5. Общие сведения о методах и средствах защиты от шума и вибрации

   1. Классификация методов и средств защиты от шума и вибрации

Современная инженерная акустика накопила солидный арсенал средств и методов защиты от шума и звуковой вибрации. Несмотря на их многообразие, существуют определённые закономерности, которые позволяют классифицировать шумовиброзащитные средства по классам, группам и т. д. (рис.5.1).

По отношению к защищаемому объекту все средства подразделяются на следующие:

• средства индивидуальной защиты;

• средства коллективной защиты.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) от шума используются персонально и их основное назначение – перекрыть основной канал проникновения звука в ухо человека. Назначение СИЗ – предупредить ухудшение или расстройство не только органов слуха, но также нервной и других, подвергающихся вредному воздействию шума, систем человека. Рассмотрению СИЗ от шума ниже посвящён отдельный раздел.

Индивидуальные средства защиты от вибрации в основном предназначены для уменьшения воздействия локальной вибрации. К ним относятся виброзащитные рукавицы, представляющие устройство с мягкой поролоновой прокладкой. Известно также использование и виброзащитной обуви, предназначенной для снижения общей вибрации при работе человека на вибрирующей поверхности в положении «стоя».

Коллективные средства защиты от шума предназначены и используются для его снижения на рабочих местах, в окружающей среде и в других местах пребывания человека. По отношению к источнику шума все средства коллективной защиты можно подразделить на следующие:

• снижающие шум в источнике образования;

• снижающие шум по пути от источника шума к точке наблюдения (ТН) или расчётной точке (РТ).

Рис. 5.1. Классификация методов и средств защиты от шума и вибрации

Снизить шум в источнике можно двумя основными способами:

1. снижением силового воздействия;

2. уменьшением звукоизлучающей способности элементов источника.

С нижение силового воздействия достигается снижением скорости движения (вращения), уравновешиванием вращающихся частей, увеличением времени соударения деталей, уменьшением зазоров в сочленениях и соединениях, снижением числа Рейнольдса и снижением скорости движущихся гидравлических потоков, снижением турбулентности и скорости движущихся струй и пр.

Уменьшение звукоизлучающей способности достигается нарушением синфазности колебаний излучающей поверхности, снижением площади излучения, уменьшением сопротивления излучающей поверхности, её вибродемпфированием, увеличением коэффициента потерь материала излучающей поверхности и пр.

Достаточно условно средства снижения шума на пути от источника до точки наблюдения (ТН) можно разделить на несколько видов (рис 5.2):

• средства ближней (по отношению к источнику) защиты (глушители шума, виброизоляторы);

• средства, устанавливаемые на пути распространения между источником шума и ТН (акустические экраны, звукоизолирующие капоты, перегородки, звукоизолирующие укрытия);

• средства, снижающие шум в ТН (звукоизолирующие кабины, звукоизолированные дома и т.д.).

Рис. 5.2. Схема установки коллективных средств защиты от шума и вибрации

на пути их распространения: 1 – источник шума; 2 – виброизоляторы источника (средство ближней защиты от звуковой вибрации); 3,4 –звукоизолирующий капот и акустический экран соответственно (средства, устанавливаемые на пути между источником шума и ТН); 5,7 –звукоизолирующая кабина и её виброизоляторы соответственно (средства, снижающие шум и вибрацию в ТН); 6 – точка наблюдения (ТН)

В зависимости от среды, в которой распространяется звук, средства делятся на снижающие передачу:

• воздушного шума;

• структурного шума (звуковой вибрации).

Всё многообразие рассмотренных средств защиты от шума (кроме применяемых для снижения шума в источнике образования) основано на очень простых принципах: поглощение звука (звуковой вибрации), отражение звука или комбинации этих двух принципов.

В зависимости от принципа действия методы защиты от шума и звуковой вибрации делятся на следующие:

• звукоизоляция;

• звукопоглощение;

• виброизоляция;

• вибропоглощение (вибродемпфирование);

• глушители шума.

Заметим, что эта классификация в определённой степени условна, так как глушители являются также и средством защиты от шума, например, реактивных струй и т.д.

Звукоизоляция – метод защиты от воздушного шума, основанный на отражении звука от бесконечной плотной звукоизолирующей преграды (рис. 5.3, а).

Звукопоглощение – метод защиты от воздушного шума, основанный на поглощении звука при переходе звуковой энергии в тепловую в мягкой звукопоглощающей (волокнистой или пористой) конструкции (рис. 5.3, б).

Виброизоляция – метод снижения структурного звука, основанный на отражении вибрации в виброизоляторах (рис. 5.3, в).

Вибродемпфирование – способ защиты от звуковой вибрации за счёт перехода вибрационной энергии в тепловую в вибродемпфирующих покрытиях (рис. 5.3, г).

Глушители шума – устройства, применяемые для снижения аэродинамического или гидродинамического шума за счёт отражения (реактивные) (рис. 5.3, д) или поглощения (абсорбционные) (рис. 5.3, е) звуковой энергии.

И, наконец, в зависимости от использования дополнительного источника энергии все средства защиты от шума и вибрации делятся на следующее:

• пассивные, в которых не используется дополнительный источник энергии;

• активные, в которых используется дополнительный источник энергии.

В активных средствах защиты от шума (вибрации) используется принцип интерференции звука (вибрации). Методы активной шумовиброзащиты ниже будут рассмотрены подробнее.

Рис. 5.3. Схемы звукоизоляции (а) - (1 – источник шума; 2 – бесконечная плотная звукоизолирующая преграда); звукопоглощения (б) - (1 – твёрдая отражающая поверхность;

2 – звукопоглощающий материал; 3 – перфорированное покрытие);

виброизоляции (в) - (1 – источник вибрации; 2 – виброизоляторы; 3 – опорная поверхность); вибродемпфирования (г) - (1 – вибрирующая звукоизлучающая поверхность;

2 – вибродемпфирующее покрытие); реактивного глушителя (д);

абсорбционного глушителя (е) - (1 – патрубок; 2 – камера; 3 – звукопоглощение)

Пути снижения вибрации достигаются в принципе аналогичными решениями (рис. 5.4):

• снижение вибрации в источнике образования (снижением возмущающих сил, уменьшением частоты вращения);

• снижение вибрации на пути распространения от источника до рабочего места (виброизоляция, вибродемпфирование передающих поверхностей, использование гибких вставок, увеличение массы передающих конструкций и т.д.);

• снижение вибрации на рабочем месте (применение, например, виброзащитных сидений и настилов).

Рис. 5.4. Снижение вибрации:

1 – источник вибрации; 2 – виброизоляторы; 3 – передающая конструкция;

4 – гибкая вставка; 5 – виброзащитный настил; – возмущающая сила