книги / Справочник по судовой акустике

8е, вБА

3 5 ------

уровня звука клапанов [26].

ствия газовых потоков за решеткой и повышения частотного спектра. Шум с более высокочастотным спектром эффективнее изолируется стенками трубопроводаДля смещения спектра в область высокочастотного шума необходимо, чтобы характер­ ный размер струи был как можно меньше. На рис. 6.22 показано, что низкочастот­ ные составляющие спектра шума уменьшаются на 10— 15 дБ при течении струи

ю

уд50нгс/смг г, 65кгс/смг $*гс/см*

иКлапан ?Пхгп1пм2 I

Ло-д5 Аи с*сп Атмосферное давление

ю щ им и дискам и .

1 — затвор; 2 — диски; 3 — сечение дросселирующего канала в диск

В дросселирующих управляющих системах большой производительности со

с многоступенчатым дросселированием. Клапаны с делением потока основаны на том же принципе, что и дросселирующие решетки, однако в отличие от решеток, рассчитываемых на постоянный расход (~ 75 % номинального), клапаны работают эффективно и на переменных режимах. Принципиальные конструкции клапанов с делением расхода даны на рис. 6.24. На принципе деления потока основаны мало­ шумные клапаны, у которых затворы выполнены с аксиальными ребрами (в виде шестерни). Поток поступает через клапан по многочисленным пазам в затворе, каждый из которых имеет форму сопла Вентури [18, 24].

Клапаны с многоступенчатым дросселированием находят применение в дрос­ селирующих системах, в которых необходимо срабатывать большие перепады дав­ ления.

Наибольшее снижение шума многоступенчатых дросселирующих клапанов, аналогичных показанному на рис. 6.23, достигается при отношении давлений p jp 2 < 5. Клапаны могут работать и при значительно больших P i/p 2» но в этом случае снижение шума будет менее существенным. Ступенчатый плунжер 1 и седло 2 (см. рис. 6.23) заставляют поток изменять направление. Каждая ступень создает лабиринт с четырьмя поворотами и срабатывает большой перепад давле­ ния, что ограничивает скорость газа. Площади ступеней возрастают по арифмети­ ческой прогрессии, компенсируя увеличение объема газа при расширении. При закрытии соприкасаются только седло и шейка. Выступы с седлом не соприка­ саются. Затвор клапана и седло изготовляют из обычной нержавеющей аустенит­ ной стали, посадочные поверхности наплавляют стеллитом. Подвижный элемент в подобной конструкции отличается большой жесткостью. Плунжер клапана I и шток 3 имеют три направляющие поверхности, что ограничивает возможность вибрации. Кроме того, после открытия клапан уравновешен давлением. Исполь­ зование серводвигателя с большим ходом для привода клапана и рычага для умень­ шения хода позволяет получить стабильную работу клапана и увеличивает его чувствительность.

На основании исследований большого ряда подобных клапанов получена

Параметры Cv, р1} р2, Rrp и 5 Д аналогичны указанным ранее; у — отноше­ ние площадей сечений первой и последней ступеней клапана (для угловых кла­ панов Ло-дб у = 4 или у = 2, в зависимости от типа узла клапан—седло, для кла­ панов с двойным седлом нужно принять у = 2). Измеренные значения шума кла­ панов Ло-дб на расстоянии 1 м составляют 80— 90 дБА; обычные клапаны тех же параметров имеют уровни шума 105— 110 дБА. Стоимость малошумных клапанов увеличивается по сравнению со стоимостью обычных примерно в 2—3 раза, од­ нако оно окупается в 5— 10 раз большим сроком службы. При очень больших перепадах применяются малошумные клапаны с дросселирующими дисками, как показано на рис. 6.24.

Проблема снижения вибрации. Шум клапана является внешним проявле­ нием внутренних колебаний системы. Результатом воздействия высокочастотной вибрации могут быть неприятные последствия, связанные с разрушением измери­ тельной и регулирующей аппаратуры. Высокочастотная вибрация на поверх­ ности неизолированных отводящих трубопроводов достигает 40—60 g (g — ускоре­ ние силы тяжести). Она может привести к развинчиванию болтовых соединений на фланцах магистрали и к обрыву болтов крепления трубопроводов. Для предотвра­ щения передачи структурного шума на корпусные конструкции судна шумящие трубопроводы и блоки клапанов, в том числе и паровые, должны крепиться с по­ мощью пружинных и резинометаллических амортизаторов.

Глава 7

СНИЖЕНИЕ Ш УМ А СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

§7.1. ИСТОЧНИКИ ШУМА СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ

Системы вентиляции и кондиционирования воздуха на судах пред­ назначены для вентилирования судовых помещений, создания в жилых, обществен­ ных и служебных помещениях благоприятных для экипажей и пассажиров усло­ вий обитания. Источниками шума в этих системах являются: вентиляторы, воздухораспределительная, дросселирующая и запорная арматура, приборы и

аппараты тепловлажностной обработки воз­

Одним из главных агрегатов в системах вентиляции и кондиционирования воздуха на судах является вентилятор; он лее служит основным источником шума. Наиболее широкое распространение получили центробежные электровентиля­ торы. В большинстве систем вентиляции и кондиционирования воздуха на судах отечественной постройки применяются центробежные вентиляторы серии ДС (центробежный судовой). Они представляют собой одноступенчатые электровен­ тиляторы, у которых радиальные лопатки рабочих колес изготовлены штампован­ ными из листового материала. Рабочее колесо вентилятора насажено на вал элек­ тродвигателя, а улитка прикреплена к его фланцу. Напор Я , развиваемый вен­ тиляторами серии ЦС при п = 300 об/мин и производительности Q = 0,14-2,5 м3/с, составляет 600— 1800 Па. Наряду с надежностью и экономичностью вентиляторы серии ЦС имеют один существенный недостаток: они очень шумны. На рис. 7.1 дана обобщенная зависимость интегрального уровня шума от основных энерге­ тических параметров вентиляторов. Видно, что для наиболее широко применяе­ мых на судах вентиляторов, имеющих параметр 10 lg Qtf/т] > 15 (гдет) — к. п. д. вентилятора), общий уровень шума достигает 80— 100 дБ. Спектральные харак­ теристики шума некоторых вентиляторов серии ЦС даны в табл. 7.1.

Спектральный состав воздушного шума центробежных вентиляторов обычно включает сплошную часть и отдельные дискретные (доставляющие, которые на

5— 15 дБ превышают сплошной спектр. Типичный спектр воздушного шума цен­ тробежного вентилятора показан на рис. 7.2.

Источниками сплошной части спектра воздушного шума центробежного вен­ тилятора служат вихревые системы и отдельные вихри, образующиеся в проточ­ ных каналах, главным образом при обтекании лопаток рабочего колеса. Суще­ ственное влияние на интенсивность и размер вихрей, а следовательно, на уровень

Рис. 7.2. Типичный спектр воздушного шума центробежного вентилятора.

Û,d5

Рис. 7.3. Типичный спектр воздушного шума осевого вентилятора при различной производительности

1 Q = Флот» ^ — Q > QnoT» ^ — Q < Qпот'

и частоту шума оказывает начальная турбулентность потока на входе в рабочее колесо. Источником дискретных составляющих воздушного шума в одноступен­ чатых центробежных вентиляторах без направляющих и спрямляющих аппаратов является взаимодействие неравномерного по скорости в выходном сечении рабо­ чего колеса потока с языком отводного канала (улитки). Эта составляющая шума называется шумом от неоднородности потока.

{ Осевые вентиляторы в судовых системах вентиляции и кондиционирования Воздуха применяются значительно реже, чем центробежные. Спектральный со­ став воздушного шума осевого вентилятора, как и центробежного, включает сплошную часть и отдельные дискретные составляющие (рис. 7i3.).

Физическая природа образования сплошной части спектра шума (вихревой шум) та же» что и в центробежных вентиляторах. В осевых вентиляторах, которые обычно отличаются от центробежных хорошо организованным потоком в решетках профилей и практически безотрывным их обтеканием, основным источником вих­ ревого шума являются пульсации давления (подъемной силы) на лопатках, свя­ занные со сходом вихрей с задней кромки. Появление дискретных составляющих в.спектре, шума осевых вентиляторов в основном обусловлено вытеснением не­ которого объема воздуха вращающимися лопатками (так называемый шум вра­ щения [1]) и взаимодействием потока воздуха с направляющими лопатками ста­ тора-

Шум вращения обычно наблюдается у осевых вентиляторов с малым числом лопастей (z т= 3-4-5) [11 ]. У вентиляторов с густотой решеток 0,5 дискрет­ ные составляющие шума находятся на уровне сплошной части спектра. Интен­ сивность шума и его частота зависят от взаимодействия потока воздуха, входя­ щего из рабочего колеса ротора, с направляющими лопатками статора, от соот­ ношения чисел лопаток рабочего колеса и направляющего аппарата, а также от зазора между ними.

Акустические характеристики судовых осевых вентиляторов в значительной степени зависят от их производительности: при уменьшении производительности (Q Спот) наблюдается резкое повышение шумности вентилятора. Это объяс­ няется наступлением отрывного обтекания лопаток рабочего колеса. В спектре шума на этих режимах работы (см. рис. 7.3) происходит интенсивный рост низко­ частотных составляющих (до 500 Гц).. При работе вентиляторов в области повы­ шенных производительностей (Q > Фпот) увеличивается на 5—7 дБ шум на вы­ соких частотах ( / > 1 кГц) и растет дискретная составляющая от неоднородности потока.

В кондиционере основным источником шума является встроенный в него вентилятор. Балансировку вентиляторов кондиционеров следует осуществлять с особой тщательностью, чтобы предотвратить появление повышенных уровней шума в области низких частот.

В автономных кондиционерах интенсивным источником вибраций служат компрессоры холодильных машин, поэтому их виброизоляции уделяют большое внимание.

В кондиционерах с паровыми увлажнительными устройствами интенсивным источником воздушного шума являются увлажнители. Так, увлажнитель УВП-72 при расходе пара'0,2 кг/с и давлении 4 - 105 Па имеет общий уровень шума 98 дБ. Применение глушителей позволяет-существенно снизить уровни шума увлажни­ теля в области средних и высоких частот (рис. 7.4). Основные характеристики ряда судовых кондиционеров даны в табл. 7.2.

Судовые системы вентиляции и кондиционирования воздуха обычно насы­ щены путевой арматурой и разнообразным теплотехническим оборудованием (дроссельные заслонки, задвижки и нагреватели). Все эти элементы представляют собой определенные гидравлические сопротивления для потока, прохождение через которые сопровождается интенсивным вихреобразованием, а следовательно, и шумоизлучением.

Уровень звуковой мощности шума, возникающего при прохождении воздуха через.арматуру, зависит прежде всего от скорости потока перед ней. На рис. 7.5 даны спектрограммы шума на выходе из воздухоохладителя марки ОВПЧ при различных скоростях потока воздуха. Как видно из рисунка, увеличение скорости приводит к росту уровня шума, особенно в области средних и высоких звуковых частот. Общий уровень мощности шума арматуры пропорционален шестой степени скорости потока воздуха [11 ]. В системах с малой протяженностью воз­ никают тональные составляющие шума, звуковая мощность которых пропорцио­ нальна четвертой степёни скорости потока [12]. Такие тональные составляющие в случае достаточно протяженных систем (при длине воздухопровода более 6 м) приходятся на область инфразвуковых частот, и их основная частота не прослу­ шивается.

Теплообменные аппараты систем вентиляции представляют собой набор цилиндрических стержней, отрывное обтекание которых и обусловливает их шумность. Однако в связи с тем, что в теплообменниках имеется большое число труб,

струхалевская частота и ее гармоники в спектре шума таких аппаратов в явном виде не проявляются, особенно при анализе шума в полосе частот 1 ; 1/ 2 и V3 ок­ тавы.

Наряду с арматурой и теплотехническим оборудованием в системах вентиля­ ции и кондиционирования воздуха источниками шума являются фасонные эле­ менты воздухопроводов (повороты, тройники и т. п.). Из приведенных на рис. 7.6 данных видно, что в области низких частот шум, возникающий в приточном трой­ нике при скорости потока 30 м/с, несколько превышает шум вентилятора с не­ большими параметрами Q и Н.

Процесс шумообразования в воздухораспределительной арматуре имеет та­ кой же характер, как в путевой арматуре, с той разницей, .что шум путевой арма­ туры возникает в канале, претерпевает отражение на выходе из системы и мокет

LM

Рис. 7.4. Спектрограмма воздушного шума увлажнителя УВП-72.

1 — без глушителя шума; 2 — с глушителем шума.

быть ослаблен глушителем. Шум воздухораспределительной арматуры образуется непосредственно в вентилируемом помещении в результате обтекания потоком воздуха кромок, решеток, сеток и других элементов, находящихся в плоскости выходного отверстия такой арматуры.

В системах кондиционирования воздуха наряду с воздухораспределительной арматурой широко применяются различные распределительно-регулирующие устройства. Наиболее шумные из них — эжекционные доводочные воздухорас­ пределители [2], повышенный уровень шума которых обусловлен в первую рчередь высокими скоростями (до 25 м/с) на выходе из сопловых аппаратов воздухо­ распределителей, необходимыми для обеспечения подсоса эжектируемого воздуха через теплообменник. Несмотря на применение звукопоглощающих материалов в подобных воздухораспределителях, их шум сравнительно высок; общий уро­ вень его составляет 65 дБ.

Шум воздухораспределительной арматуры обусловлен процессом вихреобразования и зависит в первую очередь от скорости потока воздуха. Как и в слу­ чае путевой арматуры, увеличение скорости потока приводит к быстрому повыше­ нию уровня шума в диапазоне средних и высоких звуковых частот. Конструктив­ ные особенности воздухораспределителя также сказываются на уровне созда­ ваемого им шума. Так, шум поворотного шарового воздухораспределителя при рабочем положении регулирующего органа «под тарелку» в области средних