МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

УТВЕРЖДАЮ

Зам. директора института

Б.А. БОНДАРОВИЧ

«23» сентября 1985 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РАСЧЕТУ НИЗКОЧАСТОТНЫХ
ГЛУШИТЕЛЕЙ ШУМА
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ
СТРОЯЩИХСЯ ТОННЕЛЕЙ И МЕТРОПОЛИТЕНОВ

Одобрены Главтоннельметростроем

Москва 1985

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие Методические рекомендации разработаны в развитие СНиП II-12-77 «Защита от шума» и предназначены для проектных организаций отрасли.

В основу Методических рекомендаций положены результаты экспериментальных научно-исследовательских работ ЦНИИСа и теоретических исследований, выполненных в Акустическом институте им. Н.Н. Андреева АН СССР [1-4].

Эксперименты показали высокую акустическую эффективность глушителей в виде цепочек резонаторов оптимальной длины и глушителей с гофрированной стенкой, достигающую 40 дБ на длину волны в широком заданном интервале частот, что подтвердило результаты расчетов. Оптимизированные параметры этих глушителей выгодно отличают их от серийно выпускаемых глушителей шума вентиляторов с электрическим и пневматическим приводами.

В Методических рекомендациях приведены общие положения, алгоритмы и примеры расчета геометрических размеров, а также таблицы характерных параметров глушителей для типовых радиусов воздуховодов.

Методические рекомендации разработали канд. техн. наук И.Я. Дорман и инж. И.К. Исаев.

И. О. зав. отделением вычислительной техники,

методов исследований и испытаний конструкций и материалов

Е.Г. Игнатьев

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Методические рекомендации следует использовать при расчете низкочастотных глушителей шума (интервал частот от 63 до 500 Гц) осевых вентиляторов систем вентиляции строящихся тоннелей и метрополитенов¹.

¹ В справочном приложении 1 даны таблицы значений пространственного коэффициента поглощения звука в воздухе в зависимости от температуры, относительной влажности и частоты. Этими таблицами можно пользоваться для ориентировочного расчета минимально возможного затухания шума в тоннеле.

1.2. Необходимо устанавливать два глушителя на вентилятор: на всасывании и на нагнетании.

1.3. Рекомендуется использовать два типа глушителей: глушитель в виде цепочки резонаторов оптимальной длины и глушитель с гофрированной стенкой.

1.4. Глушитель в виде цепочки резонаторов оптимальной длины рекомендуется использовать в интервале частот, ограниченном снизу частотой 63 Гц, а сверху частотой F_i, Гц, которая вычисляется по формуле

F_i = 0,38c / R,                                                            (1)

где c -    скорость звука в воздухе, c = 333 м/с;

R -   радиус воздуховода, м.

1.5. Глушитель с гофрированной стенкой рекомендуется использовать в интервале частот, ограниченном снизу частотой F_i ≥ 400 Гц, а сверху частотой F_j, Гц, которая вычисляется по формуле

F_j = nz,                                                                     (2)

где n -    число оборотов рабочего колеса вентилятора, с;

z -    число лопастей рабочего колеса.

Она является частотой первой гармоники в спектре шума вентилятора.

1.6. Выбор конкретных типов глушителей определяется соотношением частот F_i и F_j (см. пп. 1.4, 1.5).

Если F_j > F_i, то рекомендуется использовать оба типа глушителей в виде многоступенчатой последовательной конструкции: первая ступень состоит из глушителей в виде цепочек резонаторов оптимальной длины в интервале частот от 63 до F_i, Гц (как правило, это одна или две цепочки соответственно на одну октаву 63-125 Гц или на две октавы 63-125 и 125-250 Гц), а вторая ступень - глушитель с гофрированной стенкой на частоте F_j, Гц (рис. 1).

Рис. 1. Многоступенчатая конструкция глушителя:

1 - вентилятор; 2 - секция глушителя в виде цепочки резонаторов оптимальной длины; 3 - секция глушителя с гофрированной стенкой; 4 - воздуховод

Если F_j < F_i, то достаточно использовать только один или два глушителя в виде цепочек резонаторов оптимальной длины.

1.7. Минимальная акустическая эффективность глушителей обоих типов должна составлять 15 дБ, максимальная акустическая эффективность глушителей, приведенная в Методических рекомендациях, составляет 40 дБ, хотя принципиальных ограничений сверху на нее не накладывается.

1.8. Звукоизоляция стенок обоих типов глушителей должна быть не менее акустической эффективности глушителей.

1.9. Конструкции глушителей обоих типов должны быть герметичными и несущими, должны иметь отверстия с болтами для удаления пыли, а также приспособления для захвата глушителей подъемными средствами и подвески к кровле выработки.

1.10. Конструкции глушителей обоих типов должны иметь переходные устройства для соединения с вентиляторами и воздуховодами, включающие виброизолирующие прокладки.

1.11. Стенки глушителей рекомендуется выполнять слоистыми (рис. 2). Первый слой - собственно глушитель из коррозионно-стойких металлов или (и) стеклопластиков. Второй слой - внешний - из металлической фольги, подкрепленной металлической лентой. Между первым и вторым слоем рекомендуется засыпать песок.

Рис. 2. Слоистая конструкция стенок глушителя:

1 - глушитель; 2 - внешний слой; 3 - песок

2. РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ГЛУШИТЕЛЕЙ

2.1. Расчет геометрических размеров глушителей в виде цепочек резонаторов оптимальной длины (рис. 3) выполняют в соответствии с алгоритмом и примером, приведенным в обязательном приложении 2.

Рис. 3. Секция глушителя в виде цепочки резонаторов оптимальной длины

2.2. В табл. 1 даны геометрические размеры глушителей в виде цепочек резонаторов оптимальной длины с акустической эффективностью 15, 20, 25, 30, 35, 40 дБ и внутренними радиусами 0,20; 0,25; 0,30; 0,40 м.

Таблица 1

Геометрические размеры глушителей в виде цепочки резонаторов оптимальной длины, обладающих максимальным аэродинамическим сопротивлением 100 Па

2.3. Расчет геометрических размеров глушителей с гофрированной стенкой (рис. 4) выполняется в соответствии с алгоритмом и примером, приведенным в обязательном приложении 3.

Рис. 4. Секция глушителя с гофрированной стенкой

2.4. В табл. 2 даны геометрические размеры глушителей с гофрированной стенкой с акустической эффективностью 15, 20, 25, 30, 35, 40 дБ и радиусами срединных поверхностей 0,20; 0,25; 0,30; 0,40 м.

2.5. При выполнении стенок глушителей слоистыми толщина слоя песчаной засыпки должна быть не менее 0,025 м.

Таблица 2

Геометрические размеры глушителя с гофрированной стенкой при периоде гофр 0,334 м и частоте F_j = 500 Гц, обладающего максимальным аэродинамическим сопротивлением 20 Па

Приложение 1

Справочное

ТАБЛИЦА ЗНАЧЕНИЙ ПРОСТРАНСТВЕННОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ, дБ/100 м (октавный спектральный анализ, указаны значения ≥ 1 дБ/100 м)

Приложение 2

Обязательное

АЛГОРИТМ И ПРИМЕР РАСЧЕТА ГЛУШИТЕЛЯ В ВИДЕ ЦЕПОЧКИ РЕЗОНАТОРОВ ОПТИМАЛЬНОЙ ДЛИНЫ

1. Исходные данные:

R -    внутренний радиус глушителя, м;

c -     скорость звука в воздухе, c = 333 м/с;

ΔF -  интервал частот акустической эффективности глушителя, Гц;

F_в -   верхняя граничная частота интервала частот, Гц;

N -    акустическая эффективность глушителя, дБ.

2. Назначают внешний радиус глушителя R* = 2R¹.

¹ Внешний радиус глушителя R* в стесненных условиях, например, при проходке штолен, может быть назначен менее 2R, что несколько изменит интервал частот акустической эффективности глушителя.

3. Вычисляют длину звуковой волны λ на верхней граничной частоте выбранного интервала частот λ = c / F_в.

4. Назначают акустическую эффективность глушителя равной 15; 20; 25; 30; 35 или 40 дБ.

5. Вычисляют оптимальную длину глушителя

L_орт = λ (N + 6) · 1,83 · 10^-2.

6. Назначают длину горлышка единичного резонатора l = 0,5R.

7. Назначают ширину горлышка единичного резонатора δ = l / 10.

8. Вычисляют площадь сечения горлышка единичного резонатора

S = 2πRδ, π = 3,14.

9. Вычисляют эффективную длину горлышка единичного резонатора l′ = R · 0,405.

10. Вычисляют объем единичного резонатора

Ω = Sc² / (πF_в)²l′.

11. Вычисляют число резонаторов в цепочке

q = 9,42 R² L / Ω.

12. Вычисляют длину единичного резонатора Y = L / q.

13. Округляя число резонаторов до целого с избытком, уточняют оптимальную длину глушителя L* = Y[q].

14. Уточняют акустическую эффективность глушителя

N* = L* / (λ · 1,83 · 10)^-6.

15. Пример расчета глушителя в виде цепочки резонаторов оптимальной длины.

Исходные данные:

R = 0,3 м;

c = 333 м/с;

ΔF = 125-250 Гц; F_в = 250 Гц;

N = 25 дБ.

Расчет производим следующим образом:

R* = 0,3 · 2 = 0,6 м;

λ = 333 / 250 = 1,332 м;

L_орт = 1,332 - (25 + 6) · 1,83 · 10^-2 = 0,756 м;

l = 0,5 · 0,3 = 0,15 м;

δ = 0,1 · 0,15 = 0,015 м;

S = 6,28 · 0,3 · 0,015 = 0,028 м²;

l′ = 0,3 · 0,405 = 0,121 м;

Ω = 0,028 · 333² / (3,14 · 250)² · 0,121 = 0,042 м³;

q = 9,42 · (0,3)² · 0,756 / 0,042 = 15,26;

Y = 0,756 : 15,26 = 0,050 м; [q] = 16;

L* = 0,50 · 16 = 0,800 м;

N* = 0,800 / (1,332 · 1,83 · 10^-2) - 6 = 26,8 дБ.

Приложение 3

Обязательное

АЛГОРИТМ И ПРИМЕР РАСЧЕТА ГЛУШИТЕЛЯ С ГОФРИРОВАННОЙ СТЕНКОЙ¹

¹ Аналогично может быть рассчитан глушитель с периодически неоднородной стенкой.

1. Исходные данные:

R -    радиус срединной поверхности глушителя, м;

F -    частота, Гц;

N -    акустическая эффективность глушителя, дБ.

2. Назначают высоту (глубину) синусоидальных гофр u равной 0,2R.

3. Вычисляют постоянную распространения

k = 0,019F.

4. Вычисляют коэффициент затухания β = 2ku / R.

5. Вычисляют длину глушителя

L = 0,115 N / β.

6. Вычисляют период гофр

Λ = π / k, π = 3,14.

7. Вычисляют число гофр q = L / λ и округляют его до целого с избытком.

8. Уточняют длину глушителя L* = λ[q].

9. Уточняют акустическую эффективность глушителя

N* = 8,68 β L*.

10. Пример расчета глушителя с гофрированной стенкой.

Исходные данные:

R = 0,3 м;

F = 500 Гц;

N = 25 дБ.

Расчет производим следующим образом:

u = 0,2 · 0,3 = 0,06 м;

k = 0,019 · 500 = 9,4 м^-1;

β = 2 · 9,4 · 0,05 / 0,3 = 3,133 м^-1;

L = 0,115 · 25 / 3,133 = 0,919 м;

Λ = 3,14 / 9,4 = 0,334 м;

q = 0,919 / 0,334 = 2,75; [q] = 3;

L* = 3 · 0,334 = 1,002 м;

N* = 8,68 · 3,133 · 1,002 = 27,24 дБ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Исакович М.А. Теория волноводной изоляции в длинных линиях. IV Всесоюзный симпозиум по дифракции и распространению волн. Ереван, 1973, т. 11, с. 105.

2. Цилькер Л.С. Применение волноводного изолятора для нормальной волны нулевого порядка в трубе. - Акустический журнал, 1980, т. 26, вып. 1. с. 127-131.

3. Лапин А.Д. Звукоизоляция в многомодальном волноводе, создаваемая периодическими неровностями и неоднородностями его стенок. - Акустический журнал, 1977, т. 23, вып. 6, с. 899-906.

4. Исаев И.К. Условие затухания упругих волн в искусственных волноводах. Сб. научных трудов ЦНИИСа «Охрана труда в транспортном строительстве». М., ЦНИИС, 1980, с. 41-45.

СОДЕРЖАНИЕ