Методические рекомендации Методические рекомендации по расчету низкочастотных глушителей шума при проектировании систем вентиляции строящихся тоннелей и метрополитенов
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНО Г О СТРОИТЕЛ ЬСТВА
ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ОК Т ЯБРЬСКОЙ РЕВОЛ ЮЦИИ
НАУ ЧНО- ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ
ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
УТВЕРЖДАЮ
Зам. д иректора ин ститута
Б.А. БОНДАРОВИЧ
« 23» сен тября 1985 г.
М ЕТОДИЧЕСК ИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РАСЧЕТУ НИЗКОЧАСТОТНЫХ
ГЛУШИТЕЛЕЙ ШУМА
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ
СТРОЯЩИХСЯ ТОННЕЛЕЙ И МЕТРОПОЛИТЕНОВ
Одобрены Гла в тонн ельм етрос троем
Москва 1985
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящие Мето д ические рекомендац ии разработа ны в развитие СНиП II-12-77 «Защита от шума» и предназначе ны для проектных организаций отрасли.
В осно в у Методических рекомендаций положен ы результаты экспери ментальных научно-исследовательских ра бот ЦН ИИ Са и те оретических исследований, выполненных в А кусти ческом институте им. Н .Н. А ндрее ва АН СС СР [ 1- 4] .
Эксп е рименты показали высокую акустическую эффективность глушителей в в иде цепочек резон аторов оп ти мальной длины и глушителей с гофрированной сте нкой, достигающую 40 дБ на длину волны в широком заданном интервале частот, что подтв ердило результаты расчетов. Оптимизированные параметры этих глушителей выгодно отличают их от серийно выпускаемых глушителей шума вентиляторов с электрическим и пневматическим при водами .
В Методических рекомендациях приведены общие по л ожения, алгоритмы и примеры расчета геометрически х размеров, а также таблицы характерных параметров глуши телей для типовых радиусов воздуховодов.
Методические рекомендации разработали канд . т ехн. наук И.Я. Дорман и инж. И.К. Исаев.
И . О . зав. о тделением вычислительной техники,
методов исследований и испытаний конструкций и материалов
Е.Г. Игнатьев
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоя щ ие 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 таблиц а ми 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 длин ы и глушитель с гофрированной стенкой.
1.4. Глушитель в виде цепочки резонаторов оптимальной длины рекомендуется использовать в интервале ча с тот, ограниченном снизу частотой 63 Гц, а сверху частотой Fi , Гц, которая вычисляется по формуле
Fi = 0,38c / R, (1)
гд е 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 сниз у частотой Fi ≥ 400 Гц, а сверху частотой Fj , Гц, которая вычисляется по формуле
Fj = nz , (2)
где n - число оборотов рабочего колеса вентилятора, с;
z - число лопастей рабочего колеса.
Она является частотой первой гармоники в спектре шума ве н тилятора.
1.6. Выбор конкретных типов глушителей определяется соотноше н ием частот Fi и Fj (см. пп . 1.4, 1.5).
Есл и Fj > Fi , то рекомендуется исполь з ов ать оба типа глуш ителей в в иде многоступен чатой п ослед овательной конструкции: первая ступень состоит и з глушителей в виде цепочек резонаторов оптимальной длины в интервале частот от 63 до Fi , Гц (как правило, это одна и ли две цепочки соответственно на одну октаву 63-12 5 Гц или на две октавы 63-125 и 125-250 Гц), а вторая ступе нь - глушитель с гофрированной стенкой на частоте Fj , Г ц (р ис. 1).
Р и с. 1 . Многоступенчатая конструкция глушителя:
1 - вентилятор; 2 - секция глушителя в виде цепочк и резонаторов оптимальной длины; 3 - секция глуши теля с гофрированной стенкой; 4 - воздуховод
Если Fj < Fi , то достаточно использовать только один ил и два глушителя в виде цепочек резонаторов оптимальной дли ны.
1 .7. Минимальная акустическая эффективность глушителей обоих типов должна составлять 15 дБ, максимальная акустичес кая эффективность глушителей, приведенная в Мет од ически х рекомендациях, составляет 40 дБ, хотя принци пиальных ограничений сверху на нее не накладывается.
1 .8 . Звукоизоляция стенок обоих типов глушителей должна быть не мен ее а кустической эффективности глушителей .
1. 9. Конструкции глушителей обоих типов должны быть ге рмети чными и несущими, должны иметь отверстия с болтами для удаления пыли, а также п риспособления для захвата глуши телей подъе мными средствами и подвески к кровле в ыработки.
1 .1 0. Кон струкции глуши те лей обоих типов должны и меть пе реходные устройств а для соединения с вентиляторами и воздухов одами, включающ ие виброизолирующ ие прокладки.
1.11. Стенки глушите л ей р екомендуе тся выполнять сл ои сты ми (ри с. 2). Первый слой - собст венно глушитель и з коррозионно-стойки х металлов или (и) стеклопластиков. Второй слой - внешний - из металлической фольги, подкре плен ной металлической лентой. Между первым и вторым слоем рекомендуется засыпать песок.
Рис. 2. Сло и стая конструкци я стенок глуши теля:
1 - глуш и тель; 2 - внешний слой; 3 - песок
2. РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ГЛУШИТЕЛЕЙ
2.1. Расчет геометрических размеров глуш и телей в виде цепочек рез онаторов оптимальной длины (рис. 3) выполняют в соответствии с алгоритмом и примером, при веденным в обяз ательном 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 разм е ры глуши те лей в виде цепочки резонаторов опти мальной длины, обла да ющи х максимальным аэрод ина ми че ским сопроти вле нием 100 Па
Радиус глушителя, м |
Инте рвал частот, Г ц |
Длина глушителя, м (числитель) и число ре зона торов , шт. (зна менатель) при эффективности глушителя, дБ |
Длина р е зона тор а, м |
Горлышко резонатора, м |
|||||||
вн у тренний |
внешний |
1 5 |
2 0 |
25 |
3 0 |
35 |
40 |
дл ин а |
ширина |
||
0,2 0 |
0 ,4 |
1 25-250 |
0,5 18 /7 |
0,592/ 8 |
0, 7 40 /10 |
0 ,8 88 /1 2 |
1 ,036/1 4 |
1 ,11 0/1 5 |
0,074 |
0, 1 |
0,01 |
0,25 |
0 ,5 |
63- 1 25 |
1 ,1 85/5 |
1 ,422/6 |
1 ,6 59/7 |
1 ,8 96 /8 |
2, 1 33/9 |
2 ,3 70 /1 0 |
0 ,237 |
0, 1 25 |
0, 01 25 |
1 25- 250 |
0,53 1 /9 |
0,649/ 11 |
0,767/ 1 3 |
0,885/ 1 5 |
1 ,003/1 7 |
1,1 21 /1 9 |
0 ,059 |
|
|
||
0,30 |
0,6 |
63- 1 25 |
0,990/5 |
1 ,188 /6 |
1 ,584/8 |
1,7 8/9 |
1 ,980 /1 0 |
2, 1 78/11 |
0 ,1 98 |
0 ,1 5 |
0, 01 5 |
125-250 |
0,5 00 /1 0 |
0,650/ 1 3 |
0,750/ 1 5 |
0 ,90/1 8 |
1 ,0 00/20 |
1 ,1 50/23 |
0,050 |
|
|
||
0,40 |
0 ,8 |
63- 1 25 |
1 ,0 36/7 |
1 ,332/9 |
1 ,48 0/1 0 |
1, 776/1 2 |
2,072/ 1 4 |
2,220/ 1 5 |
0 ,1 48 |
0,2 |
0,02 |
1 25-2 50 |
0,5 18 /1 4 |
0,629/ 1 7 |
0,740/20 |
0,8 88/24 |
0 ,9 99/27 |
1,11 0/30 |
0,037 |
|
|
2.3. Расчет геометрических размеров г л ушителей с гофрированной стенкой (рис. 4) выполняется в соответствии с ал горитмом 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 1 5, 20, 25, 30, 35, 40 дБ и радиусами срединных поверхностей 0,20; 0,25; 0,30; 0,40 м.
2.5. При выполнении стенок глуш и телей слоистыми тол щи на слоя песчаной засыпки должна быть не менее 0,025 м.
Таблица 2
Геометрические размеры глу ш ителя с гоф рированной стенкой при периоде гофр 0,334 м и частоте Fj = 500 Гц, обладающего ма к сималь ным аэродин амическим сопроти вление м 20 Па
Радиу с срединной поверхности глуш ителя, м |
Эффективность глушителя, дБ |
Длина глушителя, м |
Число гофр |
Высота (г лубина) синусоидальных гофр, м |
0,20 |
1 5-20 |
0,668 |
2 |
0,04 |
25-30 |
1 ,002 |
3 |
||
35-4 0 |
1 ,336 |
4 |
||
0,25 |
1 5-20 |
0 ,6 68 |
2 |
0,05 |
25 - 30 |
1 ,002 |
3 |
||
35 - 40 |
1 ,336 |
4 |
||
0,30 |
1 5- 20 |
0,668 |
2 |
0,06 |
25 - 30 |
1 ,00 2 |
3 |
||
35 - 40 |
1 ,336 |
4 |
||
0,4 0 |
1 5-20 |
0,66 8 |
2 |
0,08 |
25 - 30 |
1,002 |
3 |
||
35 - 40 |
1,336 |
4 |
Приложение 1
С п ра вочное
ТАБЛИЦА ЗНАЧЕНИЙ ПРОСТРАНСТВЕННОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ, дБ/100 м (октавный спектральный анализ, указаны значения ≥ 1 дБ/100 м)
Частота , Г ц |
Темпер а тура, °С |
||||||||||||||
- 30 |
- 25 |
- 20 |
- 1 5 |
- 1 0 |
-5 |
0 |
5 |
1 0 |
1 5 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
|
Относительная влажность 60 % |
|||||||||||||||
1 000 |
- |
- |
- |
1 ,3 |
1 ,2 |
1 ,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
2000 |
- |
- |
1 ,2 |
2,2 |
2,9 |
2,6 |
2, 1 |
1 ,6 |
1 ,2 |
1 ,1 |
1 ,1 |
1 ,2 |
1 ,3 |
1 ,4 |
1 ,6 |
4000 |
- |
1 ,0 |
1 ,8 |
3,2 |
5,3 |
6,6 |
5,7 |
4,6 |
3,6 |
2,9 |
2,5 |
2,5 |
2,7 |
3,0 |
3,3 |
8000 |
1 ,2 |
1 ,8 |
2,7 |
4,5 |
7,6 |
11 ,3 |
1 3,1 |
1 0,9 |
8,9 |
7,2 |
5,8 |
5,2 |
5,2 |
5,7 |
6,2 |
Относ ит ельная влажность 70 % |
|||||||||||||||
1 000 |
- |
- |
1 ,0 |
1 ,3 |
1 ,1 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
2000 |
- |
- |
1 ,4 |
2,5 |
2,9 |
2,3 |
1 ,8 |
1 ,3 |
1 ,1 |
1 ,0 |
1, 1 |
1 ,2 |
1 ,3 |
1, 4 |
1,6 |
4000 |
- |
1 ,2 |
2, 1 |
3,7 |
5, 7 |
6,3 |
5, 1 |
4,0 |
3, 1 |
2,5 |
2,3 |
2,5 |
2,7 |
3,0 |
3,3 |
8000 |
1 ,3 |
1 ,9 |
3, 1 |
5,2 |
8,8 |
11 ,8 |
11 ,6 |
9,6 |
7,6 |
6, 1 |
5,2 |
4,9 |
5,2 |
5,7 |
6,2 |
Относительная влажность 80 % |
|||||||||||||||
1 000 |
- |
- |
1 ,1 |
1 ,3 |
1 ,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
2000 |
- |
- |
1 ,7 |
2,6 |
2,6 |
2, 1 |
1 ,5 |
1 ,2 |
1 ,0 |
1 ,0 |
1 ,1 |
1 ,2 |
1 ,3 |
1, 4 |
1,6 |
4000 |
- |
1 ,3 |
2,4 |
4,3 |
5,9 |
5,6 |
4,5 |
3,5 |
2,7 |
2,3 |
2,3 |
2,5 |
2,7 |
3,0 |
3,3 |
8000 |
1 ,4 |
2, 1 |
3,4 |
6,0 |
9,7 |
1 2,0 |
1 0,5 |
8,5 |
6,7 |
5,4 |
4,8 |
4,8 |
5,2 |
5,7 |
6,2 |
Относительная влажность 90 % |
|||||||||||||||
1 0 00 |
- |
- |
1 ,2 |
1 ,2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
2 000 |
- |
1 ,0 |
1 ,9 |
2,7 |
2,4 |
1 ,8 |
1 ,3 |
1 ,0 |
- |
1, 0 |
1 ,1 |
1 ,2 |
1 ,3 |
1 ,4 |
1 ,6 |
4000 |
- |
1 ,5 |
2,7 |
4,7 |
6,0 |
5, 1 |
4,0 |
3, 1 |
2,4 |
2,2 |
2,3 |
2,5 |
2,7 |
3,0 |
3,3 |
80 0 0 |
1 ,5 |
2,3 |
3, 8 |
6,7 |
1 0,3 |
11 ,7 |
9,6 |
7,6 |
6,0 |
4,9 |
4,5 |
4,8 |
5,2 |
5,7 |
6,2 |
Относительная вл а жность 1 00 % |
|||||||||||||||
1 000 |
- |
- |
1 ,2 |
1 ,1 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
200 0 |
- |
1 ,1 |
2,1 |
2,7 |
2,2 |
1,6 |
1 ,2 |
- |
- |
1 ,0 |
1 ,1 |
1 ,2 |
1, 3 |
1 ,4 |
1 ,6 |
4000 |
- |
1 ,6 |
3,0 |
5,0 |
5,9 |
4,7 |
3,6 |
2,7 |
2,2 |
2, 1 |
2,3 |
2,5 |
2,7 |
3,0 |
3,3 |
80 0 0 |
1 ,6 |
2,5 |
4,3 |
7,4 |
1 0,7 |
1 0,8 |
8,7 |
6,8 |
5,4 |
4,5 |
4,4 |
4,8 |
5,2 |
5,7 |
6,2 |
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 во з духе, c = 333 м/с;
ΔF - интервал частот акустической эффекти в ности глушителя, Гц;
F в - верхняя граничная частота интер в ала частот, Гц;
N - акустическая эффективность глуш и теля, дБ.
2. Назначаю т внешний радиус глуши теля R * = 2 R 1 .
1 Внешний радиус глушителя R * в стесненных условиях, например, при проходке штолен, может быть назначен менее 2 R , что несколько изменит интервал частот акустической эффективности г л ушителя.
3. Вычисляют длину звуковой волны λ н а верхней граничной частоте выбранного и нтервала частот λ = c / F в .
4. Назначают акустическую эффективность глуш и теля равной 15; 2 0; 2 5; 3 0; 35 или 40 дБ.
5. Вычисляют оптимальную дл и ну глушителя
L о рт = λ ( N + 6) · 1 ,83 · 10-2.
6. Назначают длину горлышка единичного резонатора l = 0,5 R .
7. Назначают ширину горлышка единичного резонатора δ = l / 10 .
8. Вычисляют площадь сечения горлышка единичного резонатора
S = 2 π R δ , π = 3 ,14 .
9. В ы числяют эффективную длину горлышка единичного резонатора l ′ = R · 0,405.
1 0. Вычи сляют объем единичного резонатора
Ω = Sc 2 / ( π F в )2 l ′.
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 глуш ителя L * = Y [ q ] .
14. Уточняют акустическую эффективность глушителя
N * = L * / (λ · 1,8 3 · 1 0)-6.
15. Пр и ме р расче та глушителя в виде цепочки резонаторов оптимальн ой д ли ны.
Исходные данны е :
R = 0,3 м;
c = 333 м/с;
ΔF = 1 25-250 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 о рт = 1 ,332 - (25 + 6) · 1,83 · 1 0-2 = 0,756 м;
l = 0,5 · 0,3 = 0,1 5 м;
δ = 0,1 · 0,15 = 0,015 м ;
S = 6,28 · 0,3 · 0,01 5 = 0,028 м 2 ;
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 дан н ые:
R - радиус среди н ной поверхности глушителя , м ;
F - ч астота, Гц ;
N - акуст и ческая эффективность глушителя, дБ.
2. Назначают высоту (глубину) синусоидальн ы х гофр u равной 0 ,2 R .
3. Выч и сл яют постоянную распространения
k = 0,0 1 9 F .
4. Вычисляют коэффициент з атухания β = 2 ku / R .
5. Вычисляют дл и ну глушителя
L = 0,11 5 N / β .
6. Вычисляют пер и од 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 ак у стическую эффективность глушителя
N * = 8,68 β L *.
10. Пример расчета глушителя с гофрированной стенкой.
И сход ны е дан ны е :
R = 0,3 м;
F = 500 Гц;
N = 25 дБ.
Расчет производим следующим образом:
u = 0,2 · 0,3 = 0,06 м ;
k = 0,0 1 9 · 5 00 = 9 ,4 м-1 ;
β = 2 · 9,4 · 0,05 / 0,3 = 3,133 м-1;
L = 0,115 · 25 / 3,1 33 = 0,919 м;
Λ = 3,1 4 / 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. И сакович М. А. Тео рия волн ов одной изоляции в длинных линиях. IV Всесоюзный симпозиум по дифракции и распространению волн. Ереван, 1 973, т . 11, с. 1 05.
2. Циль к ер Л .С . Применение волнов одн ого изолятора для нормальной волны нулевого порядка в трубе. - А кустический журнал, 1980, т. 2 6, вы п. 1. с. 127-1 31.
3. Лапин А .Д . Звукоизоляция в многомодальном волноводе, создаваемая периодическими неровностями и н еоднородн остями его стенок. - Акустический журнал, 1977, т. 23, вып. 6, с. 899-9 06.
4. Исаев И.К. Условие затухания упругих вол н в искусственных волноводах. Сб. научных трудов ЦНИИСа «Охрана труда в транспортном строительстве». М. , ЦНИИ С, 1980, с. 41- 45.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие . 1 1. Общие положения . 1 2. Расчет геометрических размеров глушителей . 3 Приложение 1 Таблица значений пространственного коэффициента поглощение звука в воздухе, дБ/100 м (октавный спектральный анализ, указаны значения ≥ 1 дБ/100 м) 5 Приложение 2 Алгоритм и пример расчета глушителя в виде цепочки резонаторов оптимальной длины .. 5 Приложение 3 Алгоритм и пример расчета глушителя с гофрированной стенкой . 6 Список литературы .. 7 |