5.1.3. Расчет шумовых характеристик

Для правильного выбора методов защиты от шумов различных промышленных установок необходимо знать их шумовые характеристики, определяемые в соответствии с ГОСТ 12.1.024-81, ГОСТ 12.1.025-81 и другими нормативными документами. Наиболее часто встречающимися шумящими установками в промышленности являются вентиляторы, компрессоры и турбореактивные двигатели. Из-за интенсивного шума последних некоторые типы российских самолетов не принимаются зарубежными аэропортами.

Уровень звуковой мощности L_p в октавной полосе шума, создаваемого вентиляторной установкой в воздуховоде, вычисляется по формуле [3, 9]

L_p = К_ш + 25 lg p_в + 10 lg V – ∆ L₁ + ∆ L₂ + δ + 25, (5.8)

где К_ш – критерий шумности, определяемый в зависимости от типа установки, определяемый по данным работы [3];

p_в – полное давление, Па;

V – объемный расход воздуха в вентиляторе, м³/с;

∆ L₁ – поправка для учета распределения звуковой мощности вентилятора по октавным полосам частот [3];

∆ L₂ – поправка для учета акустического влияния присоединения воздуховода к вентилятору [3];

δ – поправка, учитывающая режим работы вентилятора, величина которой равна нулю при работе вентилятора в режиме максимума КПД, или с отклонением от него не более чем на 10%, а при отклонении на 20% – δ = 2-4 дБ.

Компрессорные и вентиляционные установки являются самым распространенным источником шума на производстве и часто в быту. В случае работы стационарных установок распространение шума происходит через всасывающие и выхлопные отверстия воздуховодов.

При сбросе сжатого воздуха турбореактивными двигателями возникает интенсивный шум, источником которого является высокоскоростная струя воздуха. Общий уровень звуковой мощности в широком диапазоне частот можно определить по приближенной формуле

L_p = 80 lg v_c + 20 lg p_c + 10 lg S – К, (5.9)

где v_c – скорость истечения газа из сопла;

p_c – плотность струи в выходном сечении сопла;

S – площадь поперечного сечения сопла;

К – величина, зависящая от температуры струи (для холодных струй она равна 57 дБ, для турбореактивных двигателей – 44 дБ).

5.1.4. Меры борьбы с шумовым загрязнением

При разработке или выборе методов защиты окружающей среды от шумов принимается целый комплекс мероприятий, включающий:

проведение необходимых акустических расчетов и измерений, их сравнение с нормированными и реальными шумовыми характеристиками;

определение опасных и безопасных зон; разработка и применение звукопоглощающих, звукоизолирующих устройств и конструкций;

выбор соответствующего оборудования и оптимальных режимов работы;

снижение коэффициента направленности шумового излучения относительно интересующей территории;

выбор оптимальной зоны ориентации и оптимального расстояния от источника шума;

проведение архитектурно-планировочных работ;

организационно-технические мероприятия по профилактике в части своевременного ремонта и смазки оборудования;

запрещение работы на устаревшем оборудовании, производящем повышенный уровень шума и т.п.

Перечисленные мероприятия, сведенные в рис. 5.3, относятся к коллективным средствам защиты от шума, широко применяемым на промышленных предприятиях [9]. Использование в той или иной степени этого комплекса мероприятий зависит от каждого конкретного случая.

Рис. 5.3. Классификация коллективных средств защиты от шума [9]

Основным методом борьбы с шумом на железнодорожном транспорте является улучшение конструкции машин, более жесткие технологические требования к машинам и механизмам, особенно:

уменьшение дисбалансов роторов электрических машин;

установка глушителей;

переход на электротягу;

улучшение стыковки рельсов (для рельсового транспорта), установка амортизирующих прокладок, гребнесмазывателей и др.

Очень важно уменьшить мощность шумовых источников за счет оптимального размещения предприятий, создания объездов, развязок на основе шумовых карт.

Не менее важны градостроительные мероприятия: вдоль транспортных магистралей необходимо улучшить остекление домов, использовать разделительные оконные переплеты, увеличить плотность естественных и искусственных экранов. В домах, расположенных вблизи шумовых источников, при невозможности отселения жителей, применяют тройное остекление окон с раздельными переплетами, стеклопакет. Шум при этом уменьшается в 2,5 раза при закрытых окнах.

Таким образом, исходя из данных рис. 5.3 и сказанного выше, для защиты от шума основными техническими мероприятиями, направленными на снижение уровня шума, являются звокоизоляция, звокопоглощение и установление глушителей.

Звукопоглощением называется процесс перехода части энергии звуковой волны в тепловую энергию среды, в которой распространяется звук. Как отмечалось выше, звукопоглощение в непрерывных средах характеризуется уменьшением амплитуды распространяющихся звуковых волн в зависимости от расстояния. Кроме удаления источника звука на определенное расстояние, на котором достигается нормативный уровень звука, для звукопоглощения применяются различные поглощающие материалы. Звукопоглощение в этих материалах зависит от частоты и угла падения волны на звукопоглощающий материал. Зависимость звукопоглощения некоторых материалов от частоты звуковых колебаний приведена в табл. 5.3 [3, 9].

Таблица 5.3

Зависимость коэффициента звукопоглощения ряда материалов от частоты

звуковых колебаний

Материал	Частота, Гц
	125	250	500	1000	2000	4000
Минеральная вата	-	0,3	0,66	0,76	-	-
Шторы (у стены)	0,03	0,04	0,11	0,17	0,24	0,35
Шторы (от стены 20 см)	0,08	0,29	0,44	0,50	0,40	0,35
Ковер (плюш из войлока)	0,11	0,14	0,37	0,43	0,27	0,25
Штукатурка на деревянной решетке	0,012	0.013	0,018	0,045	0.028	0.055
Стул с бархатной спинкой	-	0,17	0,16	0,17	0,21	-

К звукопоглощающим относятся материалы, у которых коэффициент поглощения выше 0,3. В зависимости от механизма поглощения звука эти материалы делятся на три вида:

- волокнистые пористые материалы (ультратонкие стеклянные или базальтовые волокна, в которых звукопоглощение осуществляется за счет вязкого трения воздуха в порах);

- войлоки, древесноволокнистые материалы, минеральная вата, в которых помимо вязкого трения происходят релаксационные потери, связанные с деформацией нежесткого скелета;

- панельные материалы, звукопоглощение в которых обусловлено деформацией всей поверхности или некоторых ее участков (фанерные щиты, плотные шторы и т.п.).

Наряду с непосредственным переходом части звуковой энергии в тепловую, звуковая волна ослабевает за счет ее частичного проникновения через ограждения, щели, окна и т.д.

Звукоизоляция – процесс снижения уровня шума, проникающего через ограждение в помещение. Для звукоизоляции применяют акустические экраны, звукоизоляционные ограждения и кожухи. Звукоизолирующая способность S_и ограждения с учетом звукопоглощения может быть рассчитана для изолируемого помещения по формуле [3, 9]

(5.10)

где S – площадь ограждения, м²;

∑К_п S_i – сумма общих звуковых поглощений всех тел, находящихся в помещении, включая стены, пол, потолок и т.д.;

К_п – коэффициент поглощения;

К_пр – коэффициент прохождения звука.

Глушители шума по принципу действия делятся на абсорбционные, реактивные и комбинированные.

Принцип действия абсорбционных глушителей основан на поглощении звуковой волны в звукопоглощающих материалах. Снижение шума ∆L_гл в этом глушителе определяется по формуле

(5.11)

где L – длина глушителя;

К_п – коэффициент звукопоглощения;

S – периметр облицовки поперечного сечения глушителя;

∆s – площадь поперечного сечения.

В реактивных глушителях используется явление отражения звуковой волны обратно к источнику шума с использованием отражателей и объемных резонаторов. Этот вид глушителей применяется в том случае, когда в спектре источника шума наблюдаются ярко выраженные дискретные составляющие (поршневые компрессоры, двигатели внутреннего сгорания и т.д.). Глушители этого вида устанавливают непосредственно в трубопроводах, поперечные размеры которых меньше длины волны заглушаемого звукового колебания. Глушители имеют резонансную частоту, определяемую по формуле

(5.12)

где ω – угловая скорость;

l – длина горловины;

d – диаметр отверстия;

S_o – площадь поперечного сечения горловины;

V – объем резонатора.

При наличии в спектре источника шума с несколькими резонансными частотами применяют многокамерные концентричные системы.

В комбинированных глушителях используются как поглощение, так и отражение звука.

Более подробные сведения о защите окружающей среды от шума приведены в работах [3, 9].