一種無(wú)門檻防火隔聲門的研制

劉德軍，彭力，張偉

（天津航天瑞萊科技有限公司成都分部，四川 成都，610100）

0 引言

對(duì)于具有隔聲要求以及通行功能的維護(hù)結(jié)構(gòu)，其門構(gòu)件的隔聲效果往往較差，但卻必不可少。隔聲效果差的主要原因有:1）考慮到使用便利，門的面密度一般比墻小，且四周縫隙是傳聲的重要途徑；2）門構(gòu)件的低頻共振與吻合效應(yīng)[1]易發(fā)生在聲頻敏感區(qū)，從而形成隔聲低谷。通行門會(huì)顯著地影響維護(hù)結(jié)構(gòu)整體的聲學(xué)特性，是隔聲、降噪工程中關(guān)注的重點(diǎn)。

為了滿足通行門的防火需求，防火隔聲門順勢(shì)而生。為了獲得高隔聲量，隔聲門一般設(shè)有門檻，以方便密封，而在大、重型機(jī)器設(shè)備進(jìn)出或有其他特殊要求的場(chǎng)合， “無(wú)門檻設(shè)計(jì)”又是必要的。

因此，本文簡(jiǎn)要地論述了一種無(wú)門檻防火隔聲門的研制過(guò)程，實(shí)測(cè)其單層計(jì)權(quán)隔聲量[2]Rw≥46 dB， 防火性能＞1 h。

1 基本原理

聲波在空氣中傳播的過(guò)程中，遇到障礙物時(shí)，部分聲波會(huì)被反射，部分聲能波會(huì)被吸收，其余部分則通過(guò)障礙物透射出去，透射過(guò)去的聲能越少，則表明障礙物的隔聲效果越好。因此，加大反射、提高內(nèi)耗有利于提高隔聲效果。值得說(shuō)明的是，認(rèn)為僅使用高效吸聲材料就能起到隔聲作用的想法是不恰當(dāng)?shù)?。即使某種構(gòu)件能把入射聲能吸收99.9%，余下的聲能透射過(guò)去，其隔聲量也只有30 dB，況且要達(dá)到0.999的吸聲系數(shù)是很困難的；然而，磚、混凝土和鋼板這類密實(shí)結(jié)構(gòu)，要達(dá)到30 dB的隔聲量比較容易。因此，從隔聲角度來(lái)看，加強(qiáng)反射比加大內(nèi)部吸收更有效、也更容易，設(shè)計(jì)應(yīng)以反射為主，消耗為輔。

單層勻質(zhì)結(jié)構(gòu)的隔聲，主要受質(zhì)量定律支配，要想提高隔聲量，則需增加其質(zhì)量與厚度[1]，這在門體的設(shè)計(jì)上十分不利。多層復(fù)合結(jié)構(gòu)利用聲波在不同的界面上阻抗的突變使之減少聲能透射，從而提高隔聲能力；相鄰界面的聲阻抗相差越大，則 “反射聲能/透射聲能”越大[3]，故以 “軟硬交替”為宜， “軟材料”可選擇多孔吸聲材料，增強(qiáng)內(nèi)部聲衰減。為了減小共振和吻合效應(yīng)引起的隔聲低谷，在薄板處應(yīng)涂抹阻尼材料，減弱受激振動(dòng)。多層復(fù)合結(jié)構(gòu)隔聲量的理論計(jì)算十分復(fù)雜，目前只能靠樣品試制、實(shí)測(cè)，結(jié)合聲學(xué)知識(shí)、工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。

2 樣件測(cè)試

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

筆者基于多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在遵循上述基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，兼顧成本、市場(chǎng)保有量、加工難度和施工便利等因素，設(shè)計(jì)了如圖1所示的門扇樣件。

圖1 門扇樣件結(jié)構(gòu)圖

圖2 無(wú)門檻密封設(shè)計(jì)

圖1中，B結(jié)構(gòu)將A中的玻璃棉更換為60～80 K的巖棉，通過(guò)對(duì)比不同復(fù)合方式、填料規(guī)格的隔聲量數(shù)據(jù)，擇優(yōu)選取?？p隙對(duì)隔聲結(jié)構(gòu)的影響極大，在中頻有較大幅度的下降，高頻下降更多，因此門扇與門框、門框與洞壁的密封尤為重要[1]。門扇與門框?qū)?yīng)部分均設(shè)置防火橡膠條，形成雙向密封；門框與洞壁之間填充環(huán)保吸聲棉，框體與墻壁接縫處涂彈性結(jié)構(gòu)密封膠。底部設(shè)置下沉門檻，微坡約4。，兼顧通行便利與密封效果，配合防火氣密性鎖具、優(yōu)質(zhì)鉸鏈，形成完整的門體結(jié)構(gòu)。

2.2 對(duì)比分析

門扇樣件經(jīng)過(guò)聲學(xué)測(cè)試，其結(jié)果如表1和圖3所示。

表1 門扇樣件隔聲量

圖3 門扇樣件隔聲量對(duì)比

對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可以看出:

a）3種結(jié)構(gòu)隔聲量的差別主要在315 Hz以下，這與低頻較難隔絕的結(jié)論一致；

b）32 K玻璃棉作為填料時(shí)，結(jié)構(gòu)的隔聲性能幾乎全面優(yōu)于60～80 K巖棉填充的結(jié)構(gòu)；

c）內(nèi)部留有微小空腔能顯著地提升低頻隔聲效果。

雖然使用32 K環(huán)保玻璃棉作為填料，同時(shí)內(nèi)部留有微小空腔的結(jié)構(gòu)，隔聲性能更好，但內(nèi)部預(yù)留微小空腔會(huì)使生產(chǎn)工序變得較為復(fù)雜，并且容易影響鎖具的安裝。

2.3 整體驗(yàn)證

考慮隔聲性能和生產(chǎn)便利因素，門扇結(jié)構(gòu)選A。在A結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加筋，稱為 “AJ”，結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 AJ結(jié)構(gòu)圖

按照A、AJ門扇結(jié)構(gòu)及上述門框設(shè)計(jì)，制造整套隔聲門，代號(hào)為 “AM” “AJM”，測(cè)得的數(shù)據(jù)如表2和圖5-6所示。

表2 隔聲門隔聲量

圖5 A門與A扇隔聲量對(duì)比

圖6 A門與AJ門隔聲量對(duì)比

分析圖5發(fā)現(xiàn):當(dāng)頻率在630 Hz以下時(shí)，門整體的隔聲量高于門扇，并且隔聲低谷有所偏移；當(dāng)頻率在630 Hz以上時(shí)，門整體的隔聲量較低；二者單值計(jì)權(quán)隔聲量相差2 dB。門框與門扇、門框與洞壁的密封設(shè)計(jì)是有效的。圖6顯示面板加筋后其隔聲效果并沒有明顯地改善，可能與筋格的幾何尺寸有關(guān)，同時(shí)其加工步驟較繁瑣且門扇重量有一定的增加。

門整體耐火性能測(cè)試結(jié)果顯示，其隔熱性≥61 min，完整性≥61 min，耐火極限≥1.02 h。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析，得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論:

a）低頻聲較難隔絕，但在隔聲門內(nèi)部預(yù)留微小空腔能顯著地提升低頻隔聲性能；

b）32 K玻璃棉作隔聲填料，優(yōu)于60～80 K巖棉；

c）框扇、框壁和 “無(wú)門檻”的密封設(shè)計(jì)效果良好。

為了保證低頻隔聲效果，隔聲門應(yīng)具有一定的厚度，但是考慮到安裝和使用便利等因素，隔聲門又不能過(guò)厚[4-5]?？烧J(rèn)為門的隔聲量上限是其門扇結(jié)構(gòu)本身的隔聲量，該值隨縫隙的增大而降低，在中高頻段尤為明顯，因此提高門體加工精度，保護(hù)其在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中不發(fā)生塑性形變，以及有效、全面地使用，是隔聲門發(fā)揮高效作用的重要保證。