某试制车间搅拌机电机噪声预测与降噪设计

李旦望 夏烨 丁建国 英基勇

摘  要：工业企业员工长期在噪音环境中工作，会感到情绪烦燥不安，影响工作质量，严重者甚至会造成听力不可逆损伤。为了研究某公司产品试制车间的环境噪声水平以及降噪需求，文章对其主要噪声源搅拌机电机的总声功率级和现场环境噪声总声压级进行了声学试验测量和数值模拟，并开展了校核工作。随后针对搅拌机电机的聲源特性提出了三种降噪设计方案。结果表明：可采用更换隔声效果更好的电机护罩，或者采用主要声源隔间隔离方法，以及房间特定位置处铺设吸声材料等方案来实现降噪设计。

关键词：搅拌机电机;噪声预测;声学试验;降噪设计

中图分类号：TM341        文献标志码：A        文章编号：2095-2945（2019）07-0013-05

Abstract： Employees of industrial enterprises will feel upset and upset when they work in a noisy environment for a long time， which will affect the quality of their work. In serious cases， it will even cause irreversible hearing impairment. In order to study the environmental noise level and the demand of noise reduction in the trial production workshop of a company， the acoustic test measurement and numerical simulation of the total sound power level of the main noise source mixer motor and the total sound pressure level of the field environmental noise are carried out in this paper. And the verification work is carried out. Then three kinds of noise reduction design schemes are put forward according to the sound source characteristics of mixer motor. The results show that the noise reduction design can be realized by replacing the motor shield with better sound insulation effect， adopting the isolation method of the main sound source compartment， and laying sound absorbing materials at the specific position of the room.

Keywords： agitator motor; acoustic prediction; acoustic test; noise reduction design

引言

工业企业产生的环境噪声分为企业车间内部噪声和企业边界噪声。企业员工长期在噪音环境中工作，会造成情绪烦燥不安，注意力无法集中，影响工作质量，降低劳动生产率[1-2]，严重者甚至会造成听力不可逆损伤。

本文针对某公司的产品试制车间，根据国家标准[3-4]以及其企业内部噪声标准规定要求，对该试制车间的主要噪声源和现场环境噪声进行数值模拟，并通过试验测量数据校核数值模拟结果，最后针对主要噪声源特性提出了降噪设计方案。

1 车间原始噪声水平评估

某产品试制车间尺寸为10.4米×9.7米×3.3米，室内主要物品包含1台容量30L的搅拌机，1台容量100L的搅拌机，以及配电控制柜，工人操作台等。其示意图如图1所示。

经过现场勘测，发现车间内主要噪声源为两台搅拌机下方的电机产生的电机噪声。

电机噪声主要有气动噪声、振动噪声、电磁噪声等。气动噪声主要是电机散热风扇产生的，与风扇叶片、转速、通风管道有关。振动噪声主要是由于共振，或转子不平衡量大产生。电磁噪声主要是由气隙磁场效果与定子铁芯的径向重量所发生的，它经过磁轭传播，使定子铁芯发生振动变形。其次是气隙磁场的切向重量，它与电磁转矩相反，使铁芯齿部分变形振动，当径向电磁力波与定子的固有频率接近时，就会引起共振，增强电磁噪声。

1.1 数值预测方法

本节采用室内声场分析软件，建立该产品试制车间的数值模拟模型，针对主要噪声源电机噪声，完成车间内环境声场的数值模拟。

1.2 声源获取

对于车间内的主要噪声源，两台搅拌机下方的电机，分别采用包络面扫描法和离散点法完成对主要声源声强的测量，作为后续环境声场评估的输入。

1.2.1 测试设备

采用如下经过标定的仪器系统进行噪声测量，见表1。

1.3 校核算例

本节以声强测量法获得的声源为输入，计算了30L搅拌机电机工作在转速2700rpm，搅拌桶内工质为80%体积的水，100L搅拌机电机不工作的工况下整个试制车间内的声场分布。

随后与试验测量的试制车间典型工位处的总声压级做对比，验证数值预测方法，并修正其计算精度，为后续其他工况下的声场计算做基准。

1.3.1 数值计算结果

（1）算例1：30L搅拌机电机工作（声源由包络面扫描法获得）

输入声源如表2。

具体计算时，将30L搅拌机设置为声源，100L搅拌机及车间内其他物品设置为障碍物，设置在高度1.7m平面计算声场分布，结果如图2所示。

（2）算例2：30L攪拌机电机工作（声源由离散点法获得）

本算例数值模拟时，将声源设置为两个体声源加一个面声源的形式，体声源为搅拌桶和电机，面声源为电机底面。具体输入声源情况如表3：

x1.3.2 校核算例试验测量结果

（1）典型工位观测点声场测量

根据车间工人操作习惯，选取7个典型工位为现场环境的声场测量点（与上节数值模拟选择的典型工位坐标一致），如图4所示。

（2）测量结果

表4给出了30L搅拌机电机工作在转速2700rpm，工质为80%体积的水，100L搅拌机不工作的工况下整个试制车间内的典型工位观测点的声场分布（将试验测得的A声级换算为总声压级[7-8]）。

（3）数值与试验误差修正

a. 包络面扫描法

将算例1数值模拟结果与表4的试验结果进行对比，如表5所示：

b. 离散点法

将算例2数值模拟结果与表4的试验结果进行对比，如表6所示。

1.4 典型工况的原始噪声水平评估

基于上节数值模拟结果与试验测量结果的修正建议，本节对典型工况下的车间内噪声水平开展评估。

1.4.1 算例3：100L搅拌机电机工作（声源离散点法）

本节将计算100L搅拌机电机工作在转速2000rpm，工质为50% base溶质，30L搅拌机电机不工作的工况下，试制车间内的声场分布。

输入声源如表7：

1.4.2 算例4：30L+100L搅拌机电机工作（声源包络面扫描法+离散点法）

本节将计算30L搅拌机电机工作在转速2700rpm，工质为80%水，100L搅拌机电机工作在转速2000rpm，工质为50% base溶质的工况下，试制车间内的声场分布。

由表10可知，基于30L搅拌机电机工作在转速2700rpm，工质为80%水，100L搅拌机电机工作在转速2000rpm，工质为体积50% bas溶质的声场分布数值模拟结果，进行误差修正，发现在该工况下，7个典型工位的总声压级（修正后）均大于84dB，噪声环境较恶劣，因此急需进行降噪工程。

2 搅拌电机降噪设计

2.1 方案一：30L搅拌机电机更换隔声效果更好的电机护罩

本节将对30L搅拌机电机在更换了隔声效果更好的电机护罩（电机部分总声功率级小10dB），在单独工作时的试制车间内声场分布情况进行计算，评估新的电机护罩对试制车间的整体降噪效果。

将30L搅拌机声源设置为两个体声源的形式，为搅拌桶和电机，如表11所示。

2.2 方案二：100L搅拌机电机更换隔声效果更好的电机护罩

本节将对100L搅拌机电机在更换了隔声效果更好的电机护罩（电机部分总声功率级小10dB），在单独工作时的试制车间内声场分布情况，评估新的电机护罩对试制车间的整体降噪效果。

将100L搅拌机声源设置为两个体声源的形式，为搅拌桶和电机，如表13所示。

2.3 方案三：30L搅拌机整体采用隔间隔离

本节将对30L搅拌机整体采用隔间隔声（整体总声功率级小8dB），在单独工作时的试制车间内声场分布情况，探索隔间隔离方案对试制车间的整体降噪效果。

通过方案三计算结果发现，将30L搅拌机整体采用隔间隔声，使得整体总声功率级小8dB后，试制车间内7个典型工位的总声压级较原始方案（算例1）的结果降低约8dB。

3 结束语

本文对某公司产品试制车间的主要噪声源声功率级和现场环境噪声进行试验测量和数值模拟，开展校核分析工作，并针对主要噪声源特性提出了三种降噪设计方案。结论如下：

（1）30L搅拌机通过更换隔声效果更好的电机护罩（电机部分总声功率级小10dB），计算发现在7个典型工位的降噪值约为5dB;

（2）100L搅拌机通过更换隔声效果更好的电机护罩（电机部分总声功率级小10dB），计算发现在7个典型工位的降噪值约为6dB;

（3）30L搅拌机整体在采用隔间隔离（整体的总声功率级小8dB）后，计算发现在7个典型工位的降噪值为约8dB。

综上所述，在工程实际允许的前提下，优先推荐在试制车间内对主要噪声源（搅拌机电机噪声）采用隔间隔离的方式进行降噪设计。

此外，通过声线计算发现，在采用上述几种降噪设计方案的基础上，可以在试制间墙壁、天花板和地面的特定位置处铺设吸声材料，也能达到一定的降噪效果。

参考文献：

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