Звукоізолююча панель

Звукоізолююча панель, що містить корпус із звуковбирною прокладкою з можливістю забезпечення вакууму у внутрішній порожнині, яка відріз 3 герметичності пружної прокладки, розміщеної за периметром стінок корпуса); відсутнє обґрунтовування взаємозв'язку між метеорологічними елементами (параметрами мікроклімату) довкілля і звукоізолюючою здібністю; відсутнє обґрунтовування взаємозв'язку у виборі найменшої відстані між стінками корпусу і звукоізолюючою здібністю. Крім того, область застосування прототипу обмежується ілюмінаторами в літаках, кабінах управління й кожухами машин, а наявність радіусу кривизни в квазісферічних стінках корпусу робить неможливим застосування його в якості огороджуючих конструкцій будівель, в шумозахисних екранах і т.п., а також погіршує дизайн і утрудняє експлуатацію. В основу корисної моделі поставлено завдання розробити таку звукоізолюючу панель, в якій за рахунок добору необхідного тиску у внутрішньому вакуумованому просторі забезпечується зменшення коефіцієнту пропущення звуку, і за рахунок чого підвищується звукоізолююча здатність панелі. Як правило, під підвищенням звукоізолюючої здібності мають на увазі мінімізацію коефіцієнту пропущення  - відношення потоку звукового випромінювання, яке вийшло із шару речовини (тобто з конструкції панелі), до потоку, котрий падає на її поверхню (тобто входить до шару речовини). Відомо, що:  +  +  = 1, (1) де  - коефіцієнт поглинання - відношення потоку випромінювання, який поглинається речовиною (конструкцією панелі) до потоку, котрий падає на її поверхню (тобто входить до шару речовини);  - коефіцієнт відбиття - відношення потоку випромінювання, який відбивається речовиною (конструкцією панелі) до потоку, котрий падає на її поверхню (тобто входить до шару речовини). Технічним результатом корисної моделі є зменшення коефіцієнта пропущення звуку   0, причому весь потік випромінювання, котрий падає на її поверхню (тобто входить до шару речовини), буде нею поглинатися, а також відбиватися назад в довкілля. Згідно (1) така звукоізолююча панель практично не перепускає звук та володіє значною звукоізолюючою здібністю. Технічний результат досягається тим, що у звукоізолюючій панелі, яка містить корпус із звуковбирною прокладкою з можливістю забезпечення вакууму у внутрішній порожнині, згідно з корисною моделлю, необхідний тиск у внутрішньому вакуумованому просторі в діапазоні можливих температур від -50° до +50 °С та вище визначається із співвідношення: . -5 . -3 Р = 2,69 10 КТ/l=8,34 10 /l при l = d, (2) де: d - найменша відстань між внутрішніми поверхнями лицьового та тильного боків корпусу, l - довжина вільного пробігу молекул, К - постійна Больцмана, Т - абсолютна температура навколишнього середовища. Як відомо, звукові хвилі відносяться до так названих пружних хвиль, причому звукова енергія передається за рахунок пружних коливань середовища (за рахунок зіткнень сусідніх часток). 59305 4 Згідно [Политехнический словарь / Гл. ред. Артаболевский И.И. М: Советская энциклопедия, 1977. - с. 67-68] вакуум являє собою стан вміщеного в посудину газу з тиском значно нижче атмосферного, і характеристики цього газу визначаються співвідношенням між довжиною вільного пробігу l молекул або атомів, тобто середньою відстанню, які проходить частинка між двома її послідовними зіткненнями з іншими частинками, і розміром d, характерним для даного приладу або процесу. В запропонованій конструкції d є найменшою відстанню між стінками сосуду (тобто між лицьовим та тильним боками корпусу). Залежно до вказаного співвідношення між l та d вакуум класифікується як: 2 низький: І 10 Па; причому умови проходження звукової хвилі в ньому погіршуються за рахунок зменшення часток пружного середовища, які проводять звукову енергію; 2 -1 середній вакуум: l  d, 10 < Р > d, 10 < Р < 10 Па; при якому цей ефект виявляється в максимальному ступені. Згідно [Политехнический словарь / Гл. ред. Артаболевский И. И. М.: Советская энциклопедия, 1977. - 608 с] в кінетичній теорії газів 2 l = const/nD , (3) де: D - ефективний діаметр молекул, n - концентрація молекул, n = Р/КТ, (4) де Р - тиск газу, Па, К - постійна Больцмана, К = 1,38 Дж/К, Т - абсолютна температура, К. При нормальних умовах (тобто коли Т = 273 К, -7 Р = 101325 Па)  10 м. Якщо 101325 const / nD 2  l  n  10  7  1.38  273 (5) 0.0101325 5   2.69  10 , 376.74 та запишемо . -5 n=2.69 10 , (6) звідки прийдемо до . -5 Р = nКТ = 2,69 10 КТ/7, (7) де І = d для забезпечення коефіцієнту пропущення  = 0. Оскільки в запропонованій панелі відсутні будь-які внутрішні джерела енергії, теплопровідності середовища - зовнішнього та внутрішнього можна прийняти однаковими й приймати в розрахунках Т як температуру повітря. Зміна Р при зміні Т має особливе значення при встановленні звукоізолюючих панелей під відкритим небом, наприклад, в якості шумозахисного екрану на території міста. Прийнявши діапазон можливих флуктуацій температури 223-323 К (тобто від - 50 °С до +50 °С) при мінімально можливому коефіцієнті пропущення звуку =0, визначимо необхідний тиск у вакуумованому просторі панелі, причому мова йде саме про діапазон необхідних тисків при мінімаль 5 но можливому коефіцієнті пропущення звуку =0, залежно від температури, який буде характеризуватися двома значеннями тисків - найменшим та найбільшим. В технічному плані найбільшу вагомість являє собою саме найменше значення тиску у вакуумованій порожнині, необхідного при мінімально можливому коефіцієнті пропущення звуку =0, оскільки мова йде про ступінь розрідження газу, і досягти менших значень тиску (наприклад, за рахунок роботи вакуумного насосу) важче, аніж більших значень тиску. Можна зробити це при мінімальній абсолютній температурі навколишнього середовища Tmin = 223 К (2): . -5 . -3 Р = 2,69 10 КТ/l = 8,34 10 / l при l =d, де: d - найменша відстань між внутрішніми поверхнями лицьового та тильного боків корпусу, l - довжина вільного пробігу молекул, К - постійна Больцмана, К = 1,38 Дж/К, Т - абсолютна температура навколишнього середовища, Tmin = 223 К. Це є найменше значення тиску у вакуумованому просторі, потрібне для підтримання умови мінімально можливого коефіцієнту пропущення звуку =0. В разі збільшення Т, наприклад, аж до +50 °С (тобто до 323 К) величина необхідного тиску при мінімально можливому коефіцієнті пропущення =0 також буде збільшуватися. Але примусової зміни параметрів системи при цьому не потребується, оскільки тиск, який нижчий аніж потрібний, забезпечує умову підтримання мінімально можливого коефіцієнту пропущення звуку =0. Суть корисної моделі пояснюється кресленням. Звукоізолююча панель має цільний герметичний корпус 1, (виготовлений, наприклад, із фторопласта, армованого металом), на лицьовій стороні якого нанесене додаткове звуковбирне покриття 2, з розміщеною на його тильній стороні звуковбирною прокладкою 3, монтажними болтами 4, що вставляються в наявні на кріпильних фланцях 5 кріпильні отвори 6, постачені втулками 7, що демпфірують, які амортизують шайбами 8, установленими на монтажних болтах, клапан для забезпечення вакуумування 9, внутрішній вакуумований простір 10 і сполучний штуцер 11, призначений для підключення зовнішньої апаратури для забезпечення вакуумування (не показана). Усередині простору 10 підтримується вакуум, характеристики якого підбирають виходячи з необхідної величини зниження шуму (звукоізолюючої здатності) даним елементом. Звуковбирне покриття 2 та звуковбирна прокладка 3 можуть бути виготовлені із різних між собою відомих звукопоглинаючих матеріалів. Розрахункова формула (7), виведена авторами, дозволяє визначити величину тиску розрідженого газу Р, Па усередині вакуумованої порожнини залежно від необхідної звукоізолюючої здатності R, дБ (див. вище). Пристрій працює наступним чином. 59305 6 Окрему звукоізолюючу панель або систему з декількох таких панелей монтують на шляху розповсюдження звуку між джерелом шуму та об'єктом, який захищається, у вигляді акустичного екрану, або звукоізолюючого кожуху, огороджуючої конструкції будівлі або споруди тощо. Сумарна звукова енергія W cyм, яка потрапляє на лицьовій бік корпусу, згідно закону збереження енергії та (1) частково відбивається назад у навколишнє середовище W вiдб, частково поглинається речовиною корпуса 1 панелі й спеціально встановленою на ній звуковбирною прокладкою 2 W погл, частково пропускається крізь звукоізолюючий елемент W проп: Wсум = W відб + W погл + W npon, Завдання корисної моделі - зменшення W проп, виконується за рахунок того, що основна частина Wпроп загасає при її влученні у внутрішню вакуумовану порожнину через відсутність у тій порожнині елементів пружного середовища, тобто через відсутність умов поширення звуку. Однак частина W проп у вигляді структурного звуку поширюється по інших елементах панелі, тобто по корпусу 1. Оскільки корпус 1 виготовлено з матеріалу з більшим коефіцієнтом звукопоглинання, ця частина W проп переходить у W погл. Крім того, на тильній стороні звукоізолюючого елементу є звуковбирна прокладка 3, що запобігає поширенню звуку з тильного боку. Оскільки частина звукової енергії може поширюватися по корпусу у вигляді так названого структурного звуку й через вузли кріплення переходити на несучі конструкції спорудження, до яких прикріплено звукоізолюючий елемент, передбачено вузли кріплення виконати із застосуванням звуковбирної прокладки 3, у втулках 7, встановлених в отворах 6, а також з шайбами 8, які амортизують, які встановлені на монтажних болтах 4. Така конструкція запобігає передаванню вібрації самої панелі на конструкції споруди, або будівлі, чи на інші панелі, до яких вона кріпиться. Таки чином, запропонована конструкція панелі запобігає передаванні скрізь неї як повітряного, так і структурного звуку, тобто t=0. Запропоновану конструкцію звукоізолюючої панелі можна виготовити з наступних матеріалів: цільний герметичний корпус 1 у вигляді прямокутного паралелепіпеду з фторопласту, армованого металом, причому товщина стінок його повинна бути підібрана з врахуванням вимог, які надаються до пристроїв вакуумної техніки (тобто забезпечувати необхідну міцність та герметичність), клапан 9 задля забезпечення вакуумування - виконаний з металу з врахуванням тих же вимог, прокладка 3 та втулки 7, що демпфірують, і шайби 8, які амортизують - з гуми, звуковбирне покриття на лицьовому боці корпусу - з будь-яких відомих засобів звукопоглинання. Застосування звукоізолюючих панелей задасть можливість значно підвищити ефективність шумозахисних заходів за рахунок запобігання розповсюдження як повітряного, так і структурного звуку. 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 59305 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601