ЗАХИСТ ВІД ШУМУ І ВІБРАЦІЙ

Рекомендації щодо віброізоляції інженерного обладнання

А.Ю. Смирнов, В.С. Контар

Джерела шуму та вібрації

У сучасних житлових та громадських будівлях встановлюють велику кількість інженерного та технологічного обладнання. При проектуванні будівель та споруд необхідно враховувати, що інженерне обладнання збуджує вібрацію несучих конструкцій, що може спричинити появу наднормативних рівнів шуму у житлових та громадських приміщеннях. До інженерного обладнання відносяться системи вентиляції та кондиціювання повітря, водопостачання та опалення, ліфти, трансформатори тощо. Джерелами вібрації та шуму сантехнічного обладнання є, наприклад, запірна, розподільна та регулююча арматура, зливні бачки. До технологічного відноситься обладнання підприємств торгівлі, комунального та побутового обслуговування.

Працююче обладнання збуджує вібрацію з'єднаних з ним конструкцій, випромінює повітряний шум в навколишній простір та приєднані повітропроводи або обурює рідину (зазвичай воду) у приєднаних трубопроводах. Наприклад, при роботі вентиляційного агрегату (вентилятора) на технічному поверсі будівлі (рис. 1) збуджуються коливання підлоги цього поверху і приєднаних до вентилятора повітроводів, випромінюється повітряний шум у приміщення венткамери і повітропроводи.

За природою походження шуми та вібрації можуть бути:
- механічними (через неврівноваженість рухомих, зокрема, мас, що обертаються, ударів у зчленуваннях, стукоту в зазорах тощо);
- аерогідродинамічними (при впуску-випуску газу компресорів, через утворення вихрів та неоднорідностей у потоках газу та рідини у вентиляторах та насосах, автоколивань у водорозбірних кранах);
- електромагнітними (у електродвигунів, трансформаторів).

Нерідко обладнання збуджує одночасно вібрацію та шум кількох складових, наприклад, вентиляційний агрегат.
Вібрація надає двоякий несприятливий вплив на людину: внаслідок безпосереднього контактного впливу і шуму, випромінюваного в приміщення коливаються конструкціями, що захищають, в звуковому діапазоні частот (структурного шуму).

Методи зниження шуму та вібрації

Є дві основні групи засобів зниження шуму та вібрації обладнання в житлових та громадських будинках – у джерелі виникнення та на шляху розповсюдження. Необхідно правильно поєднувати ці засоби.

При проектуванні будівель зниження шуму та вібрації в джерелі забезпечують застосуванням малошумного обладнання та вибором правильного (розрахункового) режиму його роботи, при будівництві та експлуатації будівель – технічною справністю обладнання.

Зниження шуму та вібрації на шляху розповсюдження досягається комплексом архітектурно-планувальних та акустичних заходів.

Архітектурно-планувальні заходи передбачають таке планування приміщень у будинках, за яких джерела шуму максимально віддалені від приміщень, що захищаються від шуму. Наприклад, ліфтові шахти в житлових будинках слід розміщувати так, щоб вони не примикали до стін житлових кімнат і навіть стін квартир.

Акустичні заходи – це вібро- та звукоізоляція інженерного обладнання, застосування звукопоглинаючих конструкцій у приміщеннях з джерелами шуму, а також у приміщеннях, що захищаються від шуму, встановлення глушників шуму в системах вентиляції тощо.

Вибір комплексу засобів зниження шуму і вібрації залежить від характеру їх виникнення і поширення і обґрунтовується акустичним розрахунком, в якому визначаються очікувані рівні шуму в приміщенні, що захищається, необхідне їх зниження і необхідні для цього заходи.

Класифікація конструктивних схем віброізоляції

Для віброізоляції інженерного агрегату необхідно його встановити на віброізолятори та ізолювати комунікації, що підходять до нього. Застосовують одноланкову (рис.2 б, г, д, е), дволанкову (рис.2, ж, з), а іноді і триланкову схему віброізоляції.

Між агрегатом і віброізоляторами часто розташовують масивну плиту (зазвичай залізобетонну) або жорстку опорну раму (рис.2 г, д, з).

Підтримуючу конструкцію, на яку спирається віброізольована інженерна машина, для стислості називають фундаментом. Це може бути плита перекриття, залізобетонний блок, балки та ін.

Віброізолюючі елементи можуть бути представлені:
а) у вигляді окремих опор:
− пружинні віброізолятори, основним робочим елементом яких є одна або кілька сталевих гвинтових пружин;
− пружні прокладки, що нерідко мають складну форму;
б) у вигляді шару пружного матеріалу, що укладається між машиною та фундаментом;
в) у вигляді плаваючої статі на пружній підставі. Підлога на пружній підставі являє собою залізобетонну стяжку, влаштовану на пружній підставі поверх несучої плити перекриття будівлі. Зазвичай застосовується у дволанковій схемі з іншими віброізоляторами (рис. 2, ж).

Критерій віброізоляції

Ефективність віброізоляції характеризується зниженням рівня коливань фундаменту, дБ:

де u1² і u2²– квадрати амплітуди віброшвидкості фундаменту, усереднені по його поверхні та частоті при відповідно жорсткому та віброізольованому кріпленні до нього машини.

Величину називають віброізоляцією. Вона дорівнює зниженню рівня коливань конструкцій будівель та структурного шуму, що виникають через динамічний вплив машин на підтримуючі конструкції.

Розрахунок віброізолюючих конструкцій полягає у виборі та розрахунку віброізоляторів та інших елементів, з яких вони складаються, а також у розрахунку віброізоляції.

Найважливіша характеристика віброізольованої установки – частота її власних коливань (резонансна частота віброізолюючої основи), Гц:

де К — сума динамічних жорсткостей віброізоляторів, Н/м, на яких встановлена інженерна машина; М - загальна маса, кг, віброізольованої установки (сума мас машини Мм та залізобетонної плити Мпл, якщо така є).

При віброізоляції машини на частотах коливання фундаменту не знижуються . В області частот воно підсилюється . При настає резонанс — різке посилення коливань. Тільки на частотах f, значно більших f₀, віброізолятори знижують коливання фундаменту. Тому їх підбирають так, щоб резонансна частота f₀ лежала нижче діапазону частот, в якому потрібне зниження даних коливань. Отже, віброізолятори повинні мати досить низьку твердість. На рис.4 показаний характерний графік залежності віброізоляції інженерного агрегату від частоти при влаштуванні віброізолюючої основи із застосуванням пружних елементів з матеріалу Sylomer®.

Рис. 3 Графік віброізоляції

Дволанкова схема віброізоляції має більшу ефективність порівняно з одноланковою. Але на відміну від одноланкової схеми, тут дві резонансні частоти, тому діапазон частот, у якому віброізоляція негативна, розширюється.

Рекомендації щодо проектування віброізолюючих конструкцій.

Проектування віброізолюючих конструкцій зводиться до вибору конструктивної схеми віброізоляції, підбору типу і параметрів віброізоляторів за відомою номенклатурою (рідше їх розраховують і проектують), вибір конструкції підлоги на пружній підставі (якщо вона потрібна), розрахунку ефективності прийнятої конструкції (віброізоляції).

Всі розглянуті віброізолюючі конструкції знижують вібрацію, що передається на фундамент, тільки на частотах, що перевищують основну частоту власних вертикальних коливань (резонансну частоту) системи, що складається їх машини, встановленої на віброізолюючому підставі. При виборі віброізолюючих конструкцій виходять із вимоги

де - робочача частота машини (обладнання), Гц, - це частота оборотів в секунду для машин з частинами, що обертаються (насоси, вентилятори), число ходів в секунду машин з зворотно-поступально рухомими частинами (поршневі компресори)

Якщо жорсткість неопорних зв'язків (трубопроводів, гнучких вставок тощо) не більше половини жорсткості віброізоляторів, то можуть бути обрані віброізолятори та спроектована віброізолююча конструкція. Інакше необхідно враховувати жорсткість неопорних зв'язків – вибір віброізоляторів і самої віброізолюючої конструкції стає складнішим

При віброізоляції машин із робочими частотами менше 18...20Гц слід застосовувати пружинні віброізолятори. При високих робочих частотах можна використовувати як пружинні віброізолятори, так і пружні прокладки з еластомірного матеріалу Sylomer®. Пружинні віброізолятори, володіючи меншою частотою , забезпечують більшу віброізоляцію на низьких частотах, ніж інші види віброізоляторів із еластичних матеріалів. Однак останні на середніх і високих частотах більш ефективні, оскільки хвильові резонансні явища, що погіршують віброізоляцію, в них наступають на більш високих частотах, ніж у пружинах і, крім того, менш виражені через істотно великі внутрішні втрати енергії.

Через зазначені явища віброізоляція пружинами на середніх і високих частотах падає і дуже невелика. Деяке збільшення її досягається при встановленні гумових прокладок між пружинами та фундаментом. На більших частотах додаткова віброізоляція зростає з частотою і стає тим вищим, чим більший коефіцієнт втрат, товщина та коефіцієнт форми прокладки. Тому їх слід виготовляти з перфорованої, а не суцільної гуми, як це зазвичай роблять.

Попри поширену думку, тонкі гумові прокладки не усувають основного недоліку пружинних віброізоляторів - низьку віброізоляцію на середніх та високих частотах.

Віброізолятори розташовують так, щоб їхній центр жорсткості знаходився на одній вертикалі з центром мас віброізольованої установки; при цьому віброізолятори повинні мати однакове осадження.

Плаваючі підлоги без спеціальних віброізоляторів можна використовувати лише з обладнанням, що має робочі частоти понад 45...50Гц. Це, як правило, невеликі машини, віброізоляція яких може бути забезпечена іншими способами. Ефективність підлог на пружній основі на таких низьких частотах невелика. Тому застосовують їх лише у поєднанні з іншими видами віброізоляторів, що забезпечує високу віброізоляцію на низьких частотах (за рахунок віброізоляторів), а також на середніх та високих (за рахунок віброізоляторів та плаваючої підлоги).

Стяжка плаваючої підлоги повинна бути ретельно ізольована від стін та несучої плити перекриття, тому що утворення навіть невеликих жорстких містків між ними може
істотно погіршити його віброізолюючі властивості. Тому при конструюванні плаваючої підлоги передбачають заходи, що запобігають просоченню бетону в пружний шар при виготовленні підлоги. У місцях примикання плаваючої підлоги до стін необхідний шов з матеріалів, що не твердіють, не пропускає воду.

При лінійних розмірах стяжки плаваючої підлоги більше 8...10см з метою запобігання розтріскування бетону рекомендується виконувати розділові шви, які не повинні проходити поблизу місця встановлення інженерних агрегатів. Великі агрегати слід розташовувати в центрі окремих плит, на які швами розбивається вся стяжка підлоги, що плаває.

Конструкція плаваючої підлоги повинна забезпечувати її здатність на дію статичного навантаження від обладнання.

Приклад конструкції звукоізоляційної плаваючої підлоги показано на рис. 4.

За рахунок установки інженерної машини на залізобетонну плиту досягається зниження рівня коливань самої машини та збільшується її стійкість на пружинах. На низьких частотах навіть за незмінного значення можливе невелике збільшення віброізоляції за рахунок поділу різних просторових форм коливань машини, встановленої на віброізоляторах, яке не враховується в одновимірній розрахунковій схемі. Однак у звуковому діапазоні частот загалом віброізоляція помітно збільшується за рахунок зростання імпедансу віброізольованої установки.

При використанні фундаментних залізобетонних плит в окремих смугах частот може бути зниження віброізоляції. Це відбувається у випадках, коли через збільшення маси віброізольованої установки та застосування великих пружин октавна смуга, в яку потрапляє перша хвильова резонансна частота пружин, і з якої починається провал віброізоляції пружинами, зсувається на октаву вниз. Тому краще встановлювати інженерний агрегат на пружинні віброізолятори менших номерів (при їх більшій кількості), ніж більших (їх потрібно менше), оскільки останні останні раніше починає спад віброізоляції.

У звуковому діапазоні частот залізобетонні плити краще працюють, якщо (при заданій масі) вони мають мінімальні розміри у плані, але більшу товщину. Для підвищення акустичної віброізоляції не слід робити великих у плані залізобетонних плит, на яких встановлюють відразу кілька машин - наприклад, основний та резервний насоси.

Залізобетонну плиту встановлюють також у тих випадках, коли жорсткість придатних до машини трубопроводів з гнучкими вставками співмірна або перевищує загальну жорсткість віброізоляторів, які були б потрібні для установки машини без цієї плити. Таке положення може бути, наприклад, при віброізоляції насосів. За рахунок установки залізобетонної плити збільшується загальна маса віброізольованої установки та знижується частота її власних коливань, оскільки зменшується вплив жорсткості приєднаних трубопроводів. В результаті додатково до сказаного вище досягається збільшення віброізоляції і на низьких частотах. У ряді випадків жорсткість приєднаних до машини трубопроводів з гнучкими вставками виявляється настільки великою, що вона взагалі може бути віброізольована без установки залізобетонної плити.

При влаштуванні масивних віброізольованих основ необхідно враховувати наявність внутрішніх віброізолюючих елементів у вентиляційного та компресорного обладнання. У цих випадках внутрішні віброізолюючі елементи рекомендується шунтувати за допомогою різьбових або гвинтових з'єднань.

Приклади влаштування віброізолюючих основ

Розглянемо приклад пристрою віброізолюючих основ для трьох різних вентиляційних агрегатів, закріплених на залізобетонній фундаментній плиті та встановлених на монолітну плиту міжповерхового перекриття завтовшки 200мм.

Всі агрегати мають однакову масу 610кг і різні робочі частоти обертання частин, що рухаються:

Агрегат №1: 750 об/хв;
Агрегат №2: 1450 об/хв;
Агрегат №3: 3000 об/хв.

Габаритні розміри кожного агрегату: 2100х1300х1300мм.

Робочі частоти агрегатів fр, Гц визначаються наступним чином:

Розміри фундаментної залізобетонної плити вибираються таким чином, щоб її маса у 2-3 рази перевищувала масу вентиляційного агрегату.

Виберемо розміри фундаменту: 2300х1500х150мм. Маса такого фундаменту із важкого бетону становить 1242кг.

Розглянемо три різні типи віброізолюючих основ:

Згідно з результатами акустичних розрахунків, віброізолюючі основи, що розглядаються, мають наступні значення частоти власних вертикальних коливань., Гц:

Ефект застосування різних схем віброізоляції даного агрегату змінюється позитивного до негативного (табл.1).

Таблиця 1. Результат застосування різних віброізолюючих основ

Таким чином, можна зробити такі висновки:

1. ефективність віброізоляції інженерного обладнання (наприклад, вентиляційного) залежить від його робочої частоти;

2. ефективність віброізоляції інженерного обладнання залежить від використаної схеми віброізоляції;

3. неправильний вибір схеми віброізоляції може призвести до неконтрольованого збільшення амплітуди коливань фундаменту інженерного обладнання.

З результатів розрахунків слідує, що схема віброізоляції №1 теоретично є найефективнішою для віброізоляції низькочастотних інженерних агрегатів. Але на практиці застосування пружинних віброізоляторів має ряд обмежень та недоліків, пов'язаних зі значною товщиною віброізолюючої основи, зниженням ефективності віброізоляції на частотах хвильового збігу, необхідністю ретельно розраховувати центр мас агрегатів для забезпечення рівномірного навантаження на пружини.

Дві інші схеми меншою мірою схильні до зазначених недоліків, забезпечують надійну конструкційну стійкість основ обладнання, але мають обмеження частотного діапазону ефективної віброізоляції.

Віброізоляція трубопроводів (повітропроводів) інженерних мереж

Віброізоляція неопорних зв'язків (трубопроводів, повітроводів тощо) виконується з метою забезпечення необхідної свободи руху віброізольованої машини за рахунок зниження жорсткості зв'язків, що розглядаються. Це необхідно для ефективної роботи віброізоляторів та зниження звукової енергії, що поширюється через ці зв'язки.

Для віброізоляції на кожному трубопроводі (або повітроводі), приєднаному до машини, встановлюють гнучкі вставки. Їх слід розташовувати якомога ближче до вібруючого агрегату. Якщо жорсткість цих вставок мала порівняно з жорсткістю віброізоляторів (наприклад, у вентиляторів), то немає істотного значення, як вони орієнтовані. У тих випадках, коли жорсткість гнучких вставок можна порівняти з жорсткістю віброізоляторів (насосні агрегати, компресори) вставки слід розташовувати так, щоб вплив їх жорсткості був мінімальний у напрямках дії найбільших динамічних сил, що розвиваються інженерною машиною.

Наприклад, гнучкі вставки для насосних агрегатів мають більшу жорсткість у поздовжньому напрямку та меншу у поперечному. Тому їх слід розташовувати паралельно осі обертання.

В деяких випадках на одному трубопроводі встановлюють дві гнучкі вставки на двох його розташованих поруч перпендикулярних взаємних ділянках. Тоді забезпечується корисна для віброізоляції відносно низька жорсткість зв'язку в усіх напрямках.

Збільшення числа гнучких вставок на трубопроводі більше однієї-двох не призводить до зниження звукової вібрації, що поширюється по ньому, яка все одно поширюється по воді, що міститься в ньому (повітря).

На ділянках трубопроводів (повітропроводів) між агрегатом та гнучкою вставкою не рекомендується виконувати вузли кріплення до будівельних конструкцій (навіть віброізольованих).

Трубопроводи (повітропроводи) не повинні мати жорсткого контакту з конструкціями, що захищають. Часто жорстке кріплення трубопроводів та повітроводів до будівельних конструкцій є причиною неприпустимого рівня шуму у віддалених приміщеннях, розташованих через кілька поверхів від місця кріплення.

Кріплення трубопроводів та повітроводів до будівельних конструкцій необхідно проводити за допомогою віброізолюючих кріплень «Віброфікс™» із пружним елементом на основі матеріалу Sylomer (мал.8).

Рис.8 Схема прокладки інженерних мереж

1 – стіна;
2 – негорюча пружна прокладка з матеріалу «AcousticWool»;
3 – вібродемпфіруючий матеріал K-Flex;
4 – трубопровід;
5 – невисихаючийй герметик;
6 – гільза;
7 – монтажний кронштейн;
8 – прокладка з мякої резини;
9 – віброізолююче кріплення «Виброфикс UNI»

Прокладання трубопроводів (повітропроводів) через стіни та перегородки має бути виконане із застосуванням вібророзв'язаних гільз. Для вібророзв'язки слід використовувати пружні негорючі прокладки з матеріалу «AcousticWool». Стики та проміжки між повітроводами та гільзами необхідно герметизувати невисихаючим віброакустичним герметиком (рис.8, рис. 9).

Трубопроводи та ділянки жорстких повітроводів рекомендується віброізолювати (демпфувати) листовим матеріалом на основі спіненого каучуку. Трубну ізоляцію рекомендується кріпити на поверхню трубопроводів за допомогою спеціального клею.

Рис.9 Схема прокладання вентиляційних каналів через стіни

1 – вентиляційний канал;
2 – віброакустичний силіконовий герметик;
3 – негорюча пружна прокладка з матеріалу «AcousticWool»;
4 – гільза;
5 – вібродемпфіруючий матеріал K-Flex ST;
6 – звукоізоляційне або звукопоглинаюче облицювання;
7 – стіна або перегородка.

У цих рекомендаціях описано лише основні принципи віброізоляції. Правильний вибір схеми віброізоляції інженерного обладнання потребує врахування широкого спектру параметрів, як самих агрегатів, так і віброізолюючих основ.

Acoustic Materials & Technologies Ltd.
Киев, 2008

 

Рекомендации по виброизоляции инженерного оборудования

А.Ю. Смирнов, В.С. Контарь

Источники шума и вибрации

В современных жилых и общественных зданиях устанавливают большое количество инженерного и технологического оборудования. При проектировании зданий и сооружений необходимо учитывать, что инженерное оборудование возбуждает вибрацию несущих конструкций, что может вызвать появление сверхнормативных уровней шума в жилых и общественных помещениях. К инженерному оборудованию относятся системы вентиляции и кондиционирования воздуха, водоснабжения и отопления, лифты, трансформаторы и т.п. Источниками вибрации и шума сантехнического оборудования являются, например, запорная, распределительная и регулирующая арматура, сливные бачки. К технологическому относится оборудование предприятий торговли, коммунального и бытового обслуживания.

Работающее оборудование возбуждает вибрацию соединенных с ним конструкций, излучает воздушный шум в окружающее пространство и присоединенные воздуховоды или возмущает жидкость (обычно воду) в присоединенных трубопроводах. Например, при работе вентиляционного агрегата (вентилятора) на техническом этаже здания (рис. 1) возбуждаются колебания пола этого этажа и присоединенных к вентилятору воздуховодов, излучается воз-душный шум в помещение венткамеры и в воздуховоды.

По природе происхождения шумы и вибрации могут быть:
- механическими (из-за неуравновешенности движущихся, в частности, вращающихся масс, ударов в сочленениях, стука в зазорах и т. п.);
- аэрогидродинамическими (при впуске–выпуске газа компрессоров, из-за образования вихрей и неоднородностей в потоках газа и жидкости в вентиляторах и насосах, автоколебаний в водоразборных кранах);
- электромагнитными (у электродвигателей, трансформаторов).
     Нередко оборудование возбуждает одновременно вибрацию и шум нескольких составляющих, например, вентиляционный агрегат.
     Вибрация оказывает двоякое неблагоприятное влияние на человека: вследствие непосредственного контактного воздействия и шума, излучаемого в помещения колеблющимися ограждающими конструкциями в звуковом диапазоне частот (структурного шума).

Методы снижения шума и вибрации

Имеются две основные группы средств снижения шума и вибрации оборудования в жилых и общественных зданиях – в источнике возникновения и на пути распространения. Необходимо правильно сочетать эти средства.

При проектировании зданий снижение шума и вибрации в источнике обеспечивают применением малошумного оборудования и выбором правильного (расчетного) режима его работы, при строительстве и эксплуатации зданий — технической исправностью оборудования.

Снижение шума и вибрации на пути распространения достигается комплексом архитектурно-планировочных и акустических мероприятий.

       Архитектурно-планировочные мероприятия предусматривают такую планировку помещений в зданиях, при которой источники шума максимально удалены от помещений, защищаемых от шума. Например, лифтовые шахты в жилых домах следует размещать так, чтобы они не примыкали к стенам жилых комнат и даже к стенам квартир.

Акустические мероприятия – это вибро- и звукоизоляция инженерного оборудования, применение звукопоглощающих конструкций в помещениях с источниками шума, а также в защищаемых от шума помещениях, установка глушителей шума в системах вентиляции и т.д.

Выбор комплекса средств снижения шума и вибрации зависит от характера их возникновения и распространения и обосновывается акустическим расчетом, в котором определяются ожидаемые уровни шума в защищаемом помещении, требуемое их снижение и необходимые для этого мероприятия.

Классификация конструктивных схем виброизоляции

Для виброизоляции инженерного агрегата необходимо его установить на виброизоляторы и изолировать подходящие к нему коммуникации. Применяют однозвенную (рис.2 б, г, д, е), двухзвенную (рис.2 в, ж, з), а иногда и трехзвенную схему виброизоляции.

Между агрегатом и виброизоляторами часто располагают массивную плиту (обычно железобетонную) или жесткую опорную раму (рис.2 г, д, з).

Поддерживающую конструкцию, на которую опирается виброизолированная инженерная машина, для краткости называют фундаментом. Это может быть плита перекрытия, железобетонный блок, балки и т.д.

Виброизолирующие элементы могут быть представлены:
а) в виде отдельных опор:
− пружинные виброизоляторы, основным рабочим элементом которых являются одна или несколько стальных винтовых пружин;
− упругие прокладки, нередко имеющие сложную форму;
б) в виде слоя упругого материала, укладываемого между машиной и фундаментом;
в) в виде плавающего пола на упругом основании. Пол на упругом основании представляет собой железобетонную стяжку, устроенную на упругом основании поверх несущей плиты перекрытия здания. Обычно применяется в двухзвенной схеме с другими виброизоляторами (рис. 2, ж).

Критерий виброизоляции

Эффективность виброизоляции характеризуется снижением уровня колебаний фундамента, дБ:

где u1² и u2²– квадраты амплитуды виброскорости фундамента, усредненные по его поверхности и частоте при соответственно жестком и виброизолированном креплении к нему машины.

Величину называют виброизоляцией. Она равна снижению уровня колебаний конструкций зданий и структурного шума, возникающих из-за динамического воздействия машин на поддерживающие конструкции.

Расчет виброизолирующих конструкций состоит в выборе и расчете виброизоляторов и других элементов, из которых они состоят, а также в расчете виброизоляции.

Наиболее важная характеристика виброизолированной установки - частота ее собственных колебаний (резонансная частота виброизолирующего основания), Гц:

где К — сумма динамических жесткостей виброизоляторов, Н/м, на которых установлена инженерная машина; М - общая масса, кг, виброизолированной установки (сумма масс машины М_м и железобетонной плиты М_пл, если таковая имеется).

При виброизоляции машины на частотах колебания фундамента не снижаются . В области частот они усиливаются . При наступает резонанс — резкое усиление колебаний. Только на частотах f, значительно больших f0, виброизоляторы снижают колебания фундамента. Поэтому их подбирают так, чтобы резонансная частота f0 лежала ниже диапазона частот, в котором необходимо снижение данных колебаний. Следовательно, виброизоляторы должны иметь достаточно низкую жесткость. На рис.4 показан характерный график зависимости виброизоляции инженероного агрегата от частоты при устройстве виброизолирующего основания с применением упругих элементов из материала Sylomer®.

Рис. 3 График виброизоляции

Двухзвенная схема виброизоляции обладает большей эффективностью по сравнению с однозвенной. Но в отличие от однозвенной схемы, здесь две резонансные частоты, так что диапазон частот, в котором виброизоляция отрицательна, расширяется.

Рекомендации по проектированию виброизолирующих конструкций.

Проектирование виброизолирующих конструкций сводится к выбору конструктивной схемы виброизоляции, подбору типа и параметров виброизоляторов по известной номенклатуре (реже их рассчитывают и проектируют), выбору конструкции пола на упругом основании (если он требуется), расчету эффективности принятой конструкции (виброизоляции).

Все рассмотренные виброизолирующие конструкции снижают передаваемую на фундамент вибрацию только на частотах, превышающих основную частоту собственных вертикальных колебаний (резонансную частоту) системы, состоящей их машины, установленной на виброизолирующем основании. При выборе виброизолирующих конструкций исходят из требования

где - рабочая частота машины (оборудования), Гц, - это частота оборотов в секунду для машин с вращающимися частями (насосы, вентиляторы), число ходов в секунду машин с возвратно-поступательно движущимися частями (поршневые компрессоры).

Если жесткость неопорных связей (трубопроводов, гибких вставок и т.д.) не более половины жесткости виброизоляторов, то могут быть выбраны виброизоляторы и спроектирована виброизолирующая конструкция. В противном случае необходимо учитывать жесткость неопорных связей – выбор виброизоляторов и самой виброизолирующей конструкции становится более сложным.

При виброизоляции машин с рабочими частотами менее 18...20 Гц следует применять пружинные виброизоляторы. При больших рабочих частотах можно использовать как пружинные виброизоляторы, так и упругие прокладки из эластомерного материала Sylomer®. Пружинные виброизоляторы, обладая меньшей частотой , обеспечивают большую виброизоляцию на низких частотах, чем другие виды виброизоляторов из эластичных материалов. Однако последние на средних и высоких частотах более эффективны, поскольку волновые резонансные явления, ухудшающие виброизоляцию, в них наступают на более высоких частотах, чем в пружинах и, кроме того, менее выражены из-за существенно больших внутренних потерь энергии.

Из-за указанных явлений виброизоляция пружинами на средних и высоких частотах падает и весьма невелика. Некоторое увеличение ее достигается при установке резиновых прокладок между пружинами и фундаментом. На больших частотах дополнительная виброизоляция растет с частотой и становится тем выше, чем больше коэффициент потерь, толщина и коэффициент формы прокладки. Поэтому их следует изготовлять из перфорированной, а не сплошной резины, как это обычно делают.

Вопреки распространенному мнению, тонкие резиновые прокладки не устраняют основного недостатка пружинных виброизоляторов - низкую виброизоляцию на средних и высоких частотах.

Виброизоляторы располагают так, чтобы их центр жесткости находился на одной вертикали с центром масс виброизолированной установки; при этом виброизоляторы должны иметь одинаковую осадку.

Плавающие полы без специальных виброизоляторов можно использовать только с оборудованием, имеющим рабочие частоты более 45...50 Гц. Это, как правило, небольшие машины, виброизоляция которых может быть обеспечена и другими способами. Эффективность полов на упругом основании на столь низких частотах невелика. Поэтому применяют их только в сочетании с другими видами виброизоляторов, что обеспечивает высокую виброизоляцию на низких частотах (за счет виброизоляторов), а также на средних и высоких (за счет виброизоляторов и плавающего пола).

Стяжка плавающего пола должна быть тщательно изолирована от стен и несущей плиты перекрытия, так как образование даже небольших жестких мостиков между ними может
существенно ухудшить его виброизолирующие свойства. Поэтому при конструировании плавающего пола предусматривают мероприятия, предупреждающие просачивание бетона в упругий слой при изготовлении пола. В местах примыкания плавающего пола к стенам необходим шов из нетвердеющих материалов, не пропускающий воду.

При линейных размерах стяжки плавающего пола более 8...10 м с целью предотвращения растрескивания бетона рекомендуется выполнять разделительные швы, которые не должны проходить вблизи места установки инженерных агрегатов. Большие агрегаты следует располагать в центре отдельных плит, на которые швами разбивается вся стяжка плавающего пола.

Конструкция плавающего пола должна обеспечивать ее несущую способность на действие статической нагрузки от оборудования.

Пример конструкции звукоизоляционного плавающего пола показан на рис. 4.

За счет установки инженерной машины на железобетонную плиту достигается снижение уровня колебаний самой машины и увеличивается ее устойчивость на пружинах. На низких частотах даже при неизменном значении возможно небольшое увеличение виброизоляции за счет разделения разных пространственных форм колебаний машины, установленной на виброизоляторах, которое не учитывается в одномерной расчетной схеме. Однако в звуковом диапазоне частот в целом виброизоляция заметно увеличивается за счет возрастания импеданса виброизолированной установки.

При использовании фундаментных железобетонных плит в отдельных полосах частот может быть и снижение виброизоляции. Это происходит в случаях, когда из-за увеличения массы виброизолированной установки и применения больших пружин октавная полоса, в которую попадает первая волновая резонансная частота пружин, и с которой начинается «провал» виброизоляции пружинами, сдвигается на октаву вниз. Поэтому лучше устанавливать инженерный агрегат на пружинные виброизоляторы меньших номеров (при их большем количестве), чем больших (их потребуется меньше), поскольку у последних раньше начинается спад виброизоляции.

В звуковом диапазоне частот железобетонные плиты лучше работают, если (при заданной массе) они имеют минимальные размеры в плане, но большую толщину. Для повышения акустической виброизоляции не следует делать больших в плане железобетонных плит, на которых устанавливают сразу несколько машин — например, основной и резервный насосы.

Железобетонную плиту устанавливают также в тех случаях, когда жесткость подходящих к машине трубопроводов с гибкими вставками соизмерима или превышает общую жесткость виброизоляторов, которые потребовались бы для установки машины без этой плиты. Такое положение может иметь место, например, при виброизоляции насосов. За счет установки железобетонной плиты увеличивается общая масса виброизолированной установки и снижается частота ее собственных колебаний, так как уменьшается влияние жесткости присоединенных трубопроводов. В результате, дополнительно к сказанному выше, достигается увеличение виброизоляции и на низких частотах. В ряде случаев жесткость присоединенных к машине трубопроводов с гибкими вставками оказывается настолько большой, что она вообще не может быть виброизолирована без установки железобетонной плиты.

При устройстве массивных виброизолированных оснований необходимо учитывать наличие внутренних виброизолирующих элементов у вентиляционного и компрессорного оборудования. В этих случаях внутренние виброизолирующие элементы рекомендуется шунтировать с помощью резьбовых или винтовых соединений.

Примеры устройства виброизолирующих оснований

Рассмотрим пример устройства виброизолирующих оснований для трех различных вентиляционных агрегатов, закрепленных на железобетонной фундаментной плите и установленных на монолитную плиту межэтажного перекрытия толщиной 200 мм.

Все агрегаты имеют одинаковую массу 610 кг и разные рабочие частоты вращения движущихся частей:

Габаритные размеры каждого агрегата: 2100 х 1300 х 1300 мм.

Рабочие частоты агрегатов fр, Гц определяются следующим образом:

Размеры фундаментной железобетонной плиты выбираются таким образом, чтобы её масса в 2-3 раза превышала массу вентиляционного агрегата.

Выберем размеры фундамента: 2300 х 1500 х 150 мм. Масса такого фундамента из тяжелого бетона составляет 1242 кг.

Рассмотрим три различных типа виброизолирующих оснований:

Согласно результатам акустических расчетов, рассматриваемые виброизолирующие основания имеют следующие значения частоты собственных вертикальных колебаний , Гц:

Эффект от применения различных схем виброизоляции данного агрегата изменяется позитивного к негативному (табл.1).

Таблица 1. Результат применения различных виброизолирующих оснований

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1. эффективность виброизоляции инженерного оборудования (например, вентиляционного) зависит от его рабочей частоты;

2. эффективность виброизоляции инженерного оборудования зависит от примененной схемы виброизоляции;

3. неправильный выбор схемы виброизоляции может привести к неконтролируемому увеличению амплитуды колебаний фундамента инженерного оборудования.

Из результатов расчетов следует, что схема виброизоляции №1 теоретически является наиболее эффективной для виброизоляции низкочастотных инженерных агрегатов. Но на практике применение пружинных виброизоляторов имеет ряд ограничений и недостатков, связанных со значительной толщиной виброизолирующего основания, снижением эффективности виброизоляции на частотах волнового совпадения, необходимостью тщательно рассчитывать центр масс агрегатов для обеспечения равномерной нагрузки на пружины.

Две другие схемы в меньшей степени подвержены указанным недостаткам, обеспечивают надежную конструкционную устойчивость оснований оборудования, но имеют ограничения по частотному диапазону эффективной виброизоляции.

Виброизоляция трубопроводов (воздуховодов) инженерных сетей

Виброизоляция неопорных связей (трубопроводов, воздуховодов и т.п.) выполняется с целью обеспечения требуемой свободы движения виброизолированной машины за счет снижения жесткости рассматриваемых связей. Это необходимо для эффективной работы виброизоляторов и снижения звуковой энергии, распространяющейся через эти связи.

Для виброизоляции на каждом трубопроводе (или воздуховоде), присоединенном к машине, устанавливают гибкие вставки. Их следует располагать как можно ближе к вибрирующему агрегату. Если жесткость этих вставок мала по сравнению с жесткостью виброизоляторов (например, у вентиляторов), то не имеет существенного значения, как они ориентированы. В тех случаях, когда жесткость гибких вставок сравнима с жесткостью виброизоляторов (насосные агрегаты, компрессоры) вставки следует располагать так, чтобы влияние их жесткости было минимально в направлениях действия наибольших динамических сил, развиваемых инженерной машиной.

Например, гибкие вставки для насосных агрегатов имеют большую жесткость в продольном направлении и меньшую в поперечном. Поэтому их следует располагать параллельно оси вращения.

В некоторых случаях на одном трубопроводе устанавливают две гибкие вставки на двух его расположенных рядом взаимно перпендикулярных участках. Тогда обеспечивается полезная для виброизоляции относительно низкая жесткость этой связи во всех направлениях.

Увеличение числа гибких вставок на трубопроводе более одной-двух не приводит к снижению, распространяющейся по нему, звуковой вибрации, которая все равно распространяется по содержащейся в нем воде (воздуху).

На участках трубопроводов (воздуховодов) между агрегатом и гибкой вставкой не рекомендуется выполнять узлы крепления к строительным конструкциям (даже виброизолированных).

Трубопроводы (воздуховоды) не должны иметь жесткого контакта с ограждающими конструкциями. Часто жесткое крепление трубопроводов и воздуховодов к строительным конструкциям является причиной недопустимого уровня шума в удаленных помещениях, расположенных через несколько этажей от данного места крепления.

Крепление трубопроводов и воздуховодов к строительным конструкциям необходимо производить при помощи виброизолирующих креплений «Виброфикс™ » с упругим элементом на основе материала Sylomer (рис.8).

Рис.8 Схема прокладки инженерных сетей

1 – стена;
2 – негорючая упругая прокладка из материала «AcousticWool»;
3 – вибродемпфирующий материал K-Flex;
4 – трубопровод;
5 – невысыхающий герметик;
6 – гильза;
7 – монтажный кронштейн;
8 – прокладка из мягкой резины;
9 – виброизолирующее крепление «Виброфикс UNI»

Прокладка трубопроводов (воздуховодов) через стены и перегородки должна быть выполнена с применением виброразвязанных гильз. Для виброразвязки следует применять негорючие упругие прокладки из материала «AcousticWool». Стыки и промежутки между воздуховодами и гильзами необходимо герметизировать невысыхающим виброакустическим герметиком (рис.8, рис. 9).

Трубопроводы и участки жестких воздуховодов рекомендуется виброизолировать (демпфировать) листовым материалом на основе вспененного каучука. Трубную изоляцию рекомендуется крепить к поверхности трубопроводов с помощью специального клея.

Рис.9 Схема прокладки вентиляционных каналов через стены

1 – вентиляционный канал;
2 – виброакустический силиконовый герметик;
3 – негорючая упругая прокладка из материала «AcousticWool»;
4 – гильза;
5 – вибродемпфирующий материал K-Flex ST;
6 – звукоизоляционная или звукопоглощающая облицовка;
7 – стена или перегородка.

В данных рекомендациях описаны только основные принципы виброизоляции. Правильный выбор схемы виброизоляции инженерного оборудования требует учета широкого спектра параметров, как самих агрегатов, так и виброизолирующих оснований.

Acoustic Materials & Technologies Ltd.
Киев, 2008