06振动的隔离

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1、噪声治理课程第六讲 振动的隔离一一清华大学建筑学院燕翔5噪声治理课程第六讲 振动的隔离1振动及传递1.1转动设备的振动转动的设备产生振动，振动通过基础向四周结构传递。对于旋转的转动设备，如风机、水泵和某些 机床等，主要以旋转频率为主导振动频率。如某风机的转动频率为3000转/分钟，那么它正常工作时,振动频率主要在 50Hz。对于往复运动的设备，如气泵、活塞泵、压缩机、内燃机和蒸汽机等，因其运 动形式不但包括旋转，还包括曲柄连杆的来回运动，往复发生冲力和撞击，振动形式复杂，存在各种频 率分量的振动频率。如气泵的振动，每次活塞的往复冲击相当于在设备上使用锤子敲打，从低频到高频 都有很大的振动。设备

2、产生的某一频率的振动在建筑结构中传播过程中，频率将保持不变，振动的强度可能发生不同 变化，既可能增大，也可能降低。降噪工程中总是希望尽可能降低振动的传播，减少结构辐射噪声。但 是，当振动发生共振时，振动被增大，严重时会损坏设备和结构。1.2固有频率转动设备和其支撑结构是一个振动单体，振动通过支撑结构传递给基础。每一个振动单体都存在固 有频率，即设备在该频率上振动时，发生共振，振动传递给基础的幅度最大。固有频率是物体的自然属 性，只与物体的重量和支撑的弹性有关，不受外界作用的影响， 与设备运转的状态无关。物体重量越大，支撑结构弹性越软，固有频率越低。发生共振时，能量在固有频率上无穷止地叠加，理论

3、上传递到基础 的振动幅度将达到无穷大，基础将被破坏，无坚不摧。曾经发生士兵列队行进时步伐的频率与大桥共振 频率一致，发生共振，大桥坍塌。一般情况下，发生共振的时间很短，能量有限，而且，振动时由于阻 尼消耗了能量，共振不会达到无限大。但是，共振时，能量叠加到原来的10倍、100倍、1000倍或更大也是常见的事情。设备启动时，转动频率会由静止逐渐增大到稳态频率，设备停止时，转动频率会从稳态频率逐渐降 低到静止。如果发生共振的频率低于稳态频率，那么，设备启停时，转动频率将在某一小段时间内和共 振频率相同或近似而发生共振，共振的频率区域被称为共振区。设备启停应尽量迅速通过共振区，防止 因共振产生过大的

4、振动。弹簧系统固有频率与弹簧静态下沉量有关。弹簧静态下沉量是指，在静态荷载状态下，弹簧被压缩的长度。经验计算公式为：f0，其中f0是固有频率，单位 Hz； delt为静2 、delt态压缩量，单位为 m。1.3撞击振动使用手指敲击桌面时，会发出“当当”的声音，其原因是, 手指撞击使桌面发生了振动，振动向外辐射了声音。撞击振动 的特点，作用时间短，振动冲击能量大，频率分量丰富。我们 听到的“当当”声音与桌面的固有频率有关，手指撞击到桌面 在桌面上产生了各种频率分量的振动，固有频率附近的振动被 加强，较多地辐射到空气中，形成空气声被人听闻。锣鼓等由 于缺少阻尼，敲击后，共振非常强烈，能量消耗比较持

5、久，声 音很大，如果将其粘上胶皮，阻尼增大，共振减弱，声音变小。2隔振2.1隔振原理如右图，为振动传递的频率特性曲线。横坐标是频率比Z即设备振动频率与固有频率的比值。纵f介于 2fo 和 2 fo之间时,坐标是传递系数n,即设备振动的幅度与传递到基础上的幅度的比值。设备频率f等于固有频率f0时, 即频率比z=1时，发生共振，设备传递给基础的振动达到最大。当即频率比,2z 1 2时，设备传递给基础的振动大于设备自身的振动。当设备频率f大于固有频率f0的.2倍时，即频率比z , 2，时设备传递给基础的振动将小于设备的振动，而且f与f0的比值越大,传递给基础的振动越小。当设备频率f小于固有频率递给基

6、础的振动等于设备的振动，即振动无衰减地传递。fo的力2 倍时，即频率比时，设备传以上理论为理想振动的传递规律。存在阻尼时,传递规律有所变化：振动频率在共振频率附近（2 z 1）时传递到基础的振动幅度将随阻尼的加大而降低；振动频率较高时（z 2 ）传递到基础的振动幅度将随阻尼的加大而增大，但不会大于设备振动幅度；振动频率较低时（z 12）传递到基础的振动幅度仍等于设备振动幅度。因此，基本的隔振原理是：使振动尽可能远大于共振频率的2倍，最好设计系统的固有频率低于振动频率的5-10倍以上。振动通过共振区时还需增大阻尼，防止短时激振。2.3撞击声隔声指标衡量地面或楼板构件撞击后通过结构辐射噪声的指标是

7、撞击声隔声量。测量时，在地面或楼板上使用标准打击器进行敲击。标准打击器内有六个重锤，通过机械结构轮流撞击地面，而且撞击地面的冲量 是标准化的，作为撞击声的标准振源。在敏感的房间中测量声压级，声压级越大说明振动传递的越多， 隔振性能越差。对于同一结构，不同频率产生的撞击声压级不同，形成撞击声声压级曲线。为了便于比 较，通过对撞击声声压级曲线进行计权，得到单一指标Lpn,w，名称为标准计权撞击声压级，具体确定方法为：1）使用撞击声评价标准曲线与实际撞击声压级频率特性曲线进行比对，同时满足32分贝原则和8分贝原则的隔声量最小的标准曲线的500Hz的声压级为Lpn,w。2） 32分贝原则：100-31

8、50HZ的16个1/3倍频程的撞击声压级比标准曲线高的分贝数总和不大于32dB。3） 8分贝原则： 任一 100-3150Hz的1/3倍频程的比撞击声压级标准曲线高的分贝数不超过8dB。典型楼板的Lpn,w : 1） 80120mm的光裸混凝土楼板：Lpn,w约=84dB。 2）同1）再加实帖木地板：Lpn,w约=63dB。 3）同1）再加地毯：Lpn,w 约=52dB。2.2浮筑地面当楼板等建筑构件受到撞击时，振动将在构件及其连接结构内传播，最后通过墙体、顶棚、地面 等向房间振动辐射声音。振动在固体中传播时的衰减很小，只要固体构件一直是连接在一起的，振动将 会传播很远，将耳朵贴在铁轨上可以听

9、到几公里以外火车行驶的声音就是这个原理。在建筑中振动还有 一个特点，就是向四面八方传播， 所有有固体连接的部分都会振动，在房间中，由于四周都会振动发声,往往很难辨别振动声源的位置。但是，如果固体构件是脱离的（哪怕只是非常小的缝隙）或构件之间存 在弹性的减振垫层，振动的传播将在这些位置处受到极大的阻碍，当使用弹簧或与弹簧效果类似的玻璃棉减振做垫层将地面做成“浮筑地面”，将提高楼板撞击声隔声的能力。隔振楼板和下面的支撑弹性垫层构成了一个弹性系统，一般的隔振规律是，楼板越重、垫层弹性 越好、静态下沉度（楼板压上去以后的压缩量）越大，隔振效果就越好。8cm厚的混凝土楼板比 4cm的楼板更重，减振效果更

10、好；两层2.5cm厚的离心玻璃棉垫层的静态下沉度大于一层2.5cm厚的同样垫层，减振效果要好一些。压缩后的垫层必须处于弹性范围内，也就是说，将楼板移去后，垫层可以在弹性的 作用下恢复原来的厚度，如果垫层被压实而失去回弹性，将失去减振效果。因此，使用离心玻璃棉做减 振垫层时，需要使用容重较大的垫层，防止玻璃棉被压实，上层混凝土越厚重，玻璃棉就要越厚，容重 也需要越大，一般容重应大于96kg/m3。在用于隔绝机器振动的减振台或减振地面时需要更加专业的设计，如果设计不当，造成减振系统 的固有频率与机器的振动频率接近时，不但不能起到减振作用，还会使振动加大，甚至损坏机器及楼板 结构。楼板撞击声隔声是建

11、筑中最难处理的隔声部分之一。使用玻璃棉减振垫层上面现浇混凝土的做法可以获得20-30dB以上的撞击声隔声效果。对于住宅，由于层高所限，一般的做法是使用2.5cm厚（压缩后为2cm左右）96-150kg/m3的离心玻璃棉做垫层，上铺一层塑料布或1mm聚乙烯泡沫做防水层，再灌注4cm厚的混凝土形成浮筑地板。这种做法已经在北京格林小镇房地产开发中得以应用，效果非常良好，经实测，普通水泥地面的Lpn，w=78dB，这种浮筑地板的 Lpn，w=56dB，隔声性能提高了 22dB。在有楼板隔声要求的公建中，如演播室、录音室或上部房间为球馆及迪斯科舞厅的地板做法是，使用5cm厚（压缩后为 4.5cm左右）1

12、50-200kg/m 3的离心玻璃棉做垫层，上铺一层塑料布或1mm聚乙烯泡沫做防水层，再灌注 8-10cm厚的混凝土。经实测，这种地面做法的Lpn，w达到44dB，隔声性能提高了34dB。使用离心玻璃棉做浮筑地板时需非常注意几个问题。一是玻璃棉容重不能过低，否则玻璃棉将被压实，失去回弹性，无法起到减振效果。二是混凝土必须配筋，防止地面断裂，可以采用06的钢筋间距20cm排列；配筋时，必须防止刺破防水层而造成混凝土浇灌时玻璃棉渗水。还有一点是，不能出现两 层地面之间的硬连接，如水管、钢筋等，这样会导致声桥传声；浇灌地面与墙面连接处应使用玻璃棉、 橡胶垫隔开，防止墙体将两层地面连接在一起。2.3弹

13、性隔声吊顶若楼上房间楼板上有较大的振动，如人员的活动、机器振动或敲击等，在楼下做隔声吊顶时需要采 用弹性吊件，否则振动会通过刚性的吊杆传递给到吊顶，再将声音辐射到房间中。这种吊顶做法叫做弹 性吊顶系统。同样，如果房间内的噪声很大，会引起顶棚较大振动。为了隔绝传递给顶棚的振动，也需 要使用弹性隔声吊顶。设计弹性隔声吊顶时，必须根据声源的频率特性对弹性吊件及其吊顶系统进行减振计算，使系统固有频率远小于声源的振动频率的1 倍，尽量减少振动的传递。弹性吊竿的弹簧弹性应适中，过硬将失去弹性，成为刚性连接，不能起到减振作用；亦不能过软，防止吊顶荷载分布不均匀时，吊顶的整体 性和平整性受到影响。2.4房中房

14、房中房是隔声隔振效果最好的一种建筑形式，即在房间中再建一个房间，内层房间位于在弹簧或其 他减振设备上，四周墙壁及天花与外部房间之间没有任何连接。房间之间形成空气层，不但有利于空气 声的隔声，而且有利于隔离撞击产生的声音。若采用良好的隔声门（或声闸），空气声标准计权隔声量可以达到70dB，撞击声标准计权隔声量可低于35dB。选择房中房使用的弹簧或弹性材料，需认真计算荷载和静态下沉量，尽可能降低内层房间与弹簧系统的共振频率。2.5柔性连接为防止设备振动传递到与其连接的其他结构上，需要采用柔性连接。振动的特点是，刚性越强，传 递得越振动越大。例如，在风机与风道连接时，为防止振动随风道传递出去，在接口

15、处使用帆布或橡胶 片作为柔性连接。水泵的水管与管道连接时，常采用一小段橡胶接管作为柔性连接，阻止水泵的振动延 管道传播。柔性连接不但要满足减振的要求，还要具有抗压，密封、耐劳化等相关特性。3隔振器及隔振元件3.1金属弹簧隔振器金属弹簧隔振器是目前国内应用最广泛的隔振器，常作为振动设备的减振支撑。优点是，固有频率 频率可控制在20Hz以内，价格便宜，性能稳定，耐高温，耐低温，耐油，耐腐蚀，不老化，寿命长。 可适用于不同要求的弹性支撑，可预压，也可做成悬吊型使用。缺点是，阻尼性能差，高频振动隔振效 果差。在高频，弹簧逐渐呈刚性，弹性变差，隔振效果变差，被称为“高频失效”。目前较多使用的是小型螺旋钢

16、弹簧组合并配以铸铁外壳，并做一定的阻尼处理，但实际阻尼改善不大。将在安装减振器时 垫入橡胶垫可减弱高频失效的影响，但有些橡胶在承压状态下容易老化，有时也可安装在浮筑地面上， 效果更理想。3.2橡胶隔振器将橡胶固化、减切成型，可以形成各式各样的橡胶隔振器。优点是，不仅在轴向，而且在回转方向 均具有隔离振动的性能，固有频率频率可控制在 15Hz以内，。橡胶内部阻尼比金属大很多，高频隔振效果好。安装方便，容易与金属牢固地粘界，体积小，重量轻，价格低。缺点是耐老化问题，普通橡胶使 用温度范围是 0-70 C,特殊工艺下限温度方可达-50C，在空气中容易老化，特别是在阳光直射下会加速老化，一般寿命 5-

17、10年，荷载特性常不一致，经受长时间大荷载的作用，会产生松弛现象。橡胶隔 振器的性能与质量主要取决于橡胶的配方和硫化工艺，硫化温度和时间是非常重要的，常需经过反复试 验总结才能确定最佳工艺。3.3橡胶隔振垫与橡胶隔振器不同，橡胶隔振垫是一块橡胶板，可大面积地垫在振动设备与基础之间。橡胶隔振垫 表面常切划出一些凹槽，是为了受压时变形的需要。因其具有持久的高弹性，有良好的隔振、隔冲、隔 声性能，使用非常广泛。橡胶隔振垫的适用隔振固有频率在10-15HZ，多层叠放可低于 10Hz ,。橡胶隔振垫与橡胶隔振器的缺点类似，容易受温度、油质、日光及化学试剂的腐蚀，造成性能下降、老化，一 般寿命为5-10年，应定期检查更换。3.4玻璃棉板和岩棉板玻璃棉作为弹性垫层，对机器或建筑物基础都能起到很好的减振作用，荷载在1-2 T/m2时，最佳厚度为10-15cm,容重64kg/m3,固有频率约10Hz。隔振用岩棉板容重一般在 120kg/m3,荷载在250kg/m 厚度10cm时，固有频率约16Hz。玻璃棉板和岩棉板的优点是防火， 耐腐蚀，耐高低温。缺点是需防水， 受潮后变形，隔振效果下降。