寬頻帶復(fù)合式阻尼降噪板研究報告

1、第十二屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽 摘要1第一章 緒論21.1 項目背景21.2 相關(guān)技術(shù)介紹21.2.1調(diào)頻技術(shù)21.2.2阻尼隔聲技術(shù)31.2.3 亥姆霍茲共振原理3第二章 項目總體設(shè)計方案32.1 基本思路32.2設(shè)計目標(biāo)42.2.1吸聲原理和吸聲板的設(shè)計42.2.2 隔聲原理和隔聲板的設(shè)計52.3 降噪板的總體結(jié)構(gòu)6第三章 項目的創(chuàng)新點(diǎn)和科學(xué)性73.1 創(chuàng)新點(diǎn)7第四章 降噪板設(shè)計84.1聲學(xué)設(shè)計84.2減振設(shè)計184.3外觀和結(jié)構(gòu)設(shè)計204.4通風(fēng)散熱設(shè)計21第五章 工程實(shí)例235.1.螺桿壓縮制冷機(jī)組噪聲235.1.1概況235.2振動、噪聲測量與分析235.2.1噪

2、聲測量245.2.2振動測量265.3其它285.3.1噪聲源分析285.3.2隔振、降噪措施29第六章 作品的前景與展望326.1 經(jīng)濟(jì)效益326.2 環(huán)境效益326.3 未來展望32參考文獻(xiàn)33附錄33 摘要 噪聲作為環(huán)境污染的第三大公害， 一直困擾著人們。隨著近代工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，噪聲問題日益突出。噪聲不僅可以致人耳聾，而且還可能引起心血管和神經(jīng)系統(tǒng)等疾病，因此，如何有效的降噪成為了當(dāng)今社會人們關(guān)注的主要問題之一。 本論文首先敘述了噪聲的產(chǎn)生原因，考慮到目前降噪板處理頻帶較窄，降噪效果不理想的問題，采用調(diào)頻技術(shù)、阻尼隔聲技術(shù)和亥姆霍茲共振原理使用吸聲材料進(jìn)行加工后制作吸聲板，同

3、時使用加工后的礦渣棉在涂抹阻尼漆之后作為隔聲板，采用不同孔徑并聯(lián)的方式，通過選擇板厚，設(shè)計孔徑和穿孔率，優(yōu)化空氣層厚度選擇高吸收系數(shù)的多孔吸聲材料達(dá)到寬頻帶吸聲降噪的目的。并且通過工程項目對實(shí)驗(yàn)前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了測量和計算，證明了其降噪板比現(xiàn)在使用的降噪設(shè)施提高了10dB到15dB。關(guān)鍵詞：寬頻帶 阻尼 降噪第一章 緒論1.1 項目背景 隨著現(xiàn)代工業(yè)、建筑業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展，各種機(jī)械設(shè)備、交通運(yùn)輸工具在急劇增加，其產(chǎn)生的噪聲也隨之增加，嚴(yán)重危害人體健康，已經(jīng)成為當(dāng)今社會四大公害之一。常見的噪聲有工業(yè)噪聲、交通噪聲和生活噪聲三種。近年來，我國發(fā)生的多起噪聲引發(fā)的事故無不使人觸目驚心。降噪板的

4、使用在一定程度上降低了噪聲污染，但現(xiàn)今的降噪板存在降噪范圍較窄，只能吸收某一小范圍頻率的噪聲的局限性。針對這種情況，我們設(shè)計了寬頻帶復(fù)合式阻尼降噪板，使用吸聲材料進(jìn)行加工后制作吸聲板，同時使用加工后的礦渣棉在涂抹阻尼漆之后作為隔聲板，使之既能隔聲還能吸聲，最大化達(dá)到降噪目的。1.2 相關(guān)技術(shù)介紹1.2.1調(diào)頻技術(shù)調(diào)頻，全稱“頻率調(diào)制”。使載波的瞬時頻率按照所需傳遞信號的變化規(guī)律而變化的調(diào)制方法。調(diào)頻（FM），就是高頻載波的頻率不是一個常數(shù)，是隨調(diào)制信號而在一定范圍內(nèi)變化的調(diào)制方式，其幅值則是一個常數(shù)。在頻率調(diào)制技術(shù)中，調(diào)制體的振幅同樣對頻率調(diào)制起關(guān)鍵作用，調(diào)制體振幅影響著載波頻率調(diào)制后變化的深

5、度。在頻率調(diào)制（FM）中，載波的頻率變化同樣受調(diào)制體振幅大小變化的影響。1.2.2阻尼隔聲技術(shù) 阻尼是指阻礙物體的相對運(yùn)動，并把運(yùn)動能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿囊环N作用，阻尼材料是具有內(nèi)損耗、內(nèi)摩擦的材料，如瀝青、軟橡膠以及其它一些高分子涂料，阻尼隔聲降噪即在振動結(jié)構(gòu)上涂上或粘附上一層內(nèi)摩擦阻力大的阻尼材料來抑振，降低輻射噪聲。1.2.3 亥姆霍茲共振原理 對于一個亥姆霍茲共鳴器而言，當(dāng)其內(nèi)部空氣受到外界波動的強(qiáng)制壓縮時，管道內(nèi)的空氣會發(fā)生振動性的運(yùn)動，而空腔內(nèi)的空氣對之產(chǎn)生恢復(fù)力。在聲波波長遠(yuǎn)大于共鳴器幾何尺下，可以認(rèn)為共鳴器內(nèi)空氣振動的動能集中于管道內(nèi)空氣的運(yùn)動，勢能僅與腔體內(nèi)空氣的彈性形變有關(guān)。這樣

6、，這個共鳴器是由管道內(nèi)空氣有效質(zhì)量和腔體內(nèi)空氣彈性組成的一維振動系統(tǒng)，因而對施加作用的波動有共振現(xiàn)象，就是所謂的亥姆霍茲共振原理。第二章 項目總體設(shè)計方案2.1 基本思路首先，我們根據(jù)理論計算，來設(shè)計降噪板的結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行仿真，利用具有一定吸聲性能的穿孔礦棉板為基料，采用不同孔徑并聯(lián)的方式，通過選擇板厚，設(shè)計孔徑和穿孔率，優(yōu)化空氣層厚度，選用高吸收系數(shù)的多孔吸聲材料來進(jìn)行寬頻帶吸聲 。設(shè)計好模型結(jié)構(gòu)后，到工廠生產(chǎn)降噪板，然后應(yīng)用到工程上。2.2設(shè)計目標(biāo) 針對目前降噪板處理頻帶較窄，降噪效果不理想的問題，我們根據(jù)噪聲源頻率特性調(diào)節(jié)降噪板的聲學(xué)性能，通過將調(diào)頻技術(shù)，阻尼隔聲技術(shù)，共振腔技術(shù)，優(yōu)化篩

7、選技術(shù)的組合，設(shè)計出吸聲性能更好的寬頻帶復(fù)合式阻尼降噪板。根據(jù)市場需求和前景，此降噪板具有既能隔聲又能吸聲，低成本，經(jīng)濟(jì)，環(huán)保等特點(diǎn)。2.2.1吸聲原理和吸聲板的設(shè)計（1 ）吸聲原理： 聲波通過媒質(zhì)或入射到媒體分界面上時聲能的減少過程，稱為吸聲或聲吸收。當(dāng)媒質(zhì)為空氣，聲波在空氣中傳播時，由于空氣質(zhì)點(diǎn)振動所產(chǎn)生的摩擦作用，聲能轉(zhuǎn)化為熱能的損耗所引起的聲波隨傳播距離增加逐漸衰減的現(xiàn)象，稱為聲吸收。當(dāng)媒質(zhì)分界面為材料表面時，部分聲能被吸收，可稱為材料吸聲。（2） 吸聲板設(shè)計： 寬頻帶組合式吸聲板是根據(jù)亥姆霍茲共振理論，在具有一定厚度的板材上穿孔并結(jié)合一定厚度的空氣層可以提高結(jié)構(gòu)對低頻噪聲的降噪能力。

8、同時為了兼顧對高頻噪聲的處理，將穿孔板與吸聲材料復(fù)合。2.2.2 隔聲原理和隔聲板的設(shè)計（1） 隔聲原理： 當(dāng)具有一定能量的噪聲入射到一個壁面上時，在聲波的作用下，壁面按一定方式進(jìn)振動，這部分聲能稱為透射聲能，另外向外輻射噪聲。對于大多數(shù)壁面來說，透射聲能僅為入射聲能的幾百分之一，或者更小，而絕大部分聲能被反射回去。在噪聲控制技術(shù)中，常采用透射系數(shù)來表示壁面的隔聲能力，透射系數(shù)就是透射聲強(qiáng)與入射聲強(qiáng)的比值。透射系數(shù)一般遠(yuǎn)小于1，約在之間。為了計算方便通常采用來表示一個隔聲構(gòu)件的隔聲能力，它稱為隔聲材料的固有隔聲量或傳聲損失，記為，單位為分貝，定義為： 越小，的數(shù)值越大，壁面的隔聲性能越好；相反

9、，則隔聲效果越差。（2）隔聲板的設(shè)計： 用具有一定吸聲性能的穿孔礦棉板為基料，采用不同孔徑并聯(lián)的方式，通過選擇板厚，設(shè)計孔徑和穿孔率，優(yōu)化空氣層厚度，同時，用厚度小于1mm的罩板加3-5倍罩板厚度阻尼涂層再加具有一定厚度的石膏板，作為隔聲結(jié)構(gòu)。（3） 吸聲材料：優(yōu)質(zhì)的礦棉板，玻璃棉，巖棉等2.3 降噪板的總體結(jié)構(gòu) 降噪板通常是由穿孔（護(hù)面）板、吸聲材料層、阻尼材料層和罩板組成。隔聲部分主要用的是阻尼隔聲板；吸聲部分以寬頻帶組合式吸聲板為基礎(chǔ)，設(shè)計了寬頻帶吸聲結(jié)構(gòu)。在高頻帶區(qū)用具有良好吸聲性能的超細(xì)玻璃棉和穿孔板復(fù)合；低頻區(qū)以優(yōu)質(zhì)的礦棉板為基材，在具有一定厚度的板材上穿孔并結(jié)合一定厚度的空氣層來

10、提高結(jié)構(gòu)對低頻噪聲的降噪能力。 圖1 寬頻帶復(fù)合式阻尼降噪板 1 吸聲材料空氣層阻尼隔聲板寬頻帶組合式吸聲板 第三章 項目的創(chuàng)新點(diǎn)和科學(xué)性 3.1 創(chuàng)新點(diǎn) 聲場模擬，噪聲測量儀，仿真1（1） 一般的降噪板僅僅是將降噪和吸聲進(jìn)行簡單的組合，無法有效地降低噪聲污染，考慮到實(shí)際情況，我們集成設(shè)計思想富有創(chuàng)意，設(shè)計出一種符合現(xiàn)代社會需求的寬頻帶復(fù)合式阻尼降噪板，經(jīng)成功測試后，市場應(yīng)用前景非常廣闊。（2）國內(nèi)外目前在降噪板面的研究很少，而且主要是集中的對于特定頻率的降噪處理上，雖然這樣做可以做到對于某一特定頻率范圍的有效降噪，但應(yīng)用范圍卻極為有限。在此基礎(chǔ)上，我們設(shè)計了一種吸收效果更好，頻帶更寬的寬頻帶

11、復(fù)合式阻尼降噪板。（3）降噪工程中的隔聲構(gòu)件通常采用的是阻尼漆加鋼板的組合方式，由此引發(fā)的鋼板越厚，造價越高，現(xiàn)場施工越困難等問題也隨之產(chǎn)生。而我們的降噪板是在對礦渣棉進(jìn)行處理后制作的，屬于廢棄物的重復(fù)利用，所以成本相對更低，加之復(fù)合式阻尼降噪板質(zhì)量輕便，易于安裝，這些優(yōu)點(diǎn)可以擴(kuò)大降噪板的應(yīng)用范圍第四章 降噪板設(shè)計 根據(jù)噪聲治理現(xiàn)場情況的不同，我們大體將隔聲罩的設(shè)計過程分為聲學(xué)設(shè)計、減振設(shè)計、外觀設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、通風(fēng)散熱設(shè)計五個方面：4.1聲學(xué)設(shè)計聲學(xué)設(shè)計主要包括噪聲信號的測量、噪聲頻帶成分分析、噪聲源分析、噪聲聲場的模擬以及吸聲隔聲結(jié)構(gòu)的確定。一般大型動力設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及所處的環(huán)境都比較復(fù)雜，

12、由一次聲源以及一次聲源經(jīng)反射等因素產(chǎn)生噪聲聲場非常復(fù)雜。為了準(zhǔn)確的分析大型動力設(shè)備的噪聲成分，我們應(yīng)用小波提取噪聲的特征信號，然后應(yīng)用盲分離技術(shù)來分析設(shè)備不同組成部分的噪聲源特征。由于采集到的噪聲信號信噪比低、背景噪聲大且信號多是機(jī)組混合噪聲難以分辨真實(shí)聲源，因此所采集的聲學(xué)信號中隱藏了大量虛假無用的信號影響我們的判斷。小波分析由于其基函數(shù)的自動伸縮和平移特性，現(xiàn)在已經(jīng)成為信號分析的重要工具，我們以小波分析理論為基礎(chǔ)，對采集的噪聲信號進(jìn)行特征提取，濾掉占總能量比例很小且對降噪效果影響不大的干擾信號，提取的特征信號作為盲源分離的輸出信號，來分析機(jī)組不同部位的噪聲源特性。盲源分離是一種功能很強(qiáng)的信

13、號處理方法，由于采集到的信號往往是未知的多輸入多輸出線性系統(tǒng)的信號，如果沒有任其他先驗(yàn)信息,僅根據(jù)源信號相互之間的統(tǒng)計獨(dú)立性質(zhì),利用采集到的信號把混迭在一起的源信號分開,稱為盲源分離(BSS)?！懊ぴ础庇袃芍亓x: (1) 源信號不能被觀測; (2) 源信號如何混合未知的。這些正符合大型動力設(shè)備的噪聲特性。盲源分離噪聲信號的模型如下圖：圖3 盲源分離噪聲信號的模型設(shè)是一組采用N個傳感器陣列直接獲得的經(jīng)過小波分析特征提取出來的N維噪聲信號,其中下標(biāo)表示觀測信號的通道序數(shù),表示觀測數(shù)據(jù)的長度,由于它是由若干隱含變量（噪聲源）經(jīng)過某種混合后產(chǎn)生的，要從這N個觀測信號中找出隱含在其中的變量, ,這些隱含

14、變量即是我們要確定的噪聲源信號。為解決多變量數(shù)據(jù)分析問題,通常將它簡化為一個線性問題進(jìn)行處理,這樣是為了簡化運(yùn)算便于求解,這在很多實(shí)際應(yīng)用場合是可以滿足要求的。對于大型動力設(shè)備，通常也會知道一些關(guān)于設(shè)備本身的基本信息，因而可以根據(jù)盲源分離出來的噪聲源聲學(xué)特性與已知的設(shè)備組件相對應(yīng)，為了更準(zhǔn)確地確定降噪方案，根據(jù)已經(jīng)分離出來的噪聲源信息，適當(dāng)簡化聲源條件以及設(shè)備所處環(huán)境的復(fù)雜程度，用有限元模擬噪聲聲場，使聲場可視化，為降噪方案的制定打下堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。大型動力設(shè)備產(chǎn)生的噪聲通常具有頻帶寬、幅值高的特點(diǎn)，而常見的吸聲材料，如玻璃棉，巖棉等吸聲材料都是對高頻噪聲有較高的吸聲系數(shù)，而對低頻的吸聲效果并

15、不理想，針對大型動力設(shè)備產(chǎn)生的噪聲的特點(diǎn)，我們以優(yōu)質(zhì)的礦棉板為基材，以我國著名聲學(xué)專家馬大猷院士的穿孔板共振吸聲理論為基礎(chǔ)，發(fā)明了對低頻具有較高吸聲性能的“寬頻帶組合式吸聲板”，并已獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局的受理。寬頻帶組合式吸聲板是根據(jù)亥姆霍茲共振理論，在具有一定厚度的板材上穿孔并結(jié)合一定厚度的空氣層可以提高結(jié)構(gòu)對低頻噪聲的降噪能力。穿孔板可看成是大量短管的并聯(lián)，如下圖所示。dLV圖5亥姆霍茲共振器原理圖hDdb穿孔板圖4 穿孔板共振結(jié)構(gòu)亥姆霍茲共振器是一個密閉的內(nèi)部為硬表面的容器，通過一個小的開口與外面大氣相聯(lián)系的結(jié)構(gòu)。單個共振器可看成由幾個聲學(xué)作用不同的聲學(xué)元件所組成，開口管內(nèi)及管口附近

16、空氣隨聲波而振動，是一個聲質(zhì)量元件。空腔內(nèi)的壓力隨空氣的脹縮而變化，是一個聲順元件。而空腔內(nèi)的空氣在一定程度內(nèi)隨聲波而振動，也具有一定的聲質(zhì)量?？諝庠陂_口壁面的振動摩擦，由于粘滯阻尼和導(dǎo)熱的作用，會使聲能損耗，它的聲學(xué)作用是一個聲阻。當(dāng)入射聲波的頻率接近共振器的固有頻率時，孔頸的空氣柱產(chǎn)生強(qiáng)烈振動，在振動過程中，由于克服摩擦阻力而消耗聲能。反之，當(dāng)入射聲波頻率遠(yuǎn)離共振器固有頻率時，共振器振動很弱，因此聲吸收作用很小，可見共振器吸聲系數(shù)隨頻率而變化，最高吸聲系數(shù)出現(xiàn)在共振頻率處。當(dāng)聲波入射到赫姆霍茲共振吸聲器的入口時，容器內(nèi)口的空氣受到激勵，將產(chǎn)生振動，容器內(nèi)的介質(zhì)將產(chǎn)生壓縮或膨脹變形，根據(jù)等效

17、線路圖分析，可以得到單個赫姆霍茲共振吸聲器的等效聲阻抗為： 式中 為聲阻抗；為聲阻；為赫姆霍茲共振吸聲器的聲質(zhì)量。其中為空氣密度，為人口管長度，入口管面積；為赫姆霍茲共振吸聲器的聲順，其中為容器體積。由上式可以得到單個赫姆霍茲共振吸聲器的共振頻率可由下式求得： 穿孔板的吸聲機(jī)理正是源于此，穿孔板上的孔與后面的空氣層正好構(gòu)成亥姆霍茲共振體，當(dāng)入射的噪聲頻率與穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)的共振頻率一致時，消耗的聲能最大?？紤]到穿孔板是多個亥姆霍茲共振器并聯(lián)而成，當(dāng)聲波垂直入射時，其共振吸聲頻率和吸聲系數(shù)用以下公式計算： 式中 -為板的厚度； -為板后空氣層的厚度；-為孔徑；-為聲速；-為穿孔率；-聲壓反射系

18、數(shù)；-共振吸聲結(jié)構(gòu)的相對聲阻率與相對聲抗率，為無量綱量。共振時，聲抗為零，吸聲系數(shù)為極大值： 由上述公式可知，穿孔板的共振頻率和吸聲系數(shù)與穿孔率p，孔徑d，穿孔板厚度h和空氣層厚度D有關(guān)。由于大型動力設(shè)備本身的體積已經(jīng)很龐大，如果空氣層厚度過大，則占用空間過大，這對于結(jié)構(gòu)設(shè)計是不利的，因而在實(shí)際工程中都要盡量減小空氣層的厚度。在此我們選取穿孔板后空氣層厚度均為50mm，依據(jù)上述計算公式編程分別計算在中心頻率下的吸聲系數(shù)，如表12-4所示。 表1 中心頻率下的吸聲系數(shù)吸聲結(jié)構(gòu)參數(shù)中心頻率 f（Hz）8016031563012502500吸聲系數(shù) p=5%d1=3mm0.2940.8850.959

19、0.9980.4850.318D=50mmd2=5mm0.2930.7150.8330.9330.3910.220h=20mmd3=8mm0.2520.7050.3990.5260.2280.215d4=10mm0.1220.6130.4390.3700.2860.185h=20mmp1=2%0.4990.7870.9380.6520.3260.495d=3mmp2=3%0.5470.6640.9970.7910.2260.325D=50mmp3=4%0.1690.4080.8550.8490.1690.317p4=10%0.1320.3510.5490.3630.7320.625p=3%h1

20、=10mm0.3660.5640.7460.4950.2910.385d=3mmh2=15mm0.5810.9520.9950.6920.9370.217D=50mmh3=25mm0.4470.4900.6070.4560.1690.218h4=30mm0.3980.8930.6480.3590.1420.104通過以上計算，選用的穿孔板在80-630Hz的頻段有很高的吸聲性能，但對于高頻噪聲吸聲系數(shù)則小于0.4，因此考慮將不同的吸聲結(jié)構(gòu)復(fù)合。復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)通常有兩類：一是雙層穿孔板復(fù)合；二是穿孔板與多孔吸聲材料復(fù)合。由于穿孔板在低中頻率的吸聲效果很好，而在高頻吸聲效果不佳，因此可采用了在高頻帶

21、區(qū)具有良好吸聲性能的超細(xì)玻璃棉和穿孔板復(fù)合。吸聲材料與穿孔板的復(fù)合有多種方式，出于增加穿孔板空腔內(nèi)聲阻的考慮，將吸聲材料緊貼穿孔板放置，如圖6所示：穿孔板吸聲材料壁面hD1D2圖6復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)的布置方式上面的這種復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)已經(jīng)在東北制藥總廠的噪聲治理工程中得到應(yīng)用，效果十分明顯，平均降噪量在十分貝以上，而且對于具有多個低頻噪聲幅值較高的情況，我們采取具有不同孔徑的穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)也在實(shí)際中得到應(yīng)用，效果更佳。降噪工程中的隔聲構(gòu)件通常采用的是阻尼漆加鋼板的組合方式，隔聲量主要取決于材料的面密度，鋼板越厚，隔聲量越大，但隨之也產(chǎn)生了很多問題，如鋼板越厚，造價越高，現(xiàn)場施工越困難，而且

22、阻尼漆涂層越厚。兼顧到降噪效果、工程造價和施工等因素，我們發(fā)明了新型的“阻尼隔聲板”，已獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局的授權(quán)，在相同的隔聲量下，這種阻尼隔聲板的重量要遠(yuǎn)低于阻尼漆加鋼板的結(jié)構(gòu)，而且由于減少了板的厚度，大大降低了施工的難度和工程造價。隔聲材料有很多種，如金屬板、實(shí)心墻體、木版等等，通常用隔聲量來評價隔聲材料或構(gòu)件的隔聲性能，計算公式： 式中 隔聲量，dB；隔聲材料或構(gòu)件的透射系數(shù)。對于單層均質(zhì)板材，隔聲量經(jīng)驗(yàn)公式是： 式中 隔聲量； 板的面密度（） 入射聲波的頻率（）由于單層均質(zhì)材料容易受到低頻共振和高頻吻合效應(yīng)的影響而降低降噪效果，因而多在單層均質(zhì)材料上加一層阻尼材料來降低低頻共振頻

23、率和提高高頻吻合頻率，即使主要的降噪頻帶遠(yuǎn)離低頻共振區(qū)和高頻吻合效應(yīng)區(qū)。為了得到較高的隔聲量，通常使用的均質(zhì)材料鋼板厚度太大，2mm以上，非常不利于加工，而且造價高，因而我們采用了厚度小于1mm的鋼板為基材，加阻尼層，加厚度小于10mm的石膏板的阻尼隔聲結(jié)構(gòu)，如圖所示： 鋼板阻尼層石膏板圖7阻尼隔聲結(jié)構(gòu)反射入射透射BA圖8吻合效應(yīng)原理圖單層均質(zhì)的隔聲材料或結(jié)構(gòu)的共振頻率與結(jié)構(gòu)的大小、厚度、彈性模量和面密度等有關(guān)，共振頻率計算式： 式中 板的剛度， ；材料的彈性模量，；板的厚度，；板的面密度，；板的長度，；板的寬度，。以厚度為0.08mm的鋼板和9mm石膏板為例：鋼板：所以共振頻率：石膏板：所以

24、共振頻率：由計算結(jié)果看，兩種材料的共振頻率都比較低，完全可以避開吸聲降噪的主要頻帶，這在已經(jīng)成功的噪聲治理案例中得到驗(yàn)證。吻合效應(yīng)的產(chǎn)生是由于均質(zhì)結(jié)構(gòu)都具有一定的彈性，在聲波的激發(fā)下會產(chǎn)生受迫彎曲振動，并沿著板前進(jìn)。當(dāng)在某一頻率，板中的彎曲波波長恰好等于空氣中入射聲波波長在板上的投影，如圖，板上的兩波發(fā)生了共振，產(chǎn)生了波的吻合，此時板的運(yùn)動與空氣中聲波的運(yùn)動達(dá)到高度耦合，聲能大量透射過隔聲結(jié)構(gòu)。出現(xiàn)耦合的最低頻率（）稱為臨界頻率，用表示，計算公式： 式中 聲速（） 板的面密度（） 板的勁度， 彈性模量（） 板的厚度（） 板的密度（）以鋼板和石膏板為例：鋼板：，石膏板：，上述的實(shí)際聲速值都要比3

25、44m/s大，所以計算的臨界頻率偏小，但從計算結(jié)果來看，已經(jīng)能夠滿足降噪的要求，降噪的主要頻帶都在吻合效應(yīng)臨界頻率以下，這在上面的實(shí)例中也可以看到，而且由于存在阻尼涂層，它也會對吻合效應(yīng)起到抑制作用。從結(jié)構(gòu)上看，由于鋼板的厚度減小了，造價降低而且阻尼涂層的厚度也大大降低了，使現(xiàn)場施工的難度大大降低。4.2減振設(shè)計減振設(shè)計主要包括動力設(shè)備振動信號的測量、分析和減振措施的制定。振動信號的測量在大型動力設(shè)備噪聲控制中的關(guān)鍵工作之一。產(chǎn)生噪聲的原因在于設(shè)備工作狀態(tài)下的不規(guī)則振動。機(jī)組中的各個設(shè)備通常由剛度較大的管道連接，安裝在同一基礎(chǔ)上，機(jī)組中的振源（如電機(jī)、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等）產(chǎn)生的振動通過管道、基礎(chǔ)等

26、傳遞路徑將振動傳播出去，使整個機(jī)組中的各個部件均產(chǎn)生不同程度的振動。這使得整個機(jī)組不再是簡單的一個噪聲源，而是一個體積很大的振源衍生出的有多個點(diǎn)聲源和多個線聲源構(gòu)成的噪聲源群。各噪聲源相互影響形成極為復(fù)雜的聲場。圖9至圖12是某制藥廠氣輪壓縮機(jī)組的同一測點(diǎn)的減振降噪前的振動頻譜圖和噪聲頻譜圖以及減振處理后的振動頻譜圖和噪聲頻譜圖。圖9 減振降噪前振動譜圖圖10 減振降噪后振動譜圖圖11 減振降噪前噪聲頻譜圖圖12 減振降噪后噪聲頻譜圖從圖中可以看出，振動對噪聲有很大的貢獻(xiàn)，經(jīng)過減振處理后，噪聲有了2分貝以上的降低。這說明在大型動力設(shè)備的噪聲治理工程中，機(jī)組以及其附屬設(shè)備的振動問題絕不容忽視，必

27、須采取措施減振。4.3外觀和結(jié)構(gòu)設(shè)計外觀設(shè)計主要包括隔聲設(shè)備（降噪板）外形設(shè)計、附屬部件的設(shè)置、內(nèi)外裝飾和護(hù)面材料選擇等。進(jìn)行外觀設(shè)計首先要對安裝隔聲設(shè)備的場地進(jìn)行勘查，了解場地條件，包括場地原有結(jié)構(gòu)布置情況、設(shè)備布置情況、場地環(huán)境、設(shè)備操作流程等。綜合考慮聲學(xué)設(shè)計和場地條件，進(jìn)行隔聲設(shè)備外形設(shè)計，形成初步方案。對場地進(jìn)行二次勘查，校驗(yàn)方案是否符合場地客觀條件及可行性。在保證降噪效果的前提下，使隔聲設(shè)備與原有環(huán)境相協(xié)調(diào)統(tǒng)一。結(jié)構(gòu)設(shè)計是在外形設(shè)計的基礎(chǔ)上，布置承力構(gòu)件并對其進(jìn)行承載力驗(yàn)算。對于大型動力設(shè)備的降噪工程，降噪材料使用量大，恒荷載較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計尤為重要。大型吸聲隔聲結(jié)構(gòu)的安裝屬于二次土

28、建項目，多數(shù)施工場地條件復(fù)雜，在布置承力構(gòu)件是需要考慮施工的可行性。圖13和圖14是兩幅噪聲治理案例吸聲隔聲結(jié)構(gòu)的效果圖。圖13某別墅區(qū)冷卻塔降噪效果圖圖14 某小區(qū)冷卻塔降噪效果圖 4.4通風(fēng)散熱設(shè)計通常大型動力設(shè)備以及其附屬裝置的散熱量都很大，這就要求在進(jìn)行噪聲治理的同時，必須保證設(shè)備本身具有良好的通風(fēng)散熱性，因此通風(fēng)散熱設(shè)計的成功與否將直接影響噪聲治理的成敗。通風(fēng)散熱設(shè)計包括模擬計算隔聲罩內(nèi)的溫濕度分布，根據(jù)要保證的罩內(nèi)溫濕度，計算通風(fēng)量，氣流組織，選擇風(fēng)機(jī)，設(shè)計通風(fēng)管道。機(jī)械通風(fēng)量可按下式計算: 式中：Q 設(shè)備散熱所需通風(fēng)量,m3/h ; N 設(shè)備的功率, KW;a 散熱系數(shù),可在0.

29、010.5 選取;隔聲罩內(nèi)、外空氣溫度差；r 空氣容重, 常溫下取1. 2kg/m3第五章 工程實(shí)例5.1.螺桿壓縮制冷機(jī)組噪聲5.1.1概況 螺桿壓縮制冷機(jī)組是一種容積式回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，具有效率高、調(diào)節(jié)范圍大、壽命長的優(yōu)點(diǎn)，目前已在制藥、石油、化工、大型建筑的空氣調(diào)節(jié)中得到廣泛的應(yīng)用。由于電機(jī)和壓縮機(jī)需用聯(lián)軸器單獨(dú)連接，且轉(zhuǎn)速比較高、旋轉(zhuǎn)部件多、加工精度要求高，而成為故障多發(fā)的設(shè)備之一。本工程的治理對象是某制藥廠于2003年安裝的兩臺氨制冷開啟式螺桿壓縮機(jī)，型號為JZKA31.5，制冷量為2470KW（標(biāo)準(zhǔn)工況），電機(jī)額定功率900KW，螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為2960r/min，陰陽轉(zhuǎn)子比為7：4。由

30、于機(jī)組工作時振動劇烈，產(chǎn)生噪聲極大。使用噪聲儀對號機(jī)進(jìn)行測量，最大值達(dá)到110dB（A），遠(yuǎn)離機(jī)房的控制室噪聲平均值也達(dá)到76dB（A）。在這種高噪聲環(huán)境下工作，對工作人員的身體產(chǎn)生極大危害。機(jī)組在強(qiáng)烈振動情況下工作，大大的縮短了機(jī)器的使用壽命。5.2振動、噪聲測量與分析該螺桿壓縮制冷機(jī)組所在車間開間42米，進(jìn)深15米，層高超過6米，車間的大空間使得混響現(xiàn)象十分嚴(yán)重。圖15和圖16是機(jī)房照片，圖17是機(jī)組的平面布置圖。機(jī)組中各部分由管道相連。車間左側(cè)與控制室相通，右側(cè)門與走廊和樓梯間相通。圖15 壓縮機(jī)車間照片1 圖16 壓縮機(jī)車間照片2-油分離器 -油冷卻器 -螺桿壓縮機(jī) -電動機(jī) -聯(lián)軸器

31、 -油泵 -儀表臺圖17 機(jī)組布置及車間平面簡圖5.2.1噪聲測量根據(jù)機(jī)組及場地情況，在機(jī)組周圍布置8個測點(diǎn)，具體如圖17所示：測點(diǎn)1位于壓縮機(jī)與油分離器之間，其值受這兩者影響較大；4、6測點(diǎn)值主要反映壓縮機(jī)發(fā)出的噪聲；3、7測點(diǎn)值主要反映聯(lián)軸器發(fā)出的噪聲；2、8測點(diǎn)值主要反映電動機(jī)發(fā)出的噪聲；5測點(diǎn)值主要反映電動機(jī)和油泵發(fā)出的噪聲。在機(jī)組在滿負(fù)荷運(yùn)行的條件下，用噪聲測試儀分別測量距離機(jī)器測點(diǎn)為1米和0米的多次平均聲壓值，如表2所示，圖19是測點(diǎn)3的1/3倍頻程頻譜圖：圖18測點(diǎn)布置圖 表2 各測點(diǎn)的噪聲測量值測量距離測 點(diǎn) 噪 聲（dB）123456781米10210810310310310

32、21101080米106110104105105105112118圖19 測點(diǎn)3 的1/3倍頻程頻譜圖通過表2中的數(shù)據(jù)可以清楚的看到，測點(diǎn)2、3、8處的噪聲值最大，均接近或超過110 dB，其它測點(diǎn)相對較小，但均超過100 dB?？梢猿醪脚袛鄩嚎s機(jī)是最主要的噪聲源。機(jī)房西側(cè)控制室噪聲平均值達(dá)到76dB，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范GBJ 87-85，有電話通訊要求時噪聲限值。5.2.2振動測量我們用B&K振動頻譜分析儀測量了機(jī)組的振動。通過測量得到的的頻譜來看，在壓縮機(jī)兩端測點(diǎn)振動烈度超過10mm/s，而其余各點(diǎn)均不超過4mm/s，說明振動源來自壓縮機(jī)。圖2

33、0圖22為壓縮機(jī)靠近聯(lián)軸器一端水平、軸向和垂直方向的頻譜。圖20 壓縮機(jī)水平方向上的頻譜圖21 壓縮機(jī)垂直方向上的頻譜圖22 壓縮機(jī)在軸向上的頻譜由譜圖可知，壓縮機(jī)靠近聯(lián)軸器一端水平方向振動最大速度為3mm/s，垂直方向振動最大速度為5.8mm/s，水平和垂直方向上振動都不大。軸向上振動的最大速度為17.8mm/s，軸向振動十分明顯。壓縮機(jī)振動以軸向?yàn)橹?，且整體振動比較平穩(wěn)，可以判斷存在不對中故障。由測量結(jié)果可知，電動機(jī)振動較小，其輻射聲主要為電磁噪聲和電機(jī)散熱風(fēng)機(jī)噪聲。這主要是電動機(jī)設(shè)計的缺點(diǎn)。5.3其它油泵與儀表臺，工作狀態(tài)良好，輻射的微弱噪聲均屬于正常。油分離器位于壓縮機(jī)和外墻之間，與壓

34、縮機(jī)相連，由于距離較近，連接管道有多處直角彎管，如圖23 所示。直角彎管阻力較大，液態(tài)氨通過彎頭時，湍流與阻礙流體通過的部分相互作用產(chǎn)生渦流噪聲。壓縮機(jī)通過管道將振動部分傳遞到油分離器，由于油分離器與地面沒有采取隔振措施，使得油分離器與地面產(chǎn)生共振，加強(qiáng)了噪聲源。圖23 油分離器及連接管道5.3.1噪聲源分析通過振動和噪聲數(shù)據(jù)的分析，主要振動源是螺桿壓縮機(jī)，輻射較大部分噪聲，其振動通過管道、樓板部分傳遞給機(jī)組其它部分，在一定程度上加大了機(jī)組其它部分的振動。加上電動機(jī)的電磁噪聲和電機(jī)散熱風(fēng)機(jī)噪聲，以及油分離器與地面共振發(fā)出的噪聲。構(gòu)成了整個機(jī)組的三個主要噪聲源。機(jī)組底座有隔振墊，但是由于性能不好

35、，屬于一級隔振，加上材料老化，其隔振作用不大。把房間內(nèi)的直達(dá)聲場與混響聲場疊加，可得到實(shí)際總聲場，其聲能密度和聲壓密度分別為： 其中R房間系數(shù)。聲源的頻率一定，房間內(nèi)各處的聲壓級的相對變化由所決定。由于車間墻壁的吸聲率很小，房間常數(shù)R也很小，車間內(nèi)的混響較大。 車間聲場分為自由聲場和混響聲場，把房間內(nèi)的自由聲場和混響聲場疊加，可以得到車間實(shí)際總聲場。5.3.2隔振、降噪措施控制噪聲有兩個途徑：（1）降低聲源噪聲；（2）限制噪聲的傳播途徑。第一種方法，是通過改進(jìn)設(shè)計方法，排除機(jī)械故障等手段實(shí)現(xiàn)的。由于制藥廠工藝流程決定，不可以停機(jī)，所以無法進(jìn)行大的調(diào)整，并且機(jī)組存在的故障還難以明確，所以只能用第二種方法來降低噪聲的危害。根據(jù)本工程的實(shí)際情況，我們做了如下的工作： 確定降噪方案由于機(jī)組的振動有一點(diǎn)超標(biāo)，但又不能對機(jī)組結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的變動，所以只能進(jìn)行有限的改造。我們先對油分離器進(jìn)行加固處理，以減小螺桿壓縮機(jī)傳來的振動。加固管道固定零件，機(jī)組外殼螺栓，以減少振源數(shù)目。經(jīng)過處理，噪聲大約可降低了12dB。給機(jī)組加降噪板，考慮機(jī)組布局情況、操作人員工作便利和實(shí)際施工，將除油分離器和儀表臺外的部分全部封在降噪板里。設(shè)計降噪板時，注意降噪板與地面之間加隔振板，有管道通過的地方要采取密封措施。考慮到電機(jī)的散熱量大，在降噪板靠近電機(jī)的位置上布置通風(fēng)孔，并安裝進(jìn)、排氣消聲器。降噪效果根據(jù)以上的分析，我們