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工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)以及城市建設(shè)迅速發(fā)展，環(huán)境噪聲又成為一個(gè)新的污染源，已成為影響最大的公害之一。20 世紀(jì)50 年代起，噪聲污染成為一種主要的環(huán)境污染源，嚴(yán)重危害人們正常的工作、學(xué)習(xí)和生活[1]。GBJ87-85 《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定了對于工業(yè)企業(yè)廠區(qū)內(nèi)各類地點(diǎn)的噪聲A 聲級噪聲限制值。 在使用鼓風(fēng)機(jī)的產(chǎn)業(yè)中，噪聲的危害更加嚴(yán)重，在一些車間內(nèi)的噪聲達(dá)到了100 多dB ，某些地方甚至達(dá)到130 多dB ，惡化了工人的工作條件，污染了工作環(huán)境，降低了工作質(zhì)量，對工人的身心健康造成了嚴(yán)重?fù)p害。 風(fēng)機(jī)噪聲污染已引起了人們的重視，眾多學(xué)者已對風(fēng)機(jī)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理和控制策略進(jìn)行了研究，并取得了很大進(jìn)步。賈世福[2]、國大非[3]、肖輝進(jìn)[4]、任國芬[5]等分別對風(fēng)機(jī)噪聲的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)的治理措施。蔡紅梅[6]從理論和試驗(yàn)分析了羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲的主要來源及其噪聲產(chǎn)生機(jī)理，并對某風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行了測量分析。 風(fēng)機(jī)噪聲由產(chǎn)生機(jī)理可分為：空氣動力性噪聲（包括旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲）、風(fēng)機(jī)殼體以及電機(jī)軸承輻射的機(jī)械噪聲、電動機(jī)的電磁噪聲等，其中空氣動力性噪聲占主導(dǎo)地位，是噪聲控制過程中需要重點(diǎn)考慮的。 本文就某鼓風(fēng)機(jī)廠的某型號羅茨鼓風(fēng)機(jī)（以下簡稱風(fēng)機(jī)）的噪聲分布進(jìn)行測量分析，對該風(fēng)機(jī)原有的隔聲罩產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，理論計(jì)算得出所設(shè)計(jì)隔聲罩的理論隔聲量為27. 7957 dB ，符合公司的隔聲要求。 1 風(fēng)機(jī)噪聲測量 根據(jù)GB/T 2888-1991 《風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲測量方法》和GB/T 17248.5-1999 《聲學(xué)機(jī)器和設(shè)備發(fā)射的噪聲工作位置和其他指定位置發(fā)射聲壓級的測量環(huán)境修正法》，對風(fēng)機(jī)裸機(jī)周圍各點(diǎn)噪聲進(jìn)行測量，測量時(shí)各測點(diǎn)的位置如圖1 所示，為了更好地了解風(fēng)機(jī)周圍噪聲的分布情況，對風(fēng)機(jī)出口軸線方向兩處位置的噪聲也進(jìn)行了測量，測量條件見表1 ，實(shí)際測量點(diǎn)位置見圖2 ，其中C4 點(diǎn)和C5 點(diǎn)是設(shè)定的附加測點(diǎn)。 表1 風(fēng)機(jī)工況表
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1.1 主要測量儀器 丹麥Bruel&kjaer 公司的2230 型聲級計(jì)和南京安正軟件工程有限公司的振動及動態(tài)信號采集系統(tǒng)（CRAS V6.1 ）。 1.2 測量內(nèi)容 測量風(fēng)機(jī)外部1m ，高度為1.55m 以及風(fēng)機(jī)中心軸線處6 個(gè)位置的噪聲，測量中心頻率為63Hz 、125 Hz 、250 Hz 、500 Hz 、1000 Hz 、2000 Hz 、4000 Hz 、8000 Hz 。 1.3 噪聲數(shù)據(jù) 各測點(diǎn)倍頻程聲級測量值見表2 ，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 2.4-1995 《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則聲學(xué)環(huán)境》中“倍頻程聲壓級合成A 聲級計(jì)算公式”的規(guī)定進(jìn)行各倍頻帶聲壓級以及總聲壓級的換算，得到風(fēng)機(jī)中心和1.55m 水平面噪聲頻譜圖（圖3 ）。 表2 1.55m 水平面各測點(diǎn)倍頻帶聲壓級( A 聲壓級/dB )
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由以上噪聲數(shù)據(jù)看出，風(fēng)機(jī)總噪聲為108.60dB ，在各個(gè)位置風(fēng)機(jī)噪聲值都超過了105dB ，以風(fēng)機(jī)中心水平面為界，風(fēng)機(jī)外部噪聲分布大體為：自下而上各測點(diǎn)位置噪聲值逐漸增大，且低頻帶噪聲有明顯增大（低頻聲波的頻率低，尤其對人體有害，且波長長，聲波的穿透力比較強(qiáng)，比較難消除）的趨勢。在風(fēng)機(jī)整體中心水平面內(nèi)的噪聲值高頻分量較大，低頻帶噪聲值較??；在1.55m 高度水平面內(nèi)整體噪聲提高很大，低、高頻噪聲值都大
幅度提高。風(fēng)機(jī)和電機(jī)軸線方向上，尤其是電機(jī)附近的M1 點(diǎn)的噪聲值較大，由于受到電動機(jī)電磁噪聲及電動機(jī)風(fēng)扇噪聲的影響，噪聲分貝值較大，這個(gè)位置的噪聲達(dá)到了111.65dB ，從各頻段來看，低頻到高頻風(fēng)機(jī)噪聲值都逐漸增大。高頻噪聲可以通過吸聲材料進(jìn)行減弱，250Hz 處的噪聲不易減弱，可使用削弱低頻噪聲的吸聲結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。 2 隔聲罩設(shè)計(jì)方案 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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2.1 吸聲材料的選擇 隔聲罩內(nèi)不安裝吸聲材料，罩內(nèi)輻射噪聲的聲能就會不斷積聚，導(dǎo)致最后輻射噪聲與從隔聲罩內(nèi)透射的聲能相等，隔聲罩就會失去隔聲作用，因此隔聲罩內(nèi)部必須安裝吸聲材料，設(shè)計(jì)中選用密度為32kg/m3 ，厚度為40mm 的玻璃棉作為吸聲材料。 2.2 吸聲材料背后空腔設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)[7-8] 介紹了吸聲材料背后空氣層對于吸聲特性的影響，其規(guī)律是隨著空氣層厚度的增大，最大吸聲系數(shù)峰值頻率向低頻移動。 隔聲罩內(nèi)龍骨架采用10 號熱軋槽鋼，圖5 為槽鋼截面圖，h =100mm ，b =48mm ，d =5.3mm ，理論質(zhì)量10.007kg/m 。在實(shí)際生產(chǎn)中，在保證剛度的情況下，可選用2mm 或2.5mm 厚的鋼板折疊而成。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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設(shè)計(jì)過程中，采用自由阻尼層方式。阻尼層厚度為鋼板厚度的2 ～3 倍。厚度太小，起不到應(yīng)有的阻尼效果，但厚度也不宜太大，因?yàn)楹穸瘸^一定值后，其阻尼效果的增加便不明顯，同時(shí)還浪費(fèi)材料[9] ，因此本設(shè)計(jì)取阻尼層厚度為5mm 。 2.4 穿孔板 穿孔板的吸聲原理是亥姆霍茲共振理論，聲波傳到共振器時(shí)，小孔頸中的氣體在聲波壓力下往返運(yùn)動，運(yùn)動氣體具有一定質(zhì)量，它抗拒運(yùn)動速度的變化。聲波進(jìn)入小孔時(shí)，因?yàn)榭妆诘哪Σ梁妥枘?，使部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而消耗掉。 穿孔板采用穿孔鍍鋅鋼板，在孔徑d =5mm ，板厚度t =0.5mm ，板后空氣層厚度D =95mm 時(shí)，穿孔板共振頻率和穿孔率有如圖7 所示關(guān)系，可以看出，穿孔率越小，共振頻率越低，穿孔率越大，共振頻率越高，類似于拋物線關(guān)系。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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風(fēng)機(jī)的中頻噪聲主要集中在1100 Hz 附近，由于當(dāng)穿孔板的穿孔率大于20% 時(shí)，不論穿孔以何種幾何形狀排列，其聲質(zhì)量都很小，其聲學(xué)作用降低，它已不起共振吸聲作用，而主要起護(hù)面或罩面作用[10]，這時(shí)所保護(hù)的吸聲材料層是整個(gè)吸聲結(jié)構(gòu)的主體?！ ∥墨I(xiàn)[11] 中，也說明穿孔板后面的材料的吸聲系數(shù)一般隨穿孔率的提高而上升，但是當(dāng)穿孔率大于20% 時(shí)，穿孔板的吸聲性能將下降。 選擇穿孔板穿孔率為20% ，圓孔排列為三角形排列方式，孔徑為5mm 的穿孔板進(jìn)行設(shè)計(jì)，由式 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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2.5 護(hù)面玻璃布 巖棉的兩個(gè)表面都要用護(hù)面材料進(jìn)行保護(hù)，以防止巖棉脫落，同時(shí)在穿孔板和吸聲材料后面緊貼一層玻璃布，可以展寬吸聲頻帶的寬度。用玻璃布進(jìn)行防護(hù)的時(shí)候，玻璃布一定要緊貼穿孔板。 原機(jī)械工業(yè)部第九設(shè)計(jì)院和四川省玻纖廠根據(jù)微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)理論設(shè)計(jì)的微孔玻璃布吸聲結(jié)構(gòu)，具有較好的性能。清華大學(xué)測試表明，采用這種微孔玻璃布，可以在較寬的頻帶范圍內(nèi)獲得較高的吸聲系數(shù)。 2.6 薄板共振 利用微穿孔板消除低頻噪聲雖然有較好的效果，但費(fèi)用較高，因此考慮采用薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)。 薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)的共振頻率f 0 一般在80 ～300Hz 之間。f 0 可用式(1) 估算： | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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由式（1 ）可知，增加薄板的面密度m 或空氣層厚度D ，皆可使共振頻率下移；反之，則升高。選用三合板，龍骨間距45cm × 45cm 的薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)，空氣層厚度為5cm 。此種薄板振動結(jié)構(gòu)在250Hz 附近具有較好的吸聲效果，利于消除風(fēng)機(jī)噪聲中250Hz 附近的低頻噪聲。 3 加工制作中應(yīng)注意的事項(xiàng) （1 ）玻璃布護(hù)面應(yīng)該緊緊貼在穿孔板上。 （2 ）玻璃棉吸聲材料必須緊密貼在玻璃布上。 （3 ）三合板必須壓緊吸聲材料。 （4 ）瀝青阻尼層須牢固貼在外壁2mm 鋼板上。 4 隔聲罩理論隔聲量的計(jì)算 隔聲罩外壁使用普通碳素鋼，其密度為7850kg/m 3 ，鋼板厚度為2mm ，則其面密度為15.7kg/m 2 ，玻璃棉和吸聲結(jié)構(gòu)共同作用時(shí)，在各頻段的平均吸聲系數(shù)見表3 。
表3 玻璃棉和薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)在各頻段的吸聲系數(shù)
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由此可見隔聲效果明顯好于原有隔聲罩設(shè)計(jì)，符合設(shè)計(jì)要求。 5 結(jié)論 通過測量分析某型號鼓風(fēng)機(jī)的噪聲分布，了解了該風(fēng)機(jī)噪聲的噪聲頻譜分布，明確了風(fēng)機(jī)周圍的噪聲分布規(guī)律，提出了相應(yīng)的噪聲治理方法，針對特定頻段的噪聲提出了相應(yīng)的消聲結(jié)構(gòu)，對每種結(jié)構(gòu)的消聲原理和消聲特性進(jìn)行了介紹，設(shè)計(jì)了針對該風(fēng)機(jī)的隔聲罩，經(jīng)過計(jì)算所設(shè)計(jì)的隔聲罩的理論隔聲量大約可以達(dá)到20.8695dB ，隔聲性能好于原有隔聲罩，符合設(shè)計(jì)要求，對實(shí)際的消聲工程有一定的參考價(jià)值，可作為風(fēng)機(jī)隔聲罩設(shè)計(jì)的一般規(guī)范 |
在使用鼓風(fēng)機(jī)的產(chǎn)業(yè)中，噪聲的危害更加嚴(yán)重，在一些車間內(nèi)的噪聲達(dá)到了100 多dB ，某些地方甚至達(dá)到130 多dB ，惡化了工人的工作條件，污染了工作環(huán)境，降低了工作質(zhì)量，對工人的身心健康造成了嚴(yán)重?fù)p害。
風(fēng)機(jī)噪聲污染已引起了人們的重視，眾多學(xué)者已對風(fēng)機(jī)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理和控制策略進(jìn)行了研究，并取得了很大進(jìn)步。賈世福[2]、國大非[3]、肖輝進(jìn)[4]、任國芬[5]等分別對風(fēng)機(jī)噪聲的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)的治理措施。蔡紅梅[6]從理論和試驗(yàn)分析了羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲的主要來源及其噪聲產(chǎn)生機(jī)理，并對某風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行了測量分析。
風(fēng)機(jī)噪聲由產(chǎn)生機(jī)理可分為：空氣動力性噪聲（包括旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲）、風(fēng)機(jī)殼體以及電機(jī)軸承輻射的機(jī)械噪聲、電動機(jī)的電磁噪聲等，其中空氣動力性噪聲占主導(dǎo)地位，是噪聲控制過程中需要重點(diǎn)考慮的。
本文就某鼓風(fēng)機(jī)廠的某型號羅茨鼓風(fēng)機(jī)（以下簡稱風(fēng)機(jī)）的噪聲分布進(jìn)行測量分析，對該風(fēng)機(jī)原有的隔聲罩產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，理論計(jì)算得出所設(shè)計(jì)隔聲罩的理論隔聲量為27. 7957 dB ，符合公司的隔聲要求。
1 風(fēng)機(jī)噪聲測量
根據(jù)GB/T 2888-1991 《風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲測量方法》和GB/T 17248.5-1999 《聲學(xué)機(jī)器和設(shè)備發(fā)射的噪聲工作位置和其他指定位置發(fā)射聲壓級的測量環(huán)境修正法》，對風(fēng)機(jī)裸機(jī)周圍各點(diǎn)噪聲進(jìn)行測量，測量時(shí)各測點(diǎn)的位置如圖1 所示，為了更好地了解風(fēng)機(jī)周圍噪聲的分布情況，對風(fēng)機(jī)出口軸線方向兩處位置的噪聲也進(jìn)行了測量，測量條件見表1 ，實(shí)際測量點(diǎn)位置見圖2 ，其中C4 點(diǎn)和C5 點(diǎn)是設(shè)定的附加測點(diǎn)。
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由式（1 ）可知，增加薄板的面密度m 或空氣層厚度D ，皆可使共振頻率下移；反之，則升高。選用三合板，龍骨間距45cm × 45cm 的薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)，空氣層厚度為5cm 。此種薄板振動結(jié)構(gòu)在250Hz 附近具有較好的吸聲效果，利于消除風(fēng)機(jī)噪聲中250Hz 附近的低頻噪聲。 3 加工制作中應(yīng)注意的事項(xiàng) （1 ）玻璃布護(hù)面應(yīng)該緊緊貼在穿孔板上。 （2 ）玻璃棉吸聲材料必須緊密貼在玻璃布上。 （3 ）三合板必須壓緊吸聲材料。 （4 ）瀝青阻尼層須牢固貼在外壁2mm 鋼板上。 4 隔聲罩理論隔聲量的計(jì)算 隔聲罩外壁使用普通碳素鋼，其密度為7850kg/m 3 ，鋼板厚度為2mm ，則其面密度為15.7kg/m 2 ，玻璃棉和吸聲結(jié)構(gòu)共同作用時(shí)，在各頻段的平均吸聲系數(shù)見表3 。
表3 玻璃棉和薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)在各頻段的吸聲系數(shù)
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由此可見隔聲效果明顯好于原有隔聲罩設(shè)計(jì)，符合設(shè)計(jì)要求。 5 結(jié)論 通過測量分析某型號鼓風(fēng)機(jī)的噪聲分布，了解了該風(fēng)機(jī)噪聲的噪聲頻譜分布，明確了風(fēng)機(jī)周圍的噪聲分布規(guī)律，提出了相應(yīng)的噪聲治理方法，針對特定頻段的噪聲提出了相應(yīng)的消聲結(jié)構(gòu)，對每種結(jié)構(gòu)的消聲原理和消聲特性進(jìn)行了介紹，設(shè)計(jì)了針對該風(fēng)機(jī)的隔聲罩，經(jīng)過計(jì)算所設(shè)計(jì)的隔聲罩的理論隔聲量大約可以達(dá)到20.8695dB ，隔聲性能好于原有隔聲罩，符合設(shè)計(jì)要求，對實(shí)際的消聲工程有一定的參考價(jià)值，可作為風(fēng)機(jī)隔聲罩設(shè)計(jì)的一般規(guī)范。 |
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由式（1 ）可知，增加薄板的面密度m 或空氣層厚度D ，皆可使共振頻率下移；反之，則升高。選用三合板，龍骨間距45cm × 45cm 的薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)，空氣層厚度為5cm 。此種薄板振動結(jié)構(gòu)在250Hz 附近具有較好的吸聲效果，利于消除風(fēng)機(jī)噪聲中250Hz 附近的低頻噪聲。 3 加工制作中應(yīng)注意的事項(xiàng) （1 ）玻璃布護(hù)面應(yīng)該緊緊貼在穿孔板上。 （2 ）玻璃棉吸聲材料必須緊密貼在玻璃布上。 （3 ）三合板必須壓緊吸聲材料。 （4 ）瀝青阻尼層須牢固貼在外壁2mm 鋼板上。 4 隔聲罩理論隔聲量的計(jì)算 隔聲罩外壁使用普通碳素鋼，其密度為7850kg/m 3 ，鋼板厚度為2mm ，則其面密度為15.7kg/m 2 ，玻璃棉和吸聲結(jié)構(gòu)共同作用時(shí)，在各頻段的平均吸聲系數(shù)見表3 。
表3 玻璃棉和薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)在各頻段的吸聲系數(shù)
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由此可見隔聲效果明顯好于原有隔聲罩設(shè)計(jì)，符合設(shè)計(jì)要求。 5 結(jié)論 通過測量分析某型號鼓風(fēng)機(jī)的噪聲分布，了解了該風(fēng)機(jī)噪聲的噪聲頻譜分布，明確了風(fēng)機(jī)周圍的噪聲分布規(guī)律，提出了相應(yīng)的噪聲治理方法，針對特定頻段的噪聲提出了相應(yīng)的消聲結(jié)構(gòu)，對每種結(jié)構(gòu)的消聲原理和消聲特性進(jìn)行了介紹，設(shè)計(jì)了針對該風(fēng)機(jī)的隔聲罩，經(jīng)過計(jì)算所設(shè)計(jì)的隔聲罩的理論隔聲量大約可以達(dá)到20.8695dB ，隔聲性能好于原有隔聲罩，符合設(shè)計(jì)要求，對實(shí)際的消聲工程有一定的參考價(jià)值，可作為風(fēng)機(jī)隔聲罩設(shè)計(jì)的一般規(guī)范。 |
