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空压机房噪声控制技术研究及应用

2019-09-18 04:57:01 1090次浏览

价 格:面议

空气压缩机是许多工业企业的生产辅助设施,在生产中发挥着重要作用。但空气压缩机是一种强噪声设备,在运转时恶化了工作条件,同时会破坏周围居民的生活环境。空压机噪声的特点为:噪声声级高,低频突出,传播距离远,特别是某些噪声的频率与人的内脏器官固有频率相接近,引起共振容易出现安全事故。因此,研究和治理空压机噪声十分必要。

一、空压机噪声源分析及特点空压机是一个多声源发声体,主要有进气噪声、驱动机、机体辐射噪声、排气噪声、管道辐射噪声等。

1.噪声源的组成1.1 进气噪声:空气压缩机在运行过程中吸气阀不停地间歇开闭,气体间歇地被吸入气缸,在进气管内形成压力脉动的气流,以声波的形式从进气口辐射出来形成进气噪声。

1.2 排气噪声:空气压缩机排出的压缩空气经排气管进入储气罐或其它用气部位,与进气一样,排气也是间歇地进行,必然要形成压力脉动,使排气管和储气罐振动而辐射噪声。另外,排气管一般设有排放口,在周期性停车或调试过程中,把压缩空气排放至大气而形成很强的喷射气流噪声,是空气压缩机最强的噪声源之一。

1.3 机械噪声:机械性噪声是空气压缩机在运转时,许多部件撞击摩擦或机构间的力传递不均匀而产生的。主要是曲柄连杆机构的撞击,活塞在气缸内作往复运动的摩擦振动噪声以及阀片对阀座冲击产生的噪声等。

1.4 电磁噪声:电磁噪声是由驱动电动机的磁场脉动引起的噪声。空压机驱动电机为同步电动机,电动机运转时,定子和转子之间基波磁通和高次谐波磁通沿径向进入气隙,在定子和转子上产生径向力,由此而引起径向的振动和噪声。此外,产生的切向力矩和轴向力也引起切向和轴向的振动噪声,电动机的冷却风扇还引起气流噪声。

1.5 振动噪声:空气压缩机曲柄连杆机构的往复运动所产生的不平衡扰力是空气压缩机基础振动的根源。这一振动扰力频率与人对振动的反应的最敏感频率较接近,因此,这些振动对人体的危害比较严重,是空气压缩机机房内外环境恶劣的主要原因之一。

2.噪声源的特性以兆丰铝冶安装的D-100 型、最大转速为500 r/min 的空压机为例进行分析。

2.1 进气噪声:空压机进气口噪声的基频f=2n/60 (n 为空压机的转数)。除基频之外,还有2f、3f等谐波,但高频谐波的声级比基频声级要低。图1 为测得空压机进气口噪声及频谱,其基频f=2n/60=16.667 Hz ,噪声在90-120dB(A )之间。

图1 :进排气噪声及频谱曲线图从图1 可见,进气口噪声是一种宽频带连续谱,呈低频特性。声压级由低频逐渐向高频降低,即低频强,频带宽,总声压级高。进气噪声一般随负荷的增加而增加,也与进气阀的尺寸、调速机构和气门通路结构等因素有关。一般情况下,进气口噪声比其他部件的噪声要高5-10 dB(A ),是空压机的主要噪声源。

2.2 排气噪声:排气噪声也是一种宽频带连续谱(如图1 )。从图中可以看出,噪声频谱明显呈中高频特性,噪声频率较复杂,噪声在80-110 dB (A )之间。排气噪声峰值在1kHz较突出,在峰值左侧,低频噪声声压级较弱,在峰值右侧高频噪声声压级较强。排气噪声的大小与压缩气体的流量、压力及空压机的转速有关,流量越大,压力越高,转速越高,其噪声越大。

2.3 机械噪声:由于产生机械噪声的主要原因是转子系统不平衡产生的振动,因此该噪声频谱是转子转动频率的整数倍,其基频与进气噪声基频相同,频谱也呈低频特性。下表为测得机械噪声及频谱,噪声一般在80-110 dB (A )左右。

表1 :机械噪声及频率频率/Hz 63 125 250 500 1k 2k 4k 8k 16k

声级/dB 91.7 97 104 100.6 98.4 91.1 88.3 82.6 80.4

从表中可见,机械噪声频谱窄,频率相对固定。从产生机理分析,机械噪声由空压机的运动精度和零部件的制造精度决定的,因此具有一定的随机性。机械噪声随空压机转速的大小、冲击的速度、轴承间隙的大小、机体与基础的连接状况变化而变化。一般小型空气压缩机1m处噪声为82~85dB (A ),中型空气压缩机1m处噪声为85~88dB (A )。

2.4 电磁噪声:电磁噪声的特点是频带宽,声级比较稳定。电磁噪声频率由电动机切向振动和径向振动产生的频率决定。其声级功率可用下式估算:LA=α+20 P+13.3 n式中: LA ——电动机噪声A 声功率级,单位为dB(A );α——常数。取值范围17-21 ,单位为dB(A );P ——电动机功率,单位为kW;n——电动机转速,单位为r/min.二、空压机房噪声控制技术措施对于空气压缩机站的噪声治理,只能因地制宜,根据环境标准要求及站房具体情况分别采取相关控制措施。针对各个噪声源特性分别进行防护处理,最终实现工作环境、厂界排放达标。

1.噪声控制技术运用原则1.1 空气压缩机站是热车间,站房内的通风降温必须符合有关设计规范;1.2 空气压缩机站的噪声呈显著的低频特性,振动亦是低频振动;1.3 空气压缩机进气有一定的洁净度要求,排气系统属压力容器。

2.空压机机房噪声控制方法2.1 进气消声由于空气压缩机进气噪声比机组噪声高出10dB(A )以上,所以在空气压缩机进气口安装消声器以降低进气噪声,进气消声器是一种以抗性为主,辅以阻性的阻抗复合式消声器。消声量按20dB~25dB(A )设计。应注意消声器内部清洁。结构如图2. 2200

Φ1000Φ420

500 500 300 750

图2 :进气消声器结构简图单位:㎜

在管路上安装高压软接头,可部分解决设备的振动问题。同时,对进风管道进行阻尼隔声处理,结构如图3 :2 3 4 5 1

图3 :管路高压软接头示意图1 ,管道 2,毛毡(20mm) 3,玻璃棉(30~50mm)

4 ,铁丝网1 层(10目) 5,水泥沙浆(30~50mm )

水泥沙浆的配比:保温灰50% ,沙30% ,水泥15% ,麻筋5%. 2.2 排气消声空气压缩机排气口处安装消声器是降低气体脉动形成的低频噪声,可使排气管道及储气罐处噪声有较大的降低。可设计为二级或三级抗性膨胀室消声结构。设计时应注意在排气管道中流通的是具有一定温度的含水含油的压缩空气,所以必须符合钢制压力容器的设计规范,最好用不锈钢制作。

2.3 排放口消声在压缩空气排放口可设计安装放空消声器,可大大降低排放口的压缩空气喷注噪声。此消声器应设计为小孔喷注降压扩容式,消声量按30dB(A )设计,材质宜选用不锈钢。

3.

门窗的噪声控制隔声门和隔声窗的设计按透射原则计算数据制作。

安装的隔声门,因在设计时要考虑设备维修的方便,故面积较大,决定隔声的效果主要取决于门的质量与结构,以及门与门框之间的缝隙的严密程度,为了提高隔声,可把门做成双层或多层,中间以不同的材料组成来增加门的阻尼和吸声特性。典型隔声门结构及隔声量如图4 ,表2 ,建议按典型门设计制作隔声门。

吸声板,玻璃棉,钢板2.5mm ,双油毡,企口板,阻尼层

图4 :隔声门隔声结构形式示意图

表2 :典型隔声门的隔声量型式

隔声量(dB)

125 250 500 1k 2k 4k

平均典型门 41 36 38 41 53 60 43 安装的隔声窗,在设计时最好把其尺寸与数量限制到最小、最少,玻璃要尽可能厚,玻璃与窗要贴紧,压缝要严实。同时可采用有一层倾斜的双层隔声窗,玻璃之间距离80~100mm.典型隔声窗结构及隔声量如图5 、表3 ,建议按典型窗设计制作隔声窗,倾斜度按3 °设计。

图5 :隔声窗结构形式示意图

表3 :典型隔声窗的隔声量

型式

隔声量(dB)

125 250 500 1k 2k 4k

平均典型窗 37 45 42 43 47 56 45

4.通风系统的消声空压机机房安装隔声门窗后,整体密封情况较好,空压机及电机在高速运行时产生大量的热散不出去,将影响设备的正常运转和润滑及电机的安全,为了解决机房散热问题,设计增加冷热换风系统,保证设备处于正常的工作环境。

冷风进风和热风出风系统的通风量可按设备散热热量的需要计算,其消声量按不低于40 dB (A )进行设计。

消声器的设计与计算:消声器的基本设计计算因消声器的设计原理、类型不同而不同,但通常采用圆形直管式。下面介绍常用消声器消声量计算方法。

4.1 阻性消声器消声量计算D 阻= l.Φ(α)。P /S=44.5dB式中:Φ(α):消声器内部衬贴多孔性材料的消声系数;P :气流通道横截面的周长;S :气流通道横截面的面积:l :消声器的有效长度。

4.2 抗性消声器消声量计算D 抗=10lg[1+0.25(m-1/m )2sin2 (kl)]式中:m :膨胀比或扩张比,m=S2/S1 ;k :波数,k=2 π/ λ(k 值变化相当于频率变化);l :膨胀室的长度(m )。

4.3 阻抗复合式消声器消声量计算D=D 阻+ D 抗4.4 消声器压力损失计算方法L=P 摩+ L 局P 摩= R 摩Q2式中:Q :每个通道的风量;R 摩:每个通道的风阻;L 局= (ξ1 +ξ2 ) V2r/ (2g)

式中:ξ1 和ξ2 :分别为消声器入、出口的局部阻力损失系数,取ξ1=ξ2=0.25;V :片间风速;r :空气比重;三、空压机噪声控制效果分析山西兆丰铝冶自备电厂空压机房安装四台D-100 型空气压缩机,运行后发现噪声对最近的居民和学校干扰严重。我们应邀主要针对有效降低对其最近的居民和学校的噪声干扰进行控制。

按照空压机房通用噪声控制技术对机房采取以下控制措施:1.进气口采用阻抗复合式消声器(如图2 所示),消声器的外层选用3mm 厚的钢板,内衬超细玻璃棉。根据抗性消声器的消声特性,避免在许多通过频率消声量为零的缺点,在扩张室内插入内接管;为改善空气动力性能,用穿孔率大于25% 的穿孔管把两根内插管连接起来,形成两个扩张室,动态性好,消声量大。2.在排气放空口采用阻抗复合式放空消声器,该消声器以抗性为主,阻性为辅。抗性段具有减压扩容,减小排气放空的压力落差的作用,阻性段内外填充超细玻璃棉,对高频噪声有良好的消声作用;3.对空压机房门窗按照图4 、图5 结构形式设计安装隔声门窗;4.根据空压机设备参数计算机房所需换热通风量为50000 m3/h,选择4 台16000m3/h的风机并配套设计进风和强排风消声系统,消音量按照40 dB (A )设计,保证机房通风换热的同时不向外辐射噪声。

采取上述控制措施后,对山西兆丰铝冶空压机房噪声控制效果分析如下(具体的噪声测点布置见附图6 ):1.进气口控制效果分析根据图1 频谱测定,进气口噪声声级在频率中心250HZ 段最高,高达120 dB(A ),在此处设置阻抗复合式消声器。其中:抗性段按250HZ 计算设计,阻性段按A 声级综合控制设计。依据消声器设计与计算公式,进行消声器选型配套,选用F 型阻抗复合消声器,消声量按30 dB (A )设计。经监测,安装消声器后可有效控制250HZ 段噪声声级至94.6 dB (A )。

2.排气放空口控制效果分析根据实际监测,排气放空口噪声声级在频率中心1KHZ段最高,高达113 dB(A ),在此处设置阻抗复合式消声器。其中:抗性段按1KHZ计算设计,阻性段按A 声级综合控制设计。依据消声器设计与计算公式,进行消声器选型配套,选用G 型直管式阻抗复合消声器,消声量按30 dB (A )设计。经监测,安装消声器后可有效控制1KHZ段噪声声级至86.7 dB (A )。

附图6 :测点布置图

通过上述综合方法治理后,控制效果显著,具体治理前后对照数据见表4.表4 :空压机房治理前后数据对照表位置

治理前

治理后

降噪量机房内

最大值 107.6 101.3最小值 102.5 96.5 平均值 105 98.9 6 机房外1m处

最大值

106.2 85.3 最小值 100.4 78.5 平均值 103.3 81.9 21.4最近居民处

最大值

72.4 51.6最小值 66.8 47.2平均值 69.5 49.4 20.1

从表4 可见,工程实施后空压机房降噪效果显著。整个机房向外辐射噪音降低20dB(A )以上,听不到治理前的啸叫声,实现了预期的治理目标,取得了良好的环境效益。该工程顺利通过有关部门的验收,得到业主和附近居民的高度

认可。

四、结论综上所述,我们认为空压机房噪声是可以有效控制的。在工程实际应用中,空压机噪声控制一般采取三种途径:对噪声源的控制;在噪声传播途径上降低噪声;在声场接受点采取防护措施。目前,对空压机噪声的控制广泛采用隔声、吸声、安装消声器以及隔振、减震等措施,从而有效降低空压机的噪声污染。

同时,空压机噪声产生的原因是多方面和复杂的,各有特点,治理必须结合频谱特性,采取不同的措施,采用噪声综合治理的方法。随着空压机技术和降噪方法研究的不断深入,空压机将在生产中得到更广泛的应用和发挥更大的作用。

由于本次噪声综合控制是在空压机房建设完成并运行后对噪声超标采取的补救控制措施,未能对设备安装之初的减震采取有效的补救控制办法。建议在空压机房建设时采取环保措施与主体工程同时设计、同时施工、同时验收的" 三同时" 措施,以便更加有效地控制噪声污染。

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