水泵機(jī)組噪音分析與控制

魯偉 黎晨

摘要：本文根據(jù)噪聲控制的基本程序，從噪聲源開始分析，調(diào)查噪聲引起的影響與危害，提出噪聲污染控制措施，力求將泵房中的噪聲降到最低，為建造高效、安全、健康型泵房提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水泵機(jī)組噪音；噪聲污染；控制措施

1.泵房中的噪聲源

噪聲源按發(fā)聲機(jī)理分類可以分為機(jī)械噪聲、空氣動(dòng)力性噪聲和電磁噪聲。泵房中的噪聲主要源于機(jī)械噪聲和空氣動(dòng)力性噪聲。

機(jī)械噪聲是由于機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，部件間的摩擦力、撞擊力或非平衡，使機(jī)械部件和殼體產(chǎn)生振動(dòng)而輻射噪聲。按不同的激勵(lì)情形，機(jī)械聲源可分為穩(wěn)態(tài)振動(dòng)聲源和瞬態(tài)沖擊性聲源。在泵房中，水泵和電動(dòng)機(jī)就是主要的機(jī)械喚聲源。

在各種水泵中，應(yīng)用最廣的就是葉片式水泵。在葉片式水泵在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，葉片與定子之間內(nèi)法向接觸反力是隨轉(zhuǎn)角變化的，所以當(dāng)接觸反力產(chǎn)生很大的躍變時(shí)，葉片會(huì)對定子表面產(chǎn)生很大的撞擊而導(dǎo)致一定的振動(dòng)，并伴隨產(chǎn)生噪聲。所以，可以認(rèn)為水泵是一個(gè)主要的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)聲源。另外，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子與軸承間的摩擦、殼體的振動(dòng)也會(huì)穩(wěn)定地輻射噪聲。

泵房中還有一些機(jī)械的振動(dòng)及噪聲是由于受到一個(gè)瞬變的作用力而引起的。例如：水泵中水壓所發(fā)生的迅速變化就是種瞬杰沖擊性機(jī)械聲源。

2.噪聲的影晌與危害

噪聲對各種儀器設(shè)備以及工作人員的影響與危害是多方面的。

2.1 噪聲對儀器設(shè)備的影響

噪聲會(huì)影響儀器設(shè)備的性能和壽命：高噪聲可使自動(dòng)化、高精度的儀表失靈：強(qiáng)噪聲可使墻展裂、瓦展落、門窗破壞，甚至使煙囪及建筑物倒塌。泵房中的計(jì)量設(shè)備，如：電磁計(jì)量計(jì)、超聲波計(jì)量計(jì)、插入式渦輪計(jì)量計(jì)等精密儀器，將會(huì)受到噪聲的影響.造成計(jì)量誤差大等后果。其它儀器也會(huì)受到噪聲不同程度的影響。

2.2噪聲對人體的危害

噪聲對人的心理和生理均有危害。人在較強(qiáng)噪聲環(huán)境下暴露一定時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)聽力下降，聽力受損，甚至導(dǎo)致耳聾：噪聲會(huì)干擾人的睡眠和休息，引起失眠、疲勞、頭暈、頭痛，甚至神經(jīng)衰弱；噪聲還會(huì)對人的消化系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)造成損害，導(dǎo)致胃病及胃潰瘍的發(fā)病率增高，使人心跳加快、血管痙攣、血壓升高，以致冠心病和動(dòng)脈硬化的發(fā)病率增高。噪聲還會(huì)引起心理影響，主要是使人煩惱、激動(dòng)、易怒甚至失去理智，因噪聲干擾發(fā)生的廠群糾紛、鄰里糾紛是常見的。在泵房內(nèi)工作的技術(shù)人員.長期受到噪聲的影響.他們的身心健康狀況著實(shí)令人擔(dān)憂。

3.泵房內(nèi)的噪聲污染控制措施

聲學(xué)系統(tǒng)是由聲源、傳播途徑和接收器三個(gè)環(huán)節(jié)組成的，根據(jù)這三個(gè)環(huán)節(jié)，一般采取的噪聲污染控制措施是：從聲源處抑制、從傳播途徑中控制、在接收器上加載保護(hù)措施隔離噪聲。但是就泵房而言，從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上和可行性等多方面考慮，直接從聲源上治理噪聲往往是很難的，這就需要采取吸聲、隔聲、消聲、隔振等噪聲控制技術(shù)，從傳播途徑中控制噪聲，將泵房內(nèi)的噪聲降至最低。

3.1 吸聲

如果室內(nèi)有一個(gè)聲源，這個(gè)聲源發(fā)出的聲波將從墻面、頂棚、地面以及其他物體表面多次反射，反射將使聲源在室t內(nèi)的噪聲級(jí)比同樣聲源在露天的噪聲級(jí)高。如果在泵房內(nèi)表面裝飾吸聲材料并且懸掛空間吸聲體，泵房的噪聲就會(huì)得到一定程度的降低。吸聲材料按其吸聲機(jī)理分為多孔吸聲材料和共振吸聲結(jié)構(gòu)兩大類。

3.1.1 多孔吸聲材料的使用

多孔吸聲材料的吸聲機(jī)理是聲波進(jìn)入材料孔隙后，引起孔隙中空氣和材料的細(xì)小纖維振動(dòng)，通過摩擦和黏滯限力。將聲能轉(zhuǎn)變成熱能而被吸收。

在目前，應(yīng)用比較廣泛的多孔吸聲材料有玻璃纖維、礦渣棉、泡沫塑料、膨脹珍珠巖等，這些材料均疏松多孔。在工程實(shí)際中，為防止松散多孔材料飛散，可用透聲織物縫制成袋，再內(nèi)充吸聲材料，為保持固定幾何形狀并防止對材料的機(jī)械損傷，可在材料間加筋條（龍骨），材料外表面加穿孔護(hù)面板，制成多孔材料吸聲結(jié)構(gòu)?？捎眠@種材料來裝飾泵房的內(nèi)壁，吸收泵房內(nèi)定量的噪聲。

3.1.2 共振吸聲結(jié)構(gòu)的使用

共振吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲機(jī)理則是利用共振吸聲原理設(shè)計(jì)的吸聲體，在聲波激勵(lì)下，振動(dòng)著的結(jié)構(gòu)由于自身的內(nèi)摩擦和空氣的摩擦，把一部分振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變成熱能而消耗掉，根據(jù)能量守恒定律，這些損耗的能量必定來自激勵(lì)他們振動(dòng)的聲能量，當(dāng)入射聲波的頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率相吻合時(shí)，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，此時(shí)引起的能量損耗使構(gòu)件的吸聲系數(shù)最大。

目前，穿孔板共振器（圖1）是噪聲控制中使用非常廣泛的一種共振吸聲結(jié)構(gòu)。每一個(gè)共振器都具有一定的固有振動(dòng)頻率f。當(dāng)外來聲波的頻率與共振器的固有振動(dòng)頻率相同時(shí)，發(fā)生共振，此時(shí)，振動(dòng)幅度值最大，摩阻損失也最大，吸收聲能也最多。共振頻率f?？捎霉接?jì)算：

（HZ）

穿孔板共振器（圖1）

其中，C—聲速（cm/s）；

d—孔徑（cm）；

o一腔深（cm）；

t—板厚（cm）；

p—穿孔率（穿孔面積與總表面積之比）。

當(dāng)圓孔正方形排列時(shí)：

其中，d—孔徑（cm）：

B—孔中心距（cm）。

我們可以針對泵房的頻譜性質(zhì)（圖2），選取適當(dāng)?shù)拇┛茁蔖、孔徑d、板厚t、腔深D，把泵房內(nèi)壁做成單一或組合的共振吸聲結(jié)構(gòu)，就可以得到某一頻段的最佳吸聲效果。

3.1.3 空間吸聲體的使用

在泵房內(nèi)還可以懸掛空間吸聲體來減少噪聲。由于懸空懸掛，聲波可以從不同的角度入射到吸聲體，其吸聲效果比相同的吸聲體實(shí)貼在剛性壁面上的好得多。而且空間吸聲體拆裝靈活，工程上常把它制成產(chǎn)品，用戶只要購買成品，按需要懸。掛起來即可。目前應(yīng)用最廣泛的是板狀吸聲體。實(shí)驗(yàn)室和工程實(shí)踐表明，當(dāng)空間吸聲板的面積與房間面積之比為30%-40%時(shí)，吸聲效率最高，考慮到吸聲降噪量取決于吸聲系數(shù)及吸聲材料面積這兩個(gè)因素，因此實(shí)際工程中，一般取40%-60%，與全平頂式相比，材料節(jié)省一半左右，而吸聲降噪效果相同。所以，在泵房中懸掛空間吸聲體也是一個(gè)吸聲降噪的好方法。

3.2隔聲

對于泵房中的隔聲，我們可以采取兩種方法：一，把水泵機(jī)組放置在隔聲罩內(nèi)，與工作人員隔開。二，把工作人員置于隔。音性能良好的控制室內(nèi)，與發(fā)聲機(jī)組隔開。這兩種方法均為可以減輕噪聲對工作人員的危害。

3.2.1 隔聲罩

對于水泵這種高噪聲源，其體積小，形狀比較規(guī)則，可以考慮用隔聲罩將聲源封閉在罩內(nèi)，以減少向周圍的聲輻射。按操作、維修以及通風(fēng)冷卻的要求，隔聲罩可采取固定密封型隔聲罩、活動(dòng)密封型隔聲罩、局部敞開式隔聲罩以及帶有通風(fēng)散熱消聲器的隔聲罩等結(jié)構(gòu)形式。不同結(jié)構(gòu)形式隔聲罩的降噪量也不同（見表1）。由于水泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中'會(huì)有熱量產(chǎn)生，故宜采用帶有通風(fēng)散熱消聲器的隔聲罩。

3.3消聲

消聲器是一種阻止聲音傳播而允許氣流通過的器件，主要用于消除空氣動(dòng)力性噪聲。它是安裝在空氣設(shè)備（如風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)等）氣流通道上或進(jìn)、排氣系統(tǒng)中的降低噪聲的裝置。目前，幾種常見的消聲器包括：阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復(fù)合消聲器和排氣防空消聲器。泵房中的空氣動(dòng)力性噪聲主要來源于機(jī)械通風(fēng)的風(fēng)機(jī)。另外，電動(dòng)機(jī)也產(chǎn)生部分空氣動(dòng)力性噪聲。因此，我們可以針對性地控制著兩個(gè)主要噪聲源。

對于風(fēng)機(jī)類噪聲，一般可選用阻性或阻抗復(fù)合消聲器。阻性消聲器對中高頻噪聲的消聲效果比較好，通常用在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)管道、機(jī)房進(jìn)排風(fēng)口以及空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)進(jìn)、排風(fēng)口，形式多種多樣，包括片式、直管式、蜂窩式、列管式、折板式、聲流式、彎頭式、百葉式、迷宮式、盤式。幾種常用的阻性消聲器的消聲特點(diǎn)見表2。在工程實(shí)際中，百葉式消聲器常用于車間、各類設(shè)各機(jī)房的進(jìn)排風(fēng)口、隔聲屏障的局部通風(fēng)口等。阻抗復(fù)合式消聲器常用已控制高強(qiáng)度的寬頻帶噪聲，常用的形式有阻性一擴(kuò)張室復(fù)合式、阻性一共振復(fù)合式和阻性一擴(kuò)張室一共振腔復(fù)合式等。各泵房可根據(jù)風(fēng)速、通風(fēng)面積、聲波頻率以及制造價(jià)格等要求來選擇最合適的消聲器。

對于電動(dòng)機(jī)的消聲，目前國內(nèi)已生產(chǎn)的水冷式消音電機(jī)，對于消除電機(jī)內(nèi)空氣動(dòng)力性噪聲方面效果較好，可使整個(gè)泵房的工作噪聲得到較大幅度下降。

3.4隔振

振動(dòng)是波動(dòng)的一種形式，其來源可分為自然振源和人工振游，振源的振動(dòng)除了向周圍空間輻射在空氣中傳播的聲音（稱“空氣聲”）外，還通過與其相連的固體結(jié)構(gòu)傳播聲波，簡稱“固體聲”。固體聲在傳播的過程中有會(huì)通過固體表面的振動(dòng)向周圍空氣輻射噪聲，特別是當(dāng)引起物體共振時(shí)，會(huì)輻射很強(qiáng)的噪聲。水泵機(jī)組所產(chǎn)生的振動(dòng)，傳給基礎(chǔ)、地板、墻體等，以彈性波的形式沿房屋結(jié)構(gòu)傳到泵房內(nèi)，以噪聲的形式出現(xiàn)。

隔振的重要措施是在設(shè)備上安裝隔振器材，隔振器材按材料或結(jié)構(gòu)形式分為隔振器、隔振墊和柔性接管三類，可根據(jù)共體的隔振要求、安裝隔振器的位置和允許空間等進(jìn)行選擇。在水泵機(jī)組和他的基礎(chǔ)之間宜安裝隔振墊，可使振動(dòng)得到減弱，噪聲得到控制。隔振墊分為橡膠隔振墊、玻璃纖維隔振墊、金屬絲網(wǎng)隔振墊以及軟木、毛氈、乳膠海綿等制成的隔振墊。目前，水泵隔振墊主要采用橡膠隔振墊。

各種管道也能傳遞和輻射噪聲，所以也要考慮隔振。一般采用柔性接管來連接裝置，不僅可以補(bǔ)償由于溫度變化引起的管道伸縮和安裝誤差，還可以減少噪聲.一般清水泵的進(jìn)出口處可配置各種橡膠軟管。

4.結(jié)束語

目前，噪聲污染逐漸引起了社會(huì)的關(guān)注，人們也意識(shí)到了噪聲污染的危害，各種有效的噪聲污染控制措施正在進(jìn)一步研究中。本文針對泵房中的噪聲污染，通過分析噪聲源，調(diào)查噪聲污染的危害，提出了具體的噪聲污染控制措施，主要是通過吸聲、隔聲、消聲、隔振等措施來實(shí)現(xiàn)泵房中的吸聲降噪。如果這些措施能在泵房中得以實(shí)現(xiàn)，相信泵房內(nèi)的噪聲能夠得到大大降低，工作人員的身心健康、儀器的壽命和性能一定能夠得到有為的保障。