鋼鐵企業(yè)噪聲分布特性研究

吳明國(guó)

(中國(guó)中鋼集團(tuán)有限公司董事會(huì)辦公室)

鋼廠(chǎng)作為典型的高噪音企業(yè)，噪聲源多而且強(qiáng)度大，職工深受噪聲危害。高強(qiáng)度的噪聲不僅會(huì)危害人的身體健康，還會(huì)損壞建筑物，例如震碎玻璃，震裂抹灰，造成廠(chǎng)房或者設(shè)備的過(guò)早老化。因此，解決鋼廠(chǎng)的噪音污染問(wèn)題也逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 主要噪聲源分類(lèi)

根據(jù)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，鋼廠(chǎng)的噪聲主要為以下三類(lèi)[1]：

(1)機(jī)械噪聲：由于機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，部件之間產(chǎn)生摩擦力、撞擊力或者非平衡力時(shí),導(dǎo)致機(jī)械部件振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。如軸承摩擦產(chǎn)生的噪聲、磨煤機(jī)產(chǎn)生的噪聲。

(2)氣動(dòng)噪聲：氣流受空氣動(dòng)力擾動(dòng)產(chǎn)生的局部壓力脈動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲，如各類(lèi)風(fēng)機(jī)、風(fēng)管道、蒸汽管道中高壓氣流運(yùn)動(dòng)、擴(kuò)容、切流和排汽等過(guò)程產(chǎn)生的低、中、高頻譜的混合噪聲。

(3)電磁噪聲：由電磁場(chǎng)交替變化引起的某些機(jī)械部件或空間容積振動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲。如變壓器，鎮(zhèn)流器所產(chǎn)生的噪聲。

對(duì)主要噪聲源的噪聲測(cè)量，需要測(cè)量A聲級(jí)。為了分析噪聲源的噪聲特性，應(yīng)該進(jìn)行噪聲頻譜分析，需要測(cè)量1/3倍頻帶聲壓級(jí)。

2 噪聲評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

研究中使用到的噪聲評(píng)價(jià)指標(biāo)有A聲級(jí)(LA)和等效連續(xù)聲級(jí)(Leq)[2]。

(1)A聲級(jí)(LA)

A聲級(jí)全稱(chēng)為A計(jì)權(quán)聲級(jí)，它是世界上使用最廣泛的噪聲評(píng)價(jià)方法，反映了噪聲的客觀(guān)強(qiáng)度與頻率兩個(gè)因素給人的主觀(guān)感受。A聲級(jí)越高，噪聲的危害也越大。根據(jù)A聲級(jí)的響應(yīng)特征，公式(1)可將倍頻帶或1/3倍頻帶頻譜轉(zhuǎn)化為A聲級(jí)：

(1)

式中：Li為倍頻帶或1/3倍頻帶聲壓級(jí)，dB；Ai為各頻帶聲壓級(jí)修正值，dB。

(2)等效連續(xù)聲級(jí)(Leq)

A聲級(jí)是評(píng)價(jià)連續(xù)穩(wěn)態(tài)噪聲的方法，但是對(duì)于一個(gè)起伏的或者不連續(xù)的噪聲，等效連續(xù)聲級(jí)評(píng)價(jià)能更真實(shí)地反映出實(shí)際接收的噪聲能量大小。等效連續(xù)聲級(jí)指的是一段時(shí)間內(nèi)噪聲能量的平均值。通常測(cè)量噪聲都是使用A聲級(jí)，所以一般等效連續(xù)聲級(jí)指的就是等效A聲級(jí)，用Leq或者LAeq表示，單位為dB，定義式為：

(2)

式中：LA(t)為隨時(shí)間變化的A聲級(jí)；t1，t2為計(jì)算等效聲級(jí)的起止時(shí)刻。

3 典型噪聲源的噪聲特性

研究選取某企業(yè)風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)、空壓機(jī)、泵站、TRT、切割機(jī)和鋼包精煉爐七個(gè)典型噪聲源，開(kāi)展了頻率從20～20 000 Hz的風(fēng)機(jī)噪聲段頻譜分布的監(jiān)測(cè)。

3.1 風(fēng)機(jī)

鋼鐵企業(yè)中的風(fēng)機(jī)主要有鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，用于為熱工設(shè)備供給空氣、煤氣和強(qiáng)制排煙等[3]。風(fēng)機(jī)噪聲主要有三個(gè)來(lái)源：(1)風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力性噪聲；(2)定子轉(zhuǎn)子之間交流變化的電磁場(chǎng)引起的電磁噪聲；(3)風(fēng)機(jī)機(jī)械部件尤其是軸承及轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生振動(dòng)引起的機(jī)械噪聲。高爐鼓風(fēng)機(jī)[4]噪聲A聲級(jí)為96.3 dB，除250 ～500 Hz有一個(gè)小低谷之外，高頻特性最明顯，噪聲整體呈低、中、高頻特性。鍋爐引風(fēng)機(jī)噪聲A聲級(jí)為96.6 dB，聲壓級(jí)峰值出現(xiàn)在200 Hz，5 000 Hz之后快速降低，呈中低頻特性。球團(tuán)冷卻風(fēng)機(jī)噪聲A聲級(jí)為104.3 dB，聲壓級(jí)超過(guò)1 000 Hz之后開(kāi)始下降，呈中低頻特性。轉(zhuǎn)爐除塵風(fēng)機(jī)噪聲A聲級(jí)為83.2 dB，屬中低頻噪聲，但5 000～20 000 Hz及以上聲壓級(jí)較低。

3.2 磨煤機(jī)

磨煤機(jī)噪聲主要來(lái)源：(1)鋼球之間、鋼球與筒體襯瓦之間、鋼球與煤塊之間、煤塊與襯瓦之間互相撞擊、摩擦產(chǎn)生的機(jī)械噪聲；(2)磨煤機(jī)軸承轉(zhuǎn)子不平衡和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)嚙合、磨損引起的機(jī)械噪聲；(3)電機(jī)產(chǎn)生的電磁噪聲。磨煤機(jī)撞擊產(chǎn)生的噪聲與它的轉(zhuǎn)速、鋼球裝載量、煤量有關(guān)，由于轉(zhuǎn)速限制，以低頻噪聲為主。鋼球磨煤機(jī)轉(zhuǎn)速上升，噪聲也會(huì)增大，且相同轉(zhuǎn)速下，鋼球裝載越多噪聲越大，但當(dāng)裝載率超過(guò)50%時(shí)，鋼球因?yàn)槟芴嵘母叨冉档?，噪聲反而下降。聲波在磨煤機(jī)筒體內(nèi)部多次反射，成為混合聲場(chǎng)，使聲壓增強(qiáng)。經(jīng)監(jiān)測(cè)，磨煤機(jī)的A聲級(jí)LA=114.6 dB。磨煤機(jī)噪聲為寬頻譜噪聲，在400～10 000 Hz都有相當(dāng)大的聲壓級(jí)。其中，2 000～2 500 Hz時(shí)的噪聲聲壓最大，為104.1 dB，在低、中、高三個(gè)頻帶內(nèi)都相對(duì)均勻的輻射噪聲。

3.3 空壓機(jī)

空壓機(jī)[5]作為一個(gè)多源發(fā)聲體，進(jìn)氣、排氣是其主要噪聲來(lái)源，其次還有機(jī)械噪聲和電磁噪聲。進(jìn)氣噪聲主要來(lái)源于進(jìn)氣口間歇性吸入空氣，在空氣中產(chǎn)生壓力脈動(dòng)噪聲。排氣噪聲主要來(lái)源于氣體間斷地從氣缸閥門(mén)排出產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)噪聲；壓縮氣體從閥門(mén)小孔通過(guò)，高速?lài)娚錄_擊閥門(mén)出口形成的閥門(mén)噪聲?？諌簷C(jī)在管道出口處能產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流噪聲，雖然是間斷性出現(xiàn)，但是頻率和聲壓級(jí)都較高。排氣噪聲大小與壓縮氣體流量、壓力、空壓機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)系。流量越大，壓力越高，轉(zhuǎn)速越大，噪聲越大。機(jī)械噪聲主要來(lái)源于空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)大量部件快速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的摩擦和沖擊引起的部件振動(dòng)噪聲。電磁噪聲主要來(lái)源于電機(jī)驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子受電磁場(chǎng)影響，產(chǎn)生徑向振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生噪聲。經(jīng)監(jiān)測(cè)，空壓機(jī)A聲級(jí)LA=100.5 dB。空壓機(jī)噪聲屬寬頻噪聲，但中低頻特性更加突出。噪聲頻率為160 Hz時(shí)噪聲最大，為87.3 dB。

3.4 泵站

鋼廠(chǎng)內(nèi)需要大量冷卻水，由泵站供給，所以水泵是鋼廠(chǎng)數(shù)量最多噪聲源之一。水泵作為綜合噪聲源，其噪聲也包括氣動(dòng)噪聲、機(jī)械噪聲和電磁噪聲。水泵電機(jī)工作時(shí)需要冷卻空氣，冷卻空氣的氣流噪聲和風(fēng)扇葉片的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的噪聲組成氣動(dòng)噪聲。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子不平衡沖擊軸承產(chǎn)生機(jī)械噪聲。電磁噪聲則是由定子和轉(zhuǎn)子間不斷變化的電磁力引起的。經(jīng)監(jiān)測(cè)，泵站的A聲級(jí)LA=93.4 dB。泵站噪聲屬寬頻噪聲，噪聲最大值出現(xiàn)在頻率為400 Hz時(shí)的90.7 dB，20～5 000 Hz范圍內(nèi)噪聲在69 dB以上，所以泵站噪聲更加偏重于中低頻噪聲。

3.5 TRT

TRT(Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit)是高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置的英文簡(jiǎn)稱(chēng)。在TRT發(fā)電過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生各種類(lèi)型的噪聲，主要有汽輪機(jī)噪聲和發(fā)電機(jī)噪聲。汽輪機(jī)噪聲主要由高溫高壓蒸汽通過(guò)各種調(diào)節(jié)閥時(shí)的泄漏引起，還有氣流通過(guò)汽輪機(jī)葉片時(shí)產(chǎn)生的聲音。發(fā)電機(jī)噪聲則由電磁力使定子振動(dòng)產(chǎn)生的電磁噪聲、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的氣流變化帶來(lái)的氣動(dòng)噪聲和軸承摩擦等加工工藝精度不足帶來(lái)的機(jī)械噪聲組成。經(jīng)監(jiān)測(cè)，TRT系統(tǒng)的A聲級(jí)LA=100.7 dB。TRT噪聲屬于中低頻噪聲，最大噪聲出現(xiàn)在1 250 Hz的96.1 dB。20～1 000 Hz中低頻上噪聲較大而且較穩(wěn)定，在1 250～2 500 Hz中頻噪聲上聲壓最大，超過(guò)4 000 Hz之后噪聲聲壓快速降低。

3.6 切割機(jī)

由于切割機(jī)是間歇性工作，所以切割噪聲也呈間歇性變化。切割機(jī)處的噪聲主要來(lái)源于切割時(shí)刀具和鋼塊之間的摩擦、鋼塊在傳送輥上的摩擦以及切割機(jī)本身運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)刀具軸承不平衡帶來(lái)的機(jī)械噪聲。經(jīng)監(jiān)測(cè)，切割機(jī)的A聲級(jí)LA=94.7 dB。切割機(jī)噪聲在630 Hz時(shí)有最大值93.8 dB。除去500 Hz、630 Hz和2 500 Hz處屬于局部最大值的噪聲，切割機(jī)噪聲屬于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的寬頻噪聲。

3.7 鋼包精煉爐

鋼包精煉爐[6]噪聲主要來(lái)源于電弧放電和吹氬攪拌。加熱鋼包中鋼液的時(shí)候，電弧會(huì)產(chǎn)生噪聲；吹氬的時(shí)候氬氣會(huì)帶動(dòng)鋼液翻滾產(chǎn)生噪聲，氬氣泡破裂也會(huì)產(chǎn)生噪聲。經(jīng)監(jiān)測(cè)，鋼包精煉爐的A聲級(jí)LA=99.5 dB。鋼包精煉爐噪聲主要集中在頻率2 000 Hz以下，最大噪聲位于200 Hz處的102.5 dB。2 000 Hz以后噪聲強(qiáng)度迅速下降，故鋼包精煉爐噪聲屬于低頻噪聲。

4 結(jié)語(yǔ)

研究監(jiān)測(cè)了鋼廠(chǎng)中10處的噪聲1/3倍頻帶數(shù)據(jù)，著重分析了噪聲源的噪聲特性。監(jiān)測(cè)了4個(gè)風(fēng)機(jī)的噪聲特性，其中聲壓級(jí)最大的是球團(tuán)冷卻風(fēng)機(jī)，達(dá)到104.3 dB；聲壓級(jí)最小的是轉(zhuǎn)爐除塵風(fēng)機(jī)，為83.2 dB。還監(jiān)測(cè)了磨煤機(jī)、空壓機(jī)、泵站、TRT、切割機(jī)和鋼包精煉爐的頻譜分布特性，其A聲級(jí)分別為114.6、100.5、93.4、100.7、94.7和99.5 dB。