金隆轉爐送風機的噪聲機理分析及治理

丁士文

(銅陵有色集團金隆銅業有限公司，安徽 銅陵 244000)

1 引言

金隆銅業公司動力風機房內二臺轉爐送風機是銅冶煉PS轉爐系統重要設備(性能參數見表1)。送風機選用進口品牌風機，該型風機雖具有加工精度好、噪音低，壓縮機馬達、電氣部件匹配度高等特點，但因功率大、流量高以及安裝條件所限等原因，風機在實際運行時產生強烈噪音。由于在設計時降噪部分考慮不足，僅僅對風機送風管道進行保溫隔聲處理，降噪部分考慮不足，現場監測顯示風機房內噪聲平均值達到100dB(A)以上，局部超過110dB(A)，遠高于國家規定的噪聲限值85dB(A)，影響員工的身心健康，妨礙區域內員工間信息有效交流，因此對這二臺送風機的噪聲進行綜合治理是十分必要的。

表1 金隆公司二臺轉爐送風機性能參數

2 風機噪聲源的分析

送風機屬于高噪聲設備，一般噪聲值在100dB(A)左右。送風機的噪聲主要為空氣動力性噪聲、機械性噪聲、管道振動噪聲及電磁噪聲等疊加而成[1]，具體如下:

(1)空氣動力性噪聲:由氣流脈動噪聲和渦流噪聲共同作用、相互混雜的結果。其中以氣流脈動噪聲為主要噪聲源，在寬頻帶上常常有一個或幾個突出的峰值。

(2)機械性噪聲:送風機的機械性噪聲是由不平衡、機械碰撞摩擦以及結構共振產生的，并通過軸、軸承、殼體向空間傳播。

(3)管道振動噪聲:送風機運轉時，由于輸氣管道內的空氣摩擦振動及空氣管道振動產生的噪聲。

(4)電磁噪聲:電磁噪聲是由電動機產生的。電動機空隙中磁場脈動、定子與轉子之間交變磁引力、磁致伸縮引起電機結構振動而產生噪聲。電磁噪聲的大小與電動機的功率和極數有關。電磁噪聲與空氣動力性噪聲和機械聲相比是較弱的。

我們對金隆公司轉爐送風機現場噪聲進行了實測，從獲得的設備噪聲數據分析得出，轉爐送風機的噪聲主要由三部分組成:

(1)進、出口管道輻射的空氣動力性噪聲;

(2)機械運動部件產生機械性噪聲;

(3)驅動電動機噪聲組成。

?

?

?

?

從送風機噪聲頻譜(見表2～表5)數據分析得出:

(1)送風機本體聲壓級由低頻到高頻逐漸降低，呈現為中高頻強、頻帶寬、總聲級高的特點。

(2)送風機進排氣管道聲壓級由低頻到高頻逐漸升高，呈現為高頻強、頻帶寬、總聲級高的特點。

此外，由于風機房內各個不同機組同時運行時會因聲音在室內多次反射形成室內混響噪聲[2]，使噪聲增加3－5 dB(A)，進一步惡化室內噪聲環境。

3 轉爐送風機噪聲的治理方法

3.1 治理目標

根據《工業企業衛生設計標準》工人日接觸噪聲時間在8小時的前提下，工人接觸噪聲限值為85dB(A)。即在排除其他噪聲源的影響下，風機治理后的噪聲值不大于85 dB(A)。同時從投資經濟性考慮，降噪設備降噪量控制在30 dB(A)。

3.2 風機噪聲治理的方法

通常風機噪聲治理方法有二條基本途徑[3]:①在聲源處控制:從治理角度講，在聲源處控制噪聲是噪聲控制中最根本和最有效的手段，研究發聲機理，限制噪聲的產生是最根本的措施，例如減少振動等。調整設備操作程序也是控制聲源的一個方面，例如聲源設備要在夜間停止操作等。②對傳播途徑的控制:傳輸途徑中的控制方法是最常用的控制方法，因為設備安裝完工后，再從聲源上治理就受到局限了，但傳播途徑的處理卻大有可為。隔聲、吸聲、消聲等手段，均可使聲音在傳播過程中被削弱。

針對金隆轉爐送風機特點只能在傳播途徑上來實施降噪措施，因為從聲源上來降低噪聲受到限制，現場設備已投入運行，且管線眾多;從噪聲的傳播途徑上來控制實施相對容易，效果更明顯。故選用兼具吸聲、隔聲效果的隔聲罩進行隔聲控制。該隔聲罩在滿足降噪要求的前提下同時也要考慮以下要求:

(1)雙開門、單開門的設置，方便人員進出點檢及設備檢修，開門開窗等設計需參考機房設備布置狀況，避免出現結構上大的改動。

(2)送風機檢修時，隔聲罩可方便逐層拆除，亦可逐層恢復。

(3)通風散熱的處理，滿足設備正常運轉的要求，特別是夏天高溫季節。

(4)照明系統的設置，滿足照明要求。

(5)管道穿越隔聲罩墻體時密封的處理。

(6)隔聲罩整體外觀與廠房其他設備設施內相協調。

4 轉爐送風機噪聲實際治理措施

由于金隆轉爐送風機噪聲以頻率較低、頻帶較寬的噪聲為主，因此設計采用的隔聲罩框架為鋼結構體系，二臺風機做成整體隔聲罩，尺寸21m*7.2m*5.5m，并安裝共振吸聲墻體及屋面。(隔音罩現場安裝平面圖，見圖1)

圖1 隔音罩現場安裝平面圖

4.1 隔聲罩的選用

隔聲罩采用“外隔內吸”方式。

(1)隔聲:通過對風機房的建筑原始結構及隔聲量不能有效匹配的圍護結構從聲學角度予以必要的匹配。單層均質墻板在不同頻率下的隔聲量(dB)一般參照以下經驗公式計算[4]:

R=16lgM+14lgf－29，式中 M為單層均質墻板面密度;f為頻率。

100～3150Hz的平均隔聲量(dB)一般參照以下經驗公式計算:

R=16lgM+8，M≥200kg/m2;

R=13.5lgM+14，M ＜200kg/m2

(2)吸聲:在噪聲源周圍設置了隔聲圍護結構的內側壁面上做必要的吸聲處理，不但可有效加強隔聲圍護結構的隔聲量，而且可降低室內的混響聲達3～8dB(A)，同時改善操作人員的操作環境，起到一定的勞動保護作用。

做吸聲處理后的平均吸聲降噪量一般參照下式計算

ΔLp=10lga2/a1

其中a2/a1分別為治理后與治理前的吸聲系數

隔聲罩的選用綜合應用吸聲、隔聲、消聲、隔振與阻尼技術，保證滿足降噪要求。隔聲罩的外殼由一層不透氣的具有一定重量和剛性的金屬材料制成，采用2～3毫米厚的鍍鋅鋼板，鋪上一層阻尼層。外殼附加阻尼層是為了避免發生板的吻合效應和板的低頻共振。隔聲罩的內側附加帶有空腔結構的吸聲材料，以吸收聲音并減弱空腔內的噪聲，在這層吸聲材料上覆一層穿孔護面板，其穿孔的面積約占護面面積的20～30%。在隔音罩和機器、隔音罩和基礎之間，通常填以橡皮墊，以防止振動的傳輸。

隔聲罩采用模塊化設計，有利于送風機檢修時，隔聲罩可做到快速逐層拆除，檢修后可快速逐層恢復;同時因送風機為頂抽芯，需抽芯檢修，故此采用快速可拆卸式獨立模塊作為開啟方式。同時模塊固定于型鋼卡槽內，既保證罩體強度，又提高了整體美觀度，同時解決模塊縫隙漏聲的問題。模塊與模塊之間采用咬合搭接，內墊橡膠密封墊，以保障隔聲量。

4.2 通風散熱的選用

為保證隔聲罩內設備散熱要求，設計進排風系統，采用自然進風，強制排風的方式。二臺轉爐送風機功率分別為2100KW、2000KW，設備負荷工作效率按70%計算，散熱量按照工作效率的10%計算，得到散熱量Q=410KJ，隔聲罩內風量按室內溫升不超過6℃來計算，根據通風量的計算公式[5]:G=Q/[C(tp－tj)]，計算風量 G=45000m2/h;則送風機隔聲罩內安裝工業級低噪軸流排風機4臺，單臺風量12000m3/h。強制排風保證壓縮機正常工作所需的溫度條件。罩內新風系統為自然進風與強制排風相結合，保證罩內空氣循環。

對所有的空氣動力性噪聲、隔聲罩進風和排風的噪聲統一采用消聲治理措施，噪聲源采取消聲治理后，要求既要有適宜的消聲量(即聲學性能)，同時對風機的運行不能有明顯的影響(即良好的空氣動力性能)。消聲器是一種既能使噪聲得到有效的衰減又能保證氣流正常通過的一種設備，如果消聲器僅能滿足消聲要求，而不能滿足設備工藝要求該消聲器的設計是失敗的。進排氣消聲器采用阻性消聲原理進行設計，它主要由消聲框架和消聲葉片組成。消聲框架由鋼護面板、吸聲材料和鋼孔板組成，消聲葉片采用對寬頻噪聲有良好消聲性能的結構。進排氣消聲器安裝在風機出氣口處，進排氣消聲器安裝時一端與吸隔聲墻體連接，另一端通過支架與平臺連接。

其中阻性消聲器的消聲量[6]參照以下經驗公式計算

△L=φ(α0)P/S式中:φ(α0)—消聲系數;

α0—正入射吸聲系數;

P—消聲器通道截面周長(m);

S—消聲器通道截面面積(m);

l—消聲器的有效長度(m)。

根據計算，4臺軸流排風機設置在隔聲罩屋頂，并加裝 4臺排氣消聲器，尺寸為1500mm*1500mm，高度1500mm;在隔聲罩墻體開設進氣口并加裝進氣消聲器，開口尺寸2000mm*2000mm，消聲器設計長度600mm，葉片厚度100mm，葉片間距100mm，進風口6處，消聲片前段設計為斜口形式，以減少氣流再生噪聲。

4.3 隔聲門、窗的選用

為便于日常點檢及維護風機設備的需要，根據現場位置合理設置隔聲門、窗。隔聲門、窗是用途相當廣泛的隔聲構件，要遵循門窗與墻體的等透聲量設計原則，

隔聲窗的隔聲效果主要取決于玻璃的厚度(或單位面積玻璃的重量)，其次是隔聲窗結構，窗框之間、窗框與墻壁之間的密封程度。據經驗:3mm厚的玻璃的隔聲值為27dB，6mm厚的玻璃隔聲值僅為30dB。因此采用兩層以上玻璃中間膠片的方法，來提高玻璃窗的隔聲效果。多層窗選用厚度不一樣的玻璃板，以消除高頻吻合效應影響。玻璃窗的密封要嚴，邊緣處采用橡膠條或毛氈打壓緊，這不僅可以起到密封作用，還能起到有效的阻尼作用，以減少玻璃板產生二次聲輻射。隔聲窗設置一扇，與門體一體成型，在門上預留槽口。

隔聲門與隔聲窗一樣，需要注意門板的隔聲量，保證隔聲門板的面密度，同時也需要注意隔聲門與門框的密封程度。因此采用不同聲阻材料組合成多層復合結構門扇，同時防止面板的吻合效應出現在有效頻率范圍內使隔聲量降低，改善門縫的密封措施，最大化改善門縫對隔聲量的影響。在風機上下二層設置單、雙開隔聲門各一樘。

4.4 送風管道與穿孔部分的隔聲處理

一般來說，外露高噪聲通風管道的管體隔聲量較差，容易被激發而產生固體傳聲。因此采用對管道進行隔聲包扎，以取代原先僅僅保溫隔聲處理，管道隔聲包扎層包括5mm阻尼層+50mm吸聲層+1.5mm隔聲層，三層結構一起作用形成復合層。

針對送風機隔聲罩各類工藝管線穿墻部分做密封處理，密封處理采用隔聲套管，開口處用吸聲阻尼材料填補，外部用密封膠處理，防止漏聲。

5 治理后的效果

2012年11月份完成轉爐送風機噪音治理工程，竣工后再次對現場噪聲進行實測，在風機隔音罩外1m處，噪聲值均小于80dBA，噪音治理后的效果達到規范標準。附轉爐送風機噪音治理前后的噪聲分布圖，見圖2、圖3。

6 結語

隨著國家對設備噪音管理的加強和員工職業健康意識、要求的提高，對原設計中噪音控制未達到要求的設備進行降噪是必須的，本文通過對金隆公司轉爐送風機噪音產生的機理分析，結合現場情況，選用合適的噪聲治理方案，有效的將轉爐送風機的噪聲值降低到規定允許范圍，經濟實用，效果明顯，具有一定的推廣利用價值。

[1]李彥林.治理空氣動力性噪聲的實踐[J].勞動保護，1994，(01):41－42.

[2]王強.環繞聲錄音棚室內混響時間的設計與應用[J].中國傳媒科技，2008，(08):51－53.

[3]胡永江，王文進，吳冀，等.煤礦離心式風機噪聲治理[J].煤礦環境保護，1994，(03):40－41.

[4]馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊[M].北京:機械工業出版社，2002.

[5]張吉光，邢秀強.熱車間內有局部排風時自然通風量的計算[J].暖通空調，1996，(03):58－60.

[6]葛廣軍.阻性消聲器在煤礦風井噪聲控制中的應用[J].煤礦環境保護，1994，(05):28－30.