供热用燃气热风炉设备间噪声控制技术研究与应用

包宏 张复光 薛庆生

（铁法煤业（集团）有限责任公司，辽宁调兵山市112700）

供热用燃气热风炉设备间噪声控制技术研究与应用

包宏 张复光 薛庆生

（铁法煤业（集团）有限责任公司，辽宁调兵山市112700）

铁煤集团机机械公司生产车间供热用燃气热风炉设备间，由于热风炉和相关设备运行，在厂界处产生83dBa的噪声，影响厂区作业工人和周边居民的正常工作和休息。本文在检测与计算基础上，确定了声源特性和目标降噪量，采用了复合吸声结构为主体的治理方案。方案实施后，厂界噪声完全达到了GB12348---2008和GB3096---2008规定的一类混合区标准，即昼间55DBA，夜间45 DBA。

引言

铁煤集团机械公司生产车间供热用燃气热风炉设备间位于铁法市城区内，厂界周围是居住区和空地。生产车间采暖用热风炉投入运转以来，在厂界处产生83dBa的噪声污染，使周围的环境质量下降，影响了厂区作业工人和周边居民的正常工作和休息。本文将供热用燃气热风炉设备间作为噪声源，通过噪声源的频谱测试与降噪量计算，确定了声源特性和目标降噪量，并进一步采用复合吸声结构为主体的治理方案，对该噪声源进行治理。

1 噪声源分析与目标降噪量计算

1.1 噪声源描述：

该噪声源由热风炉本体、供风离心鼓风机、排烟引风机及配风管线组成。其中热风炉由燃烧器和热交换器构成。鼓风机型号为AY7-41-5.60，风量Q=25760m3/h，转速n=1450rpm,电机功率N=75KW。引风机型号为9-26-100，风量Q=7078m3/h，转速n=2200rpm,电机功率N=7.5KW。

热风炉等设备安装在房间内，房间立墙为370mm空心砖混结构，墙内外抹灰20mm,顶棚为120保温彩钢。

在诸多设备运转单元中，能够引起空气在听阈范围（20—2000Hz）内振动的部分为热风炉燃烧器、鼓风机、引风机、配风管线及排风口。这些单元就是污染环境的噪声源。

1.2 噪声源特性分析

1.2.1 噪声源频谱特征

图1是该噪声源的频谱测试结果。结合生产现场实际作业环境，分析认为该噪声源的噪声主要由燃烧噪声、空气动力噪声、摩擦噪声、板壳振动及电磁噪声构成。该声源属于宽频稳态噪声。

1.2.2 声场分析：

热风炉启动运转后，由于机械、电磁及空气动力振动，产生声波。设设备间的长、宽、高分别为lx、ly、lz。在直角坐标中，室内声波的波动方程是：

把坐标原点取在房间的一角上，由于刚性壁面上法向速度为零，即声压的法向导数为零，则特解为：

由于声源频谱的连续性，声源的激发频率并不是纯音，而是连续谱。通过分析与结合测试，确定出设备间的声源声压与频率在设备间内的分布特性为高低频段均起伏不大，这是设备间较小及墙壁面密度较大的缘故。

1.2.3 监测数据

该噪声源的监测数据见表1。

表1 供热用燃气热风炉设备间噪声监测结果

根据GB12348---2008和GB3096---2008规定，厂界为一类混合区的噪声标准为：昼间55DBA，夜间45DBA，因此噪声超标Δ=83-45=38DBA。根据监测结果、声源特性、设备运转状态，经分析得出设备间噪声源降噪量Δ=93-45=48DBA。当噪声源设备正常开动时，噪声源降噪后对应的厂界噪声为PA=45DBA

2 噪声治理方案设计与应用

从现有设备状态分析，考虑到设备在厂区内的布置特点及厂区建筑物声学状态，在充分保证声源设备正常运转、检修方便及噪声控制装置性能可靠性的前提下，我们对优势声源采用图2所示声学处理方案。

2.1 吸隔声结构：

结构隔声量的确定：

式中R——隔声量；

E入——入射声能；

E透——透射声能；

L——透射系数。

隔声结构的隔声效果，与其自身的隔声量和设置位置有关。在本文中，隔声结构不是单一材料或结构，而是一个复合吸隔声结构。它是由隔声结构、阻尼材料和吸声结构三部分构成。

2.1.1 隔声结构特性

在很低的频率（低于结构的简正频率）范围里，结构受本身的刚度控制，隔声量随频率的升高而降低，此时结构的质量和阻尼并不重要，频率再升高，质量开始起作用。在刚度和质量共同的作用下，结构将产生一系列共振，其中f0为最低共振频率。各共振频率（HZ）可由下式确定：

E——材料的弹性模量（N/m2）；

t——结构的当量厚度（m）；

M——结构的当量密度（kg/m2）；

a,b——结构的长宽尺寸（m）；

p,q——任意正整数。

图2 声学元件布置图

对于厚重的砖墙，它的fr低于可闻声，可不予考虑；但对于顶棚金属结构，其共振频率可能落在听阈内，此时需要考虑它的影响。在这一区域内，采取提高结构刚度措施，以保证低频噪声的隔声量。频率再往上升，结构进入由质量控制的区域，此时频率特性上升的斜率为6dB/倍频程。在这一区域内，采取提高结构面密度措施，提高振动系统的质量，从而调整质量---弹性振动系统的输出。以保证低频噪声的隔声量。越过质量控制区上升到一定频率时，结构将出现吻合效应。当在某一频率，结构的弯曲波波长恰好等于空气中射声波波长在结构上的投影，结构上的两波发生了共振，此时结构的运动与空气中声波的运动达到高度耦合，声能大量地透射过去。对于吻合区，采用增加阻尼的办法。2.1.2阻尼材料特性

在隔声结构上增设粘弹性材料，作为专门的阻尼材料使用。粘弹性材料主要由粘合剂、填加剂、增塑剂、辅助剂和溶剂等配制而成。调制好的粘弹性材料喷涂在金属结构上，构成复合阻尼材料。

复合后的阻尼结构的阻尼效果与材料的厚度和刚度有关，按下式计算损耗因数：

式中η——复合结构的损耗因数；

η1——粘弹性材料的损耗因数；

E1——隔声结构的杨氏弹性模量；

E2——粘弹性材料的杨氏弹性模量；

d1——结构的当量厚度；

d2——粘弹性材料的厚度。

本文针对隔声结构的振动学特征参数，经科学配比，制作成具有针对性的高分子阻尼结构，使得吸隔声结构的吻合效应影响降低到合理状态。

2.1.3 吸声结构的特性

在把吸隔声结构设置于热风炉厂房内，和厂房联合作用进行吸隔声时，在原墙体和立面吸隔声结构之间会产生驻波。驻波产生的后果是使原墙体和立面吸隔声结构发生共振，使声能量放大。为此，结合吸声结构的性能因素、工程因素，用第一共振频率相应的共振吸声系数，高频吸声系数，下半频带宽三个量来优化选择多孔材料，并将间距设计为大于等于550mm。消除驻波影响，达到吸声要求。

测试表明，吸隔声结构的频带隔声量与设备的频谱特性相匹配，见图4。其中，横轴为噪声的频率分量，纵轴为吸隔声结构的隔声量。由图中曲线可以看出,低频部分的隔声量为20dB,恰好满足隔声量要求；曲线梯度平缓，这是增加吸隔声结构的低频隔声量，减小高频隔声量的结果，从而减少投资；结构阻尼运用合理，避免了声共振；吸隔声结构与原有厂房构成有机的降噪整体。

2.2 机房内吸声减噪

车间内声场不仅有直达波，还存在反射波，构成车间的混响声场。测试结果表明，混响场使噪声源声压提高3-4dBA。因此，在车间立面墙体布置吸声单元，以去除混响场声产生的声压增量。

2.3 隔声门

隔声门的结构设计以满足当量面密度和插入损失为度，安装时，与墙体的配合精密，实现和吸隔声结构的匹配。

2.4 消声器

由于设备紧临厂界，无距离衰减，所以要求消声器的降噪量比正常情况高得多，为此选用高性价比的材料和结构。

3.结论

本文在检测与计算基础上，确定了供热用燃气热风炉设备间噪声源的特性和目标降噪量，采用了复合吸声结构为主体的治理方案。方案实施后，厂界噪声为44.3 DBA,完全达到了GB12348---2008和GB3096---2008规定的一类混合区标准，即昼间55DBA，夜间45 DBA。