Výpočet a experimentální ověření vložného útlumu protihlukového krytu

Autoři : RNDr. B.Madejewski,CSc., Ing. V.Kotrba, CSc.

Článek popisuje návrh, výpočet a experimentální ověření vložného útlumu hlukového krytu pro velké průmyslové kompresory poháněné elektromory. Předpovězený vložný útlum byl potvrzen měřením hluku na kompresorové jednotce u zákazníka.

The article describes the design, calculation and test results of the noise hood for large industrial compressor driven by electrical motor. Predicted noise attenuation (software UTLUM) has been validated by practical measurements on customer side.

Úvod

Na základě požadavku zákazníka byl navržen  a vyroben protihlukový kryt pro dvě kompresorové jednotky, které jsou instalovány v hale firmy LONZA a.s., Kouřim. Výchozími parametry zadání byly základní rozměry
krytovaného zařízení, nezbytné průřezy vstupu a výstupu chladicího vzduchu a celkový požadovaný vložný útlum protihlukového krytu.

Návrh protihlukového krytu

Samotný návrh protihlukového krytu byl proveden na základě předchozích zkušeností s realizací krytů                 a s využitím programu ÚTLUM, který ve stadiu projekce umožňuje posouzení řady variant. Konečná realizace protihlukového krytu byla potom navržena pro sestavu jeho stěny, která je tvořena:

-          ocelový plech
-          zvuková barierá
-          absorpční vrstava

Ve výpočtu byly potom respektovány vstupní a výstupní otvory samotného krytu, útlum v kanálech vstupu         a výstupu a ohyb proudu chladicího vzduchu v těchto kanálech. Za těchto podmínek byl výpočtem stanoven vložný útlum navrhovaného protihlukového krytu při respektování všesměrového dopadu zvukových vln uvnitř krytu samotného v jednotlivých oktávových frekvenčních pásmech, přičemž takto určené hodnoty jsou následující:

f / Hz /          125    250     500    1000   2000   4000   8000

dL  / dB /        3,1    12,1   16,0     17,2    17,2    17,1    17,1

Pro předpokládaný zdroj zvuku, kterým je právě kompresorová jednotka, se počítá s celkovou hladinou zvuku LA =  97,5 dB  lze  potom  počítat s celkovým vložným  útlumem  navrhovaného  protihlukového krytu                   dL = 17,0 dB.

Místo instalování     protihlukového krytu

Takto navržený a vyrobený protihlukový kryt byl potom instalován na dvou kompresorových jednotkách v hale firmy LONZA, a.s., Kouřim. Rozměry této haly jsou přitom následující:

-          Délka 18 m, šířka 18 m, výška 8 m
-          Celkový objem haly 2592 m3
-          Povrch podlahy, stropu a stěn haly 1224 m2

Stěny a podlaha haly jsou z hladkého natřeného betonu a strop je z vlnitého plechu. Tato situace silně odrazivého povrchu je příčinou vzniku pole odražených vln prakticky v celém vnitřním prostoru haly. Tuto skutečnost potvrzují i stanovené základní akustické parametry haly, jimiž jsou:

-          Průměrný činitel zvukové pohltivosti stěn haly  alfa / - / je roven 0,014
-          Pohltivost haly A / m2 / je 17,34
-          Doba dozvuku haly  T / sec / je 25,58
-          Vzdálenost pro pole přímých vln od zdroje  r / m / je 0,823

Vzhledem k těmto skutečnostem je prakticky nemožné provést objektivní měření  hladiny zvuku s cílem posouzení dosažené hodnoty vložného útlumu instalovaného protihlukového krytu.

Experimentální ověření  vložného útlumu protihlukového  krytu

Pro tento účel byla proto zvolena jistá náhradní metoda, která vycházela ze základní skutečnosti uvedeného stavu
a sice z toho, že byly v hale instalovány dva identické protihlukové kryty na dvou identických zdrojích hluku. Právě tato skutečnost potom umožnila provést kontrolní měření celkem ve třech zvolených referenčních  měřicích místech v hale. Z výsledku těchto měření lze potom stanovit skutečnou hodnotu vložného útlumu instalovaných protihlukových krytů. Zvolená referenční měřicí místa jsou následující:

-          měřicí místo ve vzdálenosti 2 m od čelní stěny krytu při chodu krytované kompresorové jednotky (měření M1)
-          měřicí místo uvnitř krytu této spuštěné kompresorové jednotky ( měření M2 )
-          měřicí místo uvnitř krytu kompresorové jednotky, která nebyla spuštěna ( měření  M3 )

Protože provozní režim kompresorové jednotky je regulován podle skutečné potřeby provozu, byla také měření hladiny zvuku LA provedena pro měnící se zatížení celkem v pěti stupních. Pro měření byl použit zvukoměr Bruel a Kjaer typ 2209 vybavený kondenzátorovým mikrofonem 4165. Před vlastním měřením o potom po něm byl zvukoměr kontrolován akustickým kalibrátorem 4230. Měřena byla celková hladina zvuku LA při nastavení charakteristiky „ slow “ a její hodnoty uvádí následující tabulka.

Zatížení jednotky / % /            Hladina zvuku LA / dB /

                                                           M1        M2          M3
20                                          84          92            59 
30                                          80          91            58
50                                          86          94            60
75                                          86          92            58
95                                          84          93            60

Z výsledků provedených měření je evidentní, že pracovní režim kompresorové jednotky není ve svém hlukovém projevu lineární, přičemž nejvíce hlučný je režim 50% zatížení. Dále je z tabulky zřejmé, že rozdíl mezi hodnotami M2 a M1 se pro všech pět měřených provozních režimů pohybuje v intervalu  6 – 11 dB , přičemž průměrná hodnota činí 8,4 dB. Tato hodnota však nepředstavuje skutečný vložný útlum protihlukového krytu, neboť hodnoty M1 jsou měřeny v poli odražených vln za výrazného podílu odrazu od stěn a podlahy haly.
Naproti tomu rozdíl mezi hodnotami M2 a M3 činí 33 – 34 dB s průměrnou hodnotou 33,5 dB. Tento rozdíl odpovídá jakoby fiktivní dvojí aplikaci protihlukového krytu s tím, že je vyloučen vliv akustického prostředí haly. Znamená to tedy, že vložný útlum navrženého a realizovaného protihlukového krytu dosahuje poloviny tohoto rozdílu a činí tedy 16,7 dB.

Závěr

Měřením hladiny zvuku LA ve zvolených referenčních měřicích místech výrobní haly LONZA a.s., Kouřim, kde byly instalovány dva navržené protihlukové kryty kompresorových jednotek se potvrdilo, že splňují garantovaný vložný útlum podle provedeného návrhu a výpočtu.    

Obr. 2  Hala LONZA Kouřím – Schéma – hala s kompresorovými jednotkami a měřící body