閆磊 陳磊 吳宏 張松林 杜衛(wèi)平 李玲

（華環(huán)國際煙草有限公司 安徽滁州 233000）

0 引言

氣力輸送系統(tǒng)利用真空泵在輸送管道內(nèi)形成低于大氣壓的負(fù)壓氣流，將物料從起點(diǎn)吸嘴進(jìn)入管道輸送到終點(diǎn)分離倉，利用重力和離心力將物料從氣流中分離出來。氣力輸送系統(tǒng)不但能較好滿足復(fù)雜輸送工藝需求，而且可以無遺漏地輸送大量物料，因此經(jīng)常被國內(nèi)打葉復(fù)烤生產(chǎn)企業(yè)用于輸送煙梗等煙葉副產(chǎn)品［1］。由于氣力輸送管道大多沒有采用隔音降噪措施，因此存在噪聲嚴(yán)重超標(biāo)的現(xiàn)象。研究表明，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境噪聲超過85 dB（A）就會引起工人心理疲勞、遮蔽報警信號、誘發(fā)安全事故，甚至危害工人身體健康［2-4］。因此必須重視氣力輸送系統(tǒng)的噪聲控制問題。

氣力輸送系統(tǒng)噪聲由多種噪聲源組成，歸結(jié)起來主要有2 類：真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)形成的設(shè)備噪聲和輸送管道產(chǎn)生的噪聲。隨著噪聲控制技術(shù)的發(fā)展和完善，對設(shè)備噪聲的研究已較為成熟，且真空泵等設(shè)備遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，因此設(shè)備噪聲的危害較小。氣力輸送管道設(shè)置在生產(chǎn)現(xiàn)場，沒有采取任何隔聲降噪措施，因此不可避免成為氣力輸送系統(tǒng)的主要噪聲源，并且明顯地影響到工人的身心健康。因此本文對煙葉復(fù)烤企業(yè)的氣力物料輸送管道的噪聲來源進(jìn)行測量和分析，確定其主要噪聲源，并針對性地設(shè)計(jì)1 套氣力輸送管道隔聲降噪方案，改善打葉復(fù)烤工藝企業(yè)的噪聲污染問題。

1 噪聲測量及分析

1.1 測量依據(jù)及方法

根據(jù)工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定，對煙葉復(fù)烤企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場煙梗氣力輸送管道進(jìn)行噪聲測量。打葉復(fù)烤企業(yè)的煙梗氣力輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 煙梗氣力輸送系統(tǒng)

由圖1 可知，氣力輸送管道主要由接料口、流量控制口、輸送管道組成。在煙葉復(fù)烤過程中，煙梗物料從接料口處進(jìn)入輸送管道內(nèi)，然后利用流量控制口來控制管道內(nèi)的負(fù)壓大小。

為了準(zhǔn)確測量煙梗氣力輸送管道的噪聲，需要了解管道產(chǎn)生噪聲的原因類型。管道噪聲指在生產(chǎn)過程中管道因振動、內(nèi)部物質(zhì)流動碰撞、摩擦等而產(chǎn)生噪聲。經(jīng)現(xiàn)場勘驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前管道噪聲主要是阻擋噪聲、格柵噪聲和閥門噪聲。

（1）阻擋噪聲是當(dāng)氣流在管道中和障礙物、加固梁、導(dǎo)流板等相互作用時，物體受到拖曳等原因而產(chǎn)生的聲音。這種聲音可簡化為：①當(dāng)障礙物的尺寸比管道橫截面的尺寸小很多時，噪聲是物料與管壁之間相互碰撞和摩擦產(chǎn)生的；②管壁是具有聲學(xué)反射性的，所以部分聲音沿管道傳播而形成噪聲。

（2）格柵噪聲是氣流通過柵條、格柵、穿孔板等裝置時，氣流與障礙物裝置摩擦、碰撞產(chǎn)生噪聲。

（3）閥門噪聲產(chǎn)生的原因是閥門兩側(cè)存在的壓力差所產(chǎn)生的聲音。當(dāng)前管道的接料口存在一定的壓力差，因此存在閥門噪聲。

上述噪聲具體對應(yīng)物料管道、流量控制口的進(jìn)氣格柵和接料口。為確保隔聲降噪方案的針對性，需要對3 個噪聲源的計(jì)權(quán)聲級進(jìn)行測量，以確定主要噪聲源。測量過程中生產(chǎn)現(xiàn)場所有設(shè)備都停機(jī)，僅開啟真空泵在管道中形成負(fù)壓。緊貼3 個噪聲源設(shè)置3 個測點(diǎn)：①在接料口側(cè)上方0.2 m 處；②距離流量控制口0.2 m 處；③距物料管道0.2 m 處。測點(diǎn)之間用30 mm 玻璃棉+0.35 mm 鍍鋅鋼板+1 mm 阻燃帆布組成的隔音層，防止互相干擾。具體測點(diǎn)布置參見圖1。

1.2 測量結(jié)果

煙梗含水率、負(fù)壓大小等多個工況參數(shù)都會影響測量結(jié)果，因此在測量過程中需要考慮工況的影響。在實(shí)際煙葉復(fù)烤生產(chǎn)中煙梗含水率在多數(shù)時間內(nèi)是保持不變的，因此本文主要考慮負(fù)壓大小對噪聲測量的影響［5］。調(diào)整流量控制口的開啟度即可控制輸送管道內(nèi)負(fù)壓大小。在不同流量控制口的開啟度下，不同測點(diǎn)A 計(jì)權(quán)聲級如表1 所示。

表1 氣力輸送管道噪聲檢測結(jié)果 單位：dB（A）

由表1 可知，開啟度越小，各測點(diǎn)噪聲越大。當(dāng)開啟度為10%時，測點(diǎn)噪聲達(dá)到最高值91.5 dB（A），此時其他測點(diǎn)的噪聲不高于85 dB（A），這表明管道噪聲是氣力輸送系統(tǒng)的主要噪聲源。

2 降噪方案

2.1 降噪分析

解決噪聲的主流做法有：控制噪聲源、控制噪聲傳播和在人耳處減弱噪聲。

因煙梗氣力輸送管道設(shè)備已經(jīng)固化成型，同時為了不影響生產(chǎn)平穩(wěn)性，不能進(jìn)行大量的外部機(jī)構(gòu)改造，所以選擇通過不改變設(shè)備結(jié)構(gòu)來控制噪聲源的產(chǎn)生，只能夠通過控制噪聲傳播和減弱人耳處噪聲來進(jìn)行解決。

減弱人耳處噪聲通常是佩戴勞動防護(hù)用品，在職業(yè)病危害環(huán)境檢測過程中必須要對產(chǎn)生噪聲的周圍環(huán)境進(jìn)行檢測，所以佩戴勞動防護(hù)用品并不能從根本上減少噪聲的產(chǎn)生。

因此解決煙梗氣力輸送管道噪聲就只有從控制噪聲的傳播進(jìn)行，也就是隔絕管道噪聲的傳播路徑。

隔絕管道噪聲傳播路徑的主流方法是采用管道外包裹方法實(shí)現(xiàn)隔聲降噪［7］。常見的管道外包裹材料，如玻璃纖維棉等多孔隔音材料，屬于煙葉生產(chǎn)中的惡性雜質(zhì)，不能在煙葉生產(chǎn)過程中使用，因此本文采用阻尼復(fù)合隔聲板作為隔聲材料。

阻尼復(fù)合隔聲板利用阻尼結(jié)構(gòu)大量吸收通過隔聲板的聲能量，并轉(zhuǎn)換為熱量由密切粘合的基板和約束層散發(fā)出去，從而大大提高隔聲量，同時還能有效降低隔聲板的吻合效應(yīng)［8-9］。阻尼復(fù)合隔聲板基本結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 高阻尼復(fù)合隔聲板結(jié)構(gòu)

阻尼隔聲板周圍為空氣，可忽略互輻射模態(tài)影響，因此高阻尼復(fù)合隔聲板的隔聲量計(jì)算見式（1）［6］。式中：ε 是阻尼隔聲板的模態(tài)阻尼；Y 是阻尼隔聲板的模態(tài)導(dǎo)納，其與板的幾何尺度（a、b、h1、h2、h3）、楊氏模量等結(jié)構(gòu)參數(shù)、平均密度以及總抗彎剛度有關(guān)；ρ 是復(fù)合阻尼層的密度；c 是密度修正系數(shù)。

由式（1）可知，高阻尼隔聲板的隔聲量主要由模態(tài)阻尼和模態(tài)導(dǎo)納決定。其中模態(tài)阻尼主要隔聲板的幾何尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，模態(tài)導(dǎo)納主要由阻尼材料的材質(zhì)屬性決定。因此接下來對分別對高阻尼隔聲板的幾何尺度和阻尼材料進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。

2.2 隔聲結(jié)構(gòu)

基于高阻尼復(fù)合隔聲板的管道隔聲結(jié)構(gòu)形式如圖3 所示。

圖3 煙梗氣力輸送管道隔聲結(jié)構(gòu)（單位：mm）

如圖3 所示，在直徑300 mm 的輸送管道外壁包裹一層方形的高阻尼復(fù)合隔聲板，在隔聲板與管道之間使用聚酯纖維棉作為填充物。聚酯纖維棉不會對現(xiàn)場造成二次污染，而且能夠提高隔音結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和降噪效果。

由圖3 所示的隔聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)場條件確定單塊高阻尼復(fù)合隔聲板板的幾何尺寸a、b、h1、h2、h3分別為550、1 000、1、20、0.8 mm。

2.3 阻尼材料的選擇

高阻尼隔聲板由約束層、阻尼層和基層組成。其中約束層和基層分別選擇0.8 mm 鐵皮和1 mm 鐵皮，以提升隔聲板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和降低噪聲透射率。阻尼層通常采用瀝青基體阻尼材料、樹脂基體阻尼材料和橡膠基體阻尼材料［10-11］。為了確定最適合本設(shè)計(jì)的阻尼材料，分別采用高溫涂抹、粘貼以及高溫硫化粘貼的工藝將瀝青基體、樹脂基體和橡膠基體材料與約束層、基層結(jié)合，制作出具有不同隔聲量的阻尼隔聲板，按《建筑隔聲評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50121—2005）進(jìn)行隔聲量測試。

隔聲量實(shí)驗(yàn)裝置如圖4 所示。實(shí)驗(yàn)裝置由2 段傳聲管道組成，2 管道中間是被測隔聲板。管道左側(cè)引入噪聲，沿管道向右側(cè)傳播，經(jīng)被測隔聲板的透射、反射、吸聲后從右側(cè)管道被錄音。從錄取的聲音信號則可對降噪后的聲音進(jìn)行量化分析，得到隔聲板的計(jì)權(quán)隔聲量。

圖4 隔聲量實(shí)驗(yàn)裝置

測試結(jié)果如表2 所示。

表2 3 種阻尼復(fù)合隔聲板的隔聲量

由表2 可以看出，1 mm 鐵皮+2 mm 阻尼橡膠+0.8 mm 鐵皮組成隔聲板的面密度只有16 kg/m2（厚度3.8 mm），但其計(jì)權(quán)隔聲量卻高達(dá)42 dB（A），隔聲效果比面密度更高的阻尼瀝青和阻尼樹脂隔聲板還要好。根據(jù)測試結(jié)果，選用橡膠基體作阻尼層材料。

3 實(shí)際效果分析

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的降噪方案在煙葉復(fù)烤實(shí)際生產(chǎn)場景中的有效性，在不同開啟度的工況下對氣力輸送管道周邊的3 個測點(diǎn)進(jìn)行噪聲測量。測點(diǎn)布置如圖1 所示。測量數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 實(shí)際生產(chǎn)場景中的隔聲降噪效果 單位：dB（A）

由表3 可見，開啟度為10%時管道噪聲最大值為58 dB（A）和噪聲平均值為57 dB（A），均遠(yuǎn)低于未包裹阻尼復(fù)合板時的噪聲值最大值91.5 dB（A）和噪聲平均值82.8 dB（A）。由表3的數(shù)據(jù)可知，實(shí)際隔聲量要小于試驗(yàn)測試的數(shù)據(jù)，這是由于阻尼材料的吸聲效果與聲波頻率有關(guān)，而實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的噪聲頻率與實(shí)驗(yàn)環(huán)境的聲波頻率不完全一致，因此吸聲效果也存在一定差異。

4 結(jié)語

本文首先對打葉復(fù)烤企業(yè)煙梗氣力輸送管道噪聲進(jìn)行了測量和分析，確定管道噪聲的主要源頭來自于物料與管道的持續(xù)摩擦與撞擊，然后設(shè)計(jì)了管道的包覆方案，并選用阻尼隔聲板作為主要包覆材料。隨后通過實(shí)驗(yàn)確定了阻尼隔聲板的阻尼材料為橡膠基體材料，最后通過實(shí)際效果證明了所提出的設(shè)計(jì)方案具有較好隔聲降噪效果。本研究結(jié)果可為相關(guān)的管道降噪設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。