现代造纸机噪声特征及其标准值的探讨和应用

张国华　陈巧花　严国乔　张卫民

(1.全国轻工业机械标准化技术委员会秘书处,浙江杭州,310004；

2.轻工业杭州机电设计研究院,浙江杭州,310004)



现代造纸机噪声特征及其标准值的探讨和应用

张国华1陈巧花2严国乔1张卫民2

(1.全国轻工业机械标准化技术委员会秘书处,浙江杭州,310004；

2.轻工业杭州机电设计研究院,浙江杭州,310004)

摘要：从现代造纸机的噪声成分、分部噪声方面分析了造纸机的噪声特征；对2台造纸机的噪声实测值进行分析,对照噪声标准值及劳动防护要求,指出了现行造纸机噪声标准存在的问题；并提出噪声标准值在造纸机的噪声控制与防护措施方面的应用。

关键词：造纸机；噪声特征；噪声标准值；噪声控制与防护

Noise Characteristics of Modern Paper Machines and Application of Noise Standard Values

造纸机是具有众多机械传动构建的流程性成套设备。在生产车间中占据很大的空间,根据生产纸张的品种不同,造纸机长度有几十米,也有长上百米的；高度有10多米,甚至20多米的。造纸机具有多点动力输入带动机械构件的运动,有纸张和毛毯的运动、纸浆泵送的流体流动、真空系统抽吸引起的气流流动等,这些因素构成了造纸机噪声源的空间位置、频率分布和强度分布不同的特征。正确分析并合理确定造纸机的噪声标准值,可以为现代造纸机的设计制造提供一个科学的标准值，也可以为造纸企业工人的劳动防护提供评价依据。

1造纸机噪声特点

造纸机一般由网部、压榨部、干燥部和卷纸部等组成,图1所示为典型的造纸机各部示意图。正确认识造纸机产生噪声的特点,有助于从本质上降低噪声的产生。

1.1噪声源类别

造纸机的噪声主要有以下部分构成：

(1)空气动力性噪声：这种噪声是由于空气在流动过程中发生涡流、冲击或者压力突变引起的气流扰动而产生的。造纸机网部的真空吸水箱、真空伏辊,压榨部真空系统的空气、液体的流动以及网部白水落下网的撞击声,烘缸转动产生的气流等,都属于此类噪声。特别是造纸机网部的真空伏辊处的真空性噪声,是造纸机噪声的主要来源。

(2)机械性噪声：这种噪声主要是由于以下3方面引起：一是转动部件的质心和回转中心偏差造成的震动引起的噪声；二是结构配合尺寸之间可能存在的间隙,结构件在运动中有加速度存在时会造成结构件的冲击而产生噪声；三是结构件的刚性不足,在有激振源存在时可能产生的共振现象而引起的噪声。造纸机各传动部位如齿轮箱、转动轴承以及各部分刮刀装置摩擦发生的噪声。干燥部联动齿轮的传动造成的噪声。卷取部及传动装置发生的机械摩擦及振动等,都属于此类噪声。

图1　造纸机各部示意图

(3)电磁性噪声：在电机、电器元件盒设备中,由于电流或者磁场的变化,在其构件之间的空气隙中产生交变的电磁力,因而引起电枢、壳体和铁芯等有关构件的振动而辐射噪声。造纸机的传动绝大部分由电机驱动,功率几十千瓦,甚至几百千瓦,这些电动机的运转产生一定的电磁噪声。

1.2造纸机噪声特征

(1)频率分布

一般人耳能听到的频率范围为20～20000 Hz。噪声按声音的频率可分为<400 Hz的低频噪声,400～1000 Hz的中频噪声以及>1000 Hz的高频噪声。从造纸机的噪声源设备特征分析,造纸机的噪声以中频噪声为主,有研究表明,各传动辊与机械传动齿轮啮合频率在300～450 Hz之间,造纸机真空伏辊破真空的噪声频率在600～1300 Hz之间[1]。

(2)时间变化程度

噪声按时间变化的属性可以分为：周期噪声、脉冲噪声、缓变噪声、平稳噪声。由于造纸机噪声源的复杂性,造纸机产生的噪声也是多种的。一般来说,造纸机除了部分装置和单元存在开停外,造纸机的大部分单元都是一天24 h连续不间断运转的,因此,将造纸机的噪声看成是平稳噪声来研究有一定的实际应用意义。

1.3造纸机不同部位噪声特点

造纸机的各个部位实现的功能不同,所处的部位以及工作参数等存在很大的差异,因此产生的噪声也存在很大的不同。

(1)网部噪声

真空系统的噪声,如真空伏辊气流噪声；纸和网的运动及其运动件的高速运动引起的流动噪声；其他流动性噪声,如液体的流动以及网部白水落下网的撞击声。这部分主要是空气动力性噪声。

(2)压榨部噪声

真空压榨被广泛地使用在各种中速和高速造纸机上。高速抄纸时,毛毯和湿纸的水分被吸出之后,经过辊上眼孔,几乎来不及达到真空室中便转过真空吸水区,然后被辊子的离心力抛入白水盘。真空室的作用仅用来抽吸壳眼孔中的空气,辊壳越厚,抽吸空气的体积越多。所以,采用高强金属制成辊壳较薄的真空压辊,有利于提高压榨脱水效率。这部分主要是机械性噪声和空气动力性噪声的叠加。

(3)干燥部噪声

造纸的干燥部一般由多个烘缸组成,烘缸的高速旋转,由于温度比较高及热回收的需要,一般外面都带有热风罩。热风罩起到一部分的隔声作用。这部分噪声主要是机械性噪声。

(4)卷取部噪声

卷纸机是造纸机后的最后一部分。靠卷纸辊的自身质量及冷缸转动的摩擦力作用带动卷纸机下来的纸张进行均匀的缠卷。这部分噪声主要是机械噪声,在切换纸卷时会有些脉冲噪声。

1.42台造纸机的噪声数值实测

采用积分声级计对2台造纸机的各个部位噪声进行检测。声级计的型号为AWA5610C,以A计权声级为单位,测量范围为35～130 dB(A),频率范围20～12.5 kHz,符合2级声级计的要求。噪声的检测结果见表1。

表1　2台造纸机各分部噪声声压级检测结果

从表1可以看出,高速造纸机的噪声明显比低速造纸机的噪声高。同时,造纸机的不同分部的噪声存在很大的差异,而且由于车间墙壁没有做吸声处理,车间里面的混响噪声严重,不同分部存在很大的噪声干扰。

2造纸机噪声标准及劳动防护

2.1噪声标准值的探讨

按照现行的行业标准QB/T1627—1992长网多缸文化纸机[2]规定，造纸机在车速200 m/min以下运行时,噪声不得超过90 dB(A),在车速200 m/min以上运行时,噪声不得超过92 dB(A)(允许排除造纸机外造成的噪声因素)。标准还规定了噪声的试验方法,在操作侧外端,距离底轨1 m,离地面1.5 m高处选3点(真空伏辊、压榨辊、干燥部)进行测量,取其最大值。该标准适用于车速不高于600 m/min的长网多缸造纸机。其他如QB/T 1626—1992圆网文化纸机[3]、QB/T 1628—1992纸板机[4]等标准中关于噪声的规定都和长网多缸造纸机相似。

在GB/T 28386—2012印刷、纸加工、造纸机械和辅助设备的噪声测量方法 准确度等级2和3[5]标准中规定了用于确定工作位置和其他指定位置的发射声压级的测量点,所有传声器的位置处在距水平地面1.6 m的高度或者接近1.6 m的高度。该标准里噪声的测定方法和造纸机行业标准里的测定方法有一定的差异。

目前，现代大型造纸机的抄纸宽度可达10多米,工作车速达1000 m/min以上,造纸机的布局通常由几十米到上百米长,各分部的噪声值存在明显的差异,而这些标准已经不能适应现代大型造纸机的检测要求。

2.2劳动保护的相关规定和标准

噪声控制属于职业卫生和健康保护的范畴。西方先进国家主要在劳动保护方面的研究、相关法规条款的制定和应用方面做的都比较到位。美国国家职业安全和健康研究院 (NIOSH)疾病控制和预防中心(Centers for Disease Control and Prevention)研究的数据表明：在美国,每天有400万工人在“有害的噪声”环境中工作,每年有1000万人患不同程度的听力损失。2200万人处于“潜在的有害噪声”中工作。2008年,约200万美国工人的工作环境存在失聪的风险。2007年,约2.3万病例报告涉及职业性听力损失足以导致听力减退。

在职业健康领域,有个重要的概念是“噪声阈限值”(TLVs)，TLVs的含义是：指几乎所有劳动者反复接触不引起听力或正常语言理解力有害效应的声压级和接触持续时间[6]。美国工业卫生学家会议组织(American Conference of Industrial Hygienists (ACGIH)对TLVs的规定的比较详细,也是我国标准制定的重要参考值。符合劳动保护标准的噪声限制值的确定,就是基于TLVs的界限为依据的。

我国早期颁布的GBJ87—85工业企业噪声控制设计规范[7]规定：工业企业的生产车间和作业场所的工作地点的噪声限制值标准为90 dB(A),这是指每天连续接触噪声8 h的值,对于工人每天接触噪声不足8 h的场合,可根据实际接触噪声的时间,按接触时间减半噪声限制值增加3 dB的原则,确定其噪声限制值。上述标准已经由新版标准替代,替代标准为GB/T 50087—2013工业企业噪声控制设计规范[8],于2014年6月1日正式实施。该标准规定,生产车间的噪声限值是85 dB(A),同时规定了生产车间噪声限值为每周工作5天,每天工作8 h等效声级；对于每周工作5天,每天工作时间不足8 h,需计算8 h等效声级；对于每周工作日不是5天,需计算40 h等效声级[7]。简而言之,对于连续8 h的作业场所,新版标准比旧版标准降低了5 dB。

有研究表明,只有在80 dB(A)的条件下才能使人免遭耳聋的危害。但从技术和经济条件上考虑,很难实现这一标准。

除对听觉系统造成损伤外,噪声对人体的神经系统、心血管系统、消化系统及代谢功能都会产生一定的不良影响,噪声同时会影响人的工作效率。

在我国的建设项目职业病危害风险分类管理目录(2012版)[9]内将纸浆制造划分为“严重”类,将造纸和纸制品业中的造纸行业的职业病危险分类划分为“较重”类。企业应做好职业病防护设施,并按照规定建立职业病防护管理制度,接受安全生产监督管理部门的监督管理。

根据GBZ/T 229.4—2012工作场所职业病危害作业分级 第4部分：噪声[10]中表2噪声作业分级的规定。

表2　噪声作业分级

对照表2可以看出,造纸机的噪声已经达到了Ⅲ级重度危害的程度,有些造纸机的噪声超过了100 dB(A)[11],达到了Ⅳ级极重危害的程度。同时,标准中对各级分级的情况下的作业对劳动者的听力产生的不良影响,以及企业应该采取的措施都做了对应的规定。

对照表2所列的标准,表1的两台造纸机的噪声分级的危害程度分别属于中度危害和重度危害。企业应该采取相应的整改措施降低工作场所的噪声水平,或降低劳动者噪声接触时间。

3造纸机噪声控制与防护

在我国,噪声的控制与防护技术进步很快,尤其是隔音技术伴随新型材料的应用迅速提高,这些进步不局限于某个行业，同样在造纸机的噪声控制上得到运用。但大多数造纸企业对造纸机的车间隔音处理的认识不够,普遍存在造纸车间噪声超标现象,却缺乏解决方法。因此,正确认识造纸车间的噪声特征,并且足够地加以重视,是一件迫切的重要任务。

造纸机噪声控制与防护的主要途径有3个方面：

(1)控制噪声源。首先应选用低噪声的工艺和设备,比如改进真空伏辊的结构,可以降低真空伏辊破真空的噪声,选用低噪声的电机和变速箱等,可以有效降低传动带来的机械噪声。解决这方面的问题,需要在设计、制造、安装、使用和维护等环节分别采取措施。

(2)对环境采取措施。在传播途径上降低噪声,可采用传统的噪声控制工程方法,比如吸声、隔声、消声、隔振、阻尼降噪等方法。由于造纸工艺以及车间布置的特点,造纸机的噪声是各种噪声混合的结果,因此噪声的治理需要统筹考虑。例如,整个车间内墙采取降噪处理,采取吸音材料进行内装修,降低车间混响程度,可以将整个区域内的噪声水平大大降低。此外,将噪声大的真空单元进行单独隔离等。这样既可以降低气流噪声和机械性噪声,同时还可以降低造纸机的混响噪声。车间采用吸音降噪技术,一般情况下可以降低5～10 dB(A)噪声水平,采用吸音材料和合适的结构时,噪声水平甚至能够降低多达15 dB(A)。

(3)接收者防护。劳动者可以采取佩戴护耳器,如耳塞、耳罩、防声盔等,或者减少在噪声环境中的作业时间。对噪声较敏感的工人,可适当进行工作岗位的调整。

因此,对于造纸机的噪声控制而言,在经济条件许可和技术水平可行的情况下,应先考虑采取降低噪声的工程措施,在控制噪声源和传播途径上降低噪声,而在采取了一定的降噪措施后,噪声仍未能降到85 dB(A)以下时,应考虑使用个人防护的办法来解决噪声问题。

另一方面,造纸机的设备制造商在关注设备的工艺性能外,还应该在设备的节能降耗以及减振降噪[12]方面进行技术上的改进,造纸企业在管理造纸机的噪声及提高劳动防护方面还有很大的提升空间。

4结语

造纸机的噪声标准值的制定,需要根据机器本身的特点进行分析,给出较为科学的数据,不必局限于用单一数值来表征机器的噪声水平。用分部给出噪声水平的方法,对于提高现代造纸机的设计、制造水平,促进技术进步都有着重要的意义。此外,结合职业卫生与健康防护标准的要求,正确指导生产企业合理制定工人具体工作岗位的工作制,也有着切实可行的意义。科学合理制定造纸机的噪声标准值,既满足造纸机的装备制造业技术进步的需要,同时为国内造纸企业的劳动防护等方面提供依据。

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[10]GBZ/T 229.4—2012 Classification of occupational hazards at workplaces—Part 4: Occupational exposure to noise[S].

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(责任编辑：马忻)·可视化技术·

ZHANG Guo-hua1,*CHEN Qiao-hua2YAN Guo-qiao1ZHANG Wei-min2

(1.NationalTechniacalCommitteeSecretariatonLightIndustrialMachineryofStandardizationAdministrationofChina,

Hangzhou,ZhejiangProvince,310004; 2.HangzhouProject&ResearchInstituteofElectro-mechanical

EngineeringofLightIndustry,Hangzhou,ZhejiangProvince, 310004)

(*E-mail: zhanggh2002@163.com)

Abstract：In this paper, the noise characteristics of modern paper machine in terms of noise components and segment noise were analyzed, and the noise values measured from two paper machines were discussed, refered to the noise standard value and labor protection requirement, the problems existing in the current paper machine noise standard were pointed out. Finally the noise standard value applications in paper machine noise control and protection were proposed.

Key words：paper machine; noise characteristics; noise standard value; noise control and protection

收稿日期：2014- 09- 17(修改稿)

中图分类号：TS734

文献标识码：A

文章编号：0254- 508X(2015)03- 0060- 04

作者简介：张国华先生,高级工程师；主要从事轻工机械标准化工作。