Глушители.

Глушители шума в зависимости от принципа действия подразделяются на:

- реактивные;

- активные;

- комбинированные.

Эффективность глушителя, дБ, оценивается по формуле

D = 10 lg (W_i / W₀) (4.35)

где Wi, W₀ — звуковая мощность на входе в глушитель и на выходе из него, Вт.

Реактивные глушители.Глушители реактивного типа используют отражение звуковой волны в обратном направлении при изменении сечения тракта. На этом принципе базируются простейшие реактивные так называемые расширительные глушители (рис. 4.12).

Затухание звуковой волны D, дБ, при изменении сечения т - S₂ / S₁ равно

(4.36)

где

Выражение для D применимо только для плоских звуковых волн, т. е. для трактов диаметром менее чем 0,75 λ, где λ длина звуковой волны.

Схема простейшего однокамерного расширительного глушителя показана на рис. 4.13, а. Эту конструкцию часто называют отражательным глушителем, или акустическим фильтром. Такие глушители очень часто используют в судовых условиях. Они технологичны, и подбором размеров их легко настроить на необходимое затухание заданной полосы частот.

Величина затухания в расширительном глушителе может быть рассчитана по формуле

(4.37)

где l - длина расширительной камеры.

Для определенных значений отношения l/λ, затухание равно нулю (рис. 4.13, б). Для значения т = 10, например, максимальное затухание D≈14 дБ. Это получается (теоретически) при l /λ = ¼; l /λ = ¾; l /λ = 5/4 и т. д.

Рис. 4.13.Схема расширительного глушителя (а) и его эффективность (б)

Формула применима для глушителей, поперечные размеры которых (например, диаметр для круглых глушителей) значительно меньше длины звуковой волны, примерно до λ/4.

Пример.Глушитель должен давать затухание 10 дБ в частотном диапазоне f = 50 ÷ 150 Гц. Температура газа около 320°С. Длина расширительной части 0,8 м.

Решение. Скорость звука с при данных условиях

с = 20,05 √(273 + 320) = 488 м/с.

Для

f= 50 Гц λ = c/50 = 488/50 = 9,75 м.

Для

f = 150 λ = c /150 = 488/150 =3,25 м.

Минимально допустимое значение

l /λ = 0,8 / 9,75 = 0,082.

Наибольшее значение

l /λ = 0,8 / 3,25 = 0,24.

Из номограммы на рис. 4.14 находим среднее значение m = 14.

Расчетная и измеренная эффективность небольшого расширительного глушителя показана на рис. 4.15.

Рис. 4.15.Расчетная (1) и измеренная (2) эффективность расширительного глушителя

Реактивные глушители часто конструируются в виде серии расширительных камер, соединенных короткими трубками. Такой глушитель, как и обычный однокамерный расширительный, является акустическим фильтром.

Глушитель может быть представлен эквивалентной моделью электрических фильтров. Схема, показанная на рис. 4.16, представляет собой низкочастотный фильтр. Ниже определенной граничной частоты звуковая энергия проходит более или менее беспрепятственно (D = 0), выше этой частоты начинается затухание.

Величина D зависит не только от собственно глушителя, но и от акустических характеристик соседних с глушителем звеньев. Эти факторы должны учитываться при расчетах глушителей.

Рис. 4.16.Многокамерный реактивный глушитель

Следует отметить, однако, что до сих пор нет полностью удовлетворяющей инженерную практику теории для более сложных реактивных глушителей.

Активные глушители.Принцип работы активных глушителей заключается в превращении звуковой энергии в тепловую в звукопоглощающем материале.

Принципиальная схема глушителя патрубкового типа показана на рис. 4.17, а. Звуковая энергия, входящая со средой а, проходит через перфорированный экран с и поглощается в материале d. Глушители этого типа эффективны в широком диапазоне частот.

Рис. 4.17. Принципиальные схемы активных глушителей типа: а - патрубкового;

б – пластинчатого

Для звукопоглощающего материала, имеющего определенный коэффициент звукопоглощения а, затухание увеличивается пропорционально величине отношения lL/F, где l - длина; L - периметр; F - сечение глушителя (ячейки глушителя). Схема пластинчатого глушителя, спроектированного по этому принципу, показана на рис. 4.17, б. Глушитель короткий по длине, но общая звукопоглощающая площадь очень велика. Сопротивление его несколько выше, чем глушителя-патрубка, рассмотренного ранее.

В качестве звукопоглощающего материала используют минеральное волокно. В последнее время начинают использовать металлический «войлок». Толщина звукопоглощающего материала порядка 2,5-3,0 см. Для улучшения звукопоглощения на низких частотах толщина материала увеличивается до 8-10 см и выше.

Для крепления звукопоглощающего материала используется тонкая металлическая сетка или перфорированный лист с перфорацией не менее 30%. Опыт показывает, что такое покрытие практически не снижает звукопоглощение. Однако если звукопоглощающий материал покроется остатками несгоревшего топлива - коксом или сажей, поглощение может резко снизиться.

Расчет. Часто для приближенного расчета и выбора параметров активного глушителя используется формула, в которой затухание, дБ,

(4.37)

где α - коэффициент поглощения;

L - периметр по сечению звукопоглощающего материала, м;

F - сечение глушителя, м²;

l - длина глушителя, м.

Формула применима для λ≥ b/2, где b - наибольшая ширина глушителя. Для высокочастотного шума (короткие волны) простой одноканальный глушитель малоэффективен. На рис. 4.18 показано затухание звука в децибелах на метр длины такого глушителя размером 33 X 33 см, облицованного минеральным волокном.

Рис. 4.18.Эффективность активного одноканального глушителя квадратного сечения

Рис. 4.19.Трехканальный глушитель активного типа

На частоте f = 2000 Гц, где λ = 17 см, затухание максимально (λ ≈ b/2). При меньших и более высоких значениях λ затухание снижается. Это объясняется следующим. Для эффективного поглощения звука толщина звукопоглощающего материала должна быть равной около полуволны заглушаемого звука, т. е. λ/2, что практически для низких частот осуществить трудно. Поэтому в низкочастотной области спектра затухание звуковой энергии в активных глушителях обычно падает. На высоких частотах длина волн много меньше поперечных размеров тракта (глушителя) и концентрированный пучок звуковых волн проходит в центре глушителя без поглощения на более или менее длительном расстоянии, поэтому затухание падает также и на высоких частотах.

Формула для затухания энергии, дБ, в глушителе цилиндрической формы имеет вид

(4.38)

где r — радиус трубы, м.

Затухание энергии в глушителе, имеющем сечение, показанное на рис. 4.19, определяется по формуле

(4.39)

Глушитель имеет несколько каналов, и их высота меньше, чем у одноканального таких же размеров глушителя. Поэтому этот глушитель эффективно используется для снижения высокочастотного шума (малая λ).

Организационно-технические методы защиты от шума включают в себя:

- применение малошумных технологических процессов (изменение технологии производства, способа обработки и транспортирования материала и др.);

- оснащение шумных машин средствами дистанционного управления и автоматического контроля;

- применение малошумных машин, изменение конструктивных элементов машин, их сборочных единиц;

- совершенствование технологии ремонта и обслуживания машин;

- использование рациональных режимов труда и отдыха работников на шумных предприятиях.

Все способы модернизации оборудования, уменьшающие
уровни шума, указать невозможно, их очень много. Они определяются типом оборудования,требованиями к величине допускаемого уровня шума на рабочих участках, производственными возможностями и т, п. В частности, сюда могут быть отнесены:

а) изменение упругости или массы отдельных конструктивных
элементов машин с целью изменения собственных частот колебаний, что даст возможность вывода их из состояния резонанса;

б) обеспечение плотного прилегания в местах связи сопрягаемых -
деталей путем использования амортизирующих материалов
таких, как резина, асбест, картон, пробка и т. п. или пружинных
амортизаторов, а также применения рациональных способов
крепления отдельных элементов к корпусу машины;

в) замена металлов материалами типа пластмассы, текстолита, фибролита и т. п., хромирование, а также покрытие поверхности деталей различного рода лаками и красками;

г) покрытие вибрирующих со значительной амплитудой поверхностей оборудования демпфирующими
материалами с большими коэффициентами внутреннего трения - -
битумом, резиной, толем, фетром, асбестом, специальными мастиками при условии плотного их прилегания к вибрирующей поверхности. Модернизация оборудования, как правило, увеличивает срок службы машин и улучшает их
технико-эксплуатационные данные.

Средства индивидуальной защиты человека от шума в зависимости от конструктивного исполнения подразделяются на:

- противошумные наушники, закрывающие ушную раковину снаружи;

- противошумные вкладыши, перекрывающие наружный слуховой проход или прилегающие к нему;

- противошумные шлемы и каски;

- противошумные костюмы.

Применение средств индивидуальной защиты от интенсивных
шумов является эффективным, если они рационально
выбраны и систематически используются.

Исследования, проведенные с помощью современных физиологических методов, показали, что индивидуальные средства значительно защищают организм от раздражающего действия-
шума, обеспечивая предупреждение различных глубоких
функциональных нарушений и расстройств. Однако использование средств индивидуальной защиты не решает проблемы борьбы
с шумом в целом. Только правильно разработанный комплекс
описанных выше мероприятий может полностью предотвратить
вредные воздействия шума на организм работающих.