К.т.н. Л.В. Родионов, начальник отдела сопровождения научных исследований; к.т.н. С.А. Гафуров, старший научный сотрудник; к.т.н. В.С. Мелентьев, старший научный сотрудник; к.т.н. А.С. Гвоздев, ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва», г. Самара
Для обеспечения горячей водой и отоплением современных многоквартирных домов (МКД) в проекты иногда закладываются крышные котельные. Данное решение в некоторых случаях является экономически выгодным. При этом, зачастую, при монтаже котлов на фундаменты не обеспечивается должная виброизоляция . В результате жильцы верхних этажей подвержены постоянному шумовому воздействию.
Согласно действующим на территории России санитарным нормам уровень звукового давления в жилых помещениях не должен превышать 40 дБА – днём и 30 дБА – ночью (дБА – акустический децибел, единица измерения уровня шума с учётом восприятия звука человеком. – Прим. ред.).
Специалистами института акустики машин при Самарском государственном аэрокосмическом университете (ИАМ при СГАУ) были выполнены измерения уровня звукового давления в жилом помещении квартиры, расположенной под крышной котельной жилого дома . Выяснилось, что источником шума являлось именно оборудование крышной котельной. Несмотря на то что эту квартиру от помещения крышной котельной отделяет технический этаж, по результатам замеров зафиксировано превышение дневных санитарных норм, как по эквивалентному уровню, так и на октавной частоте 63 Гц (рис. 1).
Измерения были выполнены в дневное время суток. Ночью режим работы котельной практически не меняется, а фоновый уровень шума может быть ниже. Поскольку оказалось, что «проблема» присутствует уже днём, то измерения в ночное время суток решено не проводить.
Рисунок 1 . Уровень звукового давления в квартире в сравнении с санитарными нормами.
Локализация источника шума и вибрации
Для более точного определения «проблемной» частоты были выполнены измерения уровня звукового давления в квартире, котельной и на техническом этаже на разных режимах работы оборудования.
Наиболее характерным режимом работы оборудования, при котором появляется тональная частота в низкочастотной области, является одновременная работа трёх котлов (рис. 2). Известно, что частота рабочих процессов котлов (горение внутри) достаточно низкая и приходится на диапазон 30-70 Гц.
Рисунок 2. Уровень звукового давления в различных помещениях при работе трёх котлов одновременно
Из рис. 2 видно, что частота 50 Гц преобладает во всех измеренных спектрах. Таким образом, основной вклад в спектры уровней звукового давления в исследуемых помещениях вносят котлы.
Уровень фоновых помех в квартире не сильно меняется при включении котельного оборудования (кроме частоты 50 Гц), поэтому можно сделать вывод, что звукоизоляция двух перекрытий, отделяющих помещение котельной от жилых комнат, достаточна для снижения уровня воздушного шума, производимого котельным оборудованием до санитарных норм. Следовательно, следует искать другие (не прямые) пути распространения шума (вибрации) . Вероятно, высокий уровень звукового давления на 50 Гц обусловлен структурным шумом.
Для локализации источника структурного шума в жилых помещениях, а также для выявления путей распространения вибрации дополнительно проведены замеры виброускорения в котельной, на техническом этаже, а также в жилом помещении квартиры верхнего этажа.
Измерения проведены на различных режимах работы котельного оборудования. На рис. 3 представлены спектры виброускорений для режима, при котором работают все три котла.
По результатам проведённых замеров сделаны следующие выводы:
– в квартире на верхнем этаже под котельной санитарные нормы не выполняются;
– основным источником повышенного шума в жилых помещениях является рабочий процесс горения в котлах. Превалирующей гармоникой в спектрах шума и вибрации является частота 50 Гц.
– отсутствие должной виброизоляции котла от фундамента приводит к передаче структурного шума на пол и стены котельной. Вибрация распространяется как через опоры котлов, так и по трубам с передачей от них к стенам, а также полу, т.е. в местах жёсткого их соединения.
– следует разрабатывать мероприятия по борьбе с шумом и вибрацией на пути их распространения от котла.
а)
б)
в)
Рисунок 3 . Спектры виброускорения: а – на опоре и фундаменте котла, на полу котельной; б – на опоре выхлопной трубы котла и на полу около выхлопной трубы котла; в – на стене котельной, на стене технического этажа и в жилом помещении квартиры.
Разработка системы виброзащиты
Исходя из предварительного анализа распределения масс конструкции газового котла и оборудования, для выполнения проекта были выбраны тросовые виброизоляторы ВМТ-120 и ВМТ-60 с номинальной нагрузкой на один виброизолятор (ВИ) 120 и 60 кг соответственно. Схема виброизолятора показана на рис. 4.
Рисунок 4. 3D-модель тросового виброизолятора модельного ряда ВМТ.
Рисунок 5. Схемы закрепления виброизоляторов: а) опорная; б) подвесная; в) боковая.
Разработаны три варианта схемы закрепления виброизоляторов: опорная, подвесная и боковая (рис. 5).
Расчёты показали, что боковая схема установки может быть реализована с помощью 33 виброизоляторов ВМТ-120 (для каждого котла), что является экономически нецелесообразным. Кроме этого, предполагаются весьма серьёзные сварочные работы.
При реализации подвесной схемы усложняется вся конструкция, так как к раме котлов необходимо приваривать широкие и достаточно длинные уголки, которые также будут сварены из нескольких профилей (для обеспечения необходимой крепёжной поверхности).
Кроме того, сложна технология установки рамы котла на эти полозья с ВИ (неудобно крепить ВИ, неудобно ставить и центрировать котёл и т.п.). Ещё один недостаток такой схемы – свободное перемещение котла в боковых направлениях (раскачивание в поперечной плоскости на ВИ). Количество виброизоляторов ВМТ-120 для данной схемы составляет 14.
Частота виброзащитной системы (ВЗС) – около 8,2 Гц.
Третий, наиболее перспективный и технологически более простой вариант – со стандартной опорной схемой. Для неё потребуется 18 виброизоляторов ВМТ-120.
Расчётная частота ВЗС 4,3 Гц. Кроме этого, конструкция самих ВИ (часть тросовых колец расположена под углом) и грамотное их размещение по периметру (рис. 6), позволяет воспринимать при такой схеме и боковую нагрузку, величина которой составит порядка 60 кгс на каждый ВИ, при этом вертикальная нагрузка на каждый ВИ составляет около 160 кгс.
Рисунок 6. Размещение виброизоляторов на раме при опорной схеме.
Проектирование системы виброзащиты
На основе данных проведённых статических испытаний и динамического расчёта параметров ВИ была разработана система виброзащиты котельной жилого дома (рис. 7).
Объект виброзащиты включает три котла одинаковой конструкции 1 , установленные на бетонных фундаментах с металлическими стяжками; систему трубопроводов 2 для подвода холодной и отвода нагретой воды, а также отвода продуктов горения; систему труб 3 для подвода газа к горелкам котлов.
Созданная виброзащитная система включает внешние виброзащитные опоры котлов 4 , предназначенные для поддержки трубопроводов 2 ; внутренний виброзащитный пояс котлов 5 , предназначенный для изоляции вибрации котлов от пола; внешние виброзащитные опоры 6 для газовых труб 3.
Рисунок 7. Общий вид котельной с установленной виброзащитной системой.
Основные конструктивные параметры системы виброзащиты:
1. Высота от пола, на которую необходимо поднять силовые рамы котлов – 2 см (допуск при установке минус 5 мм).
2. Количество виброизоляторов из расчёта на один котёл: 19 ВМТ-120 (18 – во внутреннем поясе, несущем вес котла, и 1 – на внешней опоре для демпфирования вибраций водяного трубопровода), а также 2 виброизолятора ВМТ-60 на внешних опорах – для виброзащиты газового трубопровода.
3. Схема нагружения типа «опора» работает на сжатие, обеспечивая хорошую виброизоляцию. Собственная частота системы составляет в диапазоне 5,1-7,9 Гц, что даёт эффективную виброзащиту в области свыше 10 Гц.
4. Коэффициент демпфирования виброзащитной системы составляет 0,4-0,5, что обеспечивает усиление на резонансе не более 2,6 (амплитуда колебаний не более 1 мм при амплитуде входного сигнала 0,4 мм).
5. Для регулировки горизонтальности котлов на боковых сторонах котла в П-образных профилях предусмотрено девять посадочных мест под виброизоляторы аналогичного типа. Номинально установлено только пять.
При монтаже возможно располагать виброизоляторы в произвольном порядке в любые из предусмотренных девять мест для достижения совмещения центра масс котла и центра жёсткости виброзащитной системы.
6. Преимущества разработанной виброзащитной системы: простота конструкции и монтажа, незначительная величина подъёма котлов над полом, хорошие демпфирующие характеристики системы, возможность регулировки.
Эффект от использования разработанной виброзащитной системы
При внедрении разработанной виброзащитной системы уровень звукового давления в жилых помещениях квартир верхних этажей снизился до допустимого уровня (рис. 8) . Измерения были выполнены и в ночное время суток.
Из графика на рис. 8 видно, что в нормируемом частотном диапазоне и по эквивалентному уровню звука санитарные нормы в жилом помещении выполняются.
Эффективность от разработанной виброзащитной системы при измерениях в жилом помещении на частоте 50 Гц составляет 26,5 дБ, а по эквивалентному уровню звука 15 дБА (рис. 9).
Рисунок 8 . Уровень звукового давления в квартире в сравнении с санитарными нормами с учётом разработанной виброзащитной системы.
Рисунок 9. Уровень звукового давления в третьоктавных полосах частот в жилом помещении при работе трёх котлов одновременно.
Заключение
Созданная виброзащитная система позволяет защищать жилой дом, оборудованный крышной котельной, от вибраций, создаваемой работой газовых котлов, а также обеспечивать нормальный вибрационный режим работы для самого газового оборудования вместе с системой трубопроводов, увеличивая ресурс службы и снижая вероятность аварий.
Основными преимуществами разработанной виброзащитной системы являются простота конструкции и монтажа, низкая стоимость в сравнении с другими типами виброизоляторов, устойчивость к температурам и загрязнению, незначительная величина подъёма котлов над полом, хорошие демпфирующие характеристики системы, возможность регулировки.
Виброзащитная система препятствует распространению структурного шума от оборудования крышной котельной по конструкции здания, тем самым снижая уровень звукового давления в жилых помещениях до допустимого уровня.
Литература
1. Иголкин, А.А. Снижение шума в жилом помещении за счёт применения виброизоляторов [Текст] / А.А. Иголкин, Л.В. Родионов, Е.В. Шахматов // Безопасность в техносфере. № 4. 2008. С. 40-43.
2. СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки», 1996, 8 с.
3. ГОСТ 23337-78 «Шум. Методы измерения шума на селитебной территории и в помещениях жилых и общественных зданий», 1978, 18 с.
4. Шахматов, Е.В. Комплексное решение проблем виброакустики изделий машиностроения и аэрокосмической техники [Текст] / Е.В. Шахматов // LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH&CO.KG. 2012. 81 с.
От редакции. 27.10.2017 г. Роспотребнадзор опубликовал на своём официальном сайте информацию «О воздействии физических факторов, в том числе шума, на здоровье населения» , в которой отмечает, что в структуре жалоб граждан на различные физические факторы наибольший удельный вес (свыше 60%) составляют жалобы именно на шум. Основными из них являются жалобы жителей, в т.ч., на акустический дискомфорт от систем вентиляции и холодильного оборудования, шум и вибрацию при работе отопительного оборудования.
Причинами повышенного уровня шума, создаваемого указанными источниками, служит недостаточность шумозащитных мероприятий на стадии проектирования, монтаж оборудования с отступлением от проектных решений без оценки генерируемых уровней шума и вибрации, неудовлетворительная реализация шумозащитных мероприятий на стадии ввода в эксплуатацию, размещение оборудования, не предусмотренного проектом, а также неудовлетворительный контроль за эксплуатацией оборудования.
Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека обращает внимание граждан, что при неблагоприятном воздействии физических факторов, в т.ч. шума, следует обращаться в территориальное Управление Роспотребнадзора по субъекту РФ.
Мероприятия по снижению уровня шума
1. Архитектурно-планировочные
Функциональное зонирование территории населенного пункта;
Рациональная планировка территории селитебной зоны - использование экранирующего эффекта жилых и общественных зданий, расположенных в непосредственной близости к источнику шума. При этом внутренняя планировка здания должна обеспечить ориентацию спальных и других помещений жилой зоны квартиры на бесшумную сторону, а в сторону магистрали должны быть ориентированы помещения, в которых человек находится непродолжительное время - кухни, санузлы, лестничные клетки;
Создание условий для непрерывного движения автотранспорта путем организации бессветофорного движения (транспортные развязки на разных уровнях, подземные пешеходные переходы, выделение улиц с односторонним движением);
Создание объездных дорог для транзитного транспорта;
Озеленение селитебной зоны.
2. Технологические
Модернизация транспортных средств (уменьшение шумности двигателя, ходовой части и т.д.);
Использование инженерных экранов – прокладка автомагистрали или железной дороги в выемке, создание стенок-экранов из различных стеновых конструкций;
Уменьшение проникновения шума через оконные проемы жилых и общественных зданий (использование звукоизолирующих материалов – уплотняющие прокладки из губчатой резины в притворах окон, установка окон с тройными переплетами).
3. Административно-организационные
Государственный надзор за техническим состоянием транспортных средств (контроль соблюдения сроков технического обслуживания, обязательность регулярных техосмотров);
Контроль состояния дорожного полотна.
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ
ВЫБЕРИТЕ ВСЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ
1. ПРИ ВЫБОРЕ ЗЕМЕЛЬНОГО УЧАСТКА ДЛЯ ЗАСТРОЙКИ НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА СЛЕДУЕТ УЧИТЫВАТЬ
1) рельеф местности
3) наличие воды и зеленых массивов
4) характер почвы
5) численность населения
2. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПЛАНИРОВКЕ НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА
1) размещение функциональных зон на местности с учетом розы ветров
2) наличие функционального зонирования территории
3) обеспечение достаточного уровня инсоляции территории
4) обеспечение удобных путей сообщения между отдельными частями города
5) наличие достаточного количества высотных зданий
3. НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА ВЫДЕЛЯЮТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ЗОНЫ
1) селитебная
2) промышленная
3) коммунально-складская
4) центральная
5) пригородная
4. ВИДЫ ПЛАНИРОВКИ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ
1) периметральная
2) строчная
3) смешанная
4) паутинная
5) свободная
5. К РАЗМЕЩЕНИЮ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЗОНЫ ПРЕДЪЯВЛЯЮТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
1) учитывают розу ветров
2) организуют санитарно-защитную зону
3) учитывают рельеф местности
4) учитывают численность населения
5) располагают ниже города по течению реки
6. В СЕЛИТЕБНОЙ ЗОНЕ РАЗМЕЩАЮТ
1) жилые районы
2) торговые склады
3) административный центр
4) автопарки
5) лесопарковую зону
7. НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫМИ ГИГИЕНИЧЕСКИМИ ОСНОВАМИ ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВА В НАШЕЙ СТРАНЕ ЯВЛЯЮТСЯ
1) состояние территории для размещения населенного пункта
2) ограничение роста крупных и сверхкрупных городов
3) возможность благоустройства территории
4) функциональное зонирование города
5) использование природно-климатических факторов
8. ПРИГОРОДНАЯ ЗОНА НЕОБХОДИМА ДЛЯ
1) размещения промышленных предприятий
2) отдыха населения
3) размещения объектов коммунального хозяйства
4) организации лесопарковой зоны
5) размещения транспортных узлов
9. Тип застройки населенного пункта определяется
1) рельефом местности
2) ветровым режимом территории
3) численностью населения
4) наличием зеленых насаждений
5) расположением автомобильных дорог
10. НЕДОСТАТКОМ ПЕРИМЕТРАЛЬНОЙ ЗАСТРОЙКИ ЯВЛЯЕТСЯ
1) трудность обеспечения хороших условий инсоляции жилищ
2) сложность организации проветривания территории
3) неудобство для населения
4) трудность с организацией внутренней территории микрорайона
5) невозможность использования в крупных городах
ЭТАЛОНЫ ОТВЕТОВ
1. 1), 2), 3), 4)
3. 1), 2), 3), 5)
7. 1), 3), 4), 5)
9. 1), 2), 4), 5)
ГИГИЕНА ЖИЛИЩА
По оценкам экспертов ВОЗ, в помещениях непроизводственного характера человек проводит более 80% своего времени. Это позволяет считать, что качество внутренней среды помещений, в том числе среды жилища, может влиять на здоровье человека. Гигиенические требования к жилищу регламентируются СанПиН 2.1.2.2645-10 Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях; СанПиН 2.2.1./2.1.1.2585-10, изм. и доп. №1 к СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий.
Сучасні тенденції розвитку систем охолодження модульного блоку електромеханічної трансмісії
Для охолодження електродвигунів та генераторів модульних блоків трансмісії використовуються рідинні системи охолодження.
Рис. 53. Система охолодження модульного блоку зміни величини та напряму передачі крутного моменту та перетворення енергії електромеханічної трансмісії
На ТЭС и котельных размещается большое количество оборудования, эксплуатация которого связана со значительным шумоизлучением.
К источникам сильного шума относятся:
1. Газотурбинные установки. ГТУ на ТЭС являются одним из самых мощных источников шума за счет шума, происходящего от компрессора, создающих интенсивный (аэродинамический) шум, который распространяется по системе всасывания через воздухозаборную камеру. Средний уровень звука на расстоянии 1м от поверхности газовых турбин составляет примерно 100 дБ, что превышает допустимые нормы для рабочих мест. Нормальная эксплуатация турбин возможна лишь при установке на газовые турбины кожухов.
2. Тяговые машины (вентиляторы и насосы). Аэродинамический шум ТЭМ образуется за счет турбулентных пульсаций при обтекании лопаток агрегата. Пути распространения шума от ТЭМ: от корпусов; от воздухозаборов вентилятора; от устья дымовой трубы, излучающего шум от дымососа. Уровень шума ТЭМ зависит от их типа (центробежный или осевой), от объемного расхода, и полного развиваемого давления. Уровень звуковой мощности осевых дымососов на 10-15 дБ больше, чем у центробежных. Суммарный уровень звуковой мощности составляет 120-123 дБ для центробежных и почти 140 дБ для осевых машин. Уровень шума на расстоянии 1м от корпуса тяговой тепломашины составляет 80-105 дБ.
3. Газораспределительные пункты. На крупных ТЭС располагаются в отдельных зданиях, по нормам проектирования на ТЭС мощностью до 900 мВт сооружаются 1 газораспределительный пункт. ГРП с помощью дроссельных клапанов происходит снижение давления газа в главной магистрали газопровода до необходимого (обусловленных характеристиками горелок). Уровень звука на расстоянии 5м от ГРП составляет 93-96 дБ. Высокие значения уровней шума обуславливают обязательные мероприятия по снижению шума ГРП и газопроводов после него.
4. Трансформаторы. Они являются источником основного шума на открытом распределительном устройстве ТЭС. В трансформаторе шум вызывается магнитострикционными колебаниями пластин к электротехнической стали сердечника. Вентиляторы, предназначенные для охлаждения трансформаторов так же вызывают шум.
5. Градирни. Шум в градирне вызывает свободное падение воды. Излучаемая звуковая мощность приближенно пропорциональна расходу воды и скорости капель воды в момент их падения. Уровень шума на расстоянии 1м составляет 85 дБ. В градирнях, в которых для охлаждения используется вентилятор, поэтому рекомендуется использовать для охлаждения малошумные тихоходные вентиляторы.
6. Сброс пара в атмосферу. При сбросе пара уровень шума вокруг ТЭС повышается на 30-40 дБ. Превышение ночных санитарных норм для жилой территории имеет место в радиусе 3-5 км от станции.
14. Защита от вибраций
Допустимый уровень звука А (шум) от оборудования, установленного в теплопунктах или насосных
Согласно PN-87/8-02151/02 п. 3, уровень звука А (шум) от насосов или запорной арматуры, измеренный на расстоянии 1 м от оборудования, не должен превышать 65 дБ.
В книге “Технические условия строительства и приемки газовой или жидкотопливной котельной”, выпущенной Польской корпорацией санитарной, отопительной, газовой техники и кондиционирования (издание ІІ), приводятся допустимые значения уровней звука:
для котлов мощностью 30-120 кВт с атмосферными горелками – ниже 65 дБ (А);
для котлов мощностью 30-120 кВт с вентиляторными горелками – ниже 85 дБ (А);
для котлов мощностью более 120 кВт – не выше 85 дБ (А).
При установке котла мощностью менее 30 кВт в помещении отдельной кухни, уровень звука не должен превышать 51 дБ (А), а в кухне, совмещенной с другим помещением – 45 дБ (А). Источники, на основании которых приводятся указанные величины, авторам не известны. Предположительно их цитируют из инструкций, изданных
в западных странах.
В связи с тем, что польские нормы не содержат указаний относительно значений уровня звука, источником которого является котельная, запаздывая с изменениями на теплотехническом рынке, авторы ссылаются на немецкие указания VDI 2715 относительно понижения шума отопительного оборудования. Эти указания комплексно охватывают проблемы шума, создаваемого котельной.
Несмотря на очень строгие ограничения (даже ниже 25 дБ (А)) к шуму, производимому котельной (как к уровню звука, излучаемого в окружающую среду, так и к уровню звука, проникающего в прилегающие помещения), допустимый уровень звука в самом помещении котельной зависит от номинальной мощности котла и установленной горелки. Для котлов с вентиляторными горелками его значение можно определить по формуле:
Минимальные значения индекса изоляции воздушного шума перекрытием между котельной
и жилыми помещениями
Значение индекса изоляции воздушного шума перекрытием (с учетом всех путей косвенной звукопередачи) между помещением котельной и помещениями квартиры, в соответствии с нормами PN-B-02151-3 от 1999 г., не может быть меньше R’A1 = 55 дБ. Значение индекса приведенного уровня ударного шума, проникающего от пола котельной в квартиры, не должно превышать L’n.w = 58 дБ.
14.4. Шум, создаваемый группой “котел – горелка”
14.4.1. Влияние мощности котла на уровень излучаемого шума
На рис. 14.4 показаны корректированные уровни звука в дБ (А) для котлов различной мощности с вентиляторными горелками. На графике показаны кривые изменения уровня звука по октавным полосам в зависимости от мощности котла. Представленные характеристики получены опытным путем, в результате многочисленных экспериментов с котельными установками. Конечно, могут случаться отклонения, и их нужно учитывать при проектировании защиты от шума. Приведены данные фирмы RAICHLE.
14. Защита от вибраций
давлениязвуковогоУровень | Мощность | ||
звукового |
|||
давления, дБ (A) |
|||
Рис. 14.4. Распределение уровня звукового давления по октавным полосам для группы “котел – вентиляторная горелка”
различной мощности
14.4.2. Уровень звука котлов различного типа
В настоящее время все чаще применяются котлы с вентиляторными горелками. В пользу такого решения говорит много факторов, но, как правило, решающим оказывается более высокий КПД. Кроме ряда преимуществ, группа “котел – вентиляторная горелка” имеет и недостаток – повышенный уровень шума. Основным источником шума вентиляторной горелки являются завихрения, возникающие в перекачиваемом газе. Интенсивность этого звука прямо пропорциональна средней скорости лопастей в степени, величина которой находится в пределах <5, 6>. Интенсивность звука примерно одинаковая как на всасывании, так и на нагнетании вентилятора.
Согласно , уровень звуковой мощности для вентиляторов, определенный в полупространстве, можно ориентировочно рассчитать по формуле:
14. Защита от вибраций
При известной мощности W двигателя вентилятора (кВт), можно использовать следующие формулы:
L N = 85 + 10logW + 10log∆p | |
L N = 125 + 20logW – 10log |
Для определения точных значений уровня звуковой мощности в зависимости от типа вентилятора и условий его работы можно использовать указания VDI 2081.
Уровни звуковой мощности, производимой вентилятором в зависимости от расходаи разности давлений
∆p , рассчитанные по формуле , представлены на рис. 14.5.
Рис. 14.5. Зависимость звуковой мощностиL N вентилятора от объемного расходаи разности давлений∆p
Как видно из графика, звуковая мощность L N прямо пропорциональна объемному расходупри определенной разности давлений∆p . Для сравнения на рис. 14.6 показан уровень звука А только для вентиляторных горелок различной мощности. Максимальные значения уровня звука для данной мощности котла колебаются в диапазоне частот от 500 до 2000 Гц. Сравнение графиков на рис. 14.4 и 14.6 позволяет сделать вывод о том, что уровень звука группы “котел – горелка” ненамного выше уровня звука одной вентиляторной горелки. Максимальные значения уровня звука группы “котел – горелка” отмечаются в диапазоне более низких частот 63-500 Гц. В этом случае имеем дело с низкочастотным шумом.
Упрощенно можно утверждать, что котел влияет на структуру и уровень звука, производимого вентиляторной горелкой, только качественно, но не количественно.
14. Защита от вибраций
Проведенные авторами исследования показали, что значения звука для котлов малой мощности, как с вентиляторными, так и с атмосферными горелками, практически одинаковые. Разница в излучении шума отмечалась для котлов мощностью выше 100 кВт. Повышение уровня звукового давления связано с ростом производительности вентилятора.
На рис. 14.6 показан уровень звуковой мощности А для вентиляторных горелок в зависимости от мощности котла.
Рис. 14.6. Уровень звуковой мощности А для вентиляторных горелок в зависимости от мощности котла
14.5. Акустическая модель отопительной установки
Изучение путей распространения упругих волн необходимо начать с анализа главного акустического механизма, связанного с отдельными элементами отопительной установки. Сначала нужно локализовать источники, которые генерируют колебания и шум. В отопительных установках – это группа “котел – горелка”, насосы и запорная арматура. Первоначально нужно оценить уровень генерируемого шума. Несмотря на то, что каждое из этих устройств может соответствовать требованиям действующих в этой области норм, суммарное воздействие шума от всего оборудования часто превышает допустимые значения для смежных помещений или окружающей среды.
Следующий этап – определение путей передачи звука. В отопительных установках существует несколько основных путей распространения звука. К ним относятся трубопроводы вместе с теплоносителем (преимущественно водой), дымоходы, вентиляционные каналы и отдельные устройства, которые через точки соприкосновения или крепления участвуют в распространении шума.
Последним этапом является локализация зон, излучающих звук. В результате такого анализа разработана причинно-следственная цепь генерации и распространения шума, представленная на рис. 14.7.
14. Защита от вибраций
Рис. 14. 7. Причинно-следственная цепь генерации и распространения шума
Шум, который возникает в одном из источников, распространяется дальше в виде колебаний частиц среды, с которой данный источник контактирует. В отопительной установке источники, генерирующие упругие волны, контактируют, в большинстве случаев, с веществом во всех физических состояниях – воздухом, жидкостью и твердым телом. Поэтому распространение возникающих колебаний необходимо рассматривать для всех этих трех категорий.
Общая модель отопительной установки представлена на рис. 14.8. Она разделена на динамические факторы, которые активно участвуют в процессе генерации упругих колебаний, и статические факторы, которые распространяют вибрацию и шумы. Динамические факторы – это главные источники шума, перечисленные выше: группа “котел – горелка”, насосы и запорная арматура.
К статическим факторам относятся трубопроводы систем отопления, вентиляционные каналы, дымоходы, корпуса и кожухи оборудования, перегородки и, конечно, конструкция дома в целом.
В зависимости от того, в какой среде происходит генерация или распространение шума, он и носит соответствующее название: воздушные шумы, шумы, распространяющиеся в воде, ударные шумы. Как показано на рис.14.8, не все источники создают упругие волны во всех трех категориях, как и не каждая среда играет ключевую роль в распространении шума от данного источника. Целью выделения факторов шума является идентификация доминирующих источников, путей передачи и излучающих поверхностей.
Конечным эффектом вибрации оборудования являются звуки (шумы), которые распространяются в воздушном пространстве и могут также побуждать вибрацию (колебания) перегородок и других строительных конструкций, находящиеся в окружающей среде.
14. Защита от вибраций
Вентиляци- | |||
оборудования |
|||
Конструкции |
|||
Дымоходы | |||
Трубопроводы |
|||
Перегородки | отопления |
||
Запорная | |||
арматура | |||
Статические | Динамические | Статические |
|
факторы шума | факторы шума | факторы шума |
звук, распространяющийся в воздухе
звук, распространяющийся в жидкостизвук ударный
Рис. 14.8. Акустическая модель котельной и системы отопления
Источники шума
Шум при перемещении газов (продуктов сгорания, воздуха) возникает вследствие турбулентных явлений, ударов или пульсаций. Турбулентность является механизмом генерации шума, который может принимать различные формы. Например, может состоять из простых фоновых составляющих, связанных в основном с истечением газов из отверстий, или иметь широкополосный спектр при протекании их по каналам с острыми кромками, с запорными элементами или другими местными сопротивлениями.
Поток с большой скоростью, например на концах лопастей вентилятора или сопла, создает завихрения, способствующие возникновению шума в широком звуковом диапазоне. Его уровень и спектр зависят от скорости потока, вязкости среды и геометрии сопла.
Жидкость, как и воздух, генерирует шум вследствие турбулентности, пульсаций и ударов. Перечисленные выше принципы относятся и к жидкости. Кроме того, в ней может возникать явление кавитации, когда статическое давление опускается ниже давления насыщения пара. Возникновение кавитации – явление, характерное для запорной арматуры и насосов. В зоне падения давления ниже давления насыщения пара появляются кавитационные пузырьки пара. Во время повторного сжатия пузырьки лопаются, создавая зоны значительного повышения давления. В связи с тем, что повторное сжатие (компрессия) часто происходит в пристенном слое потока, кавитация является причиной эрозии. Кавитация генерирует шум обширного диапазона.
Удар является причиной структурного (ударного) шума в трубопроводах системы отопления. Наиболее важными параметрами, влияющими на возникновение ударного шума, являются масса и скорость частиц, которые сталкиваются, и продолжительность удара. Частотный анализ удара показывает, что высокие частоты преобладают над широкополосным шумом в связи с короткой продолжительностью самого удара.
14. Защита от вибраций | |||
Каждый источник звука имеет определенную характеристику, специфический путь распространения и опреде- |
|||
ленное возбуждение излучающей поверхности. В современных котельных основным источником шума является |
|||
группа “котел – горелка” (особенно вентиляторная горелка). На рис. 14.9 показана котельная, в которой главным |
|||
источником шума является группа “котел – горелка”, пути распространения и методы снижения шума. |
|||
звук, распространяющийся |
|||
в воздухе |
|||
Шумоглушитель на | звук, распространяющийся |
||
вытяжной вентрешетке | в жидкости |
||
звук ударный |
|||
крепление | Группа "котел – горелка" | ||
как источник | |||
колебаний и шума | |||
Шумоглушитель |
|||
на приточной |
|||
Шумоглушитель | вентрешетке |
||
на дымоходе | |||
компенсатор | Виброоснование | ||
Рис. 14.9. Пути распространения и методы снижения шума от группы “котел-горелка” | |||
Группа “котел – горелка” генерирует звук всех ранее перечисленных категорий. Пути распространения звука тоже разные: движущаяся жидкость, точки крепления, дымоходы, облицовка и кожухи оборудования. Общая звуковая мощность, излучаемая группой “котел – горелка”, – это сумма всех вышеперечисленных составляющих.
14.6. Снижение уровня шума в воздушном пространстве
В воздушное пространство шум проникает через приточные и вытяжные отверстия. По своей природе шум имеет направление, а наибольшая его интенсивность наблюдается вдоль оси канала. Отсюда следует вывод, что
в отверстии направление шума следует изменить, например с помощью экрана, или в отверстии или канале установить шумоглушитель.
Излучение шума с поверхностей оборудования зависит от размера, формы, упругости, массы и звукопоглощающих свойств поверхности. Поэтому желательно, чтобы оборудование имело компактную конструкцию, так как незначительные размеры, большая жесткость и масса уменьшают излучение шума.
14. Защита от вибраций
Шум, распространяющийся в воздушном пространстве, можно ограничить с помощью:
звукоизолирующих кожухов;
акустических экранов;
шумоглушителей;
звукопоглощающих покрытий.
Звукоизолирующий кожух
Под понятием кожух подразумевается оболочка, внутри которой находится источник шума (рис.14.10). Звукоизолирующий кожух представляет собой пассивное средство, ограничивающее распространение шума. Часто это единственная возможность снижения уровня шума от активных акустических источников – движущихся механизмов или их частей. Особенность кожуха состоит в том, что уровень шума снижается уже в непосредственной близости от источника. Это позволяет защитить также рабочие места, расположенные вблизи источника шума.
Кожух изготавливают преимущественно из тонколистовой стали. Для улучшения звукоизолирующих свойств его покрывают изнутри слоем пористого звукопоглощающего материала. Толщина слоя такого материала зависит от наиболее низкой частоты звука.
Уменьшение передачи ударного шума от источника к кожуху происходит за счет применения материалов, амортизирующих колебания в узлах крепления.
источник |
Звукоизоляционный материал
Звукопоглощающий материал
Шумоглушитель на
вентиляционном отверстии
Виброоснование
Рис. 14.10. Разрез звукоизолирующего кожуха и пример звукоизолирующего кожуха горелки котла Vitoplex
Принципы проектирования оболочек вокруг источников звука:
плотная изоляция источника звука; даже небольшие щели или отверстия необходимо закрыть;
использование металла в качестве звукоизоляционного материала с внешней стороны кожуха;
применение звукопоглощающего материала внутри кожуха;
использование шумоглушителей в вентиляционных отверстиях, отверстиях для прохода кабелей, труб и т. п.;
отсутствие жестких соединений между оборудованием и кожухом, уменьшение количества точек крепления.
14. Защита от вибраций
Мерой эффективности звукоизолирующего кожуха является величина звукоизолирующей способности кожуха D кож – разность между средним уровнем звукового давления во всех точках измерения при работающем механизме или оборудовании без кожухаL m1 (дБ) и средним значением уровня звукового давления в тех же точках при работающем механизме, но уже со звукоизолирующим кожухомL m2 (дБ) на среднегеометрических частотах октавных полос от 63 до 8000 Гц. Значение звукоизолирующей способности кожухаD кож в дБ определяется по формуле:
D кож= L m1– L m2[дБ] |
Изучая акустическую эффективность кожуха, не нужно смешивать понятия звукоизолирующей способности кожуха и удельной звукоизолирующей способности перегородки R w , определяемой акустическими свойствами элементов, из которых она изготовлена.
Экраны можно устанавливать возле небольших елементов оборудования с высоким уровнем излучения шума. Эффективность их значительно ниже эффективности звукоизолирующих кожухов и зависит от направления и расстояния от источника шума. Вместе с тем экраны могут быть полезны для снижения шума в ограниченных зонах, например на рабочем месте оператора.
Эффективность экранов ограничена частотами, при которых высота и длина экрана такие же, как и длина звуковой волны, передаваемой в воздухе, или больше.
Принципы проектирования экранов:
экраны применяются для защиты от шума рабочих мест операторов;
для изготовления экранов используются плотные звукоизоляционные материалы;
экраны со стороны источника шума покрываются звукопоглощающим слоем.
Шумоглушители
Шумоглушители – это элементы, которые препятствуют прохождению звука, передаваемого воздуховодами. Абсорбционные шумоглушители выполняются в виде “пористого канала”. Они часто встроены в кожухи вентиляторов для обеспечения охлаждения двигателей без снижения эффективности звукоизолирующих свойств.
Принципы проектирования шумоглушителей:
использование абсорбционных шумоглушителей для снижения широкополосного шума;
недопущение скорости движущейся среды выше 12 м/сек в абсорбционных глушителях;
применение реактивных шумоглушителей, действующих по принципу отражения для снижения шума на низких частотах;
использование шумоглушителей-расширителей на выходе сжатого воздуха.
Для устранения каждого из этих шумов требуются различные способы. Кроме того, каждый тип шума имеет свои свойства и параметры, и их необходимо учитывать при производстве малошумных холодильных чиллеров .
Можно применить большое количество различной изоляции и не добиться желаемого результата, а можно напротив, применив минимальное количество «правильного» материала в нужном месте, используя изоляцию по технологии, добиться отличной малошумности.
Для пониманию сути процесса звукоизоляции обратимся к основным методам достижения малошумности промышленных водоохладителей.
Для начала необходимо определиться с базовыми терминами.
Шум — нежелательный, неблагоприятный для целевой деятельности человека в радиусе его распространения звук.
Звук — волновое распространение колеблющихся, вследствие внешнего воздействия частиц в некоторый среде - твердой, жидкой или газообразной.
Есть и другие менее распространенные и существенно более дорогие и громоздкие решения для достижения тишины, приближенной к абсолютной, если этого требует место установки водоохладителя . Например, шумоиззоляции технического помещения, где находится компрессорно-испарительный блока чиллера , использование водяных конденсаторов или мокрых градирен без применения вентиляторов, и некоторые другие более экзотичные, но они крайне редко используются на практике.
