06第六講振動的隔離

1、噪聲治理課程第六講 振動的隔離1振動及傳遞1.1 轉(zhuǎn)動設(shè)備的振動轉(zhuǎn)動的設(shè)備產(chǎn)生振動，振動通過基礎(chǔ)向四周結(jié)構(gòu)傳遞。對于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動設(shè)備，如風(fēng)機、水泵和某些機床等，主要以旋轉(zhuǎn)頻率為主導(dǎo)振動頻率。如某風(fēng)機的轉(zhuǎn)動頻率為3000轉(zhuǎn)/分鐘，那么它正常工作時,振動頻率主要在 50Hzo對于往復(fù)運動的設(shè)備，如氣泵、活塞泵、壓縮機、內(nèi)燃機和蒸汽機等，因其運 動形式不但包括旋轉(zhuǎn)，還包括曲柄連桿的來回運動，往復(fù)發(fā)生沖力和撞擊，振動形式復(fù)雜，存在各種頻 率分量的振動頻率。如氣泵的振動，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。設(shè)備產(chǎn)生的某一頻率的振動在建筑結(jié)構(gòu)中傳播過程中，頻率將保持不

2、變，振動的強度可能發(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的傳播，減少結(jié)構(gòu)輻射噪聲。但 是，當(dāng)振動發(fā)生共振時，振動被增大，嚴(yán)重時會損壞設(shè)備和結(jié)構(gòu)。1.2 固有頻率轉(zhuǎn)動設(shè)備和其支撐結(jié)構(gòu)是一個振動單體，振動通過支撐結(jié)構(gòu)傳遞給基礎(chǔ)。每一個振動單體都存在固 有頻率，即設(shè)備在該頻率上振動時，發(fā)生共振，振動傳遞給基礎(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，能量在固有頻率上無窮止地疊加，理論上傳遞到基礎(chǔ) 的振動幅度將達(dá)到無窮大，基礎(chǔ)將被破壞，無

3、堅不摧。曾經(jīng)發(fā)生士兵列隊行進(jìn)時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)生共振的時間很短，能量有限，而且，振動時由于阻 尼消耗了能量，共振不會達(dá)到無限大。但是，共振時，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)備啟動時，轉(zhuǎn)動頻率會由靜止逐漸增大到穩(wěn)態(tài)頻率，設(shè)備停止時，轉(zhuǎn)動頻率會從穩(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，轉(zhuǎn)動頻率將在某一小段時間內(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。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)驗計算公式、，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 撞擊振動使用手指敲擊桌面時，會發(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，振動向外輻射了聲音。撞擊振動 的特點，作用時間短，振動沖擊能量大，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，固有頻率附近的振動被 加強，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，為振動傳遞的頻率特性曲線。橫坐標(biāo)是頻率比z,即設(shè)備振動頻率與固有頻率的比值?？v介于f0和J2 f0之間時,坐標(biāo)是傳遞系數(shù) 刀，即設(shè)備振動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, 即頻率比z=1時，發(fā)生共振，設(shè)備傳遞給基礎(chǔ)的振動達(dá)到最大。當(dāng)即頻率比2z J/時，設(shè)備傳遞給基礎(chǔ)的振動大于設(shè)備自身的振動。當(dāng)設(shè)備頻率f大于固有頻率f0的J2倍時，即頻率比zj2,時設(shè)備傳遞給基礎(chǔ)的振動將小于設(shè)備的振動，而且 f與f0的比值越大,傳遞給基礎(chǔ)的振動越小。當(dāng)設(shè)備頻率f小于固有頻率f0的7巧倍時，即頻率比時，設(shè)備傳遞給基礎(chǔ)的振動等于

6、設(shè)備的振動，即振動無衰減地傳遞。以上理論為理想振動的傳遞規(guī)律。存在阻尼時,傳遞規(guī)律有所變化：振動頻率在共振頻率附近（22 z 1,-）時傳遞到基礎(chǔ)的振動幅度將隨阻尼的加大而降低；振動頻率較高時（z，2）傳遞到基礎(chǔ)的振動幅度將隨阻尼的加大而增大，但不會大于設(shè)備振動幅度；振動頻率較低時（z/g）傳遞到基礎(chǔ)的振動幅度仍等于設(shè)備振動幅度。因此，基本的隔振原理是：使振動盡可能遠(yuǎn)大于共振頻率的J2倍，最好設(shè)計系統(tǒng)的固有頻率低于振動頻率的5-10倍以上。振動通過共振區(qū)時還需增大阻尼，防止短時激振。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，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)有六個重錘，通過機械結(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，聲壓級越大說明振動傳遞的越多， 隔振性能越差。對于同一結(jié)構(gòu)，不同頻率產(chǎn)生的撞擊聲壓級不同，形成撞擊聲聲壓級曲線。為了便于比 較，通過對撞擊聲聲壓級曲線進(jìn)行計權(quán)，得到單一指標(biāo)Lpn,w ,名稱為標(biāo)準(zhǔn)計權(quán)撞擊聲壓級，具體確定方法為：1）使用撞擊聲評價標(biāo)準(zhǔn)曲線與實際撞擊聲壓級頻率特性曲線進(jìn)行比對，同時滿足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的聲壓級為Lpn,w。2） 32分貝原則：100-3150Hz的16個1/3倍頻程的撞擊聲壓級

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，振動將在構(gòu)件及其連接結(jié)構(gòu)內(nèi)傳播，最后通過墻體、頂棚、地面 等向房間振動輻射聲音。振動在固體中傳播時的衰減很小，只要固體構(gòu)件一直是連接在一起的，振動將 會傳播很遠(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、個原理。在建筑中振動還有 一個特點，就是向四面八方傳播，所有有固體連接的部分都會振動，在房間中，由于四周都會振動發(fā)聲，往往很難辨別振動聲源的位置。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，需要使用容重較大的墊層，防止玻璃棉被壓實，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。在用于隔絕機器振動的減振臺或減振地面時需要更加專業(yè)的設(shè)計，如果設(shè)計不當(dāng)，造成減振系統(tǒng) 的固有頻率與機器的振動頻率接近時，不但不能起到減振作用，還會使振動加大，甚至損壞機器及樓板 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需非常注意幾個問題。一是玻璃棉容重不能過低，否則玻璃棉將被壓實，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，必須防止刺破防水層而造成混凝土澆灌時玻璃棉滲水。還有一點是，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，如人員的活動、機器振動或敲擊等，在樓下做隔聲吊頂時需要采 用彈性吊件，否則振動會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，會引起頂棚較大振動。為了隔絕傳遞給頂棚的振動，也需 要使用彈性隔聲吊頂。設(shè)計彈性隔聲吊頂時，必須根據(jù)聲源的頻率特性對彈性吊件及其吊頂系統(tǒng)進(jìn)行減振計算，使系統(tǒng)固有頻率遠(yuǎn)小于聲源白振動頻率的/巧倍，盡量減少振動的傳遞。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，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)計權(quán)隔聲量可以達(dá)到70dB,撞擊聲標(biāo)準(zhǔn)計權(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。振動的特點是，剛性越強，傳 遞得越振動越大。例如，在風(fēng)機與風(fēng)道連接時，為防止振動隨風(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，常采用一小段橡膠接管作為柔性連接，阻止水泵的振動延 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，常作為振動設(shè)備的減振支撐。優(yōu)點是，固有頻率 頻率可控制在20Hz以內(nèi)，價格便宜，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。缺點是，阻尼性能差，高頻振動隔振效 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，但實際阻尼改善不大。將在安裝減振器時 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)點是，不僅在軸向，而且在回轉(zhuǎn)方向 均具有隔離振動的性能，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，價格低。缺點是耐老化問題，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加 速老化，一般壽命 5-10年，荷載特性常不一致，經(jīng)受長時間大荷載的作用，會產(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，硫化溫度和時間是非常重要的，常需經(jīng)過反復(fù)試 驗總結(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