книги / Справочник по судовой акустике

поступательные колебания и поворотные колебания поглощаются фрикцион­ ными дисками 2.

При высокочастотном спектре вибрации механизма весьма эффективным средством локального вибропоглощения конструкций могут являться сосредо­ точенные массы [11]. На рис. 14.28 представлен (в условных единицах) спектр колебательного ускорения вибрации большой судовой холодильной машины,

Рис. 14.28. Эффект использования вибропоглощающих масс на лапах аморти­ зированной судовой холодильной машины.

I __ уровни вибрации при отсутствии масс; 2 — то же после установки масс (см. внизу справа).

установленной на амортизаторы АКСС-400 (кривая 7). После установки над каждым амортизатором массы 15 кг вибрация на высоких и средних частотах заметно уменьшилась (кривая 2). На некоторых частотах ослабление вибрации фундамента AL достигает 20 дБ. В среднем по спектру вибрация уменьшилась на 10 дБ. Из рис. 14.28,-справа, видно устройство массы. Проем в нижней части массы служит для установки вибродатчика, а отверстия в верхней части — для навинчивания массы на опорный болт.

§ 14,8. ВЫБОР МЕСТ УСТАНОВКИ СРЕДСТВ ВИБРОПОГЛОЩЕНИЯ В СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

Общие рекомендации по применению вибропоглощающих покры­ тий на судах сводятся к следующему. '

Районы нанесения вибропоглощающих покрытий следует выбирать на ос­ нове анализа распределения уровней звуковых вибраций по корпусу судна и путей распространения вибрационной энергии от источников (механизмов) до обесшумливаемых помещений.

Для достижения большего эффекта покрытие следует располагать возможно ближе к источнику звуковых вибраций. При этом снижается шум в большинстве помещений, в которых звуковые вибрации данного источника порождают шум. Например, эффективным оказывается нанесение покрытия на фундаменты ме­ ханизма и настил второго дна машинного отделения, где установлен этот меха­ низм. В то же время нанесение покрытия на стрингеры и флоры в районе машин­ ного отделения не дает заметного дополнительного эффекта. Если требуется уменьшить шум в отдельном помещении, покрытие следует наносить на ограж­

Общее требование к выбору схемы размещения вибропоглощающего по­ крытия — необходимость его нанесения на всех вибропроводящих путях, свя­ зывающих механизм с районом расположения помещений, где требуется снизить шум. Например, бесполезно наносить покрытие на отдельные корпусные кон­ струкции, связывающие районы расположения механизма и шумного помещения, оставляя незадемпфированными другие конструкции, идущие вдоль задемпфированпых.

Целесообразно наносить вибропоглощающие покрытия на трубопроводы, соединяющие источник звуковой вибрации (механизм) с ограждениями машин­ ного отделения. Отсутствие покрытий на этих трубопроводах может существенно снизить эффективность демпфирования фундаментных и прилегающих к ме­ ханизму корпусных конструкций.

Определенный эффект может дать нанесение вибропоглощающего покры­ тия на переборки машинного отделения по отношению к шуму в смежных с ним помещениях. Это обусловлено увеличением звукоизоляции переборок в окре-'

результаты, полученные с помощью электрической модели корпуса судна в ра­ боте [17]. В измерениях на модели предполагалось, что механизм (дизель) работает в машинном отделении. Определялся эффект от нанесения вибропогло­ щающего покрытия на различные элементы корпуса судна по уменьшению виб­ раций в двух точках на частоте 10 кГц. Первая точка располагалась в помеще­ нии, удаленном от МО в сторону носа, вторая точка — в помещении непосред­ ственно над МО.

Нанесение вибропоглощающего покрытия на второе дно в МО, где распо­ ложен работающий механизм, уменьшает уровни вибраций по всему корпусу судна в среднем на 6 дБ; нанесение покрытий также на стрингеры и флоры в МО добавляет к этому эффекту всего 2 дБ.

Нанесение покрытия на переборки, борта и подволок МО уменьшает зву­ ковые вибрации в среднем в первой точке на 3 дБ, во второй точке— на 10 дБ. Облицовка покрытием указанных элементов корпуса приводит к уменьшению звуковых вибраций главным образом в помещениях, расположенных над МО. Основную часть эффекта определяет покрытие, нанесенное на подволок МО (8 дБ). В помещениях, удаленных от МО в сторону носа и кормы, эффектив­ ность покрытий, наносимых на борта, переборки и подволок МЛ, проявляется слабее (7 дБ). Нанесение покрытия непосредственно на перекрытие, звуковые вибрации которого требуется уменьшить, дает локальный эффект, равный в сред­ нем 4 дБ.

Приведенный пример наглядно иллюстрирует возможности использования электрической модели корпуса для оптимального размещения на судне средств вибропоглощения. Результаты, полученные путем измерения электрической модели, удовлетворительно согласуются с измерениями на судах.

§14.9. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СРЕДСТВ ВИБРОПОГЛОЩЕНИЯ В СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

Как указывалось в § 14.1, применение средств вибропоглощения приводит к увеличению коэффициента потерь в демпфируемой Конструкции и связанному с этим уменьшению амплитуды вибраций. Поскольку коэффициент потерь Характеризует поглощение энергии в колебательной системе, удобно

Так как в судовых конструкциях наиболее часто с целью демпфирования применяются вибропоглощающие покрытия, ниже приводится оценка эффектив­ ности этого средства вибропоглощения. При демпфировании вибраций отдель­ ной пластины эффективность примененного для этой цели покрытия Э, дБ, со­ ставит

Если вибропоглощающее покрытие нанесено на изотропной (не имеющей препятствий для изгибных волн) пластине между источником вибраций и точкой

где / — протяженность облицованной части пластины вдоль прямой,, соединяю*

При нанесении вибропоглощающего покрытия на ребристые конструкции (пластины, подкрепленные ребрами жесткости) его эффективность в точке на­

энергии изгибных волн через ребро жесткости, равный для диффузного поля

Из формулы (14.9.4) видно, что изменение этих величин в практически встре­ чающихся интервалах незначительно скажется на указанном значении эффекта покрытия.

В реальных конструкциях судового корпуса вибрационная энергия от ис­ точника попадает в точку наблюдения несколькими путями. В этих условиях

по затуханию уровня вибраций, приходящегося на единицу длины стержня (Лн), на который нанесено вибропоглощающее покрытие, и длине волны изгиба Яи. При отражении волн от одного из концов стержня картина распределения ампли­ туды вдоль стержня получается подобной той, которая изображена на рис. 14.29. Коэффициент потерь при этом определяют с помощью следующей обработки за­ писи распределения амплитуды:

1)проводят огибающую максимальных'значений стоячей волны (кривая /);

2)проводят огибающую минимальных значений стоячей волны (кривая 2);

3) в нескольких точках определяют разность между кривыми 1 и 2 (йх); 4) по графику рис. 14.30 находят

значения /ь2, которые откладывают от кривой 1,

Построенные таким образом точки должны лежать на одной прямой (по­ строение следует проводить в лога­ рифмическом масштабе). 'Наклон пря­ мой соответствует скорости затухания при отсутствии отражения от конца стержня.

Метод пространственного затухания целесообразно использовать для измере­ ния коэффициентов потерь значительной величины на высоких частотах.

Метод амплитуды на резонансе. В тех случаях, когда необходимо измерить коэффициенты потерь образца на сравнительно низких звуковых частотах и обра­ зец имеет небольшие размеры,*можно применить метод измерения амплитуды на резонансе. Для этой цели образец жестко крепят к источнику колебаний таким образом, чтобы исключить поворот в месте крепления. Второй конец образца сво­ боден. Отношение амплитуд колебаний свободного и возбуждаемого конца на ре­ зонансе (у) будет характеризовать коэффициент потерь в соответствии с выраже-

нием -п = 1,5691V Г1 + 0,9615 |у |~3 + 0,83061Y Г 5. (14.10.2)

Реверберационный метод и его модификации. Реверберационный метод наи­ более удобен для практического использования. Достоинства этого метода — ши­ рокий диапазон измеряемых частот и коэффициентов потерь, сравнительная про­ стота, а также возможность наибольшего приближения условий эксперимента к условиям эксплуатации вибропоглощающих средств. При реверберационном методе в исследуемом образце или конструкции возбуждаются резонансные коле­ бания. Затем возбуждение выключается, после чего амплитуда колебаний образца постепенно затухает за счет вибропоглощения.

Если взять отношение амплитуд в моменты времени

где у = i i /|2; &t = L — ii\ fQ— частота колебаний.

При измерении коэффициента потерь реверберационным методом на низких частотах и при малых потерях используют запись затухающих колебаний на само­ писец уровней или на шлейфный осциллограф. Если коэффициент потерь имеет большие значения, то постоянная времени указанных регистрирующих приборов не позволит проводить измерения. В этих случаях применяют импульсный ревер­ берационный метод и в качестве регистрирующего прибора используют электрон­ ный осциллограф. На экране осциллографа получается неподвижная картина за­ тухания колебаний в исследуемом образце за счет многократного повторения процесса возбуждения и затухания. Блок-схема установки приведена на рис. 14.3Г. Импульсный реверберационный метод может иметь несколько способов 'определе­ ния коэффициента потерь:

— по времени десятикратного затухания амплитуды

— по числу периодов затухания амплитуды колебаний на заданную величину. Если известно число периодов я, за которое амплитуда уменьшится в 22,4 раза, то

(14.10.5)

— сопоставлением на экране осциллографа процесса затухания вибраций в измеряемом образце со спаданием постоянного напряжения на RC-целочке. При этом коэффициент потерь может отсчитываться непосредственно по прибору, за­ дающему величину RC;

— по наклону прологарифмированной огибающей процесса затухания, кото­ рый пропорционален коэффициенту потерь.

Последний способ особо удобен при определении потерь в связанных колеба­ тельных системах; при этом на экране осциллографа будет ломаная линия. По значениям коэффициента потерь на прямолинейных участках кривой можно опре­ деляй коэффициенты потерь каждой системы в отдельности.

зоном собственных частот. — Труды 7-й Всесоюзной акустической конференции.

рок в корабельных помещениях. Авторское свидетельство № 119084 с приори­ тетом от 2 авг. 1947 г. Опубликовано в Бюллетене изобретений, 1969 г., № 7, с. 61.

И. К л ю к и н И. И. Вибропоглощение и виброгашеиие. — В кн.: Борьба

сшумом. Под ред. Е. Я- Юдина, М., Стройиздат, 1964.

12.К л ю к и н И. И. Об одном виде амортизирующего крепления кора­

Глава 15

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ

И КОМПЛЕКСНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ СРЕДСТВ БОРЬБЫ С ШУМОМ НА СУДАХ

§ 15.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАДАЧИ

Мероприятия по снижению шума на судах можно разделить на три

группы:

—уменьшение уровней шума и звуковой вибрации источников;

—проектирование рациональных схем общего расположения;

—применение судовых конструктивных средств борьбы с шумом (КСБШ). В первую группу входят, в частности, различные конструктивно-технологи­

ческие мероприятия, направленные на ослабление процессов шумообразования и возбуждения вибрации или отдачи их во внешнюю среду для каждого конкрет­ ного типа источников. Вопросы, связанные с этим, рассмотрены в гл. 5— 9.

Проектант при выборе типов судовых мёхаиизмов, агрегатов и устройств должен учитывать их акустические-характеристики. Вполне возможен случай, когда применение более тяжелого или дорогого механизма рациональнее вслед­ ствие более низких уровней шума и вибрации у него.

Обеспечение акустических требований, предъявляемых к судовым машинам и механизмам, составляет задачу начальных стадий проектирования судна.

Вторая группа мероприятий также непосредственно связана с ранними ста­ диями проектирования судна. Акустические требования к общему расположению сводятся к тому, что помещения с нормируемой шумностыо должны быть по воз­ можности максимально удалены от источников шума. Естественно, что дальше всего должны находиться помещения с более жесткими требованиями по шумности. Целесообразно, чтобы между шумными и малошумными были размещены «буферные» необитаемые помещения (кладовые, вспомогательные бытовые и слу­ жебные помещения). Кроме того, следует стремиться к концентрации основных источников шума в одном или нескольких районах. Это позволяет не только добиться большей удаленности малошумных помещений от источников, но й более экономно использовать судовые конструктивные средства для снижения шума.

При рассмотрении проблемы борьбы с шумом на судах обычно основное содер­ жание ее сводится к третьей группе мероприятий — конструктивным средствам снижения шума. Принципиальные способы снижения воздушного шума и вибра­ ции, а также конструктивные типы и методы расчета применяемых средств изло­ жены в гл. 10— 14.

Необходимое снижение уровней шума на судах обычно не может быть обеспе­ чено применением отдельных средств. Даже весь арсенал существующих средств не дает иногда необходимого эффекта. Так как мероприятия по борьбе с шумом удорожают строительство и в той или иной мере отрицательно влияют на эксплуа­ тационно-технические характеристики судна, то процесс проектирования противо­ шумового комплекса всегда связан с поиском оптимального компромисса между совокупностью требований к судну и практическими возможностями их выпол­ нения.

Принципиально можно наметить два варианта такого оптимального ком­ плекса:

—комплекс, обеспечивающий заданное снижение шума в помещениях при оптимальных значениях других характеристик (например, при минимальной массе или стоимости);

—комплекс, обеспечивающий максимальную акустическую эффективность при заданных значениях других характеристик (например, при заданной общей дополнительной массе всех конструктивных средств снижения шума).

Основными характеристиками комплекса для технико-экономического ана­ лиза его эффективности служат: акустическая эффективность; дополнительная масса конструкций для снижения шума; стоимость мероприятий для снижения

шума как при постройке, так и во время эксплуатации.

Кроме этих основных характеристик необходимо учитывать и другие: сте­ пень уменьшения полезных объемов; соответствие общесудовым техническим и са­ нитарно-гигиеническим требованиям и нормам; технологичность и эксплуатацион­ ную надежность конструктивных средств борьбы с шумом; требования техниче­ ской эстетики и т. д.

Разработка противошумового комплекса средств базируется на анализе аку­ стической обстановки на* судне, которую характеризуют следующие факторы:

1)уровни шума во всех судовых помещениях, входящих в зону оби­

тания;

2)санитарно-гигиенические требования и нормы для всех судовых помещений

взависимости от их функционального назначения и условий эксплуатации судна;

3)степень влияния отдельных источников шума и звуковой вибрации в созда­ нии повышенной шумности на судне;

4)причины повышенной шумности в различных помещениях для каждого источника шума и звуковой вибрации, т. е. соотношение отдельных составляющих суммарного звукового поля в различных помещениях от каждого источника шума (см. § 15.2);

5)акустическая эффективность (снижение уровней шума) специальных средств борьбы с шумом, примененных на судне;

6)акустические характеристики и эффективность отдельных конструктивных средств общесудового назначения (покрытий, зашивок и т. п.), применяемых на судне.

§15.2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ШУМНОСТИ НА СУДНЕ

ВПРОЦЕССЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Для обоснованной разработки комплекса КСБШ необходимо прогно­ зировать акустическую обстановку в процессе проектирования. Это можно осуще­ ствить двумя способами:

—на основе данных натурных измерений на прототипе проектируемого судна;

—аналитическим расчетом на основе общих зависимостей, которые допу­ скают изменение в широких пределах различных параметров: акустических ха­ рактеристик источников, общего расположения помещений на судне, конструктив­ ных особенностей корпусных конструкций, зашивок покрытий и т. п.

Достоинством первого способа является его сравнительно малая трудоем­ кость, но возможности его весьма ограничены, так как он не позволяет выявить

причины повышенной шумности, а кроме того, применим только при соблюдении условий акустического и конструктивного подобия прототипа с проектируемым судном.

Наиболее целесообразным методом прогнозирования акустической обстановки следует считать расчет уровней шума. Достоинствами его являются: возможность оценки ожидаемой шумности независимо от наличия подходящего прототипа; возможность оценки влияния различных факторов на уровни шума; возможность сопоставления различных вариантов проектируемого судна и различных вариан­ тов комплекса противошумовых мероприятий на нем, а также полнота данных для анализа причин повышенной шумности от каждого источника.

Шум в помещении может быть обусловлен следующими явлениями: непосред­ ственным излучением звука от источников, расположенных внутри помещения; проникновением шума из соседних помещений через разделяющие корпусные кон­ струкции; излучением звука ограждающими корпусными конструкциями при их вибрации.

Уровни первых двух составляющих шума обозначаются индексом «в» — LB {воздушный шум). Третья составляющая обусловлена излучением звука огражда­ ющими конструкциями. Уровни этого шума обозначаются индексом «с» — Lc.

Следует различать первичный 1сп и вторичный LCB шумы, вызываемые вибра­ цией ограждений. Первый обусловлен распространением по корпусным конструк­ циям первичной звуковой вибрации, которая возникает от непосредственного воз­ действия источника на корпус через основные опорные и жесткие внеопорные связи (например, через фундамент и'трубопроводы судовых механизмов). Второй связан со вторичной звуковой вибрацией, которая возникает в корпусе судна под воздействием шума на конструкции, ограждающие помещение источника (или внешние корпусные конструкции, если источник шума внешний).

Соотношение уровней указанных шумов зависит от типа источника шума и от удаленности рассматриваемого помещения от источника шума.

Можно считать, что гребные винты являются источником только первичного шума, т. е. в этом случае для всех помещений 1Сп > и ^сп > ^свДля вентиля­ ции, если предусмотрены штатные амортизаторы под вентиляторы и виброизоли­ рующие патрубки в вентиляционных каналах, I Q> LCTÏ. Шахты воздухозабора также являются обычно источником только воздушного шума (LB > Lcn), но в от­ личие от вентиляции здесь необходимо учитывать вторичный шум, так как уровни шума в шахтах велики, а стенки шахт обычно жестко связаны с корпусными кон­ струкциями.

Система газовыпуска для большинства помещений является источником воз­ душного* шума. Однако следует иметь в виду, что для помещений, расположенных вблизи прохождения трубопроводов этой системы, может играть существенную роль и шум за счет звуковой вибрации, передаваемой от двигателя по трубопрово­ дам. Как воздухозабор, так и газовыпуск являются источниками внешнего шума, проникающего через наружные стенки палубы в помещения надстроек.

Несмотря на разнообразие условий, которые необходимо принимать во внима­ ние, можно выявить общие качественные закономерности, характеризующие за­ висимость степени влияния звуковой вибрации от удаленности помещений от меха­ низма [1].

С этой точки зрения все помещения делятся на три группы: