بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طراحی و ساخت سایلنسر بر روی استارت بادی کامیونهای معدنی (wabco)
مجتمع مس سرچشمه
چکیده:
کامیونهای معدنی((wabco وظیفه جابجایی سنگ معدن و خاک باطله را بر عهده دارند و دارای دو نوع استارت برقی و بادی میباشند. در استارت نوع برقی نیروی برق باعث چرخش روتور استارت و در نهایت چرخش چرخ لنگر میشود در حالیکه در نوع بادی هوا نیروی محرکه است. استارت بادی کامیونهای در هنگام راه اندازی موتور، صدایی با تراز بالا (در حدود ٤/١٢٧ دسیبل تولید) ایجاد مینمایند. بر اساس نتایج دزیمتری، افراد در تماس با این صدا ، در مدت کمتر از ٣٠ دقیقه معادل ١٠٠ درصد دز روزانه را دریافت میکنند و با افزایش زمان تماس، درصد دز دریافتی بیشتر خواهد شد. این پژوهش با هدف کاهش ٢٠-١٥ دسیبل در تراز صدای تولیدی منبع انجام شد. بدین منظور پس از بررسی مشخصات فنی و آکوستیکی منابع تولید کننده صدا، سایلنسر از نوع پراکنشی-جذبی برای کنترل صدای استارت مناسب شناخته شد. بر اساس نتایج اندازهگیری در باند فرکانسی اکتاو و استفاده از اطلاعات موجود، سایلنسری به طول ١٠٠ سانتیمتر و قطر ٥٠ سانتیمتر که درون آن دو محفظه باز اولیه و ثانویه و ٥ ستون به طول ٥٠ سانتیمتر و قطر ١٠ سانتیمتر با پوشش فلزی پانچ جهت عبور هوا طراحی و ساخته شد.
مابین ٥ ستون از مواد جاذب استفاده شد. اندازهگیری تراز صدای منبع بعد از نصب سایلنسر بر روی استارت وابکو شماره ٣١، کاهشی به میزان ٢/١٨ دسیبل در تراز توان کلی صدای منبع نشان داد. با نصب سایلنسر، علاوه بر کاهش تراز صدای منبع، تراز صدا در داخل کابین با درب باز و بسته بترتیب ٤/١٣ و ٢/٨ دسیبل و در فاصله ٤ متری بیرون وابکو و جلوی استارت ٨/١٧ سیبل کاهش نشان داد.
کلید واﮊهها: سایلنسر، وابکو، استارت، مس سرچشمه، تراز صدا، کنترل
١‐ مقدمه
جهت جلوگیری و کنترل آلودگی صوتی تولیدی توسط دستگاهها و ماشینآلات، روشهای مشخص و متنوعی وجود دارد که تنوع آنها به نوع منابع و شرایط فیزیکی و هدف از کنترل بستگی دارد. در برخی از دستگاهها و ماشینآلات در اثر انتقال هوا یا گاز از یک قسمت به قسمت دیگر سر و صدای زیادی ایجاد میشود که جهت کاهش این آلودگی صوتی استفاده از لوازم خاص به نام کاهش دهنده های صدا یا فیلترهای آکوستیکی الزامی است. یک فیلتر آکوستیکی یا سایلنسر ابزاری است که از انتقال امواج صوتی جلوگیری میکند و در راه عبور گاز یا هوا مقاومت محسوسی ایجاد نمیکند. اصولاﹰ این نوع صداها را میتوان به دو روش passive یا active کنترل نمود. روشهای passive عبارتند از reactive و .resistive در نوع reactive که برای صداهای با باند باریک فرکانسی مناسب است، اساس کاهش صدا تغییر امپدانس است که با تغییر در سطح مقطع و افزایش امپدانس انرﮊی صوتی کاهش مییابد. در نوع resistive اساس کنترل، جلوگیری از عبور امواج صوتی با استفاده از مواد جاذب است زیرا با هدایت امواج صوتی به درون مواد جاذب انرﮊی صوتی سبب ارتعاش الیاف مواد جاذب شده و به انرﮊی گرمایی تبدیل میشود. این روش برای کنترل منابع صوتی با باند فرکانسی پهن مفید میباشد.
کامیونهای معدنی وظیفه انتقال سنگ معدن را به سنگ شکنهای اولیه بر عهده دارند. این کامیونها دارای دو نوع استارت بادی و برقی هستند. حدود ٢٠ کامیون از مجموع کل کامیونها دارای استارت بادی میباشند. این کامیونها روزانه توسط چند نفر از پرسنل که مسئول روشن کردن کامیونها هستند روشن و به خدمت گرفته میشوند. بطور معمول هر استارت کمتر از ٥ ثانیه طول میکشد و از آنجاییکه معمولاﹰ کامیونها با اولین استارت روشن نمیشوند خصوصاﹰ در زمستان، برای هرکامیون چندین مرحله این عمل تکرار میشود. لذا در زمان استارت صدای نسبتاﹰ بالایی تولید و چون یک اپراتور مسئول روشن کردن چند کامیون است در معرض صدایی فراتر از حدود توصیه شده تماس شغلی قرار میگیرد. بر اساس نتایج دزیمتری بهعمل آمده از این افراد، در مدت ٣٠ دقیقه و گاهاﹰ در زمانی کمتر از آن تقریباﹰ معادل ١٠٠ درصد دز روزانه را دریافت میکنند. از ٣ فرد مختلف که در یک روز تابستانی به مدت ٤٥ دقیقه مشغول روشن کردن ١٣ کامیون وابکو بودند دزیمتری بعمل آمد. دز دریافتی هر سه فرد بالای ١٠٠ درصد دز دریافتی روزانه بود. مقادیر دریافتی عبارت بودند از ٢٣٥ درصد، ١٥٥ درصد و ١١٨ درصد. لازم به ذکر است فرآیند روشن کردن کامیونها در زمستان بسیار طولانی تر از نابستان میباشد و بالطبع دز دریافتی بیشتر خواهد بود.
شناخت دلایل تولید صدا از عوامل موثر در طراحی سیستم کنترلی بشمار میرود. در استارت وابکوها هوا با سرعت زیاد از کمپرسور وارد استارت شده و با برخورد به پرههای استارت سبب حرکت شفت آن میگردد بنابر این دو عامل سبب تولید صدا با تراز بالا میشود. عامل اول،برخورد هوا با سرعت زیاد به پرههای استارت و حرکت پرهها با سرعت زیاد در هوای داخلی استارت
ﻭ عامل دوم خروج هوا با سرعت زیاد از استارت میباشد لذا بمنظور کاهش تراز صدای ناشی از استارت وابکو سایلنسری طراحی
ﻭ نصب گردید که در این مقاله به نحوه طراحی و نتایج حاصل از نصب سایلنسر اشاره شده است
٢‐ مواد و روشها
بمنظور کاهش سرعت هوای خروجی، جذب صدای تولیدی و جلوگیری از تولید مجدد صدا، سایلنسر از نوع پراکنـشی-
جذبی انتخاب و پس از تعیین مشخصات آکوستیکی منبع، سیستم کنترلی مورد نظر طراحی گردید. این سیستم شامل استوانهای به طول ١٠٠ سانتیمتر و قطر ٥٠ سانتیمتر از جنس ورق گالوانیزه به ضخامت ٣ میلیمتر میباشد. داخـل ایـن اسـتوانه بـه چنـد ناحیه تقسیم شده است. هوا ابتدا وارد diffuser یا پخشکننده میشود. diffuser استوانه کوچکی است به ارتفاع ٢٠ سانتیمتر و قطر ١٠ سانتیمتر که از ورق پانچ به ضخامت ٣ میلیمتر و چـشمه هـای ١٥ میلیمتـر سـاخته شـده اسـت. هـوا پـس از خـروج یکنواخت از پخش کننده به محفظه باز اولیه به طول ٣٠ سانتیمتر وارد و سرعت آن کاهش مییابد و پس از عبور از این محفظـه
به بخش جاذب وارد میشود. در این قسمت ٥ ستون به ارتفاع ٥٠ سانتیمتر و قطر ١٠ سانتیمتر جهت عبور هوا تعبیه شده است.
این ستونها از ورق پانچ به ضخامت ٣ میلیمتر و چشمههای ٥ میلیمتر ساخته شدهاند. مابین این ستونها و فضای داخلی سایلنسر از پشم شیشه با چگالی ٧٥ کیلوگرم بر متر مکعب استفاده شده است. این مواد نقش قابل توجهی در جذب امواج با فرکانس بـالا ایفا مینمایند. هوا پس از عبور از بخش جاذب به محفظه باز ثانویه به طول ٢٠ سانتیمتر وارد و ضمن پراکندگی امواج، افت قابـل توجهی در صدا ایجاد میشود. در پایان، هوا از طریق لوله خروجی به قطر ٢٠ سـانتیمتر و طـول ١٠ سـانتیمتر خـارج مـیشـود.
سایلنسر مذکور بعد از ساخت بر روی لوله خروجی استارت وابکو شماره ٣١ نصب گردید. مراحل کار به ترتیب در زیر آورده شـده است.
٢‐١‐ تعیین مشخصات آکوستیکی منبع
جهت بررسی وضعیت و مشخصات صدای تولیدی توسط استارت، تراز صـدا در بانـدهای مختلـف فرکانـسی اکتـاو و در شبکه وزنی A در فاصله ٤متری جلوی استارت وابکوهای مختلف اندازهگیری گردید. کلیه اندازهگیریها توسط دستگاه صداسـنج ٢٢٦٠ B&K که قادر است تراز فشار صوت را بطور همزمان در همه فرکانسها دریافت کند انجام شد. با داشتن تراز فشار صـوت (spl)بر حسب dBA، فاصله از منبع (d) بر حسب متر و با استفاده از معادله(١) تراز توان صـدای منبـع در هـر بانـد فرکانـسی بدست آمد (جدول١) ]١.[
جدول ١: تراز توان صدای منبع(استارت وابکو) قبل از نصب سایلنسر
پس از محاسبه تراز swl برای هر باند فرکانسی، جهت تعیین صدای کلی منبع از رابطـه (٢) اسـتفاده شـد]٢[ و تـراز توان صدای حاصل از خروج هوا در محل استارت ٤/١٢٧ دسیبل تعیین گردید.
٢‐٢‐ طراحی سیستم کنترلی
با داشتن مشخصات فیزیکی منبع اعم از مکان، چگونگی کارکرد و محدودیتها میتوان سیستمی را طراحـی نمـود کـه بهینهترین نتیجه را بدهد. قابل ذکر است که در کنترل و کاهش آلودگی صوتی میزان کاهش صدا محدودیتی ندارد و بـا اعمـال روشهای مختلف میتوان مقدار قابل توجهی از تراز صدا را کاهش داد. اما مسلماﹰ هر چقدر کاهش صدا بیشتر باشد هزینه اجـرای روش کنترلی بیشتر خواهد بود. بنابر این مسائل اقتصادی نیز یکی از مشخصههای مهم در طراحـی سیـستم کنترلـی بـه شـمار میرود.
همانطور که قبلاﹰ گفته شد دلایل تولید صدا در حین فرآیند استارت، برخورد هوا با سرعت زیاد بـه پـرههـای اسـتارت و حرکـت پرهها با سرعت زیاد در هوای داخلی استارت و نیز خروج هوا با سرعت زیاد میباشد. با توجه به بررسیهای انجام شده عامل اول سهم بیشتری در تولید صدا دارد و آلودگی صوتی را در فرکانسهای بالا تولید میکند . اما عامل دوم که سهم کمتری دارد دارای
این خاصیت است که صدا را در باند فرکانسی پهنتری تولید میکند و سبب تولید صدا در دامنـه وسـیعی از فرکـانس مـیشـود.
جهت کاهش و کنترل صدای تولید شده باید سه فرآیند زیر مورد استفاده قرار گیرد.
١- کاهش سرعت گاز ٢- جذب صدای تولیدی در هنگام خروج از محل ونت
٣- جلوگیری از تولید مجدد صدا در سایلنسر مورد طراحی
جهت دستیابی همزمان به سه فرآیند فوق، باید سایلنسر طراحی شده شامل بخشهای زیر باشد.
بخش ورودی
این بخش شامل دو قسمت میباشد. diffuser و محقظه باز اولیـه. توسـط diffuser هـوا و صـدا در محفظـه اولیـه سایلنسر پخش میگردد که اولاﹰ سبب یکنواخت شدن جریان هوا شده و ثانیاﹰ در اثر تغییر سطح مقطـع امپـدانس آکوسـتیکی در برابر امواج صوتی که سبب پراکنش صدا میشود قرار میگیرد.
در محفظه باز اولیه پس از diffuser، امواج صوتی انعکاسهای زیادی داشته و با هوا بصورت یکنواخت وارد بخش جاذب میشود.
در این محفظه با افزایش سطح مقطع سرعت هوا کاهش مییابد.
بخش جاذب
در این بخش امواج صوتی و هوا به تونلهای استوانه ای با قطر ١٠ سانتیمتر و طول ٥٠ سانتیمتر وارد مـیشـوند کـه در این تونلها بیشتر امواج با فرکانس بالا جذب میشوند. حجم زیاد مواد جاذب در این محفظه مقدار قابل توجهی از فرکانسهای بـالا را جذب میکنند. جاذب مورد استفاده باید متخلخل باشد تا امواج اجازه ورود به آن را پیدا نماینـد. همچنـین چگـالی آن سـبب جذب صدا گردد]٢،٣. [ این بخش علاوه بر جذب صدای تولیدی از تولید مجدد صدا نیز جلوگیری بعمل میآورد. هر چـه طـول سایلنسر بیشتر باشد کارآیی آن بیشتر خواهد بود]٤.[ اما باید مسئله محدودیت طول را هم در نظر گرفت که امکان حذف کامـل امواج با فرکانس بالا را نمیدهد. محدودیت طول و عرض سایلنسر، ناشی از محدودیت مکانی محل نصب سایلنسر میباشد.
محفظه باز ثانویه
این محفظه مابین بخش جاذب و بخش خروجی هوا قرار دارد و عملی شبیه محفظه اول انجام میدهد. این محل سبب پراکندگی امواج صوتی و افت بیشتری در مقدار صدا میشود.
بخش خروجی
خروجی ساینسر با قطر ٢ برابر ورودی سایلنسر سبب میشود که سرعت خروج ٤/١ سرعت ورود باشد و صدای ناشی از خروج هوا کاهش یابد.
٢‐٣‐ ساخت و نصب سایلنسر
پس از تهیه نقشههای اولیه (شکلهای ١ و ٢) و تعیین مواد مورد نیاز، نقشه ساخت تهیه و بر اساس آن سایلنسر مورد نظر ساخته (شکلهای ٣ و ٤) و بر روی وابکو شماره ٣١ نصب گردید.
شکل ١: نمای طرح سایلنسر پیشنهادی(واحدها بر حسب سانتیمتر)
شکل ٢: نمای سایلنسر پیشنهادی از بالا(واحدها بر حسب سانتیمتر)
