冷卻塔的噪聲控制分析

李岳劍 趙 鵬

（江西省電力設(shè)計院發(fā)電部水工組，江西 南昌 330096）

1 前言。人們長時間處于噪聲刺激中，可導(dǎo)致聽覺、神經(jīng)系統(tǒng)、心肺功能等不同程度地受到損害。近年來，隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，各種建筑設(shè)備的噪聲擾民問題逐漸凸顯，特別是冷卻塔因其安裝位置一般距離居民區(qū)較近而成為投訴最多的噪聲源之一。遺憾的是，目前冷卻塔的降噪措施并非行之有效，如聲屏障對于低頻波的繞射無能為力，隔聲罩會阻礙氣流流動導(dǎo)致熱濕交換不良，對寬頻噪聲吸聲效果差等，這使得冷卻塔的噪聲控制受到人們的重視。

本文根據(jù)實際測量數(shù)據(jù)分析冷卻塔的噪聲來源、聲場分布和頻帶特性，制定相應(yīng)的吸聲、隔聲和消聲的綜合降噪方案，同時考慮現(xiàn)場實際情況，所有降噪設(shè)施都進行了防塵、防潮處理并滿足設(shè)備相應(yīng)的風量和溫度要求。

2 冷卻塔噪聲特性分析。開式冷卻塔是空調(diào)系統(tǒng)常用的冷卻設(shè)備。當冷卻塔循環(huán)水通過旋轉(zhuǎn)的噴淋管噴出，通過填料層自上而下滴落時，安裝在冷卻塔上部的風機將空氣由下而上逆向抽出，空氣和水直接接觸，靠水的蒸發(fā)吸熱達到降溫冷卻的目的。

冷卻塔的噪聲源主要包括風機的空氣動力噪聲、機械噪聲和落水噪聲。該工程的冷卻塔噪聲源主要有如下特點：

1 )距離軸流風機管口 (風機出口處)1m處的A聲級噪聲值達到91dB，這是由于空氣在冷卻塔頂導(dǎo)流管內(nèi)產(chǎn)生湍流和摩擦，激發(fā)的壓力擾動產(chǎn)生噪聲，同時槳葉與空氣作用產(chǎn)生振動向外輻射噪聲。因此初步判定風機的空氣動力噪聲是主要聲源。

2 )風機的機械噪聲主要是由于風機旋轉(zhuǎn)部件的不平衡導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生振動從而引起塔體表面輻射噪聲。由于風機支架與塔體之間安裝了減振器，機械噪聲不是主要因素。

3 )冷卻塔的循環(huán)水經(jīng)填料層自由下落到落水槽所產(chǎn)生沖擊噪聲的強度與落水速度的平方成正比。測量的結(jié)果表明落水的A聲級噪聲達到了73dB，這屬于冷卻塔需治理的噪聲源之一。

3 降噪方案。根據(jù)噪聲來源、聲場分布和頻帶特性，提出如下降噪方案：1)在軸流風機出風口設(shè)置阻性消聲器，有效阻止噪聲能量的傳播；2)為保證冷卻塔的散熱，不能對其進行封閉式隔聲處理，為此設(shè)置組合式聲屏障來阻止下部噪聲能量的傳播；3)為有效減少噪聲聲波的繞射，在冷卻塔底部設(shè)置吸聲隔聲組合式聲屏障吸收低頻噪聲；4)在冷卻塔中部設(shè)置阻尼隔聲板和寬頻帶組合式吸聲材料，提高中低頻吸聲效果；5)落水的高頻噪聲用超細玻璃棉材料吸收?？紤]到現(xiàn)場實際情況，方案中的所有降噪設(shè)施都進行了防塵、防潮處理，同時不影響冷卻塔的通風和散熱功能。

3.1 組合式聲屏障設(shè)計。為保證所有噪聲敏感點都在聲屏障的聲影區(qū)內(nèi)，從而獲得最佳的降噪效果，根據(jù)現(xiàn)場情況和聲學(xué)計算，確定聲屏障有效高度為3m。聲屏障采用寬頻帶組合吸聲結(jié)構(gòu)和阻尼隔聲板的組合式結(jié)構(gòu)，其中寬頻帶組合式吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲特性曲線如圖1所示。

圖1 聲頻障寬頻組合式吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲特征曲線

尼隔聲板主要由3部分組成：隔聲板、阻尼涂層和約束層。采用這種結(jié)構(gòu)不僅能夠有效阻斷噪聲能量的傳播，而且能夠避免罩板受噪聲聲波激勵出現(xiàn)共振現(xiàn)象。

3.2 導(dǎo)流消聲器設(shè)計。消聲器大致分為3類：阻性消聲器、抗性消聲器和排空消聲器。其中，阻性消聲器是利用設(shè)置在管道內(nèi)的吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)使沿管道傳播的噪聲不斷地被吸收，從而達到消聲的目的。由于阻性消聲器的阻力較小，各類風機噪聲多以中、高頻為主，含低頻成分少，而阻性消聲器恰對中高頻噪聲具有較好的消聲效果，所以選用阻性消聲器。

現(xiàn)有的阻性消聲器包括直管式、復(fù)合式、片式、盤式和折板式等幾種方式，其中片式消聲器具有消聲量大，阻力較小，導(dǎo)流效果和安裝靈活的特點，因此選擇在風機出口處安裝片式消聲器。同時，考慮到噪聲特點，在設(shè)計時特別選用了寬頻吸聲材料。

3.2.1 消聲片半厚度D。由于冷卻塔的噪聲頻譜帶很寬，而多孔吸聲材料的特性是在中、高頻具有很高的吸聲系數(shù)，而對低頻噪聲吸聲系數(shù)相對較低，如果只用單一的多孔吸聲材料很難達到理想的降噪效果，所以在本設(shè)計中消聲片選用寬頻帶吸聲結(jié)構(gòu)貼附。根據(jù)共振頻率 與消聲片半厚度D（m）相乘為常數(shù)的關(guān)系，以密度為20kg/m3的超細玻璃棉為例，計算如下：

式（1），（2）中 f2為消聲頻率下限，這里取125Hz；Ω 為 fr和f2間的倍頻程數(shù)，Ω =4/3。fr=fr×2Ω=125HZ×24/3=315HZ所以消聲片半厚度為D=40HZ·m/315HZ=0.13。

3.2.2 氣流通道寬度。氣流通道寬度a減少，可提高消聲器消聲量，縮小消聲器幾何尺寸，但通道內(nèi)流速增加，導(dǎo)致氣流再生噪聲提高和壓力損失增大，消聲器動力性能變壞，因此，氣流通道截面面積的設(shè)計必須以實際情況來確定，在不需要減小流速的情況下，氣流通道總截面積等于與它相連接的管子截面面積。根據(jù)工程設(shè)計實踐，通道半寬度a／2與消聲片半厚度D之比宜取0.5～2，考慮到該工程的實際情況，取兩者之比為1.0。

3.2.3 消聲器長度l。片式消聲器消聲量的計算公式為

在消聲器的出口和進口，氣流再生噪聲也是個必須考慮的因素，它會使消聲量的提高收到限制，當吸聲層材料蠶蛹超細玻璃棉時，通道中氣流再生噪聲LA由下式確定；

LA=10+60lgυ （5）式中 為氣流速度，m/s。根據(jù)冷卻塔參數(shù)，取=5.43m/s，則氣流再生A聲級噪聲為54dB，滿足消聲要求。為了減小消聲器的長度，在消聲片內(nèi)加入寬頻帶組合式吸聲板增強吸聲效果，這樣可以縮短消聲器的長度。

結(jié)論：

1 冷卻塔的噪聲源主要是風機產(chǎn)生的噪聲和落水的噪聲，表現(xiàn)出明顯的寬頻帶噪聲特性，因此單一的隔聲或吸聲無法得到良好的降噪效果。只有在分析了噪聲源和頻帶特性之后才能制訂相應(yīng)的降噪措施。

2 消聲器設(shè)計應(yīng)綜合考慮消聲量、阻力，盡量不影響冷卻塔的通風散熱功能，并能夠防塵防水。

3 片式消聲器的消聲片具有導(dǎo)流效果，經(jīng)實際測量，風機出口消聲器的局部阻力和沿程阻力幾乎可忽略不計。

[1]李鵬飛，趙林，葛耀君.黃志龍超大型冷卻塔風荷載特性風洞試驗研究.工程力學(xué)，2008年6期.