常规噪声治理技术常规噪声治理技术 (general noice administer technology)噪声治理中,通常采取的工程技术措施,包括吸声、隔声、消声、隔振与减振阻尼。
主要应用于阻断噪声的传播。
吸声利用可以吸收声能的材料或物体的特殊结构,吸收入射的部分声能,转化为其他能量,达到降低噪声目的的技术措施。
吸声主要应用于降低封闭或半封闭空间中的混响声,以及室外如隔声屏的设计等。
前者如普通厂房,操作室等,其内表面一般都是由平整坚硬的材料(混凝土、砖等)构成。
当室内声源发声时,人们除了听到由声源传来的直达声外,还会听到由室内表面一次和多次反射声叠加而形成的混响声,使室内接收者受到较室外同样声源更大的干扰。
若在室内壁面布置或在空中悬吊吸声材料制成的吸声结构,便可减弱混响声,达到降噪的目的。
吸声可使一般室内的噪声降低3~8dB(A)。
降噪量计算在靠近声源处,直达声占优势,吸声处理不起作用;在距声源一定距离之外,混响声占优势,吸声处理的各频带降噪量可按下式计算:式中△L为某频带的吸声降噪量,dB;分别为室内吸声处理后与吸声处理前的该频带的平均吸声系数,P无量纲。
式中Si 为室内第i种壁面材料所占的面积,㎡;i=1、2、3、…、n;α1i为吸声处理前第i种壁面材料的吸声系数;α2为吸声处理后第i种壁面材料的吸声系数。
T1、T2分别为吸声处理前、后的同一频带的混响时间,S。
混响时间是指当室内声场达到稳态后,声源突然停止发声,声压级衰减60dB所需要的时间。
可实际测定或按下式计算:式中S为室内各壁面的总表面积,㎡;V为房间的体积,m3。
式(1)说明吸声处理前厂房内的平均吸声系数越小,吸声处理效果越好。
一般小于0.2的厂房,吸声处理会有较好的效果。
吸声系数用来表示吸声材料吸声能力的大小,是材料吸收声能的百分率。
α=Et /E=(E-Er)/E。
E为入射声能,E t 为吸收声能,Er为反射声能。
工程上,一种材料的吸声能力常用125、250、500、1k、2k、4kHz6个倍频程的吸声系数来表示。
用驻波管法(声波垂直入射)测得的吸声系数常记作α,称垂直入射吸声系数,测法简单;用混响室法(无规入射)测得的吸声系数称无规入射吸声系数,记作αT,测定复杂,但较符合实际。
两者可以互相换算,实际中应用αT。
吸声材料与结构常用的类型有(见表1):(1)多孔吸声材料。
如玻璃棉、合成化纤棉、矿渣棉、岩棉、聚氨酯泡沫塑料、膨胀珍珠岩等,以及上述各种材料的成型制品,如毡、板、砖或可供悬挂的空间吸声体等。
主要适用于降低中、高频噪声。
表1 吸声材料类型及其吸声特性(2)共振吸声结构。
主要有薄板共振吸声结构和穿孔板共振吸声结构等。
前者是将硬质纤维板、胶合板、石棉蛭石板等板材用龙骨固定在刚性壁(墙壁、天花板等)上,板材与壁面之间留有一定深度的空腔,多用于吸收低频噪声;穿孔板共振吸声结构的构造与薄板共振吸声结构相同,只是板材上钻有一定数量的小孔,穿孔率一般为0.5%~5%,孔径约有3~6mm,宜用于吸收中、低频噪声。
共振吸声结构的吸声频带较窄,可采用在空腔中填放多孔吸声材料或使用多层穿孔板结构等方法展宽吸声频带。
(3)微穿孔板吸声结构、薄塑盒式吸声体等。
前者为中国科学家马大猷等研制。
结构与穿孔板共振吸声结构类似,只是板材为铝等金属薄板,板厚与小孔孔径皆在1mm以下,穿孔率约为0.5%~3%。
吸声频带宽,吸声系数高,可用于吸收低、中、高频噪声。
薄塑盒式吸声体系采用特制塑料薄片制成,有若干排塑料小盒固定于塑料基板上,每个小盒均为封闭腔体,为展宽吸声频带,每个小盒通常有两个体积不等的空腔。
使用时,将塑料基板固定于刚性壁上即可。
若在基板与壁面间留一定空腔更好。
这种结构吸声系数也高,吸声频带也宽,可用于吸收宽带噪声。
隔声利用构件将声源与接收者分开,阻隔空气传声,以减弱噪声对环境影响的技术措施。
常用的隔声构件有砖和混凝土墙体,钢、玻璃、木板等制的隔声门、窗等。
常用的隔声措施有利用上述隔声构件建造隔声间、隔声罩、隔声屏等。
隔声构件本身的隔声能力通常用透声系数τ和隔声量TL来表示。
τ是透过隔声构件的声能与入射的声能之比。
τ愈小,隔声能力愈高。
TL定义为:TL=10lg(1/τ)。
工程应用中经常以125、250、500、1K、2k、4kHz六个倍频程的隔声量,或六个倍频程隔声量的算术均值等来表示一个隔声构件的隔声能力。
对于由不同隔声材料组成的组合墙(如有门、窗的墙),它的隔声量由不同隔声材料的隔声量按下式计算求得,称做组合墙的平均隔声量,记做:为组合墙第i种隔声材料的面积,㎡;i=1、2、…、n。
式(6)、(7)中为组合墙的平均透声系数,Si隔声间在强噪声场合,用隔声构件隔出一个较为安静的工作环境,或者将大型噪声源设备,或者将多台噪声源设备密闭起来的房间状的隔声结构。
墙壁一般为砖或混凝土或其他坚实材料建成,室内壁面进行吸声处理或悬挂空间吸声体,门、窗为隔声门、窗。
门缝、窗缝及管线进出处均需注意密封,避免漏声。
一般隔声问的降噪量为20~40dB(A)。
适用于噪声源难治理或无必要一定治理的强声源车间,或为操作者提供良好的监控环境,或将强声源密闭起来。
隔声间通风采用低噪声排风扇,并设置消声通道。
工厂中最常用的隔声间是将厂房的一端用隔墙与其他安装噪声源设备的部分分开(图1),设为操作控制室。
隔墙两边各频带的噪声降低量可用下式计算:图1 发声室与接收室式中NR为自发声室到接收室的噪声降低量,dB;Lp1、Lp2分别为发声室与接收室的声压级,dB;隔墙(一般为组合墙)的平均隔声量,dB;Sw 为隔墙的面积,㎡;R2为接收室的房间常数,㎡。
房间常数R是表示该房间吸声状况的一个物理参数,,s是房间的总内表面积,㎡;是房间的平均吸声系数。
隔声罩将强噪声源全部或局部封闭起的罩形隔声结构(图2)。
隔声罩有活动型与固定型之分。
罩壁一般用薄钢板制造,内涂阻尼材料,罩内壁面饰吸声层,吸声材料应有较好的护面层,并根据设备基座振动程度,考虑在罩壁与地板固定处是否需加橡胶垫、玻璃棉毡等隔振材料。
罩体所有焊缝、拼缝及管线孔洞,应注意密封,避免漏声。
隔声罩的主要优点是隔声效果好,降噪量一般可达10~30dB(A),结构简单。
主要缺点是设备通风散热与维修不便。
适用于不需要经常维修的单台强噪声源设备,如电动机、柴油机、球磨机等。
图2 隔声罩a-隔声罩安装示意;b-隔声罩壁构造示意1-隔声罩壁壳;2-阻尼材料;3-吸声材料4-玻璃布;5-穿孔护面板;6-隔振器隔声罩各频带的插入损失可按下式近似计算:式中IL为插入损失,dB。
插入损失是指接收点在有无治理措施前后的声压级差值;为隔声罩壳的平均隔声量,dB;为隔声罩内壁面的平均吸声系数。
隔声屏在声源和接收者之间插入的屏状隔声结构。
主要用来阻挡直达声的传播。
它可使声波传播有一个显著的附加衰减,因而降低接收者所在的一定区域内的噪声影响。
如果隔声屏本身的隔声量使透射声远小于衍射声,且长度足以避免声波的侧向衍射,在半自由声场中,点声源接收点和隔声屏的位置关系如图3所示时,若能满足d》r、r》h、d》h,隔声屏不同频带的降噪量可按下式计算:△L=10lgN+13 (10)式中△L为隔声屏的减噪量,dB;N是菲涅尔数,无量图3 隔声屏示意图S-声源;B-屏障;R-接收点纲,N=±(2δ/λ),λ为声波的波长,m;δ为从声源到接收点之间最短衍射路径与直达路径之差,δ=[a+b-(r+d)],m。
N为负值时表示接收者可以看到声源的情况。
一般隔声屏的降噪量约在5~20dB之间,实测最大降噪量为24dB。
隔声屏运用于降噪量要求不高,而声源设备散热要求高,又需人经常在近前监控等情况。
在屏障的两面或朝向声源一侧加装吸声材料层,效果可更好。
隔声屏的布置形式有图4所示等形式。
图4 隔声屏的几种布置形式消声消除空气动力性噪声的技术措施。
消声使用的装置是消声器,它既能让气流通过又能够诮除空气动力性噪声,类型多样,主要有阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合式消声器、微穿孔板消声器、节流降压消声器、小孔消声器、多孔扩散消声器。
阻性消声器将多孔吸声材料固定在气流通道内壁,或按一定排列方式固定在管道中,以降低气流噪声的装置。
适用于降低中高频的宽带噪声。
主要类型有直管式、片式、蜂窝式、折板式、弯头式、声流式和迷路式等消声器(图5)。
消声器使用的吸声材料与护面层材料应根据气流管道中的使用条件(风速、温度、水分含量、腐蚀性等)进行选择。
阻性消声器具有设计简单、易于制做、压力降小、性能比较可靠等优点。
一般多用在风机的进排风通道上。
消声量约为10~20dB/m。
图5 阻性消声器主要型式及其消声频谱特性直管式消声器的声衰减量可由下式计算:△L=Φ(α)(P/S)i (11)式中△L为声衰减量,dB;Φ(α0)为消声系数,是多孔吸声材料的垂直入射吸声系数α的函数,换算关系见表2。
P为气流通道上吸声材料的饰面周长,m;S为气流通道的横截面积,㎡;i为消声器的有效长度(有吸声材料饰面部分),m。
表2 消声系数Φ(α0)和吸声系数α的函数关系(经验值)若消声器通道截面相对较大,高频声波呈束状直接通过,与吸声材料很少或不完全接触,消声量就会明显下降,称作高频失效。
消声量开始明显下降的频率称作上限失效频率,可按下面的经验式计算:f上=1.85(c/D) (12)式中f上为上限失效频率,Hz;c为管道中的声速,m/s;D为通道直径(圆管)或管道截面边长平均值(矩形)。
抗性消声器利用改变气流通道的截面积或旁接共振腔、支管,使声波产生反射、共振或干涉,达到消声目的装置。
适用于降低中低频噪声。
主要类型有扩张室式、共振式与干涉式消声器(图6)。
有耐高温与耐腐蚀,不怕气流冲击和振动,不怕油污、灰尘的优点;但压降较大。
一般多用在空压机的进排气口与内燃机的排气口上。
消声量一般可达10~20dB。
图6 抗性消声器主要类型及其消声频谱特性阻抗复合式消声器阻式与抗性消声器的复合式结构(图7)。
特点是消声量高,消声频带宽,但消声量计算较复杂,一般靠实验测得。
图7 几种阻抗复合式消声器构造示意a-共振-阻性;b-扩张-阻性;c扩张-阻性;d-阻性-共振微穿孔板消声器用金属微穿孔板固定在气流管道中制成的消声器(图8)。
20世纪60年代,由中国科学家马大猷等研制。
主要优点有消声量高,消声频带宽,压力损失很小,耐高温及短暂火焰喷射,耐气流冲击,不怕潮湿。
主要缺点是不耐灰尘。
消声量一般可达15~30dB。
适用于消除空调风机、鼓风机、燃(气)轮机、内燃机等进、排气口噪声。
节流降压消声器利用节流降压原理制成的消声图8 微穿孔板消声器器。
一般用于喷气噪声的治理。
根据喷气量的大小,设计通流面积,使高压气体通过节流孔板时,压力降低。