包宏 張復(fù)光 薛慶生

（鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧調(diào)兵山市112700）

供熱用燃?xì)鉄犸L(fēng)爐設(shè)備間噪聲控制技術(shù)研究與應(yīng)用

包宏 張復(fù)光 薛慶生

（鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧調(diào)兵山市112700）

鐵煤集團(tuán)機(jī)機(jī)械公司生產(chǎn)車(chē)間供熱用燃?xì)鉄犸L(fēng)爐設(shè)備間，由于熱風(fēng)爐和相關(guān)設(shè)備運(yùn)行，在廠界處產(chǎn)生83dBa的噪聲，影響廠區(qū)作業(yè)工人和周邊居民的正常工作和休息。本文在檢測(cè)與計(jì)算基礎(chǔ)上，確定了聲源特性和目標(biāo)降噪量，采用了復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)為主體的治理方案。方案實(shí)施后，廠界噪聲完全達(dá)到了GB12348---2008和GB3096---2008規(guī)定的一類(lèi)混合區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，即晝間55DBA，夜間45 DBA。

引言

鐵煤集團(tuán)機(jī)械公司生產(chǎn)車(chē)間供熱用燃?xì)鉄犸L(fēng)爐設(shè)備間位于鐵法市城區(qū)內(nèi)，廠界周?chē)蔷幼^(qū)和空地。生產(chǎn)車(chē)間采暖用熱風(fēng)爐投入運(yùn)轉(zhuǎn)以來(lái)，在廠界處產(chǎn)生83dBa的噪聲污染，使周?chē)沫h(huán)境質(zhì)量下降，影響了廠區(qū)作業(yè)工人和周邊居民的正常工作和休息。本文將供熱用燃?xì)鉄犸L(fēng)爐設(shè)備間作為噪聲源，通過(guò)噪聲源的頻譜測(cè)試與降噪量計(jì)算，確定了聲源特性和目標(biāo)降噪量，并進(jìn)一步采用復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)為主體的治理方案，對(duì)該噪聲源進(jìn)行治理。

1 噪聲源分析與目標(biāo)降噪量計(jì)算

1.1 噪聲源描述：

該噪聲源由熱風(fēng)爐本體、供風(fēng)離心鼓風(fēng)機(jī)、排煙引風(fēng)機(jī)及配風(fēng)管線組成。其中熱風(fēng)爐由燃燒器和熱交換器構(gòu)成。鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)為AY7-41-5.60，風(fēng)量Q=25760m3/h，轉(zhuǎn)速n=1450rpm,電機(jī)功率N=75KW。引風(fēng)機(jī)型號(hào)為9-26-100，風(fēng)量Q=7078m3/h，轉(zhuǎn)速n=2200rpm,電機(jī)功率N=7.5KW。

熱風(fēng)爐等設(shè)備安裝在房間內(nèi)，房間立墻為370mm空心磚混結(jié)構(gòu)，墻內(nèi)外抹灰20mm,頂棚為120保溫彩鋼。

在諸多設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)單元中，能夠引起空氣在聽(tīng)閾范圍（20—2000Hz）內(nèi)振動(dòng)的部分為熱風(fēng)爐燃燒器、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、配風(fēng)管線及排風(fēng)口。這些單元就是污染環(huán)境的噪聲源。

1.2 噪聲源特性分析

1.2.1 噪聲源頻譜特征

圖1是該噪聲源的頻譜測(cè)試結(jié)果。結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)環(huán)境，分析認(rèn)為該噪聲源的噪聲主要由燃燒噪聲、空氣動(dòng)力噪聲、摩擦噪聲、板殼振動(dòng)及電磁噪聲構(gòu)成。該聲源屬于寬頻穩(wěn)態(tài)噪聲。

1.2.2 聲場(chǎng)分析：

熱風(fēng)爐啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于機(jī)械、電磁及空氣動(dòng)力振動(dòng)，產(chǎn)生聲波。設(shè)設(shè)備間的長(zhǎng)、寬、高分別為lx、ly、lz。在直角坐標(biāo)中，室內(nèi)聲波的波動(dòng)方程是：

把坐標(biāo)原點(diǎn)取在房間的一角上，由于剛性壁面上法向速度為零，即聲壓的法向?qū)?shù)為零，則特解為：

由于聲源頻譜的連續(xù)性，聲源的激發(fā)頻率并不是純音，而是連續(xù)譜。通過(guò)分析與結(jié)合測(cè)試，確定出設(shè)備間的聲源聲壓與頻率在設(shè)備間內(nèi)的分布特性為高低頻段均起伏不大，這是設(shè)備間較小及墻壁面密度較大的緣故。

1.2.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

該噪聲源的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 供熱用燃?xì)鉄犸L(fēng)爐設(shè)備間噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)GB12348---2008和GB3096---2008規(guī)定，廠界為一類(lèi)混合區(qū)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)為：晝間55DBA，夜間45DBA，因此噪聲超標(biāo)Δ=83-45=38DBA。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果、聲源特性、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，經(jīng)分析得出設(shè)備間噪聲源降噪量Δ=93-45=48DBA。當(dāng)噪聲源設(shè)備正常開(kāi)動(dòng)時(shí)，噪聲源降噪后對(duì)應(yīng)的廠界噪聲為PA=45DBA

2 噪聲治理方案設(shè)計(jì)與應(yīng)用

從現(xiàn)有設(shè)備狀態(tài)分析，考慮到設(shè)備在廠區(qū)內(nèi)的布置特點(diǎn)及廠區(qū)建筑物聲學(xué)狀態(tài)，在充分保證聲源設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)、檢修方便及噪聲控制裝置性能可靠性的前提下，我們對(duì)優(yōu)勢(shì)聲源采用圖2所示聲學(xué)處理方案。

2.1 吸隔聲結(jié)構(gòu)：

結(jié)構(gòu)隔聲量的確定：

式中R——隔聲量；

E入——入射聲能；

E透——透射聲能；

L——透射系數(shù)。

隔聲結(jié)構(gòu)的隔聲效果，與其自身的隔聲量和設(shè)置位置有關(guān)。在本文中，隔聲結(jié)構(gòu)不是單一材料或結(jié)構(gòu)，而是一個(gè)復(fù)合吸隔聲結(jié)構(gòu)。它是由隔聲結(jié)構(gòu)、阻尼材料和吸聲結(jié)構(gòu)三部分構(gòu)成。

2.1.1 隔聲結(jié)構(gòu)特性

在很低的頻率（低于結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)正頻率）范圍里，結(jié)構(gòu)受本身的剛度控制，隔聲量隨頻率的升高而降低，此時(shí)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和阻尼并不重要，頻率再升高，質(zhì)量開(kāi)始起作用。在剛度和質(zhì)量共同的作用下，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生一系列共振，其中f0為最低共振頻率。各共振頻率（HZ）可由下式確定：

E——材料的彈性模量（N/m2）；

t——結(jié)構(gòu)的當(dāng)量厚度（m）；

M——結(jié)構(gòu)的當(dāng)量密度（kg/m2）；

a,b——結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸（m）；

p,q——任意正整數(shù)。

圖2 聲學(xué)元件布置圖

對(duì)于厚重的磚墻，它的fr低于可聞聲，可不予考慮；但對(duì)于頂棚金屬結(jié)構(gòu)，其共振頻率可能落在聽(tīng)閾內(nèi)，此時(shí)需要考慮它的影響。在這一區(qū)域內(nèi)，采取提高結(jié)構(gòu)剛度措施，以保證低頻噪聲的隔聲量。頻率再往上升，結(jié)構(gòu)進(jìn)入由質(zhì)量控制的區(qū)域，此時(shí)頻率特性上升的斜率為6dB/倍頻程。在這一區(qū)域內(nèi)，采取提高結(jié)構(gòu)面密度措施，提高振動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量，從而調(diào)整質(zhì)量---彈性振動(dòng)系統(tǒng)的輸出。以保證低頻噪聲的隔聲量。越過(guò)質(zhì)量控制區(qū)上升到一定頻率時(shí)，結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)吻合效應(yīng)。當(dāng)在某一頻率，結(jié)構(gòu)的彎曲波波長(zhǎng)恰好等于空氣中射聲波波長(zhǎng)在結(jié)構(gòu)上的投影，結(jié)構(gòu)上的兩波發(fā)生了共振，此時(shí)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與空氣中聲波的運(yùn)動(dòng)達(dá)到高度耦合，聲能大量地透射過(guò)去。對(duì)于吻合區(qū)，采用增加阻尼的辦法。2.1.2阻尼材料特性

在隔聲結(jié)構(gòu)上增設(shè)粘彈性材料，作為專門(mén)的阻尼材料使用。粘彈性材料主要由粘合劑、填加劑、增塑劑、輔助劑和溶劑等配制而成。調(diào)制好的粘彈性材料噴涂在金屬結(jié)構(gòu)上，構(gòu)成復(fù)合阻尼材料。

復(fù)合后的阻尼結(jié)構(gòu)的阻尼效果與材料的厚度和剛度有關(guān)，按下式計(jì)算損耗因數(shù)：

式中η——復(fù)合結(jié)構(gòu)的損耗因數(shù)；

η1——粘彈性材料的損耗因數(shù)；

E1——隔聲結(jié)構(gòu)的楊氏彈性模量；

E2——粘彈性材料的楊氏彈性模量；

d1——結(jié)構(gòu)的當(dāng)量厚度；

d2——粘彈性材料的厚度。

本文針對(duì)隔聲結(jié)構(gòu)的振動(dòng)學(xué)特征參數(shù)，經(jīng)科學(xué)配比，制作成具有針對(duì)性的高分子阻尼結(jié)構(gòu)，使得吸隔聲結(jié)構(gòu)的吻合效應(yīng)影響降低到合理狀態(tài)。

2.1.3 吸聲結(jié)構(gòu)的特性

在把吸隔聲結(jié)構(gòu)設(shè)置于熱風(fēng)爐廠房?jī)?nèi)，和廠房聯(lián)合作用進(jìn)行吸隔聲時(shí)，在原墻體和立面吸隔聲結(jié)構(gòu)之間會(huì)產(chǎn)生駐波。駐波產(chǎn)生的后果是使原墻體和立面吸隔聲結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，使聲能量放大。為此，結(jié)合吸聲結(jié)構(gòu)的性能因素、工程因素，用第一共振頻率相應(yīng)的共振吸聲系數(shù)，高頻吸聲系數(shù)，下半頻帶寬三個(gè)量來(lái)優(yōu)化選擇多孔材料，并將間距設(shè)計(jì)為大于等于550mm。消除駐波影響，達(dá)到吸聲要求。

測(cè)試表明，吸隔聲結(jié)構(gòu)的頻帶隔聲量與設(shè)備的頻譜特性相匹配，見(jiàn)圖4。其中，橫軸為噪聲的頻率分量，縱軸為吸隔聲結(jié)構(gòu)的隔聲量。由圖中曲線可以看出,低頻部分的隔聲量為20dB,恰好滿足隔聲量要求；曲線梯度平緩，這是增加吸隔聲結(jié)構(gòu)的低頻隔聲量，減小高頻隔聲量的結(jié)果，從而減少投資；結(jié)構(gòu)阻尼運(yùn)用合理，避免了聲共振；吸隔聲結(jié)構(gòu)與原有廠房構(gòu)成有機(jī)的降噪整體。

2.2 機(jī)房?jī)?nèi)吸聲減噪

車(chē)間內(nèi)聲場(chǎng)不僅有直達(dá)波，還存在反射波，構(gòu)成車(chē)間的混響聲場(chǎng)。測(cè)試結(jié)果表明，混響場(chǎng)使噪聲源聲壓提高3-4dBA。因此，在車(chē)間立面墻體布置吸聲單元，以去除混響場(chǎng)聲產(chǎn)生的聲壓增量。

2.3 隔聲門(mén)

隔聲門(mén)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以滿足當(dāng)量面密度和插入損失為度，安裝時(shí)，與墻體的配合精密，實(shí)現(xiàn)和吸隔聲結(jié)構(gòu)的匹配。

2.4 消聲器

由于設(shè)備緊臨廠界，無(wú)距離衰減，所以要求消聲器的降噪量比正常情況高得多，為此選用高性價(jià)比的材料和結(jié)構(gòu)。

3.結(jié)論

本文在檢測(cè)與計(jì)算基礎(chǔ)上，確定了供熱用燃?xì)鉄犸L(fēng)爐設(shè)備間噪聲源的特性和目標(biāo)降噪量，采用了復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)為主體的治理方案。方案實(shí)施后，廠界噪聲為44.3 DBA,完全達(dá)到了GB12348---2008和GB3096---2008規(guī)定的一類(lèi)混合區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，即晝間55DBA，夜間45 DBA。