Принцип работы газопоршневой установки

Введение

Известно, что шум в окружающей среде оказывает существенное влияние на человека, и степень такого влияния ничуть не уступает влиянию, которое оказывают, например, кислотные дожди или разрушение озонового слоя Земли. 

 Шум окружает человека повсюду. Источники шумового воздействия многообразны и все они порождают разные шумы.  Часть таких звуков являются необходимыми и полезными сигналами, позволяющими общаться, правильно ориентироваться в окружающей среде, участвовать в трудовом процессе и т.д. Другая часть мешает, беспокоит, раздражает и даже может причинить вред здоровью.

Выдающийся немецкий микробиолог Р. Кох назвал шум чумой двадцатого века. Но эта «чума» не менее актуальна и сейчас, в двадцать первом веке. И действительно, повышенные уровни шума это проблема нашей цивилизации. Появление большого количества современных и быстроходных видов транспорта, применение разнообразных бытовых приборов,  повсеместное внедрение в промышленность более мощного и высокоскоростного технологического оборудования – все это приводит к тому, что человек подвергается шумовому воздействию практически повсеместно: в транспорте, на рабочем месте и даже у себя дома [1]. 

Исходя из всего вышесказанного, нетрудно сделать вывод, что фактор шума становится всё более определяющим среди лимитирующих экологических факторов в развитых странах.

Исследования медиков показали, что шум высокой интенсивности оказывает негативное воздействие на человеческий организм. Это проявляется в быстрой утомляемости человека, в ухудшении памяти, в агрессивности, в развитии сердечно – сосудистых заболеваний, нервно – психических расстройств и заболеваний желудочно – кишечного тракта. 

Работник, подверженный высокому шумовому воздействию, сильно утомляется, у него притупляется внимание и он, в конце концов, не сможет должным образом выполнять поставленные задачи. В результате производство, на котором не соблюдаются допустимые нормы шума на рабочих местах, может понести убытки, по причине невыполнения плана работ.

Специалисты утверждают, что за счет повышенного шума заболеваемость в городах увеличивается на 30%, уменьшается продолжительность жизни на 8-10 лет, трудоспособность снижается минимум на 10%, а эффективность отдыха почти вдвое, что показывает актуальность данной проблемы.

Исходя из вышесказанного, вытекает необходимость снижения шумового воздействия до нормативных значений. Одним из источников, создающих акустическое загрязнение, являются силовые установки различного назначения, в том числе и газопоршневые установки (ГПУ) 

Объектом исследования в выпускной квалификационной работе определена газопоршневая установка (ГПУ). 

Предметом исследования являются акустические характеристики, газопоршневой установкой (ГПУ).

Целью дипломной работы является  обеспечение нормативных значений уровней шума на рабочем месте оператора газопоршневой установки.

 Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 

- 	провести экспериментальную оценку уровней шума ГПУ;

- 	сравнить полученные данные с предельно допустимыми значениями, в соответствии с нормативной документацией;

- 	выбрать и рассчитать шумозащитное мероприятия;

-	подвести итоги проведенного исследования.






Глава 1. Газопоршневые установки (ГПУ)

1.1 Принцип работы газопоршневой установки

Газопоршневые установки (электростанции) используются для производства электроэнергии и дешёвой тепловой энергии.

В основе устройства газопоршневой установки лежит принцип действия двигателя внутреннего сгорания – тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно используется газообразное или жидкое углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, превращается в механическую работу. 

B ГПУ выработка электрической энергии происходит, как и в других электростанциях – вращением электрогенератора посредством поршневого двигателя внутреннего сгорания. В стандартном исполнении газопоршневые установки приспособлены для сжигания природного газа. Образующееся в двигателе внутреннего сгорания тепло, через систему охладителей двигателя, продуктов сгорания и масла в дальнейшем эффективно используется, поэтому производительность когенерационных газопоршневых установок находится в пределах 80 – 90 % [2].

ГПУ представляет собой агрегат с двигателем внутреннего сгорания, работающим, к примеру, на природном газе, системой теплообменников для комбинированного производства электроэнергии и тепла. 

Вырабатываемую электроэнергию можно использовать для электроснабжения объекта или, в случае подключения к распределительной сети, продавать. Подобным образом, нагревшуюся воду можно подсоединять к централизованным теплосетям или использовать в самостоятельных разводках в качестве воды для отопления и производства горячей воды для производственных и бытовых нужд.







1.2. Общие характеристики газопоршневых установок

Единичная мощность газопоршневой установки может находиться в диапазоне от 0,1 до нескольких десятков МВт. Общий моторесурс составляет порядка 250 тыс. часов, ресурс до капремонта составляет 60 ? 80 тыс. часов.

 Наряду с большим моторесурсом, к достоинствам газопоршневых установок следует отнести малую зависимость КПД двигателя от температуры окружающего воздуха, невысокое давление топливного газа 0,010 ? 0,035 МПа (отсутствие необходимости в дожимном компрессоре), отсутствие ограничений по количеству запусков, малое уменьшение КПД при снижении нагрузки на 50%.

К достоинствам газопоршневых установок (ГПУ) можно также отнести возможность проведения ремонта агрегата на месте, малые затраты на эксплуатацию и небольшие размеры, соответственно невысокие инвестиционные затраты, возможность параллельной работы нескольких ГПУ, так называемая кластеризация [2].



1.3 Топливо для газопоршневых установок

Один из наиболее важных моментов при выборе типа газопоршневой установки - это состав топлива. Изготовители газовых двигателей предъявляют определенные требования к составу и качеству топлива для каждой модели ГПУ. Основные характеристики топлива:

- 	метановое число газа (содержание СН4 в объеме газа, %);

- 	высшая и низшая теплота сгорания;

-	 степень детонации;

-	 содержание серы.

В данный момент многие производители адаптируют своих двигатели под топливо соответствующего типа, что в зачастую не отнимает много времени и не требует значительных финансовых затрат.

Кроме природного газа, ГПУ в качестве топлива могут использовать:

- 	пропан и бутан;

- 	ПНГ (попутный нефтяной газ);

- 	газы химической промышленности;

-	 пиролизный газ;

- 	древесный газ;

- 	коксовый газ;

-	 газ сточных вод;

-	 газ мусорных свалок и т. д.

Использование перечисленных специфических газов в качестве топлива вносит весомый вклад в сохранение окружающей среды и позволяет использовать возобновляемые источники энергии. Среди типов силовых агрегатов, ГПУ отличает простота, надежность конструкции и самый высокий электрический КПД, который у современных ГПУ при работе на российском природном газе составляет примерно 41?44 % [3].

Подавляющее большинство типов ГПУ может работать в режиме когенерации, то есть как теплоэлектростанции. Схема работы представлена на рисунке 1.2.2. Температура выхлопных газов на выходе из двигателя ГПУ составляет порядка 390 ± 30 °С. 





Рисунок 1.3. – Схема работы газопроршневой установки



Данная температура на выходе станции позволяет получать достаточно высокие объемы дополнительной тепловой энергии. Соотношение между двумя видами получаемой энергии составляет 1:1, т.е. на один мегаватт установленной электрической мощности можно получить один мегаватт тепловой энергии.

Система охлаждения газопоршневых установок жидкостная. В случае применения для охлаждения газопоршневых агрегатов станции воды желательна её химподготовка, но в 99 % применяются обычные незамерзающие жидкости. Расход моторного масла ГПУ составляет около 0,30?0,95 кг/ч на 1 МВт вырабатываемой электроэнергии. Величина расхода моторного масла связана с характером и равномерностью электрических нагрузок. Для нормальной работы установки необходимо поддержание постоянного уровня моторного масла. 



1.4 Применение ГПУ и основные производители

За последние годы становятся все более очевидными перспективы и преимущества применения поршневых газовых двигателей внутреннего сгорания для совместной выработки тепловой и электрической энергии.

Происходящие в нашей стране процессы либерализации энергетического рынка, высокие затраты на подключение и кризис в эксплуатации крупных систем централизованного энергоснабжения обуславливает актуальность использования таких агрегатов.

Реальным путем увеличения эффективности энергетического производства в данных условиях является развитие автономных локальных децентрализованных источников одновременного производства электрической и тепловой энергии на основе ГПУ (газопоршневых установок).

Явными преимуществами газопоршневых установок являются высокий КПД, полная независимость от региональных энергетических сетей, а соответственно, и от повышения тарифов, надежность, отсутствие затрат на строительство распределительных и подводящих сетей.

В настоящее время электростанции на базе газопоршневых двигателей мощностью от 1 до 4 МВт являются самым востребованным источником постоянного энергоснабжения жилищно-коммунального сектора, нефтегазовых промыслов, угледобывающих и промышленных предприятий. Они обладают рядом преимуществ перед газотурбинными и дизельными приводами. К примеру, отпадает необходимость доставки дизтоплива в удаленные районы газо- и нефтедобычи. 

Газопоршневые двигатели с мощностью в диапазоне до 4 МВт характеризуются более высоким коэффициентом полезного действия по сравнению с газовыми турбинами и способны эксплуатироваться на частичных нагрузках. К тому же они менее подвержены воздействию повышенных температур окружающего воздуха, и обладают в 2?3 раза большим ресурсом, чем газовые турбины [4].

Использование газообразного топлива разного типа (ПНГ, природного или шахтного газа) оказывает влияние, как на конструктивные особенности ГПУ, так и на основные параметры, в том числе на степень сжатия, среднее эффективное давление и, соответственно, на мощность агрегата.

Сейчас на мировом рынке представлено достаточно большое количество компаний, производящих газопоршневые установки. Наиболее крупными из них, выпускающими ГПУ средней мощности в диапазоне 1?4 МВт на базе газо поршневых двигателей собственного производства, являются: Caterpillar S.A.R.L., Waukesha Engine Dresser Inc и Cummins Inc (США), MTU Onsite Energy и MWM, GmbH (Германия), Mitsubishi Heavy Industries Ltd. (Япония), GE Energy Jenbacher gas engines (Австрия), Rolls Royce Power Engineering Plc (Power Generation) (Великобритания) (см. Приложение А, таблица 1.4).

Остальные компании выпускают ГПУ в диапазонах малой мощности – менее 1 МВт и большой мощности – более 4 МВт или комплектуют газопоршневые установки двигателями других производителей.

Газопоршневые установки, произведенные российскими предприятиями, в большинстве случаев отличаются неплохим качеством и надежностью. И хотя по некоторым показателям отечественные агрегаты могут уступать зарубежным, например, по мощности (средняя мощность отечественных установок составляет 100 кВт), но для использования в мини ТЭЦ считаются вполне подходящими. Особенно привлекает то, что стоимость российских газопоршневых установок обычно ниже, чем зарубежных.

Ведущими отечественными производителями данных агрегатов считаются: НПК «Зоря – Машпроект» (г. Николаев), ООО «Энерго – Статус» (г. Москва), ООО «Алтай – Дизельэнерго» (г. Барнаул). Очень распространенным агрегатом является газопоршневая установка АГП-100 (рисунок 1.4), выпускаемая предприятием ПКФ «Рыбинсккомплекс» (г. Рыбинск, Ярославская область).



















Рисунок 1.4 – Газопоршневая установка АГП – 100: 8 цилиндров, мощность 100 кВт



Газопоршневая установка АГП – 100 обеспечивает потребителей трехфазным переменным током на 50 Гц и 400 В. В зависимости от качества используемого для работы газа она может генерировать энергии на 70-100 % от своей номинальной мощности. Если необходимо, то АГП – 100 допускается использовать и для утилизации тепла.

Стоимость вырабатываемого такой установкой электричества составляет примерно 0.8 рубля за 1 кВт/ч при её максимальной нагрузке.

В настоящее время когенерационные установки повсеместно применяются на крупных и малых предприятиях Российской Федерации, устанавливаются в административных зданиях, медицинских учреждениях, ими оснащаются спортивные объекты, деловые центры, жилые здания и загородные поселки. 

Выбор в пользу энергоэффективных технологий является более чем целесообразным, принимая во внимание, что, работая в когенерационных системах, газопоршневые электростанции и котлы утилизаторы обеспечивают следующие преимущества [5]:

-	сокращение затрат на получение одного кВт электроэнергии в 2?3 раза, относительно тарифов, действующих в регионах Российской Федерации;

-	выполнение функций основного, дополнительного или резервного источника питания;

-	генерирование бесплатной тепловой энергии;

-	работа на различных видах топлива, включая пропан, бутан, ПНГ, газы химической промышленности, древесный или коксовый газ и т.д.;

-	окупаемость в течение 1,5?3 лет с момента запуска;

-	увеличенный моторесурс – до 64 000 часов (свыше 7 лет) – и возобновление работы после капитального ремонта;

-	не требуют монтажа ЛЭП;

-	значительное снижение вредных выбросов в атмосферу;

-	применение на различных объектах без ограничений.

Нельзя не отметить, что газопоршневые установки могут использоваться для тригенерации, процесса при котором происходит выработка электроэнергии, тепла и холода.

При этом горячая вода или пар, которую вырабатывают котлы утилизаторы, преобразуется в холод с помощью абсорбционных машин. В дальнейшем он может использоваться в системах кондиционирования и контурах промышленных холодильных установок.



1.5 Источники шума в ГПУ

Энергетическая установка на базе газопоршневого двигателя оказывает сильную шумовую нагрузку – открытая машина на раме с установленным штатным промышленным глушителем может генерировать шум до 140 дБ на расстоянии 1 м от нее. Такие шумы могут создавать проблему при установке станции в обслуживаемых помещениях. Кроме того шум, создаваемый промышленными установками, регламентируется рядом нормативных документов в зависимости от местонахождения этого оборудования [2].

Рассмотрим основные источники генерации шума

Ниже приведены основные источники шума газопоршневой установки:

шум, создаваемый воздухом на всасывании в двигатель;

шум, создаваемый отходящими выхлопными газами;

шум, создаваемый механическими частями установки;

шум, создаваемый принудительной вентиляцией здания или контейнера.

Это основные источники шума, звуковое давление от прочих систем и механизмов оказывают незначительное влияние.

Теперь рассмотрим природу происхождения каждого источника более подробно. 

1.    Шум от всасывания воздуха на горение.

В двигатель на горение воздух подается большими объемами и на высоких скоростях, что неизбежно ведет к повышенной звуковой нагрузке, особенно при наличии установленной на двигателе турбины (турбонаддува).

2.    Шум отходящих выхлопных газов.

Звук от выпускаемых дымовых газов обычно создает наибольшее шумовое давление от всей энергетической установки. Основной источник данного шума – звук взрыва топливной смеси в цилиндре двигателя.

    Шум от механической части энергетической установки.

Шум механического происхождения (вибрации системы роторов, подшипников, элементов редукторов и т. д.), является превалирующим в машинном отделении.

4.      Шум вентиляции здания ГПУ.

Газопоршневые электростанции требуют большой объем атмосферного воздуха для охлаждения. Системы подачи воздуха, что в здания энергоцентров, что в контейнеры, оснащаются вентиляторами, которые создают достаточное количество шума, чтобы сделать условия нахождения вблизи них некомфортными. Для уменьшения шумовой нагрузки вентиляционных систем зачастую применяются шумоглушители для воздуховодов. 

Такие шумоглушители изготавливаются большим количеством организаций, могут иметь самые разные характеристики и конфигурации, Также отсутствуют какие-либо сложности в подборе, заказе и монтаже шумоглушителей для вентиляции.



1.6 Воздействие повышенного шума на человека

Шум оказывает существенное воздействие на человека, окружающую его среду и сравнивается с такими воздействиями, как разрушение озонового слоя и кислотными дождями. Фактор шума становится всё более определяющим среди лимитирующих экологических факторов в развитых странах.

Исследования медиков показали, что шум высокой интенсивности оказывает негативное воздействие на человеческий организм.

Шум приводит к ухудшению функционального состояния человека. Функциональные расстройства нервной системы наступают раньше, чем снижение слуховой чувствительности [6].

В настоящее время в литературе широко пользуются понятием "шумовая болезнь". Шумовая болезнь характеризуется комплексом симптомов:

     снижение слуховой чувствительности;

     изменением функции пищеварения;

     сердечно – сосудистой  недостаточностью;

     нейроэндокринным расстройством.

Обследования показали, что приблизительно у 70% населения повышается кровяное давление и частота пульса при воздействии шума более чем на 10%.

Специалисты утверждают, что за счет повышенного шума заболеваемость в городах увеличивается на 30%, уменьшается продолжительность жизни на 8-10 лет, трудоспособность снижается минимум на 10%, а эффективность отдыха почти вдвое.

Шум от энергетического оборудования может в определенных случаях даже превышать болевой барьер.

Под шумовым воздействием, в том числе объектов энергетики, находятся очень большие группы населения, особенно в крупных городах. По некоторым данным свыше 60% населения крупных городов проживает в условиях чрезмерного шума. Так в Германии 40% населения страдает от шума, из них примерно 33% имеет расстроенное здоровье. Под постоянным шумовым воздействием находится половина населения Дании, а для 20% населения эта проблема весьма актуальна [6].

Полмиллиона рабочих в Англии и 3 млн. в США подвержены серьезным заболеваниям органов слуха вследствие повышенного шума на производстве. На территории СНГ от 20 до 50 млн. работающих, а в США по разным данным от 10 до 15 млн. подвергаются действию шума, превышающего допустимые значения. В Нидерландах половина работающих в промышленности подвергаются такому шумовому воздействию, за пределами которого может наступить потеря слуха.

Шум влияет на производительность труда, а ликвидация последствий болезней от шума требует значительных социальных выплат. Шум повышает утомляемость, снижая производительность труда. Увеличение уровня шума на 1 - 2 дБА приводит к снижению производительности труда на 1% (при уровнях звука больше 80 дБА). Например, при работах, требующих повышенного внимания, с увеличением уровня звука от 70 до 90 дБА производительность труда падает на 20%.

Доказано, что шум уменьшает зрительную реакцию, что вместе с утомляемостью резко увеличивает вероятность ошибок при работе операторов. Это особенно не допустимо, например, для энергетического производства, где важную роль играет надежность.

Профессиональные заболевания среди работников электростанций России связанные с воздействием шума занимают первое место. Это характерно и для зарубежной энергетики: при обследовании электростанций ФРГ у 37% работников выявлено расстройство органов слуха [6].



1.7 Способы снижения шума и вибраций, создаваемых ГПУ

Газопоршневые установки выделяют большое количество шума в широком диапазоне частот. Снижение данной шумовой нагрузки – серьезная проектная задача, и дилетантский подход к ее решению может привести к нарушению работы всей установки и даже к выходу из строя основного дорогостоящего оборудования.

    Установка глушителей

Для снижения шумов от отходящих дымовых газов применяются промышленные и низкошумные глушители, зачастую устанавливающиеся последовательно на газовыхлопной трассе. Также эффективным методом считается установка более высокой дымовой трубы, особенно, если в ее конструкции применены звукопоглощающие элементы.

Промышленный глушитель обеспечивает уменьшение шума выхлопа на 8?10 дБ и дает возможность человеку просто приблизиться к установке, находящейся в работе. Однако находиться долгое время рядом с машиной, которая оснащена только промышленным глушителем, для человека тяжело и может быть опасным для здоровья.

Для дальнейшего снижения звукового давления применяются низкошумные глушители, которые также обозначаются в спецификациях как резидентные и критические. Уровень шумоподавления низкошумного глушителя составляет 20?30 дБ. 

Габаритные размеры низкошумных глушителей намного больше, чем промышленных и обусловлены не только требуемым уровнем снижения шума, но и требованиям к обеспечению максимально допустимого противодавления на газоходе – низкое противодавление глушителя можно обеспечить только увеличением его проходного сечения.

В отдельных случаях требуется разработка индивидуальных проектов шумоглушения выхлопной трассы. Это обычно подразумевает разработку специальных глушителей (до 45 дБ), шумоглушащих участков газоходов, более высокой дымовой трубы, комбинирование различных типов глушителей и прочие моменты.

2. 	Использование кожухов и контейнеров.

Газопоршневая установка, оснащенная глушителями всоса и выхлопа, тем не менее, вырабатывает достаточное количество шума, чтобы длительное нахождение близко от нее стало малореальным. Самым простым способом избавиться от воздействия этого шума является установка электростанции в утепленном контейнере. Как правило, корректно подобранные утепляющие маты являются также неплохим звукопоглотителем.

Внутренняя конструкция кожуха выполняется из специального звукопоглощающего материала. Звук работающего двигателя затухает, отражаясь от шумоизолирующего покрытия контейнера или кожуха. 

Требуемый для охлаждения двигателя и электрического генератора, а также для подготовки рабочей смеси воздушный поток проходит через вентиляционные лабиринты, покрытые тем же материалом, что и внутренняя часть контейнера. Используемые для звукоизоляции электростанций материалы и конструкция кожуха, позволяют погасить звуковую волну, исходящую от двигателя.

3. 	Звукоизоляция помещения для ГПУ.

В том случае, если генерирующее оборудование устанавливается в здании энергоцентра, снизить шум от работающих механических частей двигателя можно посредством установки звукопоглощающих экранов по периметру электростанции. 

При этом необходимо принимать во внимание, что проект установки защитных экранов должен подразумевать сохранение нормальных условий подвода и отвода воздуха для обдува электростанции. Неполадки в системе подачи воздуха на обдув могут привести к перегреву агрегата и частым аварийным остановкам электростанции, особенно в теплое время года и при повышенных нагрузках.

Если звукоизоляция учитывается при проектировании помещения для ГПУ, то соотношение стоимости и качества звукоизоляции помещения будет оптимальным. В случае, когда пользователь газопоршневой установки предполагает использовать неприспособленное помещение, то организация звукоизоляции будет более трудоемким и дорогостоящим делом. 

Звукоизоляция помещения бывает двух типов:

     изоляция от проникновения звука - препятствует прохождению звука сквозь стены. В этом случае решающую роль играет толщина стен.

     поглощение звука - применяются специальные материалы, которые поглощают энергию звука. Этот метод применяется на вентиляционных отверстиях. По этой причине приходится увеличивать входное и выходное воздушные отверстия. 

Звукопоглощающим материалом также могут покрываться внутренние перегородки в помещении, чтобы снизить уровень шума в зале и, как следствие, выход звука сквозь стены, через двери и вентиляционные отверстия [7].

Уровень звукового давления, производимого газопоршневой установкой в открытом исполнении, составляет около 100 ? 108 дБ на расстоянии 1 метр. Далее рассмотрим степень эффективности различных способов снижения уровня шума:

     бетонные стены 30?45 дБ;

     звукоуловители на вентиляционных отверстиях 30?50 дБ;

     дверь со звукоизоляционным покрытием 15?43 дБ;

     глушитель системы выпуска отработанных газов 9?32 дБ;

     звукоизолирующий кожух 20 дБ;

     звукоизоляция стен помещения 10 дБ;

    Удаление от источника шума. 

На практике снижение уровня шума линейного источника, который создает цилиндрическую звуковую волну, составляет 3 дБ при удвоении расстояния. Например, уровень звукового давления 85 дБ на расстоянии 1 метр будет составлять 79 дБ на расстоянии 4 метра. 















Глава 2. Анализ средств снижения щумового воздействия

2.1 Выбор шумозащитного мероприятия

Существуют различные методы снижения шумового воздействия. На практике чаще всего применяются такие методы как:

-	снижение шума в самом источнике;

-	снижение шума на пути распространения от источника к точке наблюдения.

Снижение шума в источнике можно достичь путем уменьшения силового воздействия (например, снижением скорости вращения деталей установки, увеличением времени соударения деталей установки и т.д.). Снизить же шум на пути распространения помогают: установка глушителей шума на выхлопе, звукоизолирующие укрытия, капоты, перегородки [1].

Так как газопоршневые установки, рассматриваемые в данной работе, уже выполнены в шумозащитном исполнении, а магистрали выпуска и всасывания газа выведены за пределы помещения (модуля), было принято решение, что в качестве шумозашитного мероприятия целесообразно установить на пути распространения звука звукоизолирующую перегородку, тем самым разделив модуль на два помещения, как показано на рисунке 2.1.1.





3

1





2







		

Рисунок 2.1.1 – Схема модуля с ГПУ с перегородкой: 1 – источник звука; 2 – рабочее место; 3 – звукоизолирующая перегородка

Сам термин звукоизоляция означает метод защиты от воздушного шума, основанный на отражении звука от бесконечной плотной преграды.

Звукоизоляция очень широко применяется в целях защиты от шума. Для осуществления звукоизоляции используются физические пространственные преграды, препятствующие распространению шума, располагаемые в пространстве помещения. Звукоизоляция преграждает путь звуку и ее мерой является величина ЗИ, измеряемая в дБ.

Известно, что чем массивнее ограждение, тем лучше оно будет защищать  помещение от повышенных уровней шума. Современное проектирование звукоизоляции направлено, в первую очередь, на обеспечение требуемых акустических условий в помещении за счет регулируемой звукоизоляции ограждений при минимально возможной их массе [7].



2.2 Звукоизолирующие перегородки

В России одним из наиболее распространенных методов защиты от шума является звукоизоляция помещения, и как следствие строительство звукоизолирующих перегородок. 

Хочется отметить, что звукоизолирующие перегородки – это прежде всего перегородки, которые обладают улучшенными свойствами отражения и  поглощения различного шума. 

По своей сути любая перегородка это не несущая конструкция. Это стена, которая разделяет внутреннее пространство здания на отдельные помещения и выполняет только ограждающие функции.  Она не может быть нагружена какой-нибудь дополнительной нагрузкой, кроме собственного веса, и опирается на перекрытия здания или, непосредственно, на грунт.

Конструкция звукоизолирующих перегородок может быть различная. Она зависит и от материала, и от степени защиты от шумовых воздействий, и от их характера.

Поэтому для начала предлагается рассмотреть так называемую «физику» распространения звуков в помещениях. 

Во-первых – это так называемый воздушный шум, который передается колебаниями воздуха. Например – звуки принтера в соседнем, кабинете, громкий разговор, радио, бытовая техника. Такие колебания будут конечно же гаситься, либо отражаться обычными перегородками, но не полностью. 

 Воздушные колебания будут обязательно находить каналы через неплотное примыкание строительных конструкций. Еще следует учесть, что если перегородка будет достаточно тонкая, то она будет передавать эти колебания дальше, являясь так называемым «передаточным звеном». Стенка будет выполнять роль мембраны. 

Во-вторых – это ударный шум. Данные шумы распространяются от механического воздействия на поверхность строительных конструкций. Например – удары молотком, работа перфоратором и т.д.

Для каждого вида шума существует свой материал и своя конструкция стены, которая будет поглощать эти колебания. Универсальных звукопоглощающих перегородок, как и материалов – не существует.

Например, если необходимо избавиться от ударного шума – поможет жесткая перегородка (из жесткого материала, жесткой конструкции). Если преграда будет массивная – она будет препятствовать передаче вибрационных колебаний. Тем не менее, при воздействии на нее воздушных звуковых волн, она не только не будет глушить эти колебания, но и будет способствовать их передаче и может даже усилить шумовой эффект [8]. 

При воздействии воздушных колебаний  рекомендуется устанавливать перегородки из материалов пористой структуры, это позволит существенно снизить звуковые волны.   

Из этого следует, что более лучший эффект будет иметь перегородка с комбинированным применением материалов сложной конструкции.

Например можно рассмотреть следующую конструкцию стены (жесткий материал – пористый- твердый).

В соответствии с рисунком 2.1.2 можно заметить, что изначально первые колебания сталкиваются с плотным жестким материалом (1). Частично звуковые волны будут отражаться от нее, расходуя значительную часть энергии. 

Затем волны проходят через пористый материал (2), такой как поролон, минеральная вата и др. при этом колебания будут рассеиваться и, опять же, будет, потрачена большая часть энергии. 

Натыкаясь на третью преграду (3)– колебания уже преодолеть ее крайне сложно, поэтому суммарная передача воздушного шума сводится к минимуму, стремящемуся к нулю. 





















Рисунок 2.1.2 – Принцип работы многослойной звукоизоляционной конструкции



Уровень звукоизоляции относится к числу важнейших эксплуатационных параметров перегородок. Индекс звукоизоляции воздушного шума у перегородок должен быть равным или больше нормативного значения.





2.3 Материалы для производства звукоизолирующих перегородок

В предыдущем разделе уже было сказано, что звукоизолирующая  перегородка это, прежде всего конструкция, которая может иметь разную конфигурацию. Сейчас, наиболее популярными считаются так называемые каркасные перегородки. 

Они привлекают тем, что имеют малый вес, не перегружая перекрытие, технология их возведения достаточно проста, что позволяет возводить их быстро и легко. Немаловажным фактором является то, что такие перегородки имеют достаточно хорошую звукоизоляцию

Принципиальная схема изготовления каркасных перегородок выглядит следующим образом:

Первым делом монтируется металлический каркас из профилей или деревянных брусков. 

Снаружи обшивается любым  листовым материалом, чаще всего лстами гипсокартонном. Шаг монтируемых профилей зависит от размеров тепло- и звукоизоляционного материала (распространенный размер – 600 мм).

 В образовавшийся каркас вставляют звукоизоляционный материал.

Зашивают звукоизоляционный материал также применяемым листовым материалом.

При монтаже каркасной основы под звукоизоляционную конструкцию рекомендуется использовать специальные крепежные элементы – подвесы.

В качестве звукоизоляционных материалов, можно использовать пористые материалы, такие как пенополистирольные плиты, но в целях повышения пожаростойкости – рекомендуется применять минераловатные плиты из стекловолокна, которые в свою очередь имеют достаточно высокую степень не только звукоизоляции, а еще и теплоизоляции [8].

Мировым лидером в области производства негорючей изоляции на основе каменной ваты является датская компания ROCKWOOL, представляющая в своей линейке продукции минераловатные плиты "Лайт баттс". 

В настоящее время данная продукция выпускается и в России (по датской технологии), что позволило существенно снизить цену на указанный материал. Стоимость одной пачки (0,3м3) указанного материала на рынке составляет около 600 руб.

Можно рассмотреть и более характерную тепло и звукоизоляцию указанной фирмы с характерным названием «Акустик Баттс».  Стоимость одной пачки (0,3м3) указанного материала на рынке может составить около 900 руб.

Цена материала «Rockwool акустик баттс» привлекла большое количество покупателей. Он является современным высококлассным звукопоглощающим материалом. Этот материал также дает дополнительную термическую защиту и абсолютно не боится влаги. Этот материал очень долговечный, и практически не дает усадки.

Грамотное использование данных панелей в составе системы позволяет существенно снизить уровень воздушного шума – индекс звукоизоляции (Rw) всей созданной конструкции доходит до 63 дБ. Работать с ним достаточно просто, т.к. его плотность – 45 кг/м3. Т.е.  панели легко поддаются резке.

Отличной заменой данному метериалу служит его более качественный аналог «Шумостоп БМ», он обладает лучшим звукопоглощением и более высокой плотностью, большей теплоизоляцией по сравнению с Роквул Акустик баттс.  Он является новинкой в мире звукоизоляции, т.к. вышел совсем недавно. Согласно данным производителя данный материал является  совершенно экологичным, потому что производится на основе акрилового вяжущего и штапельного волокна. 

Этот материал является Российским аналогом звукоизоляции зарубежным материалам. Стоимость одной пачки (0,3м3) указанного материала на рынке составляет около 780 руб. 

Также аналогом к зарубежной звукоизоляции можно отнести материалы, выпускаемые следующими отечественными производителями:

     Минераловатные плиты торговой марки «ИзБа» (Изоляция Базальтовая), ООО “Богдановичский завод минерало-ватных плит” (БЗМП);

     Плиты П75, производство в г.Тула, компании ЗАО "Завод стройматериалов" (г. Тула); 

    Минеральные плиты П75, производство расположено в г. Железнодорожный, компания ЗАО "Минеральная вата".



2.4 Основные конструкции звукоизолирующих перегородок

На сегодняшний день в России применяются три основных типа конструкций звукоизолирующих перегородок. Это перегородки с каркасом из металлических профилей, перегородки с деревянным каркасом, и, набирающие в последнее время популярность – звукоизолирующие перегородки из газобетонных блоков. Конструкции перегородок представлены на рисунке 2.3.1.



Конструкции звукоизолирующих перегородок







Перегородки из металлических профилей

Перегородки с деревянным каркасо.......................