| 导读：本文逐项评述了10类广泛使用的工业设备噪声源产生噪声的机理、控制方法、目前所达到的水平以及存在的问题。 1、风机噪声及其控制技术 风机噪声的频谱是复合谱，是叶片通过频率与宽带空气动力性噪声成分的迭加。叶片通过频率由下式确定： fn=Nbn/60 Hz 式中：B----叶片数 N----通风机的转数，转/分 n----谐音序数：n=1(基频)，n=2(第二谐音) 风机噪声的声级，不仅与其风机的结构形式有关，而且还同其工作状态(由全压和风量决定)有关。不同系列、不同型号的风机，其声级是不一样的。同一风机，在不同工况下，其声级也是不同的。风机工作在最高效率点时，声级往往取量低值。 为了更好表征风机的噪声性能，出现了比A级这个概念。比A声级是指通风机在单位流量(1米/分)和单位全压(1毫米水柱)下所产生的A声级。。同一风机在不同工况下的比A声级是不同的。在最高效率点上，比A声级取量低值。不同系列的风机在额定工况下的比A声级表征了该系列风机噪声级的高低和产品质量的优劣。所以目前国内外多采用比A声级作为风机噪声的限值指标。同一系列不同型号的风机，其比A声级大体相近。风机加工精度愈高，气动性能愈好，比A声级愈低。 一般来说，前向叶片离心风机，其比A声级低于2dBA;后向板型叶片离心通风机，低于30dBA机翼型叶片离心风机，低于25dBA;轴流通风机，低于38bBA。在不同工况下，通风机噪声的声级由下式确定： La=Lsa+10Lg QP dBA 式中:La----风机进气口(或出气口)的A声级,dBA; Lsa----风机进气口(或出气口)的比A声级,dBA; Q----风量,米3/分; P----风机全压,毫米水柱. 控制风机噪声的常用方法是在风机的进、出口处安装阻性消声器。对于有更高降噪要求的场合，可以采用消声隔声箱，并在机组与地基之间安置减震器。采取上述方法，一般可获得明显的降噪效果。 加装消声器的离心式风机 国内现已有许多噪声控制设备厂，可提供各类风机的消声噪器、消声隔声箱及减震器。风机的噪声问题，从技术上来讲，在我国基本上已可得到有效的控制，而且低噪声风机也已开始出现。但是，对于有特殊要求的风机消声器，如要求防水、防潮、耐高温或防尘等，尚有许多研究工作值得开展。 2、空压机噪声及其控制技术 空压机也是量大面广的通用机械产品，广泛应用于机械、矿山、冶金、化工及建筑等部门。它产生的噪声级高，影响面宽，也已成为危害工人健康和污染环境的重要噪声源之一。从生产制造部门来说，解决空压机噪声问题可进一步提高产品质量和竞争能力，从使用部门来讲，解决空压机噪声问题，可大大有助于改善环境和减少工人受噪声的危害。 空压机噪声需要控制，而且现在国内也已有较成熟的办法来控制它。 空压机的噪声是由气流噪声(主要通过进、排气口向外辐射)、机械运动部件撞击、磨擦产生的机械性噪声以及包括电动机或些油机所产生的噪声组成。 一般固定用的容积式压缩机，周期性的进、排气所引起的空气动力噪声是整机噪声的主要成分。这种噪声一般比机械噪声高水平5∽10dBA。对于往复式压缩机(容积式)。由于转速较低，整机噪声一般是低频性;对于螺杆式压缩机(容积式)，转速较高，整机噪声一般是呈中、高频性;而由柴油机驱动的移动式压缩机，柴油机的噪声则是主要噪声源，其噪声一般为低、中频性，而且它的噪声级远远超过压缩机本身的噪声。 在我国，移动式以排量6、9、12米3/分和固定式L型10、20、40米3分六种产品在各厂矿企业得到广泛的应用。因此考虑解决这六种产品的噪声问题，将在相当程度上解决了空压机的噪声问题。当然，在这六种产品上施用的有效噪声控制措施，也完全适用于其它排量的空压机，并且同样可取得满意的效果。 未加降噪措施，固定L型往复式空压机(排量10、20、40米3/分)，离机组1米处，噪声级为88∽95dBA;螺杆式空压机(排量10、20米3/分)，离机组1米处，噪声级为95∽105dBA;移动式空压机(排量6、9、12米3/分)，离机组1米处，噪声平均为100∽105dBA。 隔声罩与消声器对空压机噪声的降低将起到显著的作用。当然，对振动较突出的机组，还应采取隔振措施。 空压机隔声罩 对10、20、40米3/分的L型固定往复式空压机，在进气口未采用消声器时，进气口辐射的噪声在整机噪声中占主要地位。在进气口安装适当的消声器后，整机噪声一般可降到90dBA，甚至于85dBA以下(1米距离)。如果进一步降低噪声，需要在空压机上复盖隔声罩，方能获得整机噪声的大幅度降低。对10、20米3/分的螺杆式空压机，在目前情况下，只有采用带进、排气口消声器的隔声罩，才有希望将组噪声降到85dBA以下(1米距离)。 对6、9、12米3/分的移动式空压机，其主要噪声源是驱动机----柴油机的排气噪声以及柴油机壳体辐射的噪声。些油机的振动也是一个比较严惩的问题。解决的办法：主要是在柴油机排气口采用适当的排气消声器，在压缩机进气口安装进气消声器，在柴油机和压缩机座下安装适当的减振装置以及整个机组采用隔声罩才能使机组的噪声降到85dBA以下。 正确设计或选用适当的消声器和隔声罩，是降低现有空压机噪声的关键问题。国内现已有不少噪声控制设备厂家，可提供有效的低频性和低中频性，因此采用搞性消声器较为合理。国内现已出现一种结合扩张室抗性消声器原理制成的文氏消声器，对于控制L型或V型空压机的进气噪声，都有较突出的效果。这种消声器，不但消声值高，而且具有阻损低、结构简单、使用方便等优点。 3、电机噪声及其控制 电机(包括发电机和电动机)是工农业生产中量大面广的动力设备，据调查，目前国产的中小型电机噪声多在90∽100dBA之间，大型电机噪声均高达100dBA以上，声能分布在125∽500HZ之间(个别出现在1000HZ)。其噪声特性为低、中频性。 电机的噪声可粗略地分为两大部分：一部分是由机械振动引起的，其能量与所辐射的声功率直接与电功率有关;另一部分则是空气动力性噪声，它直接与气流的线速度有关，而线速度则与电机的转速相关，此外，通风噪声也不容忽视。 电机的主要降噪措施有三种： 1) 装置隔声罩 如局部隔声罩、箱式隔声罩、组装式隔声罩。 2) 改变电机冷却风扇结构 改变叶片和风叶直径，叶片数量由多变少。 3) 安装消声器 电机进出口消声器，尾部轴向进风消声器。 目前国内应用较为广泛的降噪措施是加设隔声罩或隔声罩配装消声器。电机根据其功率可分为大、中、小三个类型。根据其类型结构不同，采用的降噪措施也不尽相同。 4、柴油机噪声及其控制 柴油机噪声可分为空气动力性噪声、燃烧噪声和机械噪声三部分。 空气动力性噪声分为排气、进气和风扇噪声，其中以排气噪声为主。距离排气口0.5米处声级可达115∽128dBA。 燃烧噪声的产生机理主要是由于气缸内的压力突变，通过缸体、机体、缸盖，辐射到空间，直喷燃烧室的燃烧噪声常成为柴油机的主要声源。 机械噪声则主要是曲轴、连杆、齿轮等构件的活动部部分相互碰撞和磨擦产生。 一般来说，中、小型功率的柴油机(功率不大于1176KW)的噪声级在105∽120dBA。 不同类型的柴油机，主声源不同，降噪措施也不一样。 常用的降噪措施有以下几种： 对于空气动力性噪声，采用消声器最为有效。目前，大批的新式消声器已逐步取代了旧式简单的消声器。我国已生产多种系列的柴油机消声器，供不同型号的柴油机选用。 另外，进气消声器可以与滤清器复合一体，组成既能滤清空气又有消声效果的复合消声器;排气消声器也可以设计成为既能消声，又能净化废气的形式，开拓了消声器的功能。 由于直喷燃烧室是燃烧噪声的主声源，所以现在已开发出新型的非直喷式燃烧室。另外，改变喷嘴的提前角等措施也取得了很好的效果。 噪声的大小与缸径的4次方成正比，与转速3。4∽5。1次方成正比。因此，机械噪声的控制，应在设计阶段就采取措施。比如缩小缸径，提高行程缸径比，降低标定转速，研制低噪声柴油机。 低噪声柴油机 此外，在一定程度上减少壳的表面振动也能收到一定的效果，比如采用高阻尼材料、壳上加筋等。对于齿轮噪声，一方面，从齿轮的材料上做文章，用高分子齿轮代替钢制齿轮。另一方面，在齿轮的形状、啮合和精度上下工夫，也能降低噪声。其中高分子齿轮，已在单缸柴油机上试用，效果比较好。在广大科研工作者的努力下，一批低噪声柴油机正在不断推出。 大型柴油机的噪声控制工作，我国尚缺乏深入的研究。 目前，我国中小型柴油机噪声控制的研究工作，已达到国际八十年代先进水平。 各级管理部门非常重视柴油机的噪声问题，我国柴油机噪声表标准(GBn259—86：中小型柴油机的噪声限值;机电部部标JB/NQ51—87：中小型柴油机质量分等标准)，对柴油机噪声控制工作起到了积极推动作用。 5、织机噪声及控制现状 据1987年统计，纺织业的企业数量，职工人数和工业产值分别占纺织工业的62。5%66。9%和83。5%。可以说，纺织业是纺织工业的主体。 棉纺行业的企业数量，职工人数和工业产值分别为纺织业的51。1%，63。2%和63。6%。 纺织业的噪声污染是很严重的，突出的是织布车间，声级一般均在102-105之间。 各织布车间噪声频谱相似，频带较宽，专用能主要分布在1000-4000HZ。 织面噪声主要是由撞击和磨擦产生。占全部织机98。7%的有梭织机中，80%左右的零件产生撞击和磨擦。主要在投梭，打纬，开口，卷取，送经，动力等系统。 1) 从声源上治理，对打梭棒，三十六牙轮，梭子，皮带结带主要发声部件进行处理。便如用尼龙梭子代替木梭子，用尼龙三十六牙轮代替铸钢齿轮，用复合丁腈阻尼皮结代替原来的丁腈皮结，使噪声得到降低。另外，在一些部件外包镶阻尼层，或降低织机运行速度，安装缓冲装置，也可获得进一步的降噪效果。 尼龙梭子 对于单机降噪，因内不少单位已取得一定的经验，最高单机可降10dBA。2) 在声传播途径方面的控制，主要有以下几种： a. 局部罩 这种方法或多或少地影响作业，坚持采用的不多。 b. 吸声屏 织布车间大，机多人多，所余空间少，所以这种方法不太实用。 c. 吸声吊顶，柱壁吸声，空间吸声体 这种方法可以减少反射声，而且占据的空间少，一般能得到5dBA的降噪效果，在一些车间得到应用。但由于投资较多，在我国全面铺开，有一定的困难。 d. 隔振 我国南方织机上楼，为防止固体声传播，需要采取隔振措施。一般在机台与地板间用橡胶减振垫，也有的对楼板本身就使用了减振材料。 3) 个人防护 织布车间机多人多，采取个人防护措施是比较合理的。 国内目前已有质量性能均好的护耳器供选取购。但还应进一步丰富护耳器的品种，提高舒适性，经济性。 总之，为了有效控制织机噪声的危害，一方面，应推广应用尼龙梭子和尼龙三十六牙轮，继续研制低噪声织机。同时更应在纺织系统，应制定，推行听力保护计划，鼓励工人佩戴护耳器，并指导工人正确选择和使用护耳器。 6、冲床噪声的控制现状 冲床是工业生产中常见的机械设备，加工方式为借助于冲头的动能冲栽零件，负荷运转噪声多在90dBA以上。我国冲床车间噪声一般高达90-110dBA，给设备操作者和车间其他人员造成极大的危害，对环境亦有影响。 在机械设备中，冲床噪声很突出。工业发达国家对冲床噪声的研究，治理和控制开展较早，我国此项工作的开展是在七十年代末期。降低冲床噪声时，要考虑加工质量，生产率，操作方便和降噪费用等诸多因素。可以说冲床噪声控制显得既迫切而又艰巨。 1) 冲床噪声的产生 冲床负荷运转时产生强列的噪声。冲头与工件，打料杆与工件，卸料板与板料间和撞击，以及在冲裁和剪切过程中形成的冲剪噪声等，都是冲床噪声的主要来源。 a. 撞击噪声 撞击噪声是冲床噪声的主要组成部分。当冲头冲裁板料时，与板料发生撞击，产生撞击噪声。撞击噪声可分为加速度噪声和自鸣噪声。冲头冲击坯料时，受到阻力而突然停止所产生的噪声称为加速度噪声。被冲击的坯料，由于受击而发生振动，这一振动发出的声音叫自鸣噪声。 b. 冲剪噪声 冲剪过程中，材料因剪切而断裂，由此导致冲头突然卸荷，所形成的声音称为冲剪噪声。冲床被激励产生振动，并引起机身和声辐射和地面振动。 c. 传动件间隙引起的噪声 冲床各连接件间存在有配合间隙，在冲击力作用下，引起轴系的反冲、零件受激励振动，引起声辐射而形成的噪声。 2) 冲床噪声控制措施 a. 声源降噪 (i) 冲床本身降噪 冲床降噪的根本措施在于声源控制。英国的理查兹(Richards)把撞击噪声方面的理论研究应用到冲床上，可使噪声下降30dBA。其基本理论是，加速度噪声等于锤子运动时所带动的等体积的空气所具有的动能的一半。cto/vo从1增加到10，噪声级约可降低30dBA，c是声速，to是锤子运动停止的时间。Vo是锤子冲击坯料时的运动速度。用其它方法，这样大幅度降噪是很难实现的。 七十年代末期，国际上出现了新型液压伺服冲床，冲头能按预定的运动规律工作，使冲床噪声大降低。 冲床各传动件间存在必不可少的配合间隙，减少间隙和防止轴系反冲的结构形式已有应用，如曲轴连杆减缓反冲装置等。 改革现有传统的工艺设计，对于出厂冲床并非易事，根本途径在于改革冲床的冲击过程。冲床降噪的技术措施有许多尚在试验研究阶段，完全成熟及全面推广还需很长时期，因而现阶段还应考虑其它技术措施。 (ii) 降低模具噪声 冲模设计者往往忽略对噪声的考虑。合理地选择凹凸模的配合间隙，能实现降噪5dBA，改变凸的几何形状，用阶梯模、斜刃模代替平口模，亦能降噪5-10dBA左右。但由于工件的几何开头有时很复杂，给模具加工带来一定的困难。此外还有在模具中增加缓冲器及降低卸件噪声等措施 b. 传播途径噪声控制 控制冲床噪声对人体的危害，在传播途径上采取控制措施，技术革新上比较成熟，并可取得一定效果。 (i) 吸声降噪 吸声的目的是减弱车间内反射声，一般可降噪6dBA左右的降噪效果。 (ii) 局部隔声 采用加吸声的隔声屏、模具区域隔声罩，能有8dBA左右的降噪效果。 (iii) 全封闭隔声罩 全封闭隔声罩能有20dBA左右的降噪效果。罩体可作成拼装式，一般占地面积较大。 全封闭冲压车间 传播途径中控制冲床噪声虽是消极的治理方法，但由于简便易行，并能收到较好的降噪效果，因而较多被采用。应用时应注意操作、维修等问题。机床本身噪声问题虽不能马上获得解决，但冲床使用单位还是有许多可用的控制措施。解决冲床噪声的危害并不是很难的事，关键还是看领导部门的重视程度。 7、圆锯机噪声及控制 圆锯产生的噪声高频成份较多，峰值频率在4000HZ左右，噪声级高达100dBA以上，严重危害工人的听力，是诱发事故造成木工工人断指的主要原因圆锯机的噪声主要是由高速旋转的锯片产生的，即空气动力性噪声和锯片振动噪声，同时也包括机械噪声，以及这三者之间相互交叉综合作用而产生的共振噪声。空气动力性噪声主要包括齿尖噪声，排气噪声及涡流噪声三个方面。每当涡流分离的频率与锯片的固有频率相一致时，就产生共振而发出尖叫声，这时的噪声最强。 带消声槽的锯片 对于锯片的噪声治理，我国自八十年代以来对此进行了较系统的研究，搞清了锯片噪声的发声机理，并提出了相应的控制措施，且得到了显著的效果。一些研究人员对锯片进行了振型的分析，在锯片上粘贴阻尼片以降低锯片的振动。对圆锯的空气动力性噪声进行控制，在锯片周围，设计安装一组“制流板”，有效地在齿缘界面内抑制均匀分离层的出现，改善了涡流分离层压力分布，抑制了涡 流，使尖叫声消失。调整锯片使其有一个合理的切削速度，在尽可能的条件下降低噪声。圆锯整机的噪声级与锯削速度的三次方成正此，锯削速度以50m/s为好。在锯片外缘沿槽方向上加工数条均匀的消声槽也可获得部分地降低噪声的效果。在我国某些单位已实现低噪声木材加工区。8、球磨机噪声 球磨机在工业生产中得到了广泛的应用，如在化工、电力、建材等到行业普遍存在，是原料粉碎不可缺少的设备。但由于球磨机在运转过程中产生强烈的噪声，其噪声级通常在105-115dBA之间，对于工作人员、检修人员的危害以及对环境的污染都是相当严重的。因此，球磨机是目前最主要的噪声污染源之一。 球磨机的噪声主要由以下两部分组成： 1) 筒体产生的噪声 这主要是在筒体转动时，钢球与钢球、钢球与钢质筒体之间的相互撞击而产生的机械噪声，通过筒体向外辐射的噪声级可达115dBA以上，噪声频带较宽。 2) 电机和传动机械产生的噪声 这主要是电机运转产生的电磁噪声，风扇产生的气流噪声等。电机噪声与电机功率及转速成正比，其噪声级一般为90dBA-115dBA。传动机械噪声主要是由于齿轮之间相互碰撞和零部件之间的相互磨擦而产生的。 目前，国内在球磨机噪声治理方面所采用的方法大致有如下三种： 1) 阻尼隔声层包扎 主要是用组尼隔声材料将球磨机的筒体包裹起来，从而降低筒体噪声。此方法一般能降低5-10dBA，效果不甚理想。 2) 隔声罩 就是用隔声罩将球磨机的筒体部分封闭起来，阻隔了噪声的外传途径，从而降低了筒体的辐射噪声。这种方法比较有效，通常降噪值可达到20dBA左右。但安装隔声罩后，使得检修和运行工作变得困难。同时由于电机和传动机械封闭在隔声罩内，因而造成设备的通风，散热困难，检查、维护工作也非常不便。 球磨机隔声罩的应用方式 3) 橡胶衬板代替锰钢衬板筒体内衬由原来的锰钢衬板改为橡胶衬板，可双大大降低钢球与筒体之间撞击噪声，降噪值为12-15dBA，效果明显，但仍然存在着像胶衬板的使用寿命问题。 由此可以看出，上述三种方法中，后两种方法的降噪效果较好，在一定程度上对工人的健康起到了保护作用，降低了噪声对环境的污染程度。但问题还是存在的，如散热、通风、检修、衬板使用寿命问题，还有待于今后进一步研究解决。 9、高压放空排气噪声及控制 高压放空排气噪声是排气喷流噪声的一种。排气喷流噪声的特点是声级高频带宽，传播远。排气喷流噪声是由高速气流冲击和剪切周围静止的空气，引起剧烈的气体扰动而产生的。 在喷口附近(在喷口直径D的4-5倍范围内)，气流继续保持喷口处的流速成前进。这个区域叫直流区。在这个区域内，存在着一个射流核心，在核心周围，射流与卷吸进来的气体激烈混合，辐射的噪声是高频性的。 在喷口稍远的地方(约5D-15D)为混合区，在这个区域里，气流与周围大气之间进行激烈地混合，引起急剧的气体扰动，射流宽度逐渐扩展，产生的噪声最强。 在离喷口更远的地方(15D以外)，称为涡流区，在这个区域里，气流宽度很大，速度逐渐降低以至消失，形成涡流的强度反复地减小，产生的噪声是低频性的。 Lighthill首先分析了喷注气流均匀，中间无障碍物即喷注中只有四极子声源的情况，得到湍流噪声功率与流速成八次方的定律。 对于阻塞喷注，试验证明，气室压力超过临界条件继续增加时，虽然喷注速度保持局部声速成不变，但噪声仍要增大。马大猷教授等得到喷注湍流噪声的声功率W与注点压力P1的经验公式为： W=KP(P1-P2)4D/(P-0.5PO)PO2 在喷注90方向上，离喷口1M处的声压级 L为： LP=80+20lg(P1-PO)/(P1-0.5PO)PO+20lgD dBA 式中：P1---注点压力 D----喷口直径 PO----环境大气压 这公式说明书了在阻塞情况下，虽然喷注速度不再增加，但随着压力的增加，噪声功率也随之增加。 高压放空噪声的控制方法是在排气管上安装消声器。按消声原理设计结构分，排气放空消声器可分为四大类。 1) 扩容降速型消声器 这种消声器的原理是利用较大的体积容腔，扩容降压，降低排口流速。由于在亚声速情况下，喷流噪声的强度与流速成的八次方成正比，所以在流量保持恒定的情况下，逐渐扩大容腔和增大排口截面可以降低喷流速度，从而降低噪声。 2) 节流降压型消声器 在阻塞情况下，由于排气噪声的强度随着压力的增加而加大，节流降压型消声器就是利用节流降压原理，把一个大压降，分散到若十个局部结构承担，变成许多小的压降，从而降低噪声。 3) 小孔喷注型消声器 喷流噪声的峰值频率与排口直径成反比，因此，如果使排口辐射的噪声能量从低频移动高频，于是低频噪声被降低，高频噪声增高。如果孔径小到一定值(如达毫米级)，喷流噪声的能量将移到人耳不敏感的高频范围。 小孔消声器 4) 多孔材料扩散消声器利用烧结金属，烧结塑料，多孔陶瓷等控制排气喷流噪声，这些材料有大量的微小孔隙(达丝米级)，可以透气和渗水。用这类材料制成的消声器称之为多孔材料扩散消声器，利用多孔材料的透气性，使排气流被滤成无数个小的气流，气流的压力被大大降低，流速成也被扩散减少。从而，辐射的噪声强度也就大大减弱。 我国自七十年代末以来，在排气放空噪声的机理和控制技术方面，进行了大量首创性的研究和实际应用工作，提出了阻塞情况下，降低排气噪声的理论，并把这些理论付之实际，得到很好的效果，根据四种消声原理设计的复合式消声器，如节流降压与小孔喷注复合消声器，节流与扩容式复合消声器等，对我国排气喷流噪声的控制起到了积极的推动作用。这方面的有些成果已超过了目前国际水平。 10、风动凿岩机噪声 风动凿岩机噪声在井下达120dBA，甚至更高，对操作工人的危害很好严重。其噪声频谱较宽，但主要呈中低频性。主要噪声源是： a. 排气噪声 b. 活塞撞击纤尾和纤头撞击岩石产生的机械性撞击噪声 c. 风动凿岩机零部件的撞击、磨擦以及机件振动所产生的机件性噪声其中以排气噪声为主要成为。 解决风动凿岩机噪声的途径在于研制高效的排气消声器，并对机件性噪声采取有效的减振阻尼措施。对多机凿岩台车，应设隔声操作室。 对高效排气消声的要求是： a. 消声器的消声值在20dBA以上; b. 体积小; c. 背压低; d. 不产生结冰现象; 国内有不少单位在研究能满足这些要求的消声器，可惜目前尚未获得满意的结果。风动凿岩机噪声问题到今仍基本上没有得到解决，许多研究工作值得深入下去。 本文摘录自《劳动保护科学技术》1993年第3期《十大工业噪声源控制技术评述》一文，参加撰写本文的有吴卫彬、刘耀懦、吴宏伟、肖健中、钱昌俭、胡平等 |
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