениям ультразвуковой характеристики машин.
Уменьшение шума в источнике – наиболее рациональное средство борьбы с шумом.
Шум механизмов возникает вследствие упругих колебаний как всей машины в целом, так и отдельных ее частей. Причины возникновения этих колебаний - механические, аэро-, гидродинамические и электрические явления, определяемые конструктивными и технологическими особенностями машины, а также условиями ее эксплуатации. В связи с этим различают шумы механического, аэро-, гидродинамического и электромагнитного происхождений.
Снижение механического шума, возникающего вследствие вибрации поверхностей машин и оборудования, а также одиночных или периодических ударов в сочленении деталей, сборочных единиц или конструкций в целом, достигается, в первую очередь, улучшением конструкции оборудования: заменой возвратно-поступательного движения в узлах работающих механизмов равномерно вращательным; применением вместо прямозубых шестерен косозубых и шевронных, а также повышением класса точности обработки их поверхности; заменой по возможности зубчатых и цепных передач клиноременными и зубчато-ременными (снижение шума на 10-14 дБ); заменой подшипников качения на подшипники скольжения (снижение шума на 10-15 дБ); использованием металлов с большим внутренним трением; заменой, где это возможно, металлических деталей деталями из пластмасс.
Эффективно (особенно для высоких тонов) применение демпфирования, при котором колеблющаяся поверхность покрывается материалом с большим внутренним трением (резина, пробка, битум, войлок и др.). Основными требованиями, предъявляемыми к демпфирующим материалам, должны быть высокая эффективность, малая масса, способность прочно удерживаться на металле и предохранять его от коррозии.
Аэродинамические шумы возникают при истечении сжатого воздуха или газа из отверстий, пульсации давления при движении потоков воздуха или газа в трубах или при движении в воздухе тел с большими скоростями, горении жидкого или распыленного топлива в форсунках; гидродинамические – при гидравлических ударах, турбулентности потока, кавитации. Причиной аэро- и гидродинамических шумов являются, соответственно, стационарные или нестационарные процессы в газах или жидкостях. Снижение аэро- и гидродинамических шумов достигается прежде всего уменьшением скорости обтекания и улучшением аэро- и гидродинамики тел, что приводит к уменьшению вихреобразования в струях, а также путем звукоизоляции источника и установки глушителей.
Электромагнитные шумы возникают вследствие колебаний элементов электромеханических устройств под влиянием переменных магнитных сил – колебания статора и ротора электрических машин, сердечника трансформатора и др. Снижение электромагнитного шума осуществляется путем конструктивных изменений в электрических машинах.
Изменением направленности излучения шума достигают его снижения на 10-15 дБ, что следует учитывать при проектировании установок с направленным излучением. Например, труба для сброса сжатого воздуха компрессорной установки должна располагаться таким образом, чтобы максимум излучаемого шума был направлен в противоположную от рабочего места сторону.
Ослаблению производственного шума способствует рациональная планировка предприятий и цехов. Шумные цехи размещают с подветренной стороны по отношению к жилому поселку и менее шумным цехам и на достаточном удалении от них. Разрывы между шумными цехами и другими зданиями полезно озеленять, так как листва деревьев - хороший поглотитель шума. Шумящие агрегаты по возможности концентрируют на одном участке цеха и звукоизолируют. При невозможности обеспечения звукоизоляции для защиты персонала от прямого шумоизлучения применяют акустические экраны, облицованные звукопоглощающими материалами, а также звукоизолированные кабины наблюдения и дистанционного управления.
Интенсивность шума в помещениях зависит не только от прямого, но и от отраженного звука. Уменьшение энергии отраженных волн за счет увеличения эквивалентной площади звукопоглощения называется акустической обработкой помещения. Это достигается путем размещения на внутренних поверхностях помещения звукопоглощающих облицовок, а также установки в помещении штучных звукопоглотителей, изготавливаемых из пористых материалов. Звуковая энергия, проникая в толщу материала, трансформируется в тепловую. Этот процесс происходит за счет вязкого трения воздуха в узких порах рыхлого материала.
В настоящее время применяют следующие звукопоглощающие материалы (коэффициент звукопоглощения на средних частотах больше 0,2): ультратонкое стекловолокно, минеральную вату, древесно-волокнистые и минераловатные плиты, пористый поливинилхлорид и др.
Установка звукопоглощающих облицовок снижает шум по суммарному уровню на 6-8 дБ в зоне отраженного звука и на 2-3 дБ вблизи источника шума.
Уменьшение шума на пути его распространения применяется тогда, когда рассмотренными выше методами невозможно или нецелесообразно достичь требуемого снижения шума. В этом случае снижение шума может быть достигнуто путем установки звукоизолирующих преград в виде стен, перегородок, кожухов, кабин, причем эффективность таких преград возрастает с увеличением частоты шума.
Сущность звукоизоляции состоит в том, что падающая на ограждение энергия поглощается и отражается в гораздо большей степени, чем проникает за ограждение.
Звукоизолирующие преграды, как правило, имеют гладкую поверхность. При одной и той же толщине звукоизолирующей преграды эффект звукоизоляции возрастает с увеличением числа слоев материала, но при условии отсутствия жесткой связи между слоями.
Организационно-технические мероприятия по защите от шума должны включать:
Применение малошумных технологических процессов (изменение технологии производства, способа обработки и транспортирования материала, например, замена клепки пневмоинструментами на гидравлические или сварные процессы, штамповки – на прессовку, ручной правки металла – на вальцовку);
Оснащение шумных машин средствами дистанционного управления и автоматического контроля, вынесение шумных операций и производств в отдельные помещения или цеха.
Совершенствование технологии ремонта и обслуживания машин;
Установка на оборудовании и конструкциях шумопоглощающих экранов и покрытий, снижающих уровень шума на 5-12 дБ;
Обозначение знаками безопасности зон с уровнем звука или эквивалентным уровнем звука выше 80 дБА, обеспечение средствами индивидуальной защиты работающих в этих зонах;
Использование рациональных режимов труда и отдыха работников на шумных предприятиях – сокращение времени нахождения в зонах с повышенным уровнем шума, устройство кратковременных перерывов в тихих помещениях в течение рабочего дня для восстановления функций слуха, совмещение профессий (в условиях шума и вне его действия) и др.
Проведение предварительных и периодических медицинских осмотров, а аудиометрических исследований и контроля за артериальным давлением. К работе в шумных условиях не допускаются лица с заболеваниями органа слуха и нервной системы.
Средствами индивидуальной защиты от шума являются вкладыши, наушники и шлемофоны.
Вкладыши вставляют в наружный слуховой проход, они бывают мягкие (эластичные и волокнистые) и твердые. Первые изготавливают из губки, ваты, марли, ультратонкой стекловаты (иногда их пропитывают маслами, воском, смолами, парафином); вторые – из пластмасс, эбонита, резины.
Вкладыши являются самыми дешевыми и компактными средствами защиты от шума, однако недостаточно эффективными (снижение шума на 5-20 дБ) и в ряде случаев неудобными, так как раздражают слуховой проход. Наушники, вкладыши – «беруши», антифоны, шлемофоны снижают проникновение шума в ухо на 10-50 дБ
Наушники плотно облегают ушную раковину и удерживаются дугообразной пружиной (могут встраиваться в головной убор). Степень ослабления шума зависит от конструкции наушников и частоты шума, причем наибольший эффект наблюдается на высоких частотах, что необходимо учитывать при их использовании.
Шлемы применяют при воздействии шумов с уровнями более 120 дБ, так как в этом случае шум действует непосредственно на мозг человека (через черепную коробку) и вкладыши и наушники не обеспечивают необходимой защиты.
