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文檔簡介
1、噪聲治理課程第六講 振動(dòng)的隔離1振動(dòng)及傳遞1.1 轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng),振動(dòng)通過基礎(chǔ)向四周結(jié)構(gòu)傳遞。對(duì)于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備,如風(fēng)機(jī)、水泵和某些機(jī)床等,主要以旋轉(zhuǎn)頻率為主導(dǎo)振動(dòng)頻率。如某風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為3000轉(zhuǎn)/分鐘,那么它正常工作時(shí),振動(dòng)頻率主要在 50Hzo對(duì)于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備,如氣泵、活塞泵、壓縮機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和蒸汽機(jī)等,因其運(yùn) 動(dòng)形式不但包括旋轉(zhuǎn),還包括曲柄連桿的來回運(yùn)動(dòng),往復(fù)發(fā)生沖力和撞擊,振動(dòng)形式復(fù)雜,存在各種頻 率分量的振動(dòng)頻率。如氣泵的振動(dòng),每次活塞的往復(fù)沖擊相當(dāng)于在設(shè)備上使用錘子敲打,從低頻到高頻 都有很大的振動(dòng)。設(shè)備產(chǎn)生的某一頻率的振動(dòng)在建筑結(jié)構(gòu)中傳播過程中,頻率將保持不
2、變,振動(dòng)的強(qiáng)度可能發(fā)生不同 變化,既可能增大,也可能降低。降噪工程中總是希望盡可能降低振動(dòng)的傳播,減少結(jié)構(gòu)輻射噪聲。但 是,當(dāng)振動(dòng)發(fā)生共振時(shí),振動(dòng)被增大,嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞設(shè)備和結(jié)構(gòu)。1.2 固有頻率轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備和其支撐結(jié)構(gòu)是一個(gè)振動(dòng)單體,振動(dòng)通過支撐結(jié)構(gòu)傳遞給基礎(chǔ)。每一個(gè)振動(dòng)單體都存在固 有頻率,即設(shè)備在該頻率上振動(dòng)時(shí),發(fā)生共振,振動(dòng)傳遞給基礎(chǔ)的幅度最大。固有頻率是物體的自然屬 性,只與物體的重量和支撐的彈性有關(guān),不受外界作用的影響, 與設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)無關(guān)。物體重量越大,支撐結(jié)構(gòu)彈性越軟,固有頻率越低。發(fā)生共振時(shí),能量在固有頻率上無窮止地疊加,理論上傳遞到基礎(chǔ) 的振動(dòng)幅度將達(dá)到無窮大,基礎(chǔ)將被破壞,無
3、堅(jiān)不摧。曾經(jīng)發(fā)生士兵列隊(duì)行進(jìn)時(shí)步伐的頻率與大橋共振 頻率一致,發(fā)生共振,大橋坍塌。一般情況下,發(fā)生共振的時(shí)間很短,能量有限,而且,振動(dòng)時(shí)由于阻 尼消耗了能量,共振不會(huì)達(dá)到無限大。但是,共振時(shí),能量疊加到原來的10倍、100倍、1000倍或更大也是常見的事情。設(shè)備啟動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)頻率會(huì)由靜止逐漸增大到穩(wěn)態(tài)頻率,設(shè)備停止時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)頻率會(huì)從穩(wěn)態(tài)頻率逐漸降 低到靜止。如果發(fā)生共振的頻率低于穩(wěn)態(tài)頻率,那么,設(shè)備啟停時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)頻率將在某一小段時(shí)間內(nèi)和共 振頻率相同或近似而發(fā)生共振,共振的頻率區(qū)域被稱為共振區(qū)。設(shè)備啟停應(yīng)盡量迅速通過共振區(qū),防止 因共振產(chǎn)生過大的振動(dòng)。彈簧系統(tǒng)固有頻率與彈簧靜態(tài)下沉量有關(guān)。彈簧靜態(tài)下
4、沉量是指,在靜態(tài)荷載狀態(tài)下,彈簧被壓縮的長度。經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式、,1,為:f0 =其中f0是固有頻率,單位 Hz; delt為靜 2 . delt態(tài)壓縮量,單位為 m。1.3 撞擊振動(dòng)使用手指敲擊桌面時(shí),會(huì)發(fā)出“當(dāng)當(dāng)”的聲音,其原因是, 手指撞擊使桌面發(fā)生了振動(dòng),振動(dòng)向外輻射了聲音。撞擊振動(dòng) 的特點(diǎn),作用時(shí)間短,振動(dòng)沖擊能量大,頻率分量豐富。我們 聽到的“當(dāng)當(dāng)”聲音與桌面的固有頻率有關(guān),手指撞擊到桌面 在桌面上產(chǎn)生了各種頻率分量的振動(dòng),固有頻率附近的振動(dòng)被 加強(qiáng),較多地輻射到空氣中,形成空氣聲被人聽聞。鑼鼓等由 于缺少阻尼,敲擊后,共振非常強(qiáng)烈,能量消耗比較持久,聲 音很大,如果將其粘上膠皮,阻尼
5、增大,共振減弱,聲音變小。2隔振2.1 隔振原理如右圖,為振動(dòng)傳遞的頻率特性曲線。橫坐標(biāo)是頻率比z,即設(shè)備振動(dòng)頻率與固有頻率的比值??v介于f0和J2 f0之間時(shí),坐標(biāo)是傳遞系數(shù) 刀,即設(shè)備振動(dòng)的幅度與傳遞到基礎(chǔ)上的幅度的比值。設(shè)備頻率f等于固有頻率f0時(shí), 即頻率比z=1時(shí),發(fā)生共振,設(shè)備傳遞給基礎(chǔ)的振動(dòng)達(dá)到最大。當(dāng)即頻率比2z J/時(shí),設(shè)備傳遞給基礎(chǔ)的振動(dòng)大于設(shè)備自身的振動(dòng)。當(dāng)設(shè)備頻率f大于固有頻率f0的J2倍時(shí),即頻率比zj2,時(shí)設(shè)備傳遞給基礎(chǔ)的振動(dòng)將小于設(shè)備的振動(dòng),而且 f與f0的比值越大,傳遞給基礎(chǔ)的振動(dòng)越小。當(dāng)設(shè)備頻率f小于固有頻率f0的7巧倍時(shí),即頻率比時(shí),設(shè)備傳遞給基礎(chǔ)的振動(dòng)等于
6、設(shè)備的振動(dòng),即振動(dòng)無衰減地傳遞。以上理論為理想振動(dòng)的傳遞規(guī)律。存在阻尼時(shí),傳遞規(guī)律有所變化:振動(dòng)頻率在共振頻率附近(22 z 1,-)時(shí)傳遞到基礎(chǔ)的振動(dòng)幅度將隨阻尼的加大而降低;振動(dòng)頻率較高時(shí)(z,2)傳遞到基礎(chǔ)的振動(dòng)幅度將隨阻尼的加大而增大,但不會(huì)大于設(shè)備振動(dòng)幅度;振動(dòng)頻率較低時(shí)(z/g)傳遞到基礎(chǔ)的振動(dòng)幅度仍等于設(shè)備振動(dòng)幅度。因此,基本的隔振原理是:使振動(dòng)盡可能遠(yuǎn)大于共振頻率的J2倍,最好設(shè)計(jì)系統(tǒng)的固有頻率低于振動(dòng)頻率的5-10倍以上。振動(dòng)通過共振區(qū)時(shí)還需增大阻尼,防止短時(shí)激振。2.3 撞擊聲隔聲指標(biāo)衡量地面或樓板構(gòu)件撞擊后通過結(jié)構(gòu)輻射噪聲的指標(biāo)是撞擊聲隔聲量。測量時(shí),在地面或樓板上使用標(biāo)
7、準(zhǔn)打擊器進(jìn)行敲擊。標(biāo)準(zhǔn)打擊器內(nèi)有六個(gè)重錘,通過機(jī)械結(jié)構(gòu)輪流撞擊地面,而且撞擊地面的沖量 是標(biāo)準(zhǔn)化的,作為撞擊聲的標(biāo)準(zhǔn)振源。在敏感的房間中測量聲壓級(jí),聲壓級(jí)越大說明振動(dòng)傳遞的越多, 隔振性能越差。對(duì)于同一結(jié)構(gòu),不同頻率產(chǎn)生的撞擊聲壓級(jí)不同,形成撞擊聲聲壓級(jí)曲線。為了便于比 較,通過對(duì)撞擊聲聲壓級(jí)曲線進(jìn)行計(jì)權(quán),得到單一指標(biāo)Lpn,w ,名稱為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)權(quán)撞擊聲壓級(jí),具體確定方法為:1)使用撞擊聲評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)曲線與實(shí)際撞擊聲壓級(jí)頻率特性曲線進(jìn)行比對(duì),同時(shí)滿足32分貝原則和8分貝原則的隔聲量最小的標(biāo)準(zhǔn)曲線的500Hz的聲壓級(jí)為Lpn,w。2) 32分貝原則:100-3150Hz的16個(gè)1/3倍頻程的撞擊聲壓級(jí)
8、比標(biāo)準(zhǔn)曲線高的分貝數(shù)總和不大于32dBo 3) 8分貝原則:任一 100-3150Hz的1/3倍頻程的比撞擊聲壓級(jí)標(biāo)準(zhǔn)曲線高的分貝數(shù)不超過8dB。典型樓板的Lpn,w: 1) 80120mm的光裸混凝土樓板:Lpn,w gtl=84dB。2)同1)再加實(shí)帖木地板:Lpn,w gtl=63dB。3)同1)再加地毯:Lpn,w g=52dB。2.4 浮筑地面當(dāng)樓板等建筑構(gòu)件受到撞擊時(shí),振動(dòng)將在構(gòu)件及其連接結(jié)構(gòu)內(nèi)傳播,最后通過墻體、頂棚、地面 等向房間振動(dòng)輻射聲音。振動(dòng)在固體中傳播時(shí)的衰減很小,只要固體構(gòu)件一直是連接在一起的,振動(dòng)將 會(huì)傳播很遠(yuǎn),將耳朵貼在鐵軌上可以聽到幾公里以外火車行駛的聲音就是這
9、個(gè)原理。在建筑中振動(dòng)還有 一個(gè)特點(diǎn),就是向四面八方傳播,所有有固體連接的部分都會(huì)振動(dòng),在房間中,由于四周都會(huì)振動(dòng)發(fā)聲,往往很難辨別振動(dòng)聲源的位置。但是,如果固體構(gòu)件是脫離的(哪怕只是非常小的縫隙)或構(gòu)件之間存 在彈性的減振墊層,振動(dòng)的傳播將在這些位置處受到極大的阻礙,當(dāng)使用彈簧或與彈簧效果類似的玻璃棉減振做墊層將地面做成“浮筑地面”,將提高樓板撞擊聲隔聲的能力。隔振樓板和下面的支撐彈性墊層構(gòu)成了一個(gè)彈性系統(tǒng),一般的隔振規(guī)律是,樓板越重、墊層彈性 越好、靜態(tài)下沉度(樓板壓上去以后的壓縮量)越大,隔振效果就越好。8cm厚的混凝土樓板比 4cm的樓板更重,減振效果更好;兩層2.5cm厚的離心玻璃棉墊
10、層的靜態(tài)下沉度大于一層2.5cm厚的同樣墊層,減振效果要好一些。壓縮后的墊層必須處于彈性范圍內(nèi),也就是說,將樓板移去后,墊層可以在彈性的 作用下恢復(fù)原來的厚度,如果墊層被壓實(shí)而失去回彈性,將失去減振效果。因此,使用離心玻璃棉做減 振墊層時(shí),需要使用容重較大的墊層,防止玻璃棉被壓實(shí),上層混凝土越厚重,玻璃棉就要越厚,容重 也需要越大,一般容重應(yīng)大于96kg/m3。在用于隔絕機(jī)器振動(dòng)的減振臺(tái)或減振地面時(shí)需要更加專業(yè)的設(shè)計(jì),如果設(shè)計(jì)不當(dāng),造成減振系統(tǒng) 的固有頻率與機(jī)器的振動(dòng)頻率接近時(shí),不但不能起到減振作用,還會(huì)使振動(dòng)加大,甚至損壞機(jī)器及樓板 結(jié)構(gòu)。樓板撞擊聲隔聲是建筑中最難處理的隔聲部分之一。使用玻
11、璃棉減振墊層上面現(xiàn)澆混凝土的做法可以獲得20-30dB以上的撞擊聲隔聲效果。對(duì)于住宅,由于層高所限,一般的做法是使用2.5cm厚(壓縮后為2cm左右)96-150kg/m 3的離心玻璃棉做墊層,上鋪一層塑料布或1mm聚乙烯泡沫做防水層,再灌注4cm厚的混凝土形成浮筑地板。這種做法已經(jīng)在北京格林小鎮(zhèn)房地產(chǎn)開發(fā)中得以應(yīng)用,效果非常良好,經(jīng)實(shí)測,普通水泥地面的Lpn, w=78dB ,這種浮筑地板的 Lpn , w=56dB ,隔聲性能提高了 22dB。在有樓板隔聲要求的公建中,如演播室、錄音室或上部房間為球館及迪斯科舞廳的地板做法是,使用5cm厚(壓縮后為 4.5cm左右)150-200kg/m
12、3的離心玻璃棉做墊層,上鋪一層塑料布或1mm聚乙烯泡沫做防水層,再灌注 8-10cm厚的混凝土。經(jīng)實(shí)測,這種地面做法的Lpn, w達(dá)到44dB ,隔聲性能提高了34dB。使用離心玻璃棉做浮筑地板時(shí)需非常注意幾個(gè)問題。一是玻璃棉容重不能過低,否則玻璃棉將被壓實(shí),失去回彈性,無法起到減振效果。二是混凝土必須配筋,防止地面斷裂,可以采用的鋼筋間距20cm排列;配筋時(shí),必須防止刺破防水層而造成混凝土澆灌時(shí)玻璃棉滲水。還有一點(diǎn)是,不能出現(xiàn)兩 層地面之間的硬連接,如水管、鋼筋等,這樣會(huì)導(dǎo)致聲橋傳聲;澆灌地面與墻面連接處應(yīng)使用玻璃棉、 橡膠墊隔開,防止墻體將兩層地面連接在一起。2.5 彈性隔聲吊頂若樓上房間
13、樓板上有較大的振動(dòng),如人員的活動(dòng)、機(jī)器振動(dòng)或敲擊等,在樓下做隔聲吊頂時(shí)需要采 用彈性吊件,否則振動(dòng)會(huì)通過剛性的吊桿傳遞給到吊頂,再將聲音輻射到房間中。這種吊頂做法叫做彈 性吊頂系統(tǒng)。同樣,如果房間內(nèi)的噪聲很大,會(huì)引起頂棚較大振動(dòng)。為了隔絕傳遞給頂棚的振動(dòng),也需 要使用彈性隔聲吊頂。設(shè)計(jì)彈性隔聲吊頂時(shí),必須根據(jù)聲源的頻率特性對(duì)彈性吊件及其吊頂系統(tǒng)進(jìn)行減振計(jì)算,使系統(tǒng)固有頻率遠(yuǎn)小于聲源白振動(dòng)頻率的/巧倍,盡量減少振動(dòng)的傳遞。彈性吊竿的彈簧彈性應(yīng)適中,過硬將失去彈性,成為剛性連接,不能起到減振作用;亦不能過軟,防止吊頂荷載分布不均勻時(shí),吊頂?shù)恼w 性和平整性受到影響。2.6 房中房房中房是隔聲隔振效
14、果最好的一種建筑形式,即在房間中再建一個(gè)房間,內(nèi)層房間位于在彈簧或其 他減振設(shè)備上,四周墻壁及天花與外部房間之間沒有任何連接。房間之間形成空氣層,不但有利于空氣 聲的隔聲,而且有利于隔離撞擊產(chǎn)生的聲音。若采用良好的隔聲門(或聲閘),空氣聲標(biāo)準(zhǔn)計(jì)權(quán)隔聲量可以達(dá)到70dB,撞擊聲標(biāo)準(zhǔn)計(jì)權(quán)隔聲量可低于35dBo選擇房中房使用的彈簧或彈性材料,需認(rèn)真計(jì)算荷載和靜態(tài)下沉量,盡可能降低內(nèi)層房間與彈簧系統(tǒng)的共振頻率。2.7 柔性連接為防止設(shè)備振動(dòng)傳遞到與其連接的其他結(jié)構(gòu)上,需要采用柔性連接。振動(dòng)的特點(diǎn)是,剛性越強(qiáng),傳 遞得越振動(dòng)越大。例如,在風(fēng)機(jī)與風(fēng)道連接時(shí),為防止振動(dòng)隨風(fēng)道傳遞出去,在接口處使用帆布或橡膠
15、 片作為柔性連接。水泵的水管與管道連接時(shí),常采用一小段橡膠接管作為柔性連接,阻止水泵的振動(dòng)延 管道傳播。柔性連接不但要滿足減振的要求,還要具有抗壓,密封、耐勞化等相關(guān)特性。3隔振器及隔振元件3.1 金屬彈簧隔振器金屬彈簧隔振器是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的隔振器,常作為振動(dòng)設(shè)備的減振支撐。優(yōu)點(diǎn)是,固有頻率 頻率可控制在20Hz以內(nèi),價(jià)格便宜,性能穩(wěn)定,耐高溫,耐低溫,耐油,耐腐蝕,不老化,壽命長。 可適用于不同要求的彈性支撐,可預(yù)壓,也可做成懸吊型使用。缺點(diǎn)是,阻尼性能差,高頻振動(dòng)隔振效 果差。在高頻,彈簧逐漸呈剛性,彈性變差,隔振效果變差,被稱為“高頻失效”。目前較多使用的是小型螺旋鋼彈簧組合并配以
16、鑄鐵外殼,并做一定的阻尼處理,但實(shí)際阻尼改善不大。將在安裝減振器時(shí) 墊入橡膠墊可減弱高頻失效的影響,但有些橡膠在承壓狀態(tài)下容易老化,有時(shí)也可安裝在浮筑地面上, 效果更理想。3.2 橡膠隔振器將橡膠固化、減切成型,可以形成各式各樣的橡膠隔振器。優(yōu)點(diǎn)是,不僅在軸向,而且在回轉(zhuǎn)方向 均具有隔離振動(dòng)的性能,固有頻率頻率可控制在 15Hz以內(nèi),。橡膠內(nèi)部阻尼比金屬大很多,高頻隔振效果好。安裝方便,容易與金屬牢固地粘界,體積小,重量輕,價(jià)格低。缺點(diǎn)是耐老化問題,普通橡膠使 用溫度范圍是 0-70C,特殊工藝下限溫度方可達(dá) -50C,在空氣中容易老化,特別是在陽光直射下會(huì)加 速老化,一般壽命 5-10年,荷載特性常不一致,經(jīng)受長時(shí)間大荷載的作用,會(huì)產(chǎn)生松弛現(xiàn)象。橡膠隔 振器的性能與質(zhì)量主要取決于橡膠的配方和硫化工藝,硫化溫度和時(shí)間是非常重要的,常需經(jīng)過反復(fù)試 驗(yàn)總結(jié)才能確定最佳工藝。3.3 橡膠隔振墊與橡膠隔振器不同,橡膠隔振墊是一塊橡膠板,可大面積地墊在振動(dòng)設(shè)備與基礎(chǔ)之間。橡膠隔振墊 表面常切劃出一些凹槽,是為了受壓時(shí)變形的需要。因其具有持久的高彈性,有良好的隔振、隔沖、隔 聲性能,使用非常廣泛。橡膠隔振墊的適用隔振固有頻率在10-15HZ,多層
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