金隆转炉送风机的噪声机理分析及治理

2013-10-29丁士文

铜业工程 2013年2期

丁士文

(铜陵有色集团金隆铜业有限公司，安徽铜陵 244000)

1 引言

金隆铜业公司动力风机房内二台转炉送风机是铜冶炼PS转炉系统重要设备(性能参数见表1)。送风机选用进口品牌风机，该型风机虽具有加工精度好、噪音低，压缩机马达、电气部件匹配度高等特点，但因功率大、流量高以及安装条件所限等原因，风机在实际运行时产生强烈噪音。由于在设计时降噪部分考虑不足，仅仅对风机送风管道进行保温隔声处理，降噪部分考虑不足，现场监测显示风机房内噪声平均值达到100dB(A)以上，局部超过110dB(A)，远高于国家规定的噪声限值85dB(A)，影响员工的身心健康，妨碍区域内员工间信息有效交流，因此对这二台送风机的噪声进行综合治理是十分必要的。

表1 金隆公司二台转炉送风机性能参数

2 风机噪声源的分析

送风机属于高噪声设备，一般噪声值在100dB(A)左右。送风机的噪声主要为空气动力性噪声、机械性噪声、管道振动噪声及电磁噪声等叠加而成[1]，具体如下:

(1)空气动力性噪声:由气流脉动噪声和涡流噪声共同作用、相互混杂的结果。其中以气流脉动噪声为主要噪声源，在宽频带上常常有一个或几个突出的峰值。

(2)机械性噪声:送风机的机械性噪声是由不平衡、机械碰撞摩擦以及结构共振产生的，并通过轴、轴承、壳体向空间传播。

(3)管道振动噪声:送风机运转时，由于输气管道内的空气摩擦振动及空气管道振动产生的噪声。

(4)电磁噪声:电磁噪声是由电动机产生的。电动机空隙中磁场脉动、定子与转子之间交变磁引力、磁致伸缩引起电机结构振动而产生噪声。电磁噪声的大小与电动机的功率和极数有关。电磁噪声与空气动力性噪声和机械声相比是较弱的。

我们对金隆公司转炉送风机现场噪声进行了实测，从获得的设备噪声数据分析得出，转炉送风机的噪声主要由三部分组成:

(1)进、出口管道辐射的空气动力性噪声;

(2)机械运动部件产生机械性噪声;

(3)驱动电动机噪声组成。

从送风机噪声频谱(见表2～表5)数据分析得出:

(1)送风机本体声压级由低频到高频逐渐降低，呈现为中高频强、频带宽、总声级高的特点。

(2)送风机进排气管道声压级由低频到高频逐渐升高，呈现为高频强、频带宽、总声级高的特点。

此外，由于风机房内各个不同机组同时运行时会因声音在室内多次反射形成室内混响噪声[2]，使噪声增加3－5 dB(A)，进一步恶化室内噪声环境。

3 转炉送风机噪声的治理方法

3.1 治理目标

根据《工业企业卫生设计标准》工人日接触噪声时间在8小时的前提下，工人接触噪声限值为85dB(A)。即在排除其他噪声源的影响下，风机治理后的噪声值不大于85 dB(A)。同时从投资经济性考虑，降噪设备降噪量控制在30 dB(A)。

3.2 风机噪声治理的方法

通常风机噪声治理方法有二条基本途径[3]:①在声源处控制:从治理角度讲，在声源处控制噪声是噪声控制中最根本和最有效的手段，研究发声机理，限制噪声的产生是最根本的措施，例如减少振动等。调整设备操作程序也是控制声源的一个方面，例如声源设备要在夜间停止操作等。②对传播途径的控制:传输途径中的控制方法是最常用的控制方法，因为设备安装完工后，再从声源上治理就受到局限了，但传播途径的处理却大有可为。隔声、吸声、消声等手段，均可使声音在传播过程中被削弱。

针对金隆转炉送风机特点只能在传播途径上来实施降噪措施，因为从声源上来降低噪声受到限制，现场设备已投入运行，且管线众多;从噪声的传播途径上来控制实施相对容易，效果更明显。故选用兼具吸声、隔声效果的隔声罩进行隔声控制。该隔声罩在满足降噪要求的前提下同时也要考虑以下要求:

(1)双开门、单开门的设置，方便人员进出点检及设备检修，开门开窗等设计需参考机房设备布置状况，避免出现结构上大的改动。

(2)送风机检修时，隔声罩可方便逐层拆除，亦可逐层恢复。

(3)通风散热的处理，满足设备正常运转的要求，特别是夏天高温季节。

(4)照明系统的设置，满足照明要求。

(5)管道穿越隔声罩墙体时密封的处理。

(6)隔声罩整体外观与厂房其他设备设施内相协调。

4 转炉送风机噪声实际治理措施

由于金隆转炉送风机噪声以频率较低、频带较宽的噪声为主，因此设计采用的隔声罩框架为钢结构体系，二台风机做成整体隔声罩，尺寸21m*7.2m*5.5m，并安装共振吸声墙体及屋面。(隔音罩现场安装平面图，见图1)

图1 隔音罩现场安装平面图

4.1 隔声罩的选用

隔声罩采用“外隔内吸”方式。

(1)隔声:通过对风机房的建筑原始结构及隔声量不能有效匹配的围护结构从声学角度予以必要的匹配。单层均质墙板在不同频率下的隔声量(dB)一般参照以下经验公式计算[4]:

R=16lgM+14lgf－29，式中 M为单层均质墙板面密度;f为频率。

100～3150Hz的平均隔声量(dB)一般参照以下经验公式计算:

R=16lgM+8，M≥200kg/m2;

R=13.5lgM+14，M ＜200kg/m2

(2)吸声:在噪声源周围设置了隔声围护结构的内侧壁面上做必要的吸声处理，不但可有效加强隔声围护结构的隔声量，而且可降低室内的混响声达3～8dB(A)，同时改善操作人员的操作环境，起到一定的劳动保护作用。

做吸声处理后的平均吸声降噪量一般参照下式计算

ΔLp=10lga2/a1

其中a2/a1分别为治理后与治理前的吸声系数

隔声罩的选用综合应用吸声、隔声、消声、隔振与阻尼技术，保证满足降噪要求。隔声罩的外壳由一层不透气的具有一定重量和刚性的金属材料制成，采用2～3毫米厚的镀锌钢板，铺上一层阻尼层。外壳附加阻尼层是为了避免发生板的吻合效应和板的低频共振。隔声罩的内侧附加带有空腔结构的吸声材料，以吸收声音并减弱空腔内的噪声，在这层吸声材料上覆一层穿孔护面板，其穿孔的面积约占护面面积的20～30%。在隔音罩和机器、隔音罩和基础之间，通常填以橡皮垫，以防止振动的传输。

隔声罩采用模块化设计，有利于送风机检修时，隔声罩可做到快速逐层拆除，检修后可快速逐层恢复;同时因送风机为顶抽芯，需抽芯检修，故此采用快速可拆卸式独立模块作为开启方式。同时模块固定于型钢卡槽内，既保证罩体强度，又提高了整体美观度，同时解决模块缝隙漏声的问题。模块与模块之间采用咬合搭接，内垫橡胶密封垫，以保障隔声量。

4.2 通风散热的选用

为保证隔声罩内设备散热要求，设计进排风系统，采用自然进风，强制排风的方式。二台转炉送风机功率分别为2100KW、2000KW，设备负荷工作效率按70%计算，散热量按照工作效率的10%计算，得到散热量Q=410KJ，隔声罩内风量按室内温升不超过6℃来计算，根据通风量的计算公式[5]:G=Q/[C(tp－tj)]，计算风量 G=45000m2/h;则送风机隔声罩内安装工业级低噪轴流排风机4台，单台风量12000m3/h。强制排风保证压缩机正常工作所需的温度条件。罩内新风系统为自然进风与强制排风相结合，保证罩内空气循环。

对所有的空气动力性噪声、隔声罩进风和排风的噪声统一采用消声治理措施，噪声源采取消声治理后，要求既要有适宜的消声量(即声学性能)，同时对风机的运行不能有明显的影响(即良好的空气动力性能)。消声器是一种既能使噪声得到有效的衰减又能保证气流正常通过的一种设备，如果消声器仅能满足消声要求，而不能满足设备工艺要求该消声器的设计是失败的。进排气消声器采用阻性消声原理进行设计，它主要由消声框架和消声叶片组成。消声框架由钢护面板、吸声材料和钢孔板组成，消声叶片采用对宽频噪声有良好消声性能的结构。进排气消声器安装在风机出气口处，进排气消声器安装时一端与吸隔声墙体连接，另一端通过支架与平台连接。

其中阻性消声器的消声量[6]参照以下经验公式计算

△L=φ(α0)P/S式中:φ(α0)—消声系数;

α0—正入射吸声系数;

P—消声器通道截面周长(m);

S—消声器通道截面面积(m);

l—消声器的有效长度(m)。

根据计算，4台轴流排风机设置在隔声罩屋顶，并加装 4台排气消声器，尺寸为1500mm*1500mm，高度1500mm;在隔声罩墙体开设进气口并加装进气消声器，开口尺寸2000mm*2000mm，消声器设计长度600mm，叶片厚度100mm，叶片间距100mm，进风口6处，消声片前段设计为斜口形式，以减少气流再生噪声。

4.3 隔声门、窗的选用

为便于日常点检及维护风机设备的需要，根据现场位置合理设置隔声门、窗。隔声门、窗是用途相当广泛的隔声构件，要遵循门窗与墙体的等透声量设计原则，

隔声窗的隔声效果主要取决于玻璃的厚度(或单位面积玻璃的重量)，其次是隔声窗结构，窗框之间、窗框与墙壁之间的密封程度。据经验:3mm厚的玻璃的隔声值为27dB，6mm厚的玻璃隔声值仅为30dB。因此采用两层以上玻璃中间胶片的方法，来提高玻璃窗的隔声效果。多层窗选用厚度不一样的玻璃板，以消除高频吻合效应影响。玻璃窗的密封要严，边缘处采用橡胶条或毛毡打压紧，这不仅可以起到密封作用，还能起到有效的阻尼作用，以减少玻璃板产生二次声辐射。隔声窗设置一扇，与门体一体成型，在门上预留槽口。

隔声门与隔声窗一样，需要注意门板的隔声量，保证隔声门板的面密度，同时也需要注意隔声门与门框的密封程度。因此采用不同声阻材料组合成多层复合结构门扇，同时防止面板的吻合效应出现在有效频率范围内使隔声量降低，改善门缝的密封措施，最大化改善门缝对隔声量的影响。在风机上下二层设置单、双开隔声门各一樘。