Віброізоляція
Рекомендації щодо віброізоляції інженерного обладнанняА.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. Рис.1 Шляхи поширення шуму в будинках
За природою походження шуми та вібрації можуть бути: Нерідко обладнання збуджує одночасно вібрацію та шум кількох складових, наприклад, вентиляційний агрегат. 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. Рис. 2 Схеми жорсткого та віброізольованого кріплення машини до фундаменту а – машина жорстко прикріплена до фундаменту; б – машина встановлена на віброізоляторах; в - дволанкова схема із застосуванням віброізоляторів; г – машина встановлена на плиті масою m на віброізоляторах; д – те саме, що і г, додатково встановлені еластичні прокладки; е – машина жорстко прикріплена до плаваючої підлоги на пружній підставі; ж – машина встановлена на віброізоляторах та підлозі на пружній підставі; з – те саме, що й, додатково встановлена плита т;
Віброізолюючі елементи можуть бути представлені: 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 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. Рис. 4 Принципиальная схема устройства звукоизоляционного плавающего пола 1 – стіна будівлі;
2 – невисихаючий герметик; 3 – звукопоглинаючі плити «AcousticWool Floor» товщиною 20мм; 4 – гідроізолюючий шар поліетилену; 5 – бетонна стяжка товщиною 80мм, армована металевими конструкціями; 6 – плита перекриття; 7 – технологічний деформаційний шов (виконується якщо є необхідність). 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; Габаритні розміри кожного агрегату: 2100х1300х1300мм. Робочі частоти агрегатів fр, Гц визначаються наступним чином: fр1 = 750/60 = 12,5 Гц;
fр2 = 1450/60 = 24,2 Гц; fр3 = 3000/60 = 50 Гц; 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: 1. Принципова схема №1.
- влаштування віброізолюючої основи за допомогою 8 пружинних віброізоляторів типу ВІП-44ДО та конструкції плаваючої підлоги (рис. 5); 2. Принципова схема №2. - влаштування віброізолюючої основи із застосуванням пружних елементів із матеріалу «Sylomer®» товщиною 50мм (рис. 6) 3. Принципова схема №3. - влаштування віброізолюючої основи із застосуванням звукоізолюючого матеріалу «AcousticWool Floor» загальною товщиною 60мм (рис. 7).
1 – вентиляційний агрегат;
2 – металева опорна рама; 3 – фундаментна плита товщиною 150мм; 4 – пружиний віброізолятор ВИП 44-ДО; 5 – конструкція плаваючої підлоги; 6 – резинова прокладка товщиною 10мм по всій площі опорної пластини; 7 – резинова шайба товщиною 10мм і розмірами 40х40мм; 8 – стальна шайба; 9 – стальна нижня пластина опори віброізолятора; 10 – плита перекриття.
1 – вентиляційний агрегат;
2 – металева опорна рама; 3 – фундаментна плита товщиною 150мм; 4 – металевий уголок (монтується у випадку необхідності); 5 – конструкція плаваючої підлоги; 6 – звукопоглинаючі плити «AcousticWool Floor» товщиною 20мм; 7 – віброізолюючий елемент «Sylomer®R» розміром 2300х200х50мм; 8 – плита перекриття.
1 – вентиляційний агрегат;
2 – металева опорна рама; 3 – фундаментна плита товщиною 150мм; 4 – металевий уголок (монтується у випадку необхідності); 5 – конструкція плаваючої підлоги; 6 – звукопоглинаючі плити «AcousticWool Floor» товщиною 20мм; 7 – гідроізоляційний шар поліетилену; 8 – плита перекриття. Згідно з результатами акустичних розрахунків, віброізолюючі основи, що розглядаються, мають наступні значення частоти власних вертикальних коливань., Гц: f01 = 2 Гц;
f02 = 12 Гц; f03 = 20 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. |
Рекомендації і технічні статті Віброзахист обладнання з використанням еластомірних матеріалів Sylomer Захист будівель від вібрацій Рекомендації щодо віброізоляції інженерного обладнання |