Материал: LS-Sb90923

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

__________________________________

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

_____________________________________

А. В. КАРАСЕВ

АКТИВНЫЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ШУМОМ И ВИБРАЦИЕЙ

Электронное учебное пособие

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2013

АКУСТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Введение

Термин «Акустическое проектирование» применительно к любым техническим объектам достаточно необычен, однако по существу отражает современное состояние и тенденции в этой области техники. К сожалению, до сих пор распространена практика, когда на уже готовом техническом объекте начинают проверять уровни шума и вибрации и их соответствие требованиям эксплуатации, как для обслуживающего персонала, так и оборудования. Если речь идет о выполнении только санитарных норм, то решение проблемы обычно сводится к индивидуальной защите персонала или применению средств звукоизоляции и звукопоглощения. Если же, например, не выполняются нормы по уровню вибрации оборудования, то не исключены серьезные изменения в режимах работы и гарантийных сроков эксплуатации. В обоих случаях требуются большие дополнительные временные и финансовые затраты. Многие из возникающих вопросов могут быть решены на ранней стадии проектирования технического объекта в целом, если акустическое проектирование будет его полноправной составной частью.

Данная проблема характерна для проектирования и постройки судов, особенно в последнее время, когда значение стоимости постройки и эксплуатации значительно выросли. Поэтому в дальнейшем вопросы акустического проектирования, пассивные и активные средства виброизоляции и вибропоглощения, звукоизоляции и звукопоглощения в этом разделе будут рассмотрены применительно к судостроению.

Многие вопросы могут быть решены на ранней стадии проектирования судна при решении задач общего расположения, водоизмещения, режимов движения и работы оборудования, выбора необходимого оборудования. По существу, большинство значений уровней шума и вибрации в помещении и акустических характеристик комплексов оборудования могут быть вычислены и смоделированы на уровне эскизного и технического проектирования, задолго до постройки. Применение средств акустической защиты, их выбор и расчет эффективности могут быть последними в этой цепочке принципиальных технических и экономических решений.

С этой точки зрения в первой части пособия кратко освещаются принципы проектирования при выполнении требований по уровню шума и вибрации и современные средства звукоизоляции и звукопоглощения, виброизоляции и вибропоглощения характерные для судостроению. В этой связи следу-

3

ет подчеркнуть, что экипаж и пассажиры находятся на судне с работающими механизмами круглосуточно и часто длительное время, что приводит к более жестким санитарным нормам. С другой стороны к судовому оборудованию предъявляются более жесткие эксплуатационные требования по надежности

идлительности работы в условиях сильных внешних воздействий. Кроме того, все средства защиты должны удовлетворять требованиям пожаробезопасности (не гореть и не распространять огонь), не выделять токсичные вещества при высоких температурах и др.

Следует отметить, что пассивные средства борьбы с шумом и вибрацией во многом себя исчерпали. В то же время только в последние годы появились быстродействующие технические средства по анализу параметров шума

ивибрации и соответствующие адаптивные САУ. Поэтому использование активных методов борьбы с шумом и вибрацией постепенно становится реальностью. Именно таким методам посвящена вторая и третья части пособия.

Таким образом в этой части будут рассмотрены требования к уровням вибрации и шума и порядок акустического проектирования на примере судна.

1. Требования к уровням вибрации и шума на судах

Защита здоровья экипажа, создание условий нормального общения и определенного комфорта в помещениях для отдыха и работы привело к установлению определенных требований к уровню шума и вибрации на судах. В то же время наращивание мощностей энергетических установок при снижении их веса обусловливает рост уровней шума, вибрации, что усложняют эту задачу. Поэтому вопросы контроля шума и вибрации и выполнение существующих требований к их уровню являются специфической функцией при проектирования судна. Для военных кораблей эти требования являются одними из основных тактико-технических показателей качеств боевых судов (в первую очередь подводных лодок).

Внешний шум в атмосфере, подводный шум, воздушный и структурный (вибрация) шум в помещениях называют акустическими полями судна. Основными источниками акустических полей судна являются:

А. Источники механической природы (судовые механизмы, системы, устройства).

Б. Источники гидро- и аэродинамического происхождения:

– взаимодействие воды и движительно-рулевого комплекса;

4

–турбулентный пограничный слой на обтекаемой поверхности корпуса;

–вихревые структуры при обтекании отверстий и выступающих частей;

–кавитация;

–волнообразование.

Основное различие этих полей состоит в зависимости их уровней от скорости хода. На стоянке и при малых ходах, в основном, это источники механической природы, а на большой скорости – основной вклад вносят источники гидро- и аэродинамического происхождения.

Кроме указанных, в формировании акустических полей участвует шум «обитания», который имеет нестационарный характер, и шум специфических источников (например, шум ледокола при движении во льдах). Итак, акустическими полями судна и источниками являются:

–воздушный шум и вибрация в помещениях;

–внешний шум в атмосфере;

–подводный шум.

Основные источники шума и вибрации:

–судовое оборудование (главная двигательная установка, вспомогательные механизмы, системы и устройства);

–гидродинамические источники (движительно-рулевой комплекс, турбулентный пограничный слой, кавитация, волнообразование);

–аэродинамические источники (газовыхлоп двигателей, прием и выброс воздуха систем вентиляции, вихревые структуры);

–специфические источники (шум ломающегося льда, шум швартовки и

др.);

–экипаж и пассажиры (открытие и закрытие дверей, работа радиосети, топот ног и др.).

Рассмотрим более подробно источники шума. В помещениях:

–механизмы (воздушный шум, структурный шум, как первичный, так и вторичный);

–системы вентиляции и кондиционирования (шум аэродинамического происхождения, структурный шум);

–движитель (излучение корпуса при низкочастотной вибрации, излучение корпуса при кавитации);

–обтекание корпуса (излучение корпуса при возбуждении кавитации);

–специфические источники (излучение корпуса и палуб при их возбуждении ударами);

5