金隆轉(zhuǎn)爐送風(fēng)機(jī)的噪聲機(jī)理分析及治理

丁士文

(銅陵有色集團(tuán)金隆銅業(yè)有限公司，安徽 銅陵 244000)

1 引言

金隆銅業(yè)公司動(dòng)力風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)二臺(tái)轉(zhuǎn)爐送風(fēng)機(jī)是銅冶煉PS轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)重要設(shè)備(性能參數(shù)見(jiàn)表1)。送風(fēng)機(jī)選用進(jìn)口品牌風(fēng)機(jī)，該型風(fēng)機(jī)雖具有加工精度好、噪音低，壓縮機(jī)馬達(dá)、電氣部件匹配度高等特點(diǎn)，但因功率大、流量高以及安裝條件所限等原因，風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈噪音。由于在設(shè)計(jì)時(shí)降噪部分考慮不足，僅僅對(duì)風(fēng)機(jī)送風(fēng)管道進(jìn)行保溫隔聲處理，降噪部分考慮不足，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)顯示風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)噪聲平均值達(dá)到100dB(A)以上，局部超過(guò)110dB(A)，遠(yuǎn)高于國(guó)家規(guī)定的噪聲限值85dB(A)，影響員工的身心健康，妨礙區(qū)域內(nèi)員工間信息有效交流，因此對(duì)這二臺(tái)送風(fēng)機(jī)的噪聲進(jìn)行綜合治理是十分必要的。

表1 金隆公司二臺(tái)轉(zhuǎn)爐送風(fēng)機(jī)性能參數(shù)

2 風(fēng)機(jī)噪聲源的分析

送風(fēng)機(jī)屬于高噪聲設(shè)備，一般噪聲值在100dB(A)左右。送風(fēng)機(jī)的噪聲主要為空氣動(dòng)力性噪聲、機(jī)械性噪聲、管道振動(dòng)噪聲及電磁噪聲等疊加而成[1]，具體如下:

(1)空氣動(dòng)力性噪聲:由氣流脈動(dòng)噪聲和渦流噪聲共同作用、相互混雜的結(jié)果。其中以氣流脈動(dòng)噪聲為主要噪聲源，在寬頻帶上常常有一個(gè)或幾個(gè)突出的峰值。

(2)機(jī)械性噪聲:送風(fēng)機(jī)的機(jī)械性噪聲是由不平衡、機(jī)械碰撞摩擦以及結(jié)構(gòu)共振產(chǎn)生的，并通過(guò)軸、軸承、殼體向空間傳播。

(3)管道振動(dòng)噪聲:送風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于輸氣管道內(nèi)的空氣摩擦振動(dòng)及空氣管道振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。

(4)電磁噪聲:電磁噪聲是由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的。電動(dòng)機(jī)空隙中磁場(chǎng)脈動(dòng)、定子與轉(zhuǎn)子之間交變磁引力、磁致伸縮引起電機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。電磁噪聲的大小與電動(dòng)機(jī)的功率和極數(shù)有關(guān)。電磁噪聲與空氣動(dòng)力性噪聲和機(jī)械聲相比是較弱的。

我們對(duì)金隆公司轉(zhuǎn)爐送風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)噪聲進(jìn)行了實(shí)測(cè)，從獲得的設(shè)備噪聲數(shù)據(jù)分析得出，轉(zhuǎn)爐送風(fēng)機(jī)的噪聲主要由三部分組成:

(1)進(jìn)、出口管道輻射的空氣動(dòng)力性噪聲;

(2)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生機(jī)械性噪聲;

(3)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)噪聲組成。

?

?

?

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從送風(fēng)機(jī)噪聲頻譜(見(jiàn)表2～表5)數(shù)據(jù)分析得出:

(1)送風(fēng)機(jī)本體聲壓級(jí)由低頻到高頻逐漸降低，呈現(xiàn)為中高頻強(qiáng)、頻帶寬、總聲級(jí)高的特點(diǎn)。

(2)送風(fēng)機(jī)進(jìn)排氣管道聲壓級(jí)由低頻到高頻逐漸升高，呈現(xiàn)為高頻強(qiáng)、頻帶寬、總聲級(jí)高的特點(diǎn)。

此外，由于風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)各個(gè)不同機(jī)組同時(shí)運(yùn)行時(shí)會(huì)因聲音在室內(nèi)多次反射形成室內(nèi)混響噪聲[2]，使噪聲增加3－5 dB(A)，進(jìn)一步惡化室內(nèi)噪聲環(huán)境。

3 轉(zhuǎn)爐送風(fēng)機(jī)噪聲的治理方法

3.1 治理目標(biāo)

根據(jù)《工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》工人日接觸噪聲時(shí)間在8小時(shí)的前提下，工人接觸噪聲限值為85dB(A)。即在排除其他噪聲源的影響下，風(fēng)機(jī)治理后的噪聲值不大于85 dB(A)。同時(shí)從投資經(jīng)濟(jì)性考慮，降噪設(shè)備降噪量控制在30 dB(A)。

3.2 風(fēng)機(jī)噪聲治理的方法

通常風(fēng)機(jī)噪聲治理方法有二條基本途徑[3]:①在聲源處控制:從治理角度講，在聲源處控制噪聲是噪聲控制中最根本和最有效的手段，研究發(fā)聲機(jī)理，限制噪聲的產(chǎn)生是最根本的措施，例如減少振動(dòng)等。調(diào)整設(shè)備操作程序也是控制聲源的一個(gè)方面，例如聲源設(shè)備要在夜間停止操作等。②對(duì)傳播途徑的控制:傳輸途徑中的控制方法是最常用的控制方法，因?yàn)樵O(shè)備安裝完工后，再?gòu)穆曉瓷现卫砭褪艿骄窒蘖?，但傳播途徑的處理卻大有可為。隔聲、吸聲、消聲等手段，均可使聲音在傳播過(guò)程中被削弱。

針對(duì)金隆轉(zhuǎn)爐送風(fēng)機(jī)特點(diǎn)只能在傳播途徑上來(lái)實(shí)施降噪措施，因?yàn)閺穆曉瓷蟻?lái)降低噪聲受到限制，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備已投入運(yùn)行，且管線眾多;從噪聲的傳播途徑上來(lái)控制實(shí)施相對(duì)容易，效果更明顯。故選用兼具吸聲、隔聲效果的隔聲罩進(jìn)行隔聲控制。該隔聲罩在滿足降噪要求的前提下同時(shí)也要考慮以下要求:

(1)雙開(kāi)門(mén)、單開(kāi)門(mén)的設(shè)置，方便人員進(jìn)出點(diǎn)檢及設(shè)備檢修，開(kāi)門(mén)開(kāi)窗等設(shè)計(jì)需參考機(jī)房設(shè)備布置狀況，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上大的改動(dòng)。

(2)送風(fēng)機(jī)檢修時(shí)，隔聲罩可方便逐層拆除，亦可逐層恢復(fù)。

(3)通風(fēng)散熱的處理，滿足設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，特別是夏天高溫季節(jié)。

(4)照明系統(tǒng)的設(shè)置，滿足照明要求。

(5)管道穿越隔聲罩墻體時(shí)密封的處理。

(6)隔聲罩整體外觀與廠房其他設(shè)備設(shè)施內(nèi)相協(xié)調(diào)。

4 轉(zhuǎn)爐送風(fēng)機(jī)噪聲實(shí)際治理措施

由于金隆轉(zhuǎn)爐送風(fēng)機(jī)噪聲以頻率較低、頻帶較寬的噪聲為主，因此設(shè)計(jì)采用的隔聲罩框架為鋼結(jié)構(gòu)體系，二臺(tái)風(fēng)機(jī)做成整體隔聲罩，尺寸21m*7.2m*5.5m，并安裝共振吸聲墻體及屋面。(隔音罩現(xiàn)場(chǎng)安裝平面圖，見(jiàn)圖1)

圖1 隔音罩現(xiàn)場(chǎng)安裝平面圖

4.1 隔聲罩的選用

隔聲罩采用“外隔內(nèi)吸”方式。

(1)隔聲:通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)房的建筑原始結(jié)構(gòu)及隔聲量不能有效匹配的圍護(hù)結(jié)構(gòu)從聲學(xué)角度予以必要的匹配。單層均質(zhì)墻板在不同頻率下的隔聲量(dB)一般參照以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[4]:

R=16lgM+14lgf－29，式中 M為單層均質(zhì)墻板面密度;f為頻率。

100～3150Hz的平均隔聲量(dB)一般參照以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:

R=16lgM+8，M≥200kg/m2;

R=13.5lgM+14，M ＜200kg/m2

(2)吸聲:在噪聲源周圍設(shè)置了隔聲圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁面上做必要的吸聲處理，不但可有效加強(qiáng)隔聲圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量，而且可降低室內(nèi)的混響聲達(dá)3～8dB(A)，同時(shí)改善操作人員的操作環(huán)境，起到一定的勞動(dòng)保護(hù)作用。

做吸聲處理后的平均吸聲降噪量一般參照下式計(jì)算

ΔLp=10lga2/a1

其中a2/a1分別為治理后與治理前的吸聲系數(shù)

隔聲罩的選用綜合應(yīng)用吸聲、隔聲、消聲、隔振與阻尼技術(shù)，保證滿足降噪要求。隔聲罩的外殼由一層不透氣的具有一定重量和剛性的金屬材料制成，采用2～3毫米厚的鍍鋅鋼板，鋪上一層阻尼層。外殼附加阻尼層是為了避免發(fā)生板的吻合效應(yīng)和板的低頻共振。隔聲罩的內(nèi)側(cè)附加帶有空腔結(jié)構(gòu)的吸聲材料，以吸收聲音并減弱空腔內(nèi)的噪聲，在這層吸聲材料上覆一層穿孔護(hù)面板，其穿孔的面積約占護(hù)面面積的20～30%。在隔音罩和機(jī)器、隔音罩和基礎(chǔ)之間，通常填以橡皮墊，以防止振動(dòng)的傳輸。

隔聲罩采用模塊化設(shè)計(jì)，有利于送風(fēng)機(jī)檢修時(shí)，隔聲罩可做到快速逐層拆除，檢修后可快速逐層恢復(fù);同時(shí)因送風(fēng)機(jī)為頂抽芯，需抽芯檢修，故此采用快速可拆卸式獨(dú)立模塊作為開(kāi)啟方式。同時(shí)模塊固定于型鋼卡槽內(nèi)，既保證罩體強(qiáng)度，又提高了整體美觀度，同時(shí)解決模塊縫隙漏聲的問(wèn)題。模塊與模塊之間采用咬合搭接，內(nèi)墊橡膠密封墊，以保障隔聲量。

4.2 通風(fēng)散熱的選用

為保證隔聲罩內(nèi)設(shè)備散熱要求，設(shè)計(jì)進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)，采用自然進(jìn)風(fēng)，強(qiáng)制排風(fēng)的方式。二臺(tái)轉(zhuǎn)爐送風(fēng)機(jī)功率分別為2100KW、2000KW，設(shè)備負(fù)荷工作效率按70%計(jì)算，散熱量按照工作效率的10%計(jì)算，得到散熱量Q=410KJ，隔聲罩內(nèi)風(fēng)量按室內(nèi)溫升不超過(guò)6℃來(lái)計(jì)算，根據(jù)通風(fēng)量的計(jì)算公式[5]:G=Q/[C(tp－tj)]，計(jì)算風(fēng)量 G=45000m2/h;則送風(fēng)機(jī)隔聲罩內(nèi)安裝工業(yè)級(jí)低噪軸流排風(fēng)機(jī)4臺(tái)，單臺(tái)風(fēng)量12000m3/h。強(qiáng)制排風(fēng)保證壓縮機(jī)正常工作所需的溫度條件。罩內(nèi)新風(fēng)系統(tǒng)為自然進(jìn)風(fēng)與強(qiáng)制排風(fēng)相結(jié)合，保證罩內(nèi)空氣循環(huán)。

對(duì)所有的空氣動(dòng)力性噪聲、隔聲罩進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)的噪聲統(tǒng)一采用消聲治理措施，噪聲源采取消聲治理后，要求既要有適宜的消聲量(即聲學(xué)性能)，同時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行不能有明顯的影響(即良好的空氣動(dòng)力性能)。消聲器是一種既能使噪聲得到有效的衰減又能保證氣流正常通過(guò)的一種設(shè)備，如果消聲器僅能滿足消聲要求，而不能滿足設(shè)備工藝要求該消聲器的設(shè)計(jì)是失敗的。進(jìn)排氣消聲器采用阻性消聲原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，它主要由消聲框架和消聲葉片組成。消聲框架由鋼護(hù)面板、吸聲材料和鋼孔板組成，消聲葉片采用對(duì)寬頻噪聲有良好消聲性能的結(jié)構(gòu)。進(jìn)排氣消聲器安裝在風(fēng)機(jī)出氣口處，進(jìn)排氣消聲器安裝時(shí)一端與吸隔聲墻體連接，另一端通過(guò)支架與平臺(tái)連接。

其中阻性消聲器的消聲量[6]參照以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

△L=φ(α0)P/S式中:φ(α0)—消聲系數(shù);

α0—正入射吸聲系數(shù);

P—消聲器通道截面周長(zhǎng)(m);

S—消聲器通道截面面積(m);

l—消聲器的有效長(zhǎng)度(m)。

根據(jù)計(jì)算，4臺(tái)軸流排風(fēng)機(jī)設(shè)置在隔聲罩屋頂，并加裝 4臺(tái)排氣消聲器，尺寸為1500mm*1500mm，高度1500mm;在隔聲罩墻體開(kāi)設(shè)進(jìn)氣口并加裝進(jìn)氣消聲器，開(kāi)口尺寸2000mm*2000mm，消聲器設(shè)計(jì)長(zhǎng)度600mm，葉片厚度100mm，葉片間距100mm，進(jìn)風(fēng)口6處，消聲片前段設(shè)計(jì)為斜口形式，以減少氣流再生噪聲。

4.3 隔聲門(mén)、窗的選用

為便于日常點(diǎn)檢及維護(hù)風(fēng)機(jī)設(shè)備的需要，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位置合理設(shè)置隔聲門(mén)、窗。隔聲門(mén)、窗是用途相當(dāng)廣泛的隔聲構(gòu)件，要遵循門(mén)窗與墻體的等透聲量設(shè)計(jì)原則，

隔聲窗的隔聲效果主要取決于玻璃的厚度(或單位面積玻璃的重量)，其次是隔聲窗結(jié)構(gòu)，窗框之間、窗框與墻壁之間的密封程度。據(jù)經(jīng)驗(yàn):3mm厚的玻璃的隔聲值為27dB，6mm厚的玻璃隔聲值僅為30dB。因此采用兩層以上玻璃中間膠片的方法，來(lái)提高玻璃窗的隔聲效果。多層窗選用厚度不一樣的玻璃板，以消除高頻吻合效應(yīng)影響。玻璃窗的密封要嚴(yán)，邊緣處采用橡膠條或毛氈打壓緊，這不僅可以起到密封作用，還能起到有效的阻尼作用，以減少玻璃板產(chǎn)生二次聲輻射。隔聲窗設(shè)置一扇，與門(mén)體一體成型，在門(mén)上預(yù)留槽口。

隔聲門(mén)與隔聲窗一樣，需要注意門(mén)板的隔聲量，保證隔聲門(mén)板的面密度，同時(shí)也需要注意隔聲門(mén)與門(mén)框的密封程度。因此采用不同聲阻材料組合成多層復(fù)合結(jié)構(gòu)門(mén)扇，同時(shí)防止面板的吻合效應(yīng)出現(xiàn)在有效頻率范圍內(nèi)使隔聲量降低，改善門(mén)縫的密封措施，最大化改善門(mén)縫對(duì)隔聲量的影響。在風(fēng)機(jī)上下二層設(shè)置單、雙開(kāi)隔聲門(mén)各一樘。

4.4 送風(fēng)管道與穿孔部分的隔聲處理

一般來(lái)說(shuō)，外露高噪聲通風(fēng)管道的管體隔聲量較差，容易被激發(fā)而產(chǎn)生固體傳聲。因此采用對(duì)管道進(jìn)行隔聲包扎，以取代原先僅僅保溫隔聲處理，管道隔聲包扎層包括5mm阻尼層+50mm吸聲層+1.5mm隔聲層，三層結(jié)構(gòu)一起作用形成復(fù)合層。

針對(duì)送風(fēng)機(jī)隔聲罩各類工藝管線穿墻部分做密封處理，密封處理采用隔聲套管，開(kāi)口處用吸聲阻尼材料填補(bǔ)，外部用密封膠處理，防止漏聲。

5 治理后的效果

2012年11月份完成轉(zhuǎn)爐送風(fēng)機(jī)噪音治理工程，竣工后再次對(duì)現(xiàn)場(chǎng)噪聲進(jìn)行實(shí)測(cè)，在風(fēng)機(jī)隔音罩外1m處，噪聲值均小于80dBA，噪音治理后的效果達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。附轉(zhuǎn)爐送風(fēng)機(jī)噪音治理前后的噪聲分布圖，見(jiàn)圖2、圖3。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)設(shè)備噪音管理的加強(qiáng)和員工職業(yè)健康意識(shí)、要求的提高，對(duì)原設(shè)計(jì)中噪音控制未達(dá)到要求的設(shè)備進(jìn)行降噪是必須的，本文通過(guò)對(duì)金隆公司轉(zhuǎn)爐送風(fēng)機(jī)噪音產(chǎn)生的機(jī)理分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，選用合適的噪聲治理方案，有效的將轉(zhuǎn)爐送風(fēng)機(jī)的噪聲值降低到規(guī)定允許范圍，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，效果明顯，具有一定的推廣利用價(jià)值。

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