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 F_i , Гц, которая вычисляется по формуле

F_i = 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 F_i ≥ 400 Гц, а сверху частотой F_j , Гц, которая вычисляется по формуле

F_j = 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 F_i и F_j (см. пп . 1.4, 1.5).

Есл и F_j > F_i , 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 F_i , 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 F_j , 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 F_j < F_i , 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 F_j = 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