OBUDOWY DŹWIĘKOCHŁONNO-IZOLACYJNE W ENERGETYCE
S tr esz c z en ie . Przedstaw iono ogólne zalecenia do stosow ania osłon akustycznych. W ytypowano urządzenia energetyczne, których poziom dźwięku można ograniczyć stosując obudowę pełn ą lub częściową. Poda
no w arunki, jak ie m usi uwzględnić ak u sty k i k o n stru k to r przy projek
cie osłony.
SOUND-ABSORBING INSULATING HOUSINGS IN POW ER INDUSTRY S u m m a ry . G eneral recom m endations refering to th e application of acoustic shields have been presented. E nergetic devices have been pointed, sound volume of w hich can be lim ited by use of th e full or p artical housing. Conditions th a t have to be ta k e n into account by acoustician and designer in th e project of a housing have been given.
AKYCTHRECK0E-H30JIRIfHOHHblE OKPAIIbl B 3HEPTETHKE
Pe3K)Me. IIpeącTaBJieHH odigne p e K O M e H g a g n n no npnMeHeHiuo aKycTnnecKHx 3KpaH0B. H a w e n e H o aHepreranecKoe oóopyąoBanne, y KOToporo M O X H O orpaHHVHTb ypoBeHb myMOB, npHMeHsra nojimań hjih u a c T H U H M H axpaH.
I IpeąCTaBjlCHBT yCJIOBHH, KOTOpbie gOJDKHH yVHTHBaTb aKyCTHK H KOHCTpyKTOp n p n npoeKTHpoBaHHH axpaHa.
1. W STĘP
Zapewnienie prawidłowego k lim atu akustycznego n a stanow iskach pracy w przem yśle, zgodnie z w ym aganiam i normowymi, wiąże się z koniecznością ograniczenia hałaśliwości m aszyn i urządzeń.
Rozróżnia się dwa rodzaje h a ła su maszyn:
- h a ła s w łasny, zw iązany z k on strukcją ch arakterystyczną dla danego typu m aszyny (hałas m echaniczny, aeroakustyczny i magnetyczny),
- h ałas technologiczny, spowodowany przez d an ą m aszynę realizującą okre
ślony proces produkcyjny.
Ograniczenie h ałasu własnego m aszyny powinno polegać przede wszystkim n a usunięciu pierwotnych przyczyn pow staw ania h ałasu , tj. wprowadzenie tak ich zm ian konstrukcyjnych, aby ograniczyć h a ła s u źródła. N ależy podkre
ślić, że nie zawsze je s t to możliwe do zrealizow ania. W tak ic h przypadkach należy wykorzystać możliwość zastosow ania obudowy dźwiękochłonno-izola- cyjnej. Zastosowanie tego typu rozwiązania stw arza szansę ograniczenia hałasu własnego maszyny lub, w niektórych przypadkach, hałasu technologicznego.
2. RODZAJE OBUDÓW DŹWIĘKOIZOLACYJNYCH
W zależności od typu i zasady działania m aszyny oraz w ym agań dotyczą
cych wielkości obniżenia emisji h a ła su m ożna wyróżnić następujące rodzaje obudów:
- o b u d o w y częścio w e; zabezpieczenia akustyczne stosowane są nie n a całej maszynie, a jedynie n a tych elementach konstrukcyjnych, które powodują emisję hałasu o najwyższym poziomie (np. tylko silnik, przekładnia itp.), - o b u d o w y n iep ełn e; stosowne są wtedy, gdy ze względów konstrukcyj
nych lub ze względu n a technologię niezbędne je s t pozostawienie co naj
mniej jednej ze ścian bocznych otwartych; rozw iązanie tak ie nie stanowi wystarczającego zabezpieczenia przeciwhałasowego dla pracow nika znaj
dującego się w bezpośrednim sąsiedztw ie otw artej płaszczyzny obudowy, - o b u d o w y c a łk o w ic ie zam k n ięte; możliwe do zastosow ania, gdy maszy
n a może być całkowicie zam knięta w obudowie, a dostęp pracow nika do m aszyny i jej podzespołów będzie możliwy poprzez drzwi o specjalnej konstrukcji. Obudowy całkowicie zam knięte stosow ane są dla źródeł w zam kniętych korpusach, np. silniki elektryczne, prądnice, generatory, sprężarki,
- o b u d o w y zin teg ro w a n e; stanow iące składow ą część korpusu maszyny lub cały korpus maszyny, odpowiednio opracow any pod względem akustycznym . Obudowy zintegrow ane mogą mieć szerokie zastosowanie przy projektow aniu nowych m aszyn, spełniających w ym agania ochrony środowiska przed hałasem .
3. MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA OBUDÓW NA URZĄDZENIA POMOCNICZE W ENERGETYCE
O biektam i, w których w ystępuje h a ła s o znacznym poziomie, są ciepłownie m iejskie i energetyka konwencjonalna. Ograniczenie nadm iernej emisji h a ła su m ożna uzyskać, stosując osłony akustyczne lub ek ran y (dźw iękochłonno- izolacyjne). Poniżej zestawiono u rządzen ia energetyczne stanow iące zagroże
nie akustyczne dla środow iska lub personelu technicznego oraz podano możli
wości zastosow ania osłon (tablica 1).
Z poniższego zestaw ienia widać, że obudowy oraz ek ran y dźwiękochłonno- izolacyjne stanow ią isto tn ą grupę rozw iązań zabezpieczeń przeciw hałaso
wych. W przypadku u rządzeń przepływowych należy dodatkowo n a kanałach instalow ać tłum iki akustyczne absorpcyjne (dla w entylatorów pow ietrza) lub rezonansowe (dla sp rężarek i w entylatorów spalin).
T a b lic a 1 M o ż liw o ś c i z a s t o s o w a n ia o s ło n a k u s t y c z n y c h w e n e r g e t y c e
Rodzaj urządzenia
Typ zagrożenia
Rodzaj osłony akustycznej dla
środo
w isk a dla obsługi
U rządzenia naw ęglania tak tak Obudowa n iep ełn a lub ekran
W entylatory spalin tak tak P ełna obudowa siln ik a, obudowa korpusu w entylatora, izolacja akustyczna kanałów W entylatory pow ietrza tak tak P ełn a obudowa siln ik a, obudowa korpusu
w entylatora, izolacja akustyczna kanałów M łyny w ęglow e nie tak Izolacja akustyczna m łyna, częściow a osło
na przekładni, obudowa n iep ełn a silnika, ekrany akustyczne
W entylatory m łynow e nie tak P ełn a obudowa siln ik a, obudowa korpusu w entylatora, izolacja akustyczna kanałów , ekrany akustyczne
P aln ik i m azutow e nie tak N iep ełn a osłona
Sprężarki tak tak P ełna obudowa całego agregatu
Pom py w ody zasilającej nie tak P ełn a obudowa zespołu pom py Odgazowywacz, rozprę-
żacze, arm atura regula
cyjna
nie tak Częściow e osłony, ekrany akustyczne, izo
lacja akustyczna
Transform atory mocy tak nie N iep ełn a osłona, ekran akustyczny Turbozespoły nie tak P ełna osłona, ekrany m iędzy blokam i
W yłączniki WN tak nie Ekran akustyczny
4. WYMAGANIA TECHNICZNO-RUCHOW E OBUDOWY PEŁ N EJ
Przy projektow aniu i doborze pełnej obudowy akustycznej należy uwzględ
nić w ym agania w zakresie:
- izolacyjności akustycznej obudowy, zarówno n a dźwięki powietrzne i m ate
riałowe; w ym agania te w ynikają z poziomu mocy akustycznej obudowywa
nej m aszyny i dopuszczalnych poziomów mocy n a stanow iskach pracy, - w arunków bezpieczeństwa pracy, obejmujących, w zależności od charakte
ru pracy m aszyn, takie zagadnienia jak: bezpieczeństwo pożarowe, wybu
chowe, odporność p-porażeniow a, bezpieczny dostęp do m aszyny, bezpiecz
n a odległość wzierników i klap od części ruchowych maszyny,
- zapew nienie dostępu do maszyny, zarówno w przypadku m aszyn wymaga
jących ręcznej obsługi, ja k i m aszyn działających autom atycznie, a wyma
gających obsługi przy okresowych kontrolach lub pracach konserwacyj
nych,
- odprowadzenia ciepła w celu przeciw działania przegrzaniu się maszyny, - wytrzymałości n a obciążenia statyczne lub dynam iczne (w zależności od
c h a ra k te ru pracy maszyny) oraz w niektórych przypadkach odporności na korozję (w przypadku obudów znajdujących się w otw artej p rzestrzeni lub w środowisku agresywnym),
- zapew nienia odpowiedniego m iejsca n a obudowę, również w czasie prze
glądów lub rem ontów kapitalnych maszyny; wielkość m iejsca zależy od konstrukcji obudowy (najwięcej m iejsca potrzeba dla obudów rozsuwal- nych),
- geometrycznego k ształtu obudowy, który powinien być dobrany w taki sposób, by zainstalow ana w h ali obudowa harm onizow ała z innym i m aszy
nam i i urządzeniam i; najczęściej stosow any k sz ta łt prostopadłościanu wy
n ik a z prostoty w ykonania tak ich elem entów i możliwości w prowadzenia częściowej lub pełnej unifikacji rozw iązania konstrukcyjnego.
5. WYTYCZNE AKUSTYCZNO-KONSTRUKCYJNE
Spełnienie w ym agań użytkowych obudów dźwiękochłonno-izolacyjnych wym aga uw zględnienia w projektach zaleceń dotyczących:
- konstrukcji ścianek dźwiękoizolacyjnych - sposobu ich łączenia między sobą wraz z niezbędnym i doszczelnieniami,
- konstrukcji nośnej obudowy,
- sposobu mocowania ścianek do konstrukcji nośnej, - wibroizolacji obudowy,
- wyprowadzenia n a zew nątrz punktów pomiarowych,
- prostego dostępu do niektórych (newralgicznych) punktów m aszyny przez zastosowanie otwieranych klap, drzwi,
— w m iarę nieskom plikowanego sposobu dem ontażu obudowy,
— uw zględnienie możliwości obserwacji realizow anego procesu technologicz
nego przez w zierniki i okna dźwiękoszczelne,
— sposobu zapew nienia w entylacji graw itacyjnej i wymuszonej,
— doszczelnienia niezbędnych otworów technologicznych w obudowie.
6. IZOLACJA AKUSTYCZNA OBUDOWY
M iarą skuteczności obudowy je s t w artość jej izolacyjności akustycznej D0bud) której w artość liczbową przyjm uje się jako różnicę m iędzy w artością średnią poziomu ciśnienia akustycznego w szystkich punktów pomiarowych przy pracy m aszyny bez obudowy Lml a w artością poziomu ciśnienia akustycz
nego w tych p un k tach przy pracy u rząd zen ia z obudową Lm2. W artość izolacyj
ności akustycznej obudowy w pasm ach oktawowych określona je s t wzorem:
Dobud = Lm 1 — Lm2
Skuteczność obudowy dźwiękochłonno—izolacyjnej zależy od:
1) poprawnego doboru i zaprojektow ania, 2) dokładnego wykonania,
3) zastosow ania odpowiednich m ateriałów dźwiękochłonnych i dźwięko- izolacyjnych.
Izolacyjność akustyczna obudowy zależy przede w szystkim od izolacyjności akustycznej właściwej Rw jej ścianek, k tó ra może ulec zm ianie ze względu na:
— odbicie fal dźwiękowych od tych ścianek do w ew nątrz i w ytworzenie się pod obudową pola dyfuzyjnego różnego stopnia; powoduje to zm niejszenie izo
lacyjności o ALod,
— nieszczelności n a połączeniach; zm niejszenie izolacyjności o ALSZ,
— stosow anie obudowy częściowo zam kniętej; zm niejszenie izolacyjności o A k cz,
— przenoszenie się drgań m ateriałow ych z m aszyny n a obudowę i wypromie- niow anie do otoczenia w postaci fal dźwiękowych; zm niejszenie izolacyjno
ści o ALwl,
— przenoszenie się d rgań m ateriałow ych z m aszyny n a podłogę i wypromie- niowanie w postaci fal dźwiękowych; zm niejszenie izolacyjności o ALw2.
Przy uw zględnieniu powyższych w arunków izolacyjność obudowy określa zależność:
l-lobud — R-w — (A L od + A L 0t + A L SZ + A I ] + A L w2)
W zależności od rodzaju konstrukcji danej obudowy w ystępują tylko niektó
re ze składników tego wzoru.
Obniżenie izolacyjności akustycznej obudowy występuje głównie n a skutek w ystępow ania dróg przenoszenia dźwięku n a zew nątrz do otaczającego środo
w iska (rys. 1). Rozróżnia się trzy zasadnicze drogi przenoszenia dźwięku na zew nątrz obudowy:
1) Przenoszenie dźwięku powietrznego poprzez ścianki dźwiękochłonno-izo- lacyjne. Osiągalne obniżenie poziomu dźwięku źródła zam kniętego w obu
dowie zależne je st w znacznym stopniu od odporności ścianek obudowy na przenikanie dźwięków powietrznych.
2) Drogi przenoszenia dźwięku powietrznego przez otwory i nieszczelności, niezbędne do prawidłowego funkcjonowania obudowanej m aszyn, tj.:
- otwory wentylacyjne naw iew ne i wywiewne oraz technologiczne, - otwory przy p rzepustach części m aszyny przez ścianki obudowy, - nieszczelne m iejsca styku pomiędzy ściankam i obudowy i częściami
konstrukcyjnym i (np. połączenie z k o nstrukcją nośną obudowy), - nieszczelne m iejsca styku pomiędzy częściami konstrukcyjnym i obudo
wy, np. nieszczelne drzwi, klapy rem ontowe lub wzierniki.
3) Drogi przenoszenia drgań materiałowych:
- fundam enty, przy b rak u zabezpieczeń przeciw drganiowych lub niewy
starczającym tłum ieniu d rgań m ateriałow ych m aszyny,
- sztywne połączenie konstrukcji m aszyny ze ściankam i obudowy lub innym i częściami konstrukcyjnym i, np. mocowanie przepustów lub przewodów technologicznych.
AL ot
A t-o d
Ź r ó d dźwięk
ł o u
- J — — ---! -
3 -i--- r
Rys. 1. Drogi przenoszenia dźw ięku na zew nątrz obudowy akustycznej Fig. 1. P aths o f sound transm ission outside th e acoustic enclosure
U zyskanie zamierzonego efektu akustycznego zależy od uw zględnienia w szystkich elem entów podanych w wytycznych. Jedn ym z w arunków skutecz
ności rozw iązania je s t prawidłowy dobór m ate ria łu ze ścianki osłony dźwiękochłonno-izolacyjnej. Rodzaj zastosowanego m ate ria łu zależy od wid
m a akustycznego m aszyny oraz od wielkości wym aganego (przez ochronę środowiska lub ochronę słuchu pracow nika) tłum ienia. Skuteczność „A” tzw.
„lekkich” osłon wynosi od 5 do 7 dB, podczas gdy obniżenie poziomu h a ła su dla osłon „ciężkich” może osiągnąć w artość od 25 do 35 dB. Nowoczesne osłony powodują pow staw anie w otoczeniu m aszyny pola akustycznego o małej dyfu- zyjności. Łącząc pochłanianie fal akustycznych w porach m ate ria łu absorpcyj
nego ze zjaw iskam i rezonansowym i w w arstw ach m ateriałów akustycznych o różnej im pedancji m ożna uzyskać dopasowanie do wym aganego w idm a a k u stycznego. Prawidłowe (szczelne akustycznie) połączenie elem entów osłony oprócz wym aganej sztywności powinno odcinać drogi m ostkow ania fal m ate
riałowych. Wibroizolacja osłony, uszczelnienie przepustów i otworów tech
nologicznych, cichobieżna w entylacja w a ru n k u ją osiągnięcie zamierzonego efektu akustycznego.
Przykładowe rozw iązanie pełnej osłony akustycznej z w entylacją wym uszo
n ą i graw itacyjną przedstaw iono n a rys. 2. i 3.
i rJmmmmMM
I “ ”""T
Rys. 2. P ełn a osłona akustyczna z w entylacją graw itacyjną Fig. 2. Full acoustic enclosure w ith natural v en tilation
Fig. 3. Full acoustic enclosure w ith m echanical ven tilation
7. UWAGI KOŃCOWE
W Instytucie Techniki Cieplnej w Łodzi prowadzone są prace badawczo- konstrukcyjne w tym zakresie. Poszukuje się nowych kompozytów materiałów akustycznych o dużej skuteczności w szerokim paśm ie częstotliwości. Jedno
cześnie prowadzone są próby pełnego w ykorzystania efektów rezonansowych pewnych zestawów m ateriałów . U w zględniany je s t również aspekt ekonomi
czny rozw iązania. Nowoczesne obudowy są lżejsze i tań sz e od dotychczaso
wych stosowanych rozwiązań.
