張國華　陳巧花　嚴(yán)國喬　張衛(wèi)民

(1.全國輕工業(yè)機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會秘書處,浙江杭州,310004；

2.輕工業(yè)杭州機(jī)電設(shè)計研究院,浙江杭州,310004)

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現(xiàn)代造紙機(jī)噪聲特征及其標(biāo)準(zhǔn)值的探討和應(yīng)用

張國華1陳巧花2嚴(yán)國喬1張衛(wèi)民2

(1.全國輕工業(yè)機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會秘書處,浙江杭州,310004；

2.輕工業(yè)杭州機(jī)電設(shè)計研究院,浙江杭州,310004)

摘要：從現(xiàn)代造紙機(jī)的噪聲成分、分部噪聲方面分析了造紙機(jī)的噪聲特征；對2臺造紙機(jī)的噪聲實(shí)測值進(jìn)行分析,對照噪聲標(biāo)準(zhǔn)值及勞動防護(hù)要求,指出了現(xiàn)行造紙機(jī)噪聲標(biāo)準(zhǔn)存在的問題；并提出噪聲標(biāo)準(zhǔn)值在造紙機(jī)的噪聲控制與防護(hù)措施方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：造紙機(jī)；噪聲特征；噪聲標(biāo)準(zhǔn)值；噪聲控制與防護(hù)

Noise Characteristics of Modern Paper Machines and Application of Noise Standard Values

造紙機(jī)是具有眾多機(jī)械傳動構(gòu)建的流程性成套設(shè)備。在生產(chǎn)車間中占據(jù)很大的空間,根據(jù)生產(chǎn)紙張的品種不同,造紙機(jī)長度有幾十米,也有長上百米的；高度有10多米,甚至20多米的。造紙機(jī)具有多點(diǎn)動力輸入帶動機(jī)械構(gòu)件的運(yùn)動,有紙張和毛毯的運(yùn)動、紙漿泵送的流體流動、真空系統(tǒng)抽吸引起的氣流流動等,這些因素構(gòu)成了造紙機(jī)噪聲源的空間位置、頻率分布和強(qiáng)度分布不同的特征。正確分析并合理確定造紙機(jī)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)值,可以為現(xiàn)代造紙機(jī)的設(shè)計制造提供一個科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)值，也可以為造紙企業(yè)工人的勞動防護(hù)提供評價依據(jù)。

1造紙機(jī)噪聲特點(diǎn)

造紙機(jī)一般由網(wǎng)部、壓榨部、干燥部和卷紙部等組成,圖1所示為典型的造紙機(jī)各部示意圖。正確認(rèn)識造紙機(jī)產(chǎn)生噪聲的特點(diǎn),有助于從本質(zhì)上降低噪聲的產(chǎn)生。

1.1噪聲源類別

造紙機(jī)的噪聲主要有以下部分構(gòu)成：

(1)空氣動力性噪聲：這種噪聲是由于空氣在流動過程中發(fā)生渦流、沖擊或者壓力突變引起的氣流擾動而產(chǎn)生的。造紙機(jī)網(wǎng)部的真空吸水箱、真空伏輥,壓榨部真空系統(tǒng)的空氣、液體的流動以及網(wǎng)部白水落下網(wǎng)的撞擊聲,烘缸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的氣流等,都屬于此類噪聲。特別是造紙機(jī)網(wǎng)部的真空伏輥處的真空性噪聲,是造紙機(jī)噪聲的主要來源。

(2)機(jī)械性噪聲：這種噪聲主要是由于以下3方面引起：一是轉(zhuǎn)動部件的質(zhì)心和回轉(zhuǎn)中心偏差造成的震動引起的噪聲；二是結(jié)構(gòu)配合尺寸之間可能存在的間隙,結(jié)構(gòu)件在運(yùn)動中有加速度存在時會造成結(jié)構(gòu)件的沖擊而產(chǎn)生噪聲；三是結(jié)構(gòu)件的剛性不足,在有激振源存在時可能產(chǎn)生的共振現(xiàn)象而引起的噪聲。造紙機(jī)各傳動部位如齒輪箱、轉(zhuǎn)動軸承以及各部分刮刀裝置摩擦發(fā)生的噪聲。干燥部聯(lián)動齒輪的傳動造成的噪聲。卷取部及傳動裝置發(fā)生的機(jī)械摩擦及振動等,都屬于此類噪聲。

圖1　造紙機(jī)各部示意圖

(3)電磁性噪聲：在電機(jī)、電器元件盒設(shè)備中,由于電流或者磁場的變化,在其構(gòu)件之間的空氣隙中產(chǎn)生交變的電磁力,因而引起電樞、殼體和鐵芯等有關(guān)構(gòu)件的振動而輻射噪聲。造紙機(jī)的傳動絕大部分由電機(jī)驅(qū)動,功率幾十千瓦,甚至幾百千瓦,這些電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生一定的電磁噪聲。

1.2造紙機(jī)噪聲特征

(1)頻率分布

一般人耳能聽到的頻率范圍為20～20000 Hz。噪聲按聲音的頻率可分為<400 Hz的低頻噪聲,400～1000 Hz的中頻噪聲以及>1000 Hz的高頻噪聲。從造紙機(jī)的噪聲源設(shè)備特征分析,造紙機(jī)的噪聲以中頻噪聲為主,有研究表明,各傳動輥與機(jī)械傳動齒輪嚙合頻率在300～450 Hz之間,造紙機(jī)真空伏輥破真空的噪聲頻率在600～1300 Hz之間[1]。

(2)時間變化程度

噪聲按時間變化的屬性可以分為：周期噪聲、脈沖噪聲、緩變噪聲、平穩(wěn)噪聲。由于造紙機(jī)噪聲源的復(fù)雜性,造紙機(jī)產(chǎn)生的噪聲也是多種的。一般來說,造紙機(jī)除了部分裝置和單元存在開停外,造紙機(jī)的大部分單元都是一天24 h連續(xù)不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)的,因此,將造紙機(jī)的噪聲看成是平穩(wěn)噪聲來研究有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。

1.3造紙機(jī)不同部位噪聲特點(diǎn)

造紙機(jī)的各個部位實(shí)現(xiàn)的功能不同,所處的部位以及工作參數(shù)等存在很大的差異,因此產(chǎn)生的噪聲也存在很大的不同。

(1)網(wǎng)部噪聲

真空系統(tǒng)的噪聲,如真空伏輥氣流噪聲；紙和網(wǎng)的運(yùn)動及其運(yùn)動件的高速運(yùn)動引起的流動噪聲；其他流動性噪聲,如液體的流動以及網(wǎng)部白水落下網(wǎng)的撞擊聲。這部分主要是空氣動力性噪聲。

(2)壓榨部噪聲

真空壓榨被廣泛地使用在各種中速和高速造紙機(jī)上。高速抄紙時,毛毯和濕紙的水分被吸出之后,經(jīng)過輥上眼孔,幾乎來不及達(dá)到真空室中便轉(zhuǎn)過真空吸水區(qū),然后被輥?zhàn)拥碾x心力拋入白水盤。真空室的作用僅用來抽吸殼眼孔中的空氣,輥殼越厚,抽吸空氣的體積越多。所以,采用高強(qiáng)金屬制成輥殼較薄的真空壓輥,有利于提高壓榨脫水效率。這部分主要是機(jī)械性噪聲和空氣動力性噪聲的疊加。

(3)干燥部噪聲

造紙的干燥部一般由多個烘缸組成,烘缸的高速旋轉(zhuǎn),由于溫度比較高及熱回收的需要,一般外面都帶有熱風(fēng)罩。熱風(fēng)罩起到一部分的隔聲作用。這部分噪聲主要是機(jī)械性噪聲。

(4)卷取部噪聲

卷紙機(jī)是造紙機(jī)后的最后一部分。靠卷紙輥的自身質(zhì)量及冷缸轉(zhuǎn)動的摩擦力作用帶動卷紙機(jī)下來的紙張進(jìn)行均勻的纏卷。這部分噪聲主要是機(jī)械噪聲,在切換紙卷時會有些脈沖噪聲。

1.42臺造紙機(jī)的噪聲數(shù)值實(shí)測

采用積分聲級計對2臺造紙機(jī)的各個部位噪聲進(jìn)行檢測。聲級計的型號為AWA5610C,以A計權(quán)聲級為單位,測量范圍為35～130 dB(A),頻率范圍20～12.5 kHz,符合2級聲級計的要求。噪聲的檢測結(jié)果見表1。

表1　2臺造紙機(jī)各分部噪聲聲壓級檢測結(jié)果

從表1可以看出,高速造紙機(jī)的噪聲明顯比低速造紙機(jī)的噪聲高。同時,造紙機(jī)的不同分部的噪聲存在很大的差異,而且由于車間墻壁沒有做吸聲處理,車間里面的混響噪聲嚴(yán)重,不同分部存在很大的噪聲干擾。

2造紙機(jī)噪聲標(biāo)準(zhǔn)及勞動防護(hù)

2.1噪聲標(biāo)準(zhǔn)值的探討

按照現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T1627—1992長網(wǎng)多缸文化紙機(jī)[2]規(guī)定，造紙機(jī)在車速200 m/min以下運(yùn)行時,噪聲不得超過90 dB(A),在車速200 m/min以上運(yùn)行時,噪聲不得超過92 dB(A)(允許排除造紙機(jī)外造成的噪聲因素)。標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了噪聲的試驗(yàn)方法,在操作側(cè)外端,距離底軌1 m,離地面1.5 m高處選3點(diǎn)(真空伏輥、壓榨輥、干燥部)進(jìn)行測量,取其最大值。該標(biāo)準(zhǔn)適用于車速不高于600 m/min的長網(wǎng)多缸造紙機(jī)。其他如QB/T 1626—1992圓網(wǎng)文化紙機(jī)[3]、QB/T 1628—1992紙板機(jī)[4]等標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于噪聲的規(guī)定都和長網(wǎng)多缸造紙機(jī)相似。

在GB/T 28386—2012印刷、紙加工、造紙機(jī)械和輔助設(shè)備的噪聲測量方法 準(zhǔn)確度等級2和3[5]標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了用于確定工作位置和其他指定位置的發(fā)射聲壓級的測量點(diǎn),所有傳聲器的位置處在距水平地面1.6 m的高度或者接近1.6 m的高度。該標(biāo)準(zhǔn)里噪聲的測定方法和造紙機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)里的測定方法有一定的差異。

目前，現(xiàn)代大型造紙機(jī)的抄紙寬度可達(dá)10多米,工作車速達(dá)1000 m/min以上,造紙機(jī)的布局通常由幾十米到上百米長,各分部的噪聲值存在明顯的差異,而這些標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代大型造紙機(jī)的檢測要求。

2.2勞動保護(hù)的相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)

噪聲控制屬于職業(yè)衛(wèi)生和健康保護(hù)的范疇。西方先進(jìn)國家主要在勞動保護(hù)方面的研究、相關(guān)法規(guī)條款的制定和應(yīng)用方面做的都比較到位。美國國家職業(yè)安全和健康研究院 (NIOSH)疾病控制和預(yù)防中心(Centers for Disease Control and Prevention)研究的數(shù)據(jù)表明：在美國,每天有400萬工人在“有害的噪聲”環(huán)境中工作,每年有1000萬人患不同程度的聽力損失。2200萬人處于“潛在的有害噪聲”中工作。2008年,約200萬美國工人的工作環(huán)境存在失聰?shù)娘L(fēng)險。2007年,約2.3萬病例報告涉及職業(yè)性聽力損失足以導(dǎo)致聽力減退。

在職業(yè)健康領(lǐng)域,有個重要的概念是“噪聲閾限值”(TLVs)，TLVs的含義是：指幾乎所有勞動者反復(fù)接觸不引起聽力或正常語言理解力有害效應(yīng)的聲壓級和接觸持續(xù)時間[6]。美國工業(yè)衛(wèi)生學(xué)家會議組織(American Conference of Industrial Hygienists (ACGIH)對TLVs的規(guī)定的比較詳細(xì),也是我國標(biāo)準(zhǔn)制定的重要參考值。符合勞動保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的噪聲限制值的確定,就是基于TLVs的界限為依據(jù)的。

我國早期頒布的GBJ87—85工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范[7]規(guī)定：工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)車間和作業(yè)場所的工作地點(diǎn)的噪聲限制值標(biāo)準(zhǔn)為90 dB(A),這是指每天連續(xù)接觸噪聲8 h的值,對于工人每天接觸噪聲不足8 h的場合,可根據(jù)實(shí)際接觸噪聲的時間,按接觸時間減半噪聲限制值增加3 dB的原則,確定其噪聲限制值。上述標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)由新版標(biāo)準(zhǔn)替代,替代標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 50087—2013工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范[8],于2014年6月1日正式實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,生產(chǎn)車間的噪聲限值是85 dB(A),同時規(guī)定了生產(chǎn)車間噪聲限值為每周工作5天,每天工作8 h等效聲級；對于每周工作5天,每天工作時間不足8 h,需計算8 h等效聲級；對于每周工作日不是5天,需計算40 h等效聲級[7]。簡而言之,對于連續(xù)8 h的作業(yè)場所,新版標(biāo)準(zhǔn)比舊版標(biāo)準(zhǔn)降低了5 dB。

有研究表明,只有在80 dB(A)的條件下才能使人免遭耳聾的危害。但從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件上考慮,很難實(shí)現(xiàn)這一標(biāo)準(zhǔn)。

除對聽覺系統(tǒng)造成損傷外,噪聲對人體的神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)及代謝功能都會產(chǎn)生一定的不良影響,噪聲同時會影響人的工作效率。

在我國的建設(shè)項(xiàng)目職業(yè)病危害風(fēng)險分類管理目錄(2012版)[9]內(nèi)將紙漿制造劃分為“嚴(yán)重”類,將造紙和紙制品業(yè)中的造紙行業(yè)的職業(yè)病危險分類劃分為“較重”類。企業(yè)應(yīng)做好職業(yè)病防護(hù)設(shè)施,并按照規(guī)定建立職業(yè)病防護(hù)管理制度,接受安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門的監(jiān)督管理。

根據(jù)GBZ/T 229.4—2012工作場所職業(yè)病危害作業(yè)分級 第4部分：噪聲[10]中表2噪聲作業(yè)分級的規(guī)定。

表2　噪聲作業(yè)分級

對照表2可以看出,造紙機(jī)的噪聲已經(jīng)達(dá)到了Ⅲ級重度危害的程度,有些造紙機(jī)的噪聲超過了100 dB(A)[11],達(dá)到了Ⅳ級極重危害的程度。同時,標(biāo)準(zhǔn)中對各級分級的情況下的作業(yè)對勞動者的聽力產(chǎn)生的不良影響,以及企業(yè)應(yīng)該采取的措施都做了對應(yīng)的規(guī)定。

對照表2所列的標(biāo)準(zhǔn),表1的兩臺造紙機(jī)的噪聲分級的危害程度分別屬于中度危害和重度危害。企業(yè)應(yīng)該采取相應(yīng)的整改措施降低工作場所的噪聲水平,或降低勞動者噪聲接觸時間。

3造紙機(jī)噪聲控制與防護(hù)

在我國,噪聲的控制與防護(hù)技術(shù)進(jìn)步很快,尤其是隔音技術(shù)伴隨新型材料的應(yīng)用迅速提高,這些進(jìn)步不局限于某個行業(yè)，同樣在造紙機(jī)的噪聲控制上得到運(yùn)用。但大多數(shù)造紙企業(yè)對造紙機(jī)的車間隔音處理的認(rèn)識不夠,普遍存在造紙車間噪聲超標(biāo)現(xiàn)象,卻缺乏解決方法。因此,正確認(rèn)識造紙車間的噪聲特征,并且足夠地加以重視,是一件迫切的重要任務(wù)。

造紙機(jī)噪聲控制與防護(hù)的主要途徑有3個方面：

(1)控制噪聲源。首先應(yīng)選用低噪聲的工藝和設(shè)備,比如改進(jìn)真空伏輥的結(jié)構(gòu),可以降低真空伏輥破真空的噪聲,選用低噪聲的電機(jī)和變速箱等,可以有效降低傳動帶來的機(jī)械噪聲。解決這方面的問題,需要在設(shè)計、制造、安裝、使用和維護(hù)等環(huán)節(jié)分別采取措施。

(2)對環(huán)境采取措施。在傳播途徑上降低噪聲,可采用傳統(tǒng)的噪聲控制工程方法,比如吸聲、隔聲、消聲、隔振、阻尼降噪等方法。由于造紙工藝以及車間布置的特點(diǎn),造紙機(jī)的噪聲是各種噪聲混合的結(jié)果,因此噪聲的治理需要統(tǒng)籌考慮。例如,整個車間內(nèi)墻采取降噪處理,采取吸音材料進(jìn)行內(nèi)裝修,降低車間混響程度,可以將整個區(qū)域內(nèi)的噪聲水平大大降低。此外,將噪聲大的真空單元進(jìn)行單獨(dú)隔離等。這樣既可以降低氣流噪聲和機(jī)械性噪聲,同時還可以降低造紙機(jī)的混響噪聲。車間采用吸音降噪技術(shù),一般情況下可以降低5～10 dB(A)噪聲水平,采用吸音材料和合適的結(jié)構(gòu)時,噪聲水平甚至能夠降低多達(dá)15 dB(A)。

(3)接收者防護(hù)。勞動者可以采取佩戴護(hù)耳器,如耳塞、耳罩、防聲盔等,或者減少在噪聲環(huán)境中的作業(yè)時間。對噪聲較敏感的工人,可適當(dāng)進(jìn)行工作崗位的調(diào)整。

因此,對于造紙機(jī)的噪聲控制而言,在經(jīng)濟(jì)條件許可和技術(shù)水平可行的情況下,應(yīng)先考慮采取降低噪聲的工程措施,在控制噪聲源和傳播途徑上降低噪聲,而在采取了一定的降噪措施后,噪聲仍未能降到85 dB(A)以下時,應(yīng)考慮使用個人防護(hù)的辦法來解決噪聲問題。

另一方面,造紙機(jī)的設(shè)備制造商在關(guān)注設(shè)備的工藝性能外,還應(yīng)該在設(shè)備的節(jié)能降耗以及減振降噪[12]方面進(jìn)行技術(shù)上的改進(jìn),造紙企業(yè)在管理造紙機(jī)的噪聲及提高勞動防護(hù)方面還有很大的提升空間。

4結(jié)語

造紙機(jī)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)值的制定,需要根據(jù)機(jī)器本身的特點(diǎn)進(jìn)行分析,給出較為科學(xué)的數(shù)據(jù),不必局限于用單一數(shù)值來表征機(jī)器的噪聲水平。用分部給出噪聲水平的方法,對于提高現(xiàn)代造紙機(jī)的設(shè)計、制造水平,促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步都有著重要的意義。此外,結(jié)合職業(yè)衛(wèi)生與健康防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的要求,正確指導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)合理制定工人具體工作崗位的工作制,也有著切實(shí)可行的意義?？茖W(xué)合理制定造紙機(jī)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)值,既滿足造紙機(jī)的裝備制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步的需要,同時為國內(nèi)造紙企業(yè)的勞動防護(hù)等方面提供依據(jù)。

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(責(zé)任編輯：馬忻)·可視化技術(shù)·

ZHANG Guo-hua1,*CHEN Qiao-hua2YAN Guo-qiao1ZHANG Wei-min2

(1.NationalTechniacalCommitteeSecretariatonLightIndustrialMachineryofStandardizationAdministrationofChina,

Hangzhou,ZhejiangProvince,310004; 2.HangzhouProject&ResearchInstituteofElectro-mechanical

EngineeringofLightIndustry,Hangzhou,ZhejiangProvince, 310004)

(*E-mail: zhanggh2002@163.com)

Abstract：In this paper, the noise characteristics of modern paper machine in terms of noise components and segment noise were analyzed, and the noise values measured from two paper machines were discussed, refered to the noise standard value and labor protection requirement, the problems existing in the current paper machine noise standard were pointed out. Finally the noise standard value applications in paper machine noise control and protection were proposed.

Key words：paper machine; noise characteristics; noise standard value; noise control and protection

收稿日期：2014- 09- 17(修改稿)

中圖分類號：TS734

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0254- 508X(2015)03- 0060- 04

作者簡介：張國華先生,高級工程師；主要從事輕工機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化工作。