基于聲強(qiáng)測量的卷接機(jī)組噪聲源識別

謝榮基，萬宇鵬，姚小兵

（中國測試技術(shù)研究院聲學(xué)所，四川 成都 610021）

基于聲強(qiáng)測量的卷接機(jī)組噪聲源識別

謝榮基，萬宇鵬，姚小兵

（中國測試技術(shù)研究院聲學(xué)所，四川 成都 610021）

卷接機(jī)組噪聲源多，噪聲源特性、位置分布復(fù)雜，傳統(tǒng)的噪聲測量方法難以識別出各噪聲源。采用聲強(qiáng)測量技術(shù)對卷接機(jī)組噪聲進(jìn)行測量，利用聲強(qiáng)的矢量特性，測量出垂直方向上的聲功率和頻率特性，并根據(jù)測量結(jié)果繪制出聲功率圖，可以有效識別出各個測量單元區(qū)域的噪聲輻射聲功率與頻率特性，為卷接機(jī)組噪聲控制提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

卷接機(jī)組噪聲；聲強(qiáng)測量；聲功率圖

0 引 言

卷包車間作為卷煙生產(chǎn)的最重要環(huán)節(jié)，由大量卷接機(jī)、條包機(jī)、各類氣動設(shè)備和傳送設(shè)備組成，各類設(shè)備噪聲排放共同作用導(dǎo)致車間內(nèi)噪聲污染嚴(yán)重。卷包車間內(nèi)最主要的噪聲為卷接機(jī)組噪聲，卷接機(jī)組噪聲又由旋轉(zhuǎn)機(jī)械噪聲、氣動噪聲等共同組成[1]。卷接機(jī)組車間本身存在眾多噪聲源，且由于墻面反射等多種因素的存在，車間內(nèi)的聲場混雜，采用常用的噪聲測量方法，無法區(qū)分出噪聲來源以及各噪聲源的貢獻(xiàn)量，不能為設(shè)備的噪聲控制提供有效的信息。

針對卷包車間的聲場特征，本文提出采用聲強(qiáng)測量的方法進(jìn)行卷接機(jī)組噪聲的特性測量與分析。利用聲強(qiáng)測量的矢量特性，在卷接機(jī)組單個面上進(jìn)行了垂直方向上聲強(qiáng)分布的測量，并利用測量結(jié)果繪制出聲功率分布圖。利用聲功率分布圖對卷接機(jī)組的噪聲輻射進(jìn)行分析，獲得被測面上最大的噪聲輻射區(qū)域。在此基礎(chǔ)上，對機(jī)組噪聲輻射較大的區(qū)域進(jìn)行頻率特性分析。

1 測量方法與原理

1.1 被測樣品

如圖1所示，卷包車間內(nèi)的卷接機(jī)組噪聲主要由大量復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機(jī)械噪聲、氣動噪聲等組成，機(jī)組噪聲源復(fù)雜。

圖1 噪聲源機(jī)組

由于生產(chǎn)運行的需要，無法讓機(jī)組各部分單獨運行，不能采用分別運轉(zhuǎn)法來進(jìn)行噪聲測試分析。同時，車間內(nèi)其他機(jī)組也無法停運，周圍環(huán)境噪聲情況復(fù)雜。采用測量聲壓級的方法無法有效測量出每個機(jī)組噪聲源對環(huán)境噪聲的貢獻(xiàn)。通過聲強(qiáng)法對機(jī)組噪聲各個包絡(luò)面進(jìn)行測量，并繪制出各個部位的噪聲聲功率排放圖，從而對單臺機(jī)組各類噪聲排放進(jìn)行分析，為車間噪聲控制提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

1.2 聲強(qiáng)測量原理

聲強(qiáng)是指通過垂直于聲傳播方向單位面積上的平均聲能量流，又稱為平均聲能量流密度[2-3]。即：

同時，根據(jù)聲強(qiáng)的定義，它也可以通過單位面積上的聲波在單位時間內(nèi)向前進(jìn)方向毗鄰介質(zhì)所做的功來表示[4-5]，即：

式中：P（t）——瞬時聲壓，Pa；

T——平均時間，s。

聲強(qiáng)是描述聲能流動的具有大小和方向的聲學(xué)量，其變化范圍很大，因此采用對數(shù)標(biāo)度來度量聲強(qiáng)，即聲強(qiáng)級。聲強(qiáng)級為待測聲強(qiáng)I與基準(zhǔn)聲強(qiáng)Iref的比值，取常用對數(shù)再乘以10[6-8]。在空氣中基準(zhǔn)聲強(qiáng)Iref取10-12W/m2，即：

聲強(qiáng)的特點決定了采用聲強(qiáng)測量噪聲時，只要包絡(luò)面內(nèi)沒有其他聲源，測量結(jié)果理論上不受其他聲源或背景噪聲的影響。因此，采用聲強(qiáng)測量聲功率能夠很好地對被測對象進(jìn)行噪聲源的識別。

1.3 測量裝置與方法

針對圖1中的車間內(nèi)卷接機(jī)組噪聲源特性進(jìn)行聲強(qiáng)測量，聲強(qiáng)測量系統(tǒng)采用B&K公司4206聲強(qiáng)探頭、B&K公司3560B聲學(xué)分析儀以及聲強(qiáng)測試軟件。該測量系統(tǒng)由兩個傳聲器組成聲強(qiáng)探頭，兩個傳聲器分別測量的聲壓級為PA和PB，兩個傳聲器之間的距離為Δr[9-10]。則聲強(qiáng)I為

測量時，距離機(jī)組正面平面20cm處用鋼絲網(wǎng)架設(shè)置測量網(wǎng)格包絡(luò)面，將整個包絡(luò)面分為了10cm×10cm的單元格，通過從左到右從下到上順序掃面測量包絡(luò)面。測量過程中，包括被測機(jī)組在內(nèi)所有機(jī)組均正常工作。在對機(jī)組噪聲測量過程中整個機(jī)組側(cè)面背面均做了隔聲罩，而機(jī)組正面由于需要人工進(jìn)行檢修、加料等操作，未做隔聲罩。背面?zhèn)让娴脑肼暸欧泡^小，機(jī)組正面噪聲排放是整個機(jī)組噪聲治理的關(guān)鍵，因此只對機(jī)組正面進(jìn)行包絡(luò)面掃描測量。

2 噪聲源識別及特征分析

通過聲強(qiáng)測量，得到被測卷接機(jī)組各個包絡(luò)面的聲功率測量結(jié)果，并繪制出聲功率圖，如圖2所示。

圖2 聲功率分布圖

從聲功率分布圖可以看出，被測包絡(luò)面上網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)噪聲聲功率較大的主要有3個區(qū)域。其中區(qū)域1附近聲功率值最大，為87dB；其次為被測包絡(luò)面上測點區(qū)域2聲功率值，為84 dB；區(qū)域3噪聲聲功率值為83dB。通過分析聲功率值最大測點的位置與頻譜特性，分析對應(yīng)位置發(fā)聲部件的運行。其余區(qū)域聲功率值低于上述區(qū)域聲功率6dB以上，對整個機(jī)組噪聲排放的貢獻(xiàn)較小。因此，只分析區(qū)域1、2、3的噪聲頻率特性。

區(qū)域1的聲功率頻率特性如圖3所示，該位置對應(yīng)機(jī)組的卷紙功能旋轉(zhuǎn)部件，應(yīng)對該部件進(jìn)行工藝降噪改進(jìn)。區(qū)域1聲功率頻率特性表明，該區(qū)域噪聲在400Hz下聲功率值最高。對應(yīng)聲強(qiáng)測量包絡(luò)面的機(jī)組位置為濾嘴卷紙旋轉(zhuǎn)部件，該噪聲由濾嘴卷紙旋轉(zhuǎn)部件發(fā)出。

圖3 區(qū)域1噪聲頻率特性

區(qū)域2的聲功率頻率特性如圖4所示，該區(qū)域噪聲在500Hz下最為突出。對應(yīng)聲強(qiáng)測量包絡(luò)面的機(jī)組位置為過濾嘴下料旋轉(zhuǎn)齒輪，因此該區(qū)域噪聲由機(jī)組過濾嘴下料旋轉(zhuǎn)齒輪產(chǎn)生。

圖4 區(qū)域2聲功率頻率特性

圖5 區(qū)域3聲功率頻率特性

區(qū)域3噪聲頻率特性在5000Hz處最高，如圖5所示。通過被測包絡(luò)面與機(jī)組對應(yīng)位置的工作狀態(tài)與工作部件分析發(fā)現(xiàn)，該位置有一高速氣流噴嘴，同時該位置其他部件無法產(chǎn)生該頻率下噪聲。分析該噪聲由高速氣流噴嘴發(fā)出。

測量得到的噪聲源分布，以及各噪聲源輻射分析結(jié)果，與卷接機(jī)組的部件構(gòu)成以及本文中關(guān)于卷接機(jī)噪聲特性分析結(jié)果基本一致，試驗分析結(jié)果很好地印證了機(jī)械噪聲輻射原理性分析結(jié)果。表明聲強(qiáng)法可以很好地應(yīng)用于類似卷接機(jī)這種復(fù)雜聲源的噪聲識別，為噪聲控制提供了有效支持。

3 結(jié)束語

采用聲強(qiáng)測量卷接機(jī)噪聲輻射并繪制為聲功率分布圖。該聲功率分布圖各個單元區(qū)域清晰明確地反映出了卷接機(jī)組各個部件噪聲輻射情況，并直接有效地找到噪聲排放最大的單元區(qū)域，最終確定卷接機(jī)組相應(yīng)的發(fā)聲工作部件。

通過單元區(qū)域聲功率的頻率特性，結(jié)合機(jī)組該單元區(qū)域?qū)?yīng)的運行部件進(jìn)行分析，準(zhǔn)確地進(jìn)行了噪聲源識別與分析，這些信息可以為下步開展各噪聲源降噪以及機(jī)組噪聲控制提供有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

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Noise identification of cigarette assembling machine based on sound intensity measurement

XIE Rong-ji，WAN Yu-peng，YAO Xiao-bing
（Acoustics Department，National Institution of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

As traditional noise measurement method is not an efficient way in identifying individual noise emission sources for cigarette assembling machine because of the complexity of source properties and locations along the machine，sound intensity measurement technology was adopted to identify noise sourcesin cigarette assembling machine in sound powerleveland frequency character.A sound power distribution map was thereafter constructed based on the measured data，and all the noise parts can be effectively identified from the map，including sound power level and frequency character.This result provides an efficient way for noise source identification for complex sound source such as cigarette assembling machine，and supplies basic data for noise control engineering.

noise from cigarette assembling machine；sound intensity；sound power distribution map

TB535；TB52+.4；TH6；TP274

：A

：1674-5124（2014）05-0029-03

10.11857/j.issn.1674-5124.2014.05.007

2013-12-03；

：2014-01-15

謝榮基（1984-），男，重慶市人，工程師，主要從事聲學(xué)測量與噪聲控制工作。