对于气流的降噪设计的探究

　　同大气污染、水污染相比较，噪声污染有其特殊性，*主要的区别是：噪声一般是不致命的，它直接作用于人们的感官，但几乎觉得没有后效，即噪声源发出噪声时，一定范围内的人们立即会感受到噪声污染，而噪声源停止发声时则噪声污染立即消失。正是噪声污染具有这种特殊性，它的危害通常容易被人们所忽视。

　　其实噪声污染对人体的危害是多方面的，其后果是相当严重的，危害主要表现在听觉和非听觉两个方面。

　　如果一个人长期暴露在强噪声环境之中而不采取防护措施，就会逐渐导致耳聋，而且这种耳聋是无法挽救的；即使噪声的强度不足以致人耳聋，它也会妨碍人们的正常交谈、干扰人的思考、分散人的注意力和影响人们休息等。这些都是噪声直接作用于人们的听觉所造成的危害。非听觉的危害则是指噪声间接影响人的神经系统、消化系统、呼吸系统等，这些都已被大量实验所证明。由于城市气流噪声污染面广，感觉直接，尤为引起群众的强烈反应。因此加强对噪声的控制，消除噪声对人体的危害，已是四化建设中一项不容忽视的重要工作。

　　气流噪声控制是一项牵涉面很广的新兴学科，采取每一项噪声控制措施，都必须从环境要求、技术政策、经济条件等方面进行综合考虑，它不是一个简单的工程项目，而是一项近于技术研究的科研课题。

　　1城市气流噪声声源及声学特性

　　城市气流噪声的特点是种类多，分布面广，位置相对固定。主要声源有下列几种： （1）锅炉通风机噪声； （2）空压机噪声； （3）内燃机排气声； （4）高压气排空噪声。

　　根据监测结果及文献报导，多数离心通风机噪声级在81dB（A）～116dB（A）范围内，测量中约一半的离心通风机噪声主要分布在86dB（A）～95dB（A）之间，平均值为93dB（A） ，以低频噪声为主。鼓风机以及罗茨、叶氏、透平等噪声级在82dB （A）～113dB （A）之间，约51 %在90dB（A）～100dB（A）间，平均值为96dB（A） ，频谱多为中、低频。空压机一般噪声级在80dB（A）～110dB（A）范围，多数（约占总数的64 %）在86dB（A）～95dB（A）之间，平均值为92dB （A） ，以低频噪声为主。

　　2气流噪声的分类

　　211脉动气流噪声

　　具有周期性排气的空气动机械如：内燃机、罗茨风机、凿岩机等是脉动气流噪声的重要来源。其噪声的基频f 1为每秒钟内排气的次数，第n队谐波分量的频率f n为基频f 1的n倍整数，即f m = nf 1（n = 1 ，2 ，3……）因此，该类噪声具有离散的频率。

　　212蜗旋噪声

　　管道中的阀门噪声、隔栅噪声以及高速旋转的风机噪声是蜗旋噪声的主要来源。蜗旋噪声具有连续的噪声频率，频带宽度随雷诺数的提高而变大。

　　213冲击波噪声高压气体突然膨胀，在一定范围内，气体质点运动的速度大于声速，形成冲击波噪声。这是一种非周期性的脉冲噪声，其声学特点一般为宽频带连续噪声，主要声源爆竹、超音速飞机等。

　　214旋转噪声高速旋转的风机，因气流与各叶片相互作用的结果会使某些频率的振动得到加强而发声，形成旋转噪声，其基频为：f 1 = BN 60式中：f 1D基频（Hz） ；BD风机叶片数；ND风机转速（转/分）。

　　3城市气流噪声污染的综合治理

　　城市气流噪声污染的综合治理主要采用以下方法：311从声源上根治噪声从声源上控制噪声是一种*积极*彻底的措施。

　　1978年在美国召开的第十届国际噪声控制会议上提出：80年代为“从声源上控制噪声的年代”的口号。因此近二十多年来，发达国家在从声源上控制噪声，采用低噪设备，改用先进降噪工艺等方面，取得很大进展。

　　我国科技工作者从80年代至今，在改进设备的声学性能，采用低噪声的先进工艺诸多方面也有了长足的进步。

　　312在声音传播途径中降低噪声31211在城市规划和建设中采取“静闹分隔”的设计原则，将工业区、商业区和居民区分开布局。在工厂建设中把高噪车间相对集中并与一般车间及办公室、宿舍分隔布置，利用噪声在传播途中自然衰减作用，缩小噪声的污染面。

　　31212利用噪声源的指向性合理布置。利用声音具有方向性特点，将宿舍、居民区、学校、医院及疗养院等要求低噪声环境的场所，合理布局以避开强噪声方向。

　　31213利用山丘、土坡、深堑、建筑物等屏障物，将高噪声区与低噪声区分隔开，减少噪声污染面。

　　31214绿化降噪。树木具有屏蔽与降噪双重作用，因此加强城市绿化、增大林木面积，能改善城市声学环境“

　　31215采用声控制技术。对上述措施仍无法消除噪声危害时须采用声学控制手段。如：吸声处理、隔声处理、隔振处理、消声处理、阻尼措施等。

　　313在噪声接收点进行防护31311岗位防护：修建车间隔音室、隔音屏等。

　　31312个人防护：现场工作人员佩带耳塞、耳罩、隔声头盔等。

　　4城市气流噪声声源的降噪设计

　　根据初步调查，城市*主要的气流噪声是那些遍布城市的中小锅炉风机。其次是空压机和内燃机。从频率特性及噪声特点来看，它们分属不同的噪声类型，很难用单一的手段进行控制。下面对它们的降噪设计分别研究。

　　411锅炉风机的降噪经分析，锅炉鼓风机、引风机噪声主要是进、排气口的蜗旋噪声、旋转噪声和机壳振动的机械噪声。

　　对风机进、出口气流噪声有效的降噪方法是安装气流消声器。目前消声器的类型很多，主要有阻性消声器、抗性消声器、微孔板消声器、复合式消声器、扩容减压小孔喷注式消声器等，其性能各异。但因多数风机的重要倍频带范围在125Hz～4 KHz之间，说明多数风机噪声不仅频带范围宽，而且属中低频噪声。根据风机噪声的这一特性，可以推断对风机气流噪声单一使用抗性或阻性消声器效果不佳，应使用宽频带的阻抗复合中低频消声器为宜。

　　41111锅炉烟道消声器设计现在成都某单位招待所燃煤锅炉噪声治理工程设计为例：招待所内有KZL2 - 13型卧式快装锅炉一台，配Y5D47No5C引风机及4D72D11No312鼓风机各一台。经现场测试：锅炉房操作室内噪声：Lep = 88dB（A）锅炉房外，招待所大院内噪声Lep = 73dB（A）治理要求锅炉房操作室内噪声达到《工业企业卫生标准》<85dB （A） > ，招待所环境达到《城市区域环境噪声标准》（ GB3096 - 93）Ⅱ类标准（昼60dB ，夜50dB）。

　　引风机噪声峰值频率为：f = 125Hz在频率f = 125Hz处，波处λ= c/ f = 340/ 125 = 2172（m）故：1/ 4λ= 0168（m）3/ 4λ= 2104（m）5/ 4λ= 3140（m）7/ 4λ= 4178（m）

　　（2n + 1）λ4 = （2n + 1）×0168（m） （n = 1 ，2 ，3……）考虑到阻性消声结构需足够的长度，取1 = 2104m.

　　阻性衰减设计采用A N别洛夫提出的阻性消声器插入损失计算公式<2> ：△L =ψ（a o） p/ s 1（4）式中：△L消声器插入损失，dB（A） ；a o吸声系数；ψ（a o）与吸声系数a o有关的函数；p消声器通道有效周长，m ；S消声器通道有效截面积，m 2。

　　吸声材料选用超细玻纤棉，厚100mm ，穿孔钢板护面（ψ5 ，P≥20 % ，δ= 1） ，在f = 125时，a o = 016 ，ψ（a o） = 110.

　　为防止高频失效，在消声器内加100mm厚舌片，将消声器内腔分隔成两个半月形消声室，内衬100mm厚吸声材料。

　　经测试该通风消声器性能符合（HJ/ T16 - 1996）标准。

　　41112引风机出口管阻性消声器设计为防止引风机器噪声在锅炉房内辐射，在引风机出口处加装一阻性消声器。

　　取内径：ψ350 ，外径ψ550.消声器内衬100mm吸声材料（超细玻璃纤维棉）。

　　1 = 018m p =πd 1 = 111（m）S = 1/ 4πd 2 1 = 0109621（m 2）吸声材料及各项系数同前，阻性消声器消声量以（4）式计算：△L = 912dB高频失效频率以（6）式计算：f上= 1797（Hz）

　　41113引风机及电机隔声罩设计在引风机出口及锅炉房烟囱分别安装阻性及复合消声器后，锅炉房内噪声仍达80dB（A）左右，经测试查明为风机机壳及电机机械性噪声，需对引风机及电机进行隔声降噪，隔声罩设计方法及过程见表3.

　　隔声量采用经验公式：Ri = 14 1 5lgf + 14 1 5lgM - 26（8）式中：f噪声频率。（Hz）M板的面密度，kg/ m 2。

　　传声系数：τ= 10 - R1/ 10（9）插入损失：IL = 101g（a/τ）（10）式中：a吸声系数。

　　隔声罩体积：0166×115×0198（m 3） ，材料δ= 2mm钢板。

　　内衬：阻尼层δ= 2mm～3mm ，含2 %石棉绒的沥青。

　　吸声层δ= 60mm ，矿渣棉（容重240kg/ m 3）以粗眼金属网框架固定。

　　41114鼓风机怕罩及阻性消声器设计锅炉鼓风机经测试为93dB （A） ，需加隔声罩及进气口阻性消声器，设计方法同上（过程略）隔声罩：体积018m×113m×019 （m 3） ，材料及内衬与上相同。

　　进风口阻性消声器：体积0145×017×1125 （m 3） ，内隔100mm厚舌片，材料与内衬与前同。

　　消声量△L = 2215dB（A） ；高频失效频率f上= 2489（Hz）。

　　鼓风机散热计算（采用罩内负压吸风冷却方式） ；风量验算：Q = 860 N a 0124（t 2 - t 1）τ（11）式中：Q设备散热需风量，m 2 / h ；N设备功率，kW ；a散热系数，0101～015 ；t 1室温，℃；t 2罩内温度，℃。

　　τ空气容重，常温取112kg/ m 2。

　　设： t 1 - t 2 = 2℃，取a = 015.选用4 - 72 - 11No312风机（ 1975m 3 / h～3640m 3 / h） ，配套电机Y90L - 2（212 KW） ，。将以上数据代入（11）算得：Q = 1642（m 2 / h） ，Q < 1975m 2 / h （*小进风量） ，设计满足要求。鼓风机进口阻性消声器及隔声罩装置如图3.

　　该招待所经上述综合整治后，环境噪声，降低到5817dB （昼） ， 4915dB （昼）。锅炉房内岗位噪声为8215dB（A） ，达到治理目的。

　　412空气压缩机的降噪41211空压噪声特点

　　（1）空气进出口处动力噪声；（2）机组运行过程中的机械噪声；（3）驱动机（电动机或内燃机）噪声；空压机噪声的特点是：低频强、频带宽、总声级高。

　　空压机的数量及分布在城市里不及锅炉风机等广泛，但因其噪声频谱以低频为主，在空气中衰减慢，传播远、污染面大，仍是城市中重要的气流噪声污染源。

　　41212空机的降噪技术4121211进气口噪声控制：大量监测表明空压机噪声是*高处为进气口，其声级平均比机组其它部位高5dB（A）～10dB（A） ，以低频不主，是空压机噪声重点整治部位。控制的基本方法是安置抗性为主的消声器，除选用普通扩张室或阻抗复合式消声器以外，尚可使用多节扩张室或文氏管消声器。经初步测试，对于供气量10m 3 / min～20m 3 / min的空压机需消声10dB （A）～20dB （A） ，供气量在40m 3 / min～50m 3 / min的空压机需消声25dB （A）～30dB（A）。

　　4121212机组噪声控制：机组在运行过程中，机械噪声通过机壳向外强烈辐射，其特点是频带宽、中频为主，对室内操作人员影响大，为此可对机组加装隔声罩。设计时除考虑机组的通风散热外，也要考虑操作人员的观察和维修方便。

　　由于空压机在运行过程中振动大，必须考虑隔振设计，特别注重隔声罩与机体间无刚性接触，以免形成“声桥”而造成隔声失效。

　　4121213驱动机噪声控制：空压机以电动机驱动，其噪声与整个机组噪声相比占次要地位，可仅作一般性防护。若以柴油机作动力，其噪声往往比电动机高十多分贝，需对柴油机作降噪处理（处理方法见413节）。

　　413内燃机噪声控制：41311内燃机噪声特点内燃机（柴油机、汽油机）噪声由三部分组成：（1）内燃机进气、排气噪声；（2）燃料燃烧噪声：（3）内燃机机械运动噪声。

　　内燃机噪声特点是频带宽，以中低频为主。

　　41312内燃机噪声降噪技术4131211排气噪声控制内燃机在运行过程中的噪声，以排气噪声为*高，其频率为：f = 2nk 60T（Hz）（12）式中：f噪声频率，Hz ；k发动机气缸数；n发动机转数，转/分；T发动机冲程数。

　　频率在63Hz～250Hz范围内，以低频为主，消声器设计应以低频抗性为主，同时要考虑内燃机烟温高（400℃～500℃） ，流速大（V50m/ s～80m/ s）、压力高（3kg/ cm 2～4kg/ cm 2）等特殊环境，使消声器具有耐高温、耐冲击、防油污等性能。

　　4131212机体噪声控制对于噪声较大的机体，可考虑隔声罩，由于内燃机在运行中机体的温度较一般机械高，因此内燃机的通风、降温是隔声罩设计时应同时考虑的问题。

　　4131213基础减振或隔振为防止内燃机运行时，机体振动会通过基础以弹性波形式向外传播，基础需减振或隔振。

　　414排气喷流噪声控制41411排气喷流噪声特点排气喷流噪声是典型的气体动力噪声，其发生源来自高压气流的湍流运动，具体可分为亚音速喷注噪声、阻塞喷注噪声及超声速喷注噪声。

　　排气喷注噪声的特点是：连续宽频带噪声，城市中排气喷注多来自高压气体排空和空气动力设备排气等，虽然分布不及前三种噪声广泛，但多数排气喷注噪声功率高，影响面大，周围居民反应强烈。

　　41412排气喷流噪声降噪排气喷流噪声控制与一般降噪技术不同，根据其特点和规律可从如下方法着手：4141211降低流速由莱特希尔理论可得喷注声功率W与气体流速

　　从（13）式可知，（1）降低气流速度V ，对降低声功率W有极大影响。

　　（2）降低或分散压降；（3）使噪声向超声频方向移动；（4）改变喷注的流场。

　　具体的技术措施为加喷注耗散型消声器，这类消声器机理与前述消声器完全不同，其原理就是根据以上四点（或是扩散减速、或是变频、或是改变喷注气流参数等方式降噪）。喷注耗散型消声器种类，有小孔喷注消声器、节流降压消声器或多孔扩散消声器等，可针对具体情况进行设计。

　　415城市各类气流噪声降噪技术措施

　　5结论城市气流噪声的种类多、分布广、声源复杂、影响面宽，历来被认为是难以控制的一类污染。但只要根据各类气流噪声的频率特点，声源发声的具体部位，设计，装置相适应的消声器和隔声罩，采取重点降噪与综合整治相结合，城市气流噪声污染是完全可以控制的。