Необходимость проведения мероприятий по снижению шума в жилых и общественных зданиях, на их территории при действии каких-либо источников шума определяется на основании измерений соответствующих уровней (звукового давления, звука или эквивалентных уровней звука) и сравнении их с допустимыми по нормам. Для проектируемых объектов - на основании проведения акустического расчета, который включает в себя: выявление источников шума и определение их шумовых характеристик; выбор расчетных точек, для которых производится расчет и установление допустимых уровней звукового давления Lдоп для этих точек; определение ожидаемых уровней звукового давления L в расчетных точках до осуществления мероприятий по снижению шума и требуемого снижения уровня звукового давления; выбор мероприятий для обеспечения требуемого снижения уровней звукового давления; расчет и проектирование шумоглушащих, звукопоглощающих и звукоизолирующих конструкций (глушителей, экранов, звукопоглощающих облицовок, звукоизолирующих кожухов и т. п.).
Акустический расчет производится для всех нормируемых среднегеометрических частот октавных полос (63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц). Проведение акустического расчета обязательно при проектировании новых предприятий, сооружений, различных установок.
Выявление источников шума и определение их шумовых характеристик. Источники шума в окружающей среде весьма разнообразны. В основном это средства транспорта, технологическое и инженерное оборудование, газодинамические и энергетические установки.
Для выполнения акустического расчета прежде всего необходимо знать шумовые характеристики машин,, основными из которых являются уровни звуковой мощности LP в восьми октавных полосах частот, фактор направленности Ф или показатель направленности G=10lgФ. В соответствии с ГОСТ 12.1.024-81, ГОСТ 12.1.025-81 и другими эти характеристики указываются заводом-изготовителем в технической документации на стационарные машины и оборудование.
В ряде случаев шумовые характеристики могут быть рассчитаны или определены по справочнику [8].
Вентиляционные установки. В окружающую среду шум, создаваемый при работе вентиляторов общепромышленного и специального назначения (например, шахтных вентиляторов), попадает через воздухозабор-ные или выбросные устройства (киоски, шахты и т. д.), а иногда - через металлические стенки воздуховодов.
Общий уровень звуковой мощности ЬРобщ вентилятора общепромышленного назначения определяется отдельно для всасывающей и нагнетательной сторон
LP общ = ∼L+25lgpB+10lgQ+δ+25, (13)
где ∼L - критерий шумности, дБ, величина которого для различных вентиляторов дана в табл. 31; рВ - полное давление, создаваемое вентилятором, Па; Q - объемный расход воздуха вентилятора, м3/с; δ - поправка на режим работы вентилятора, дБ, величина которой равна нулю при работе вентилятора в режиме максимума КПД или с отклонением от него не более чем на 10%, а при отклонении на 20% и более δ=2 ÷ 4 дБ.
Таблица 31
Тип и серия вентилятора
Критерий шумности L для сторон
Тип и серия вентилятора
Критерий шумности L для сторон
нагнетания
всасывания
нагнетания
всасывания
Центробежные
-
-
Осевые
-
-
Ц-4, Ц-76
41
38
О6-320
46
46
Ц14-46
47
42
О6-320
44
44
Ц9-55, Ц9-57, Ц10-28
47,5
43,5
Крышные
-
-
ЦП7-40
48
43
-
-
-
Ц6-46
43
39
КЦ-3-90, КЦ4-84В
52
48
ВВД
48
40
ЦЗ-04
49
49
Октавные уровни звуковой мощности определяются по формуле
LР=LРобщ -ΔL1+ΔL2,
где ΔL1 и ΔL2 - поправки, учитывающие соответственно частоту вращения вентилятора и влияние присоединенных воздуховодов (табл. 32 и 33). Если всасывающее или нагнетательное отверстие вентилятора открыто, то ΔL2=0.
(Примечания: 1. Приведенные данные без скобок справедливы, когда частота вращения вентилятора находится в пределах 700-1400 об/мин. 2. При частоте вращения вентилятора 1410-2800 об/мин весь спектр (всю колонку цифр) следует сдвинуть на октаву в сторону высоких частот (ни строчку вниз), а при 350-690 об/мин - на октаву в сторону низких частот (на строчку вверх), принимая для крайних частот значения, указанные в скобках для частот 32 и 16 000 Гц. 3. При частоте вращения вентилятора 2810-5600 об/мин весь спектр следует сдвинуть аналогичным образом на две октавы (две строчки) в сторону высоких частот, а при числе оборотов 340-175 об/мин - на 2 октавы в сторону низких частот)
Таблица 33
Корень квадратный из площади патрубка вентилятора, мм
Поправка ΔL2 в дБ на среднегеометрических частотах октавных полос, Гц
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
25
37
31
25
19
13
8
3
0
50
31
26
20
14
8
4
0
0
80
26
20
14
8
4
1
0
0
100
24
18
13
8
3
0
0
0
125
22
16
11
6
2
0
0
0
140
21
15
10
6
2
0
0
0
160
20
14
10
4
1
0
0
0
180
19
14
8
4
1
0
0
0
200
18
13
8
3
1
0
0
0
225
17
12
7
2
0
0
0
0
250
16
11
6
2
0
0
0
0
280
16
10
6
2
0
0
0
0
315
14
10
4
1
0
0
0
0
350
14
8
4
1
0
0
0
0
400
12
8
3
0
0
0
0
0
450
12
6
2
0
0
0
0
0
500
11
6
2
0
0
0
0
0
560
10
6
2
0
0
0
0
0
630
10
5
1
0
0
0
0
0
710
8
4
1
0
0
0
0
0
800
8
3
1
0
0
0
0
0
900
7
3
0
0
0
0
0
0
1000
6
2
0
0
0
0
0
0
1250
4
1
0
0
0
0
0
0
1400
4
1
0
0
0
0
0
0
1600
3
0
0
0
0
0
0
0
2000
2
0
0
0
0
0
0
0
2500
0
0
0
0
0
0
0
0
Для ряда вентиляторов общеобменной вентиляции шахт рудников, транспортных тоннелей значения уровней звуковой мощности LP приведены в табл. 34, а для проектируемых вентиляторов они могут быть определены по данным измерений на моделях этих вентиляторов [30].
Таблица 34
Тип вентилятора
Частота вращения, об/мин
Среднегеометрические частоты октавныз полос
31
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
ВУП1,8
1000
108
118
125
132
130
123
115
110
91
ВУП2
1000
115
119
126
137
130
125
115
106
97
ВУП2,4
750
112
124
128
139
133
127
120
112
107
ВУП2,8
600
118
120
132
135
127
117
113
110
93
К-06-2,4
300
98
104
108
105
103
98
91
82
72
ВОМД2,4
320
92
97
101
104
100
91
82
76
69
ВОКД1
1500
95
98
100
110
109
109
105
94
83
ВОКД1,8
1000
100
113
121
127
134
120
110
106
98
ВОКД2,4
750
120
126
134
132
118
107
101
97
92
ВОКД3
600
121
124
141
137
138
135
130
118
109
ВОКД3,6
500
122
130
132
116
105
100
95
90
85
ВОД21
750
104
112
128
124
115
105
102
96
90
ВОД30
500
114
121
132
128
124
117
113
110
106
ВОД40
375
132
130
128
125
115
115
105
94
81
ВЦ25
750
97
103
121
111
107
104
98
90
83
ВЦ32К
600
130
139
130
125
118
110
104
98
83
ВЦД32м
600
110
128
118
114
111
105
97
90
85
ВЦД40
500
122
130
128
123
119
115
109
103
95
Компрессорные станции. Компрессорные станции наряду с вентиляционными установками относятся к самым распространенным источникам шума, создаваемым предприятиями в жилой застройке. При работе стационарных компрессорных станций проникновение шума в окружающую среду происходит через отверстия всасывающих и выхлопных (для сброса воздуха) воздуховодов, а в передвижных станциях, кроме того, имеет место шум двигателя и корпусной шум.
Уровни звуковой мощности шума, излучаемого в окружающую среду компрессорами и турбокомпрессорами [8], приведены в табл. 35.
Таблица 35
Тип Компрессора
Диаметр воздуховода, мм
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
Всасывающие воздуховоды от компрессоров низкого давления
ВП-10/8; 2ВП-10/8; 200В-10/8
180-250
120
117
104
102
97
90
86
84
ВП-20/8; 160В-20/8
180-250
119
118
109
102
94
87
83
83
205ВП-30/8
300
121
127
117
108
100
94
90
89
ВП-50/8
400
122
124
117
108
100
94
90
89
5Г-100/8
400
124
112
101
98
99
96
91
85
2СА-25
250
111
105
96
95
87
80
76
76
2СГ-50
250
110
108
102
97
85
86
78
75
Выхлопные воздуховоды от компрессоров низкого давления
ВП-10/8; 2ВП-10/8; 200в-10/8
70-90
112
112
92
95
109
110
105
106
ВП-20/8; 160В-20/8
90-150
104
111
104
102
110
107
105
103
205ВП-30/8; ВП-50/8
90
106
108
117
118
115
109
106
107
5Г-100/8
100
107
105
104
114
123
126
127
128
2СА-25
70
103
97
96
93
96
102
110
112
2CU-50
70
124
117
114
107
116
124
129
124
Всасывающие воздуховоды от компрессоров высокого давления и трубокомпрессоров
2РК-1,5/220; 2Р-3/220; 3Р-7/220
50-150
105
103
97
86
80
75
71
69
5U-14/220
200
100
95
84
81
75
72
67
55
3Г-100/220; 5ОТ-130/220
600
119
110
107
100
92
85
77
69
2РВ-3/350
180
110
111
95
91
86
82
77
75
2РВ-3,4/400
200
116
119
109
92
87
86
83
79
К-250-61
600
84
79
83
82
94
99
98
89
ОК-500-92; К-345-91
600-900
102
100
95
96
104
111
107
98
Выхлопные воздуховоды от компрессоров высокого давления и трубокомпрессоров
2РК-1-5/200
25-40
110
106
113
122
131
130
132
132
2РК-3/220; 5Г-14/220
50-80
108
112
117
122
128
128
127
126
3Р-7/220
50
103
115
118
121
125
126
120
117
3Г-100/220
100
111
113
122
132
143
141
138
136
5ОТ-130/200
100
106
110
121
127
134
135
136
136
2РВ-3,4/400; 2РВ-3/350
25-100
108
112
109
109
115
118
121
124
К-250-61
250
119
117
120
124
124
130
133
130
ОК-500-92
350
122
132
128
126
128
133
128
122
К-345-91
200
127
130
129
132
140
141
140
138
Что касается передвижных компрессорных станций (ПКС), то, учитывая большое количество имеющихся в них источников шума и расположение этих станций при работе непосредственно в жилой застройке, наиболее правильно характеризовать их шум не уровнем звуковой мощности, а уровнем звука на определенном расстоянии от станции. Для зарубежных ПКС такой шумовой характеристикой является уровень звука на расстоянии 1 и 7 м от основных наружных поверхностей станции. В зависимости от типа ПКС, давления и производительности уровень звука колеблется в пределах от 70 до 95 дБА.
Газовые струи. Интенсивный шум в окружающей среде создается при стендовых испытаниях турбореактивных двигателей (ТРД), при сбросе сжатого воздуха. Источником шума в этих случаях является высокоскоростная выхлопная струя, общий уровень звуковой мощности которой
LPобщ= 80lg ωc+20lg pс+10Ig Fc - К, (14)
где ωс - скорость истечения газа (воздуха) из сопла (трубопровода), м/с; рс - плотность струи в выходном сечении сопла (трубопровода), кг/м3; Fc - площадь поперечного сечения сопла (трубопровода), м2; K - величина, зависящая от температуры струи. Для ТРД K=44 дБ, для холодных струй K=57 дБ.
Октавные уровни звуковой мощности шума струи определяются по формуле
LP= LP общ - ΔLP (15)
где ΔLP - разность между общим уровнем звуковой мощности и уровнем звуковой мощности в рассматриваемой октавной полосе со среднегеометрической частотой f. Величина ΔLP находится с помощью графика 1 рис. 65 в зависимости от безразмерного параметра - числа Струхаля Sh = fdc/ωc, где dc - диаметр сопла трубопровода, м.
При испытаниях ТРД излучение шума происходит из выхлопной шахты 3 испытательного бокса (рис.66), из шахт подсоса 2 и всасывания 1иии, а также через подводящую трубу 4. Октавные уровни звуковой мощности шума, излучаемого в выхлопную шахту, определяются по формуле (15). В шахты подсоса и всасывания поступает часть звуковой энергии, которая излучается в помещение бокса открытым начальным участком выхлопной струи.
Рис. 66. Схема испытательного бокса
Общий уровень звуковой мощности шума LРобщ б, излучаемого в бокс [8], в среднем на 8 дБ меньше общего уровня всей струи, определяемого по формуле (14), т. е.
LP общ б =LP общ-8 (16)
Октавные уровни звуковой мощности шума LPб, излучаемого в бокс,
LPб=LPобщб-ΔLP (17)
где ΔLP - разность между общим уровнем звуковой мощности и уровнем в рассматриваемой октавной полосе со среднегеометрической частотой f, Гц, определяемая по графику 2 рис. 65.
Зная уровни звуковой мощности шума, излучаемого в бокс, можно определить соответствующие уровни для шахт всасывания и подсоса. Так, октавные уровни звуковой мощности шума, поступающего в шахту всасывания,
LPBC=LPб-10lg B+10lg FВС-Δб, (18)
где В - постоянная помещения бокса, B=Vμ/20, м2 (V - объем помещения бокса, м3); μ - частотный множитель, значения которого даны в табл. 36; FBC - площадь канала шахты всасывания, м2; Δб - поправка, величина которой равна нулю для необлицованных боксов, Δб=5 дБ - для боксов со звукопоглощающей облицовкой.
Таблица 36
Объем помещения, V, м3
Частотный множитель μ на среднегеометрических частотах полос, Гц
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
<200
0,8
0,75
0,7
0,8
1
1,4
1,8
2,5
200 ÷ 1000
0,65
0,62
0,64
0,75
1
1,5
2,4
4,2
>1000
0,5
0,5
0,55
0,7
1
1,6
3
6
Аналогичным образом определяются уровни звуковой мощности шума, поступающего в шахту подсоса. Отличие лишь в том, что из-за близкого расположения выхлопной струи к каналу шахты необходимо учитвг-вать энергию не только отраженного, но и прямого звука. Поэтому уровни звуковой мощности здесь определяются по формуле
LPподc=LPб+10lg(1/2πr2+1/B)+10lg Fподс
где r - расстояние от середины оси открытой части струи до входного канала шахты подсоса площадью Fподc, м; B - то же, что и в формуле (18).
Необходимо отметить, что для ряда ТРД, особенно для двухконтурных ТРД с большой степенью двухкон-турности, при расчете шума, проникающего в шахту всасывания, нужно учитывать также наряду с шумом выхлопной струи и шум компрессора, прибавляя (по правилу суммирования уровней) к величине LPBC в формуле (18) уровни звуковой мощности компрессора, расчет которых будет приведен ниже.
Газотурбинные установки (ГТУ). При работе стационарных газотурбинных установок повышенный шум в окружающей среде создается за счет системы всасывания и сброса воздуха через противопомпажные клапаны. Основной источник - это шум осевого компрессора, который является тональным, с максимумом излучения в высокочастотной части спектра. Частоты дискретных составляющих (гармоник), Гц,
fi=i(zn/60) (19)
где i - номер гармоники (i=l, 2, 3); z - число лопаток рабочего колеса первой ступени компрессора; n- частота вращения ротора, об/мин.
Общая звуковая мощность Рoбщ, Вт, шума всасывания дозвукового осевого многоступенчатого компрессора [8]:
Pобщ=0,5(1-ηад/ηад)2 Q2mH2ад/pc3D2 (20)
где ηад - адиабатический КПД первой ступени компрессора; Qm - массовый расход воздуха через компрессор, кг/с; Hад, D - соответственно адиабатический напор, Дж/кг, и наружный диаметр первой ступени компрессора, м; р - плотность воздуха па входе в компрессор, кг/м3; с - скорость звука в воздухе, м/с, определяемая в зависимости от температуры, °С, как с=20,1√T.
Общий уровень звуковой мощности
LPобщ=10lg(Pобщ/P0)
где Р0=10-12Вт.
Для определения спектра уровней звуковой мощности необходимо выполнить следующее: во-первых, по формуле (19) найти частоты трех первых гармоник f1, f2, f3, а по табл. 37 - среднегеометрические частоты 1/3-октавных полос, в которых располагаются эти гармоники. Затем, используя график относительного спектра звуковой мощности шума всасывания компрессора (рис. 67, а), определить уровни звуковой мощности LPi для этих 1/3-октавных полос:
LPi=LPобщ-ΔLPi(21)
где ΔLPi - разность общего и 1/3-октавного уровня звуковой мощности (рис. 67, а). Для других частот 1/3-октавных полос, находящихся ниже, выше или между частотами f1, f2, f3, уровни звуковой мощности также определяются по формуле (21) с использованием графика рис. 67, а (берут значения ΔLPi по горизонтальным участкам графика). Например, для компрессора с n=4000 об/мин и z=60 частоты первых трех гармоник равны f1=2000, f2=4000, f3=6000 Гц. Значения ΔLPi - для этих частот соответственно равны 3, 7, 11 дБ. Для 1/3-октавных частот, лежащих ниже f1=2000 Гц (1600, 1250, 1000 Гц и т. п.), ΔLPi соответственно равна 17; 18,5; 21 дБ; для частот выше f3=6000 Гц (8000 и 10000 Гц) ΔLPi равна 17 и 18,5 дБ; для частот 2500, 3150 и 5000 Гц, лежащих между частотами f1, f2, f3,
спектр звуковой мощности компрессора в полосах частот приведен на рис. 67, б, спектр 1 (LРобщ=140 дБ).
Рис. 67. Относительный спектр звуковой мощности шума всасывания компрессора (а); спектры звуковой мощности в 1/3-октавных (1) и октавных (2) полосах частот (б)
Таблица 37
Граничные частоты полос, Гц
Среднегеометрические частоты полос, Гц
октавных
1/3-октавных
октавных
1/3-октавных
45-90
45-56
63
50
-
56-71
-
63
-
71-90
-
80
90-180
90-112
125
100
-
112-140
-
125
-
140-180
-
160
180-355
180-224
250
200
-
224-280
-
250
-
280-355
-
315
355-710
350-450
500
400
-
450-560
-
500
-
560-710
-
630
710-1400
710-900
1000
800
-
900-1120
-
1000
-
1120-1400
-
1250
1400-2800
1400-1800
2000
1600
-
1800-2240
-
2000
-
2240-2800
-
2500
2800-5000
2800-3540
4000
31500
-
3540-4500
-
4000
-
4500-5600
-
5000
5600-11200
5600-7100
8000
6300
-
7100-9000
-
8000
-
9000-11200
-
10000
Поскольку для дальнейших расчетов необходимо иметь октавные уровни звуковой мощности, полученные по формуле (21) 1/3-октавные уровни пересчитывают в октавные (LPioкт) по правилу суммирования уровней:
LPiокт=10lg∑ki=110LPi/10,
где k - число 1/3-октавных полос, входящих в октавную полосу, k=3; LPi - уровни звуковой мощности в каждой из трех 1/3-октавных полос, входящих в данную октавную полосу (см. табл. 37).
Применительно к нашему примеру октавный спектр показан на рис. 67,6 пунктиром (спектр 2). Для частот ниже 500 Гц расчет не проводился ввиду малых значений уровней на этих частотах по сравнению с определяющими общий шум составляющими на высоких частотах.
Для ряда ГТДУ уровни звуковой мощности шума всасывания и шума, излучаемого противопомпажными клапанами (ПК), приведены в табл. 38.
Таблица 38
Тип ГТДУ
Уровни звуковой мощности Lр на среднегеометрических частотах октавных полос, Гц
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
ГТ-50-800:
Шум всасывания
115
110
116
121
129
141
140
131
ПК высокого давления
115
118
119
121
121
118
115
111
ПК высокого давления (приоткрыты)
121
128
135
140
141
139
138
134
ПК среднего давления
116
117
115
116
118
115
109
104
ГТ-25-700:
Шум всасывания
115
116
119
122
129
140
129
123
ПК высокого давления
114
123
126
129
132
130
131
127
ГТ-700-12М:
Шум всасывания
98
99
102
108
123
137
132
122
ГТ-100-750:
Шум всасывания
130
129
131
135
151
146
143
135
ПК (приоткрыты)
124
127
145
147
149
150
149
146
Выбор расчетных точек. При акустических расчетах для источников шума, излучающих его в окружающую среду, расчетные точки (РТ) выбирают на расстоянии 2 м от плоскости окон ближайших жилых и общественных зданий. На территории жилых микрорайонов, больниц и санаториев, школ, детских садов расчетныеточки выбирают на расстоянии 2 м от границ территории на высоте 1,2 м от поверхности земли.
При выполнении акустических расчетов допустимые уровни звукового давления Lдоп в расчетных точках
Lдоп=Lн+∑Δi
где Lн - нормативный уровень звукового давления, определяемый по табл. 14, дБ; ∑Δi - сумма поправок, определяемая согласно табл. 15.
Определение ожидаемых уровней звукового давления. До осуществления мероприятий по снижению шума определение ожидаемых уровней в расчетных точках при известных источниках шума (ИШ) и их шумовых характеристиках производится в зависимости от взаимного расположения источников шума и расчетных точек. Сначала рассмотрим общий случай (рис. 68), когда в окружающую среду, где расположена расчетная точка (РТ), происходит излучение шума звуковой мощностью Р, Вт. Интенсивность звука в расчетной точке I=PФ/Fk где Ф - фактор направленности излучения шума (его значения для конкретных случаев будут приведены ниже); F - площадь, на которую распределяется звуковая энергия. В общем случае F=Ωr2, где Ω - пространственный угол излучения звука, принимаемый для источников и мест излучения шума, расположенных в пространстве, равным Ω=4π на поверхности территории или ограждающих конструкций зданий и сооружений Ω=2π в двухгранном угле, образованном конструкциями зданий (сооружений) и поверхностью территории Ω=π k - коэффициент, который в общем виде учитывает уменьшение интенсивности звука на пути его распространения за счет затухания в воздухе и наличия каких-либо преград на этом пути.
Рис. 68. К выводу формулы (22)
Разделив левую и правую части этого выражения на пороговое значение интенсивности звука I0 и прологарифмировав их, получим выражение для ожидаемого уровня звукового давления в расчетной точке:
L=LизлP+10lgФ-10lgΩ-20lgr-LопP (22)
где LизлP - уровень звуковой мощности шума, излучаемого в окружающую среду, дБ; ΔLопP - снижение уровня звуковой мощности на пути распространения шума в открытом пространстве, величина которого при отсутствии препятствий и небольших (до 50 м) расстояниях равна нулю. При больших расстояниях ΔLP нужно определять как ΔLопP=βаr/1000, дБ, где βа - затухание звука в атмосфере, дБ/км, приведено ниже:
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц
53
125
250
500
1000
2000
4000
8000
βа
0
0,7
1,5
3
6
12
24
48
Выражение (22) получено для условий свободного распространения звука, т. е. без влияния отражений от близко расположенных зданий и сооружений. В условиях городской застройки спад уровня звукового давления происходит медленнее, чем по закону квадрата расстояния, поэтому в случае расположения расчетной точки среди зданий в выражении (22) нужно брать не 20lgr, a 15lgr.
Рассмотрим случаи расчета, наиболее часто встречающиеся на практике. Уровни звукового давления в расчетных точках во всех этих случаях определяются по общей формуле (22) с подстановкой соответствующих значений LизлP и Ф.
1. Источник шума (ИШ) (один или несколько) и расчетная точка расположены на определенном расстоянии г друг от друга (рис. 69, а), причем шум от источника (например, от всасывающего отверстия вентилятора, установленного на территории предприятия недалеко от жилого дома) непосредственно излучается в окружающую среду. В данном случае LизлР - уровень звуковой мощности источника, т. е. LизлР=LP. Величина Ф берется из паспортных характеристик машины, механизма. Для источников шума с равномерным излучением звука Ф=1. Для осевых и центробежных вентиляторов, открытые всасывающие или выхлопные отверстия которых направлены в сторону расчетных точек, Ф=2; под углом порядка 45° Ф=1.
Рис. 69. Расчетные схемы излучения шума в окружающую среду: а - источник шума расположен в открытом пространстве; б - излучение шума из всасывающих или воздухозаборных отверстий аэродинамических установок; в - излучение шума через стенки канала аэрогазодинамической установки; г - излучение шума через строительные ограждения
2. Шум источника (вентилятора, компрессора, двигателя и т. д.) распространяется по каналам (трубопроводам) и излучается в атмосферу через выходные (выхлопные или воздухозаборные) отверстия (рис. 69,6). В этом весьма распространенном случае расчета шума аэрогазодинамической установки LизлР=LP-ΔLP, где LP - уровень звуковой мощности источ-ника шума, излучаемого в сторону выходного отверстия; ΔLP - снижение уровня звуковой мощности при распространении звука по каналам от источника до выходного отверстия, дБ, которое определяется последовательно для каждого элемента (прямого участка канала, поворота и т. д.) и затем суммируется, т. е.
ΔLP=∑ni=1ΔLPi, ΔLPi - снижение уровня звуковой мощности в отдельном i-m элементе; n-число этих элементов.
Величина ΔLP, дБ/м, для металлических прямоугольных воздуховодов может быть определена по табл. 39, а в каналах, тоннелях с большими размерами поперечного сечения (>2 м) - по табл. 40, где дано снижение уровней звуковой мощности на длине, равной гидравлическому диаметру (м): Dг=4Fк/Пк (Fк - площадь поперечного сечения канала, или тоннеля; Пк - его периметр).
Таблица 39
Поперечное сечение, мм
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
160Х160
0,4
0,4
0,3
0,2
0,15
0,15
0,1
0,1
500Х500
0,4
0,4
0,2
0,1
0,1
0,1
-
-
1000Х1000
0,3
0,2
0,1
0,01
-
-
-
-
Таблица 40
Тип канала, тоннеля
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
Кирпичный бетонный канал
0,04
0,09
0,11
0,15
0,18
0,22
0,27
0,32
Бетонный канал с ребристым покрытием
0,4
0,55
0,65
0,8
0,9
1
1,1
1,2
Круглый тюбинговый тоннель
0,15
0,4
0,7
1
1,25
1,5
1,8
2,1
Прямоугольныйтоннель
0,14
0,3
0,5
0,67
0,83
1,05
1,2
1,4
Снижение уровней звуковой мощности в прямоугольных поворотах воздуховодов и каналов может быть определено в зависимости от произведения fb (f - частота звука, Гц; b - ширина поворота м; рис. 70). Для плавных и прямоугольных поворотов с направляющими лопатками это снижение дано в табл.41.
Рис. 70. График для определения снижения шума в прямоугольных поворотах
Таблица 41
Ширина или диаметр поворота, мм
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
125-250
-
-
-
-
1
2
3
3
260-500
-
-
-
1
2
3
3
3
510-1000
-
-
1
2
3
3
3
3
1100-2000
-
1
2
3
3
3
3
3
В результате отражения звука от открытого конца воздуховода (с решеткой или без нее) происходит снижение уровня звуковой мощности, величина которого определяется с помощью графиков (рис. 71) в зависимости от параметра f√F (f - частота, Гц; F - площадь поперечного сечения канала, м2) и расположения конца воздуховода по отношению к стене здания.
Рис. 71. График для определения снижения шума при отражении от открытого конца воздуховода
При внезапном сужении или расширении канала, наличии перегородок с отверстием, разветвлений (рис. 72) величина снижения уровня звуковой мощности может быть определена в зависимости от размеров поперечного сечения канала. Так, для воздуховодов с поперечными размерами до 1 м для сужения или расширения перегородки (рис. 72, а, б, в)
Рис. 72. Элементы каналов: а, б - сужение, и расширение канала; в - перегородка с отверстием в канале; г - разветвление канала
ΔLP=10lg[(m+1)2/4m],
где m=F1/F2 (F - площади поперечных сечений, м2). Для разветвлений (рис. 72, г)
ΔLP=10lg∑Fотв(mn+1)2/4Fотвimn
где ∑Foтв - сумма площадей всех ответвлений, м2; Fотвi - площадь поперечного сечения воздуховода, м2, для которого определяется снижение уровня звуковой мощности; mn=F/∑Fотв.
Для каналов большого размера (более 1 м) для сужения перегородки ΔLP=10lgm, а для разветвлений ΔLP=10lg[0,5F+∑Fотв)/Fотвi
Если канал расширяется или плавно сужается, то ΔLP=0. В воздухозаборных (выхлопных) киосках величина ΔLР может быть принята равной 3 дБ.
Фактор направленности Ф, входящий в выражение (22), зависит от частоты звука, ориентации места излучения по отношению к расчетной точке, его размеров. Величины 10lgФ для наиболее распространенных случаев излучения приведены на рис. 73.
Рис. 73. Величины 10lg Ф для различных случаев излучения шума из воздухозаборцых или выбросных устройств аэрогазодинамических установок
3. Шум в расчетную точку попадает через стенки (чаще всего металлические) канала (см. рис. 69, в). С таким путем проникновения шума в окружающую среду наиболее часто приходится встречаться при работе станций испытания двигателей, в вентиляционных установках. Особенно заметным становится этот шум при установке глушителя перед выхлопным отверстием. В данном случае
ΔLизлP=LP-ΔLP+10lg(Fн/F)-Rк-3
где LP - уровень звуковой мощности, излучаемой источником шума в канал, дБ; ALP - снижение уровня звуковой мощности в канале от источника до участка канала, через который излучается шум; FH - площадь наружной поверхности стенок канала, через которую излучается шум, м2; F - площадь поперечного сечения канала, м2; Rк - звукоизоляция стенок канала, дБ, определяемая по данным § 34. Фактор направленности Ф здесь равен единице.
4. При близком расположении шумного помещения (цеха) предприятия к жилой застройке шум из этого помещения может попадать в расчетную точку через строительные ограждения, чаще всего оконные проемы площадью For? и звукоизоляцией Foгр, открываемые в летнее время. В этом случае расчета (Ф=1)
LизлP=10lg∑ni=1100,1LPi-10lgB+10lgFогр-Rогр
где LPi - уровень звуковой мощности i-го источника шума в помещении; n - их число; В - постоянная шумного помещения, м2, определяемая применительно к данному случаю по формуле B=Vμ/20 (V - объем помещения, м3; μ -частотный множитель, значения которого даны в табл. 36).
Часто в расчетную точку шум может попадать от различных источников и разными путями. В таких случаях уровни звукового давления сначала определяются по отдельности для каждого источника по формуле (22), а при одновременном действии всех источников находятся по правилу суммирования уровней
L=1-lg∑ni=1100,1Li
где Li и L - соответственно ожидаемые уровни звукового давления, создаваемые одним источником при изолированной работе и всеми источниками при одновременной работе; п-принимаемое для расчета число источников шума. Здесь уместно напомнить, что при разнице между двумя уровнями более 10 дБ меньшие уровни в расчет могут не приниматься.
Определение требуемого снижения шума ΔLтp. Прежде чем рассматривать нахождение этой величины, необходимо отметить, что требуемое снижение шума в расчетной точке и требуемое снижение шума источника - это разные понятия.
Во всех случаях расчета или измерений требуемое снижение шума в расчетной точке определяется как разность между ожидаемыми уровнями звукового давления, рассчитанными по формулам (22) и (25), или измеренными уровнями и допустимыми по нормам:
ΔLтр=L-Lдоп. (26)
Что же касается требуемого снижения шума источника или на пути его распространения, то эта величина зависит от числа источников шума и требуемого снижения в расчетной точке. При действии одного источника его шум должен быть снижен на величину ΔLтp, определяемую по формуле (26), а нескольких (n) одинаковых источников, удаленных от расчетной точки на примерно равное расстояние, - по формуле
ΔLтр=Li-Lдоп+10lg n, (27)
где Li - ожидаемый уровень звукового давления, создаваемый в расчетной точке одним источником, дБ.
На практике нередко приходится встречаться со случаем попадания шума в расчетную точку от разных источников, расположенных от нее на различных расстояниях. Применительно к действующим предприятиям требуемое снижение шума каждого источника может быть определено измерением уровней звукового давления, создаваемого им при одиночной работе (остальные источники отключаются) и сравнения их с допустимыми уровнями. При таких измерениях выявляются наиболее шумные источники, шум которых нужно снижать в первую очередь.
Выбор мероприятий по снижению шума. Как видно из основной формулы (22) расчета шума в окружающей среде, уровни звукового давления в расчетной точке зависят от величины составляющих, входящих в эту формулу. Следовательно, обеспечение допустимых уровней звукового давления может быть достигнуто за счет изменения данных величин с помощью следующих мероприятий:
1. Уменьшения уровня звуковой мощности источника шума, что в условиях эксплуатации достигается заменой шумного, устаревшего оборудования, а при проектировании - соответствующим выбором менее шумного оборудования, зная его шумовые характеристики.
2. Правильной ориентацией источника шума или места излучения шума по отношению к расчетной точке. Например, воздухозаборное устройство компрессорной установки должно располагаться так, чтобы излучаемый шум был направлен в противоположную сторону от жилого дома. В таких случаях величина показателя направленности G=10lgФ имеет значительно меньшую величину, что снижает уровни звукового давления на 5-15 дБ.
3. Размещения источника шума на возможно большем расстоянии от расчетной точки. Как известно, снижение уровней (в дБ) в открытом пространстве при увеличении расстояния от r1 до r2 равно ΔL=20lg(r2/r1). Отметим, что данное мероприятие может быть реализовано только лишь при проектировании объектов.
4. Уменьшения шума на пути его распространения от источника до расчетной точки за счет:
а) применения таких материалов и конструкций при проектировании наружных стен, остекления (окон), ворот, дверей, которые обеспечивают требуемую звукоизоляцию; звукоизоляции технологических коммуникаций, проходящих через внешние ограждающие конструкции здания; устройства специальных звукоизолированных боксов и звукоизолирующих кожухов при размещении шумящего оборудования на территориях промышленных предприятий и жилой застройки;
б) применения экранов, препятствующих распространению в атмосферу звука от оборудования, размещенного на территории промышленного предприятия;
в) устройства глушителей шума в газодинамических трактах установок, излучающих шум в атмосферу (испытательных боксов, компрессоров, вентиляторов и тому подобных установок); звукоизоляционная облицовка каналов, излучающих шум в атмосферу;
г) выполнения акустической обработки шумных помещений, через окна которых излучается шум в атмосферу.