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高压气体管道的噪声治理 |
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作者：青岛理工大学 洪有明 刘志红 仪垂杰 梁森 |
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摘要：介绍了某钢厂煤压机房外管道噪声现状，应用比利时LMS 测试系统对煤气管道噪声进行了声振耦合实验分析，应用隔声减振等噪声控制技术，提出降噪方案，降低管道噪声。
关键词：LMS；管道；隔声；声振耦合；噪声治理
引言
某钢厂煤压机房的煤气压缩机组是为燃气轮发电机组提供燃烧煤气的。它以高炉煤气、焦炉煤气、天然气为压缩介质，对混合气体进行压缩，出口压力高达2.35 MPa，出口温度高达220℃。煤压机组主要由电机、齿轮箱和煤压机体（低压缸和高压缸），气体冷却器、润滑油站，高位储油箱等十多种设备组成。压缩气体通过煤压机房外管道直接输送到煤气柜，煤压机房的外伸管道如图1 和2 所示；其噪声达到96dBA，北墙外200m 处厂界有居民住宅楼，邻近居民住宅楼厂界噪声超标，危害了居民的日常生活。
1 管道声振耦合实验分析
实验的目的主要是查明噪声的来源，是因管道内的气流冲击而产生的二次噪声还是空气动力性噪声的透射引起，通过噪声与振动的相关性分析，来确定噪声的主要产生原因。这对主要原因制定包扎措施。
2.1 声振耦合实验
测试仪器：比利时LMS 公司的LMSTest.lab 频谱采集分析模块；LMS Sound intensity testing and analysis 声学测试分析系统；LMS Time Recording 实时数据的纪录模块；SCADASⅢ移动式信号采集仪，1/2 寸高精度传声器，高精度加速度振动传感器。频率分辨率均为1HZ，分析频率4096HZ。
2.2 实验结果分析
北墙外部直径较小的管道的声振耦合测试结果如图3-6；
图 3 管道噪声声压级 图4 管道噪声频谱
图 5 管道表面的振动频谱 图6 表面振动与噪声耦合的相干系数
由以上测试结果图可以得出，对于细管道表面的振动与表面声辐射相关性较大，平均相关系数为0.7 以上，其声压谱与振动频谱共有频率成分较多，这说明细管道的表面振动是引起表面声辐射的原因，管道内气流声的透射并不为主要。这一分析结果为我们在管道噪声的处理中采用减振措施提供依据。
北墙外部直径较大的管道的声振耦合测试结果如图7-10；
图9 管道表面振动频谱 图10 表面振动与噪声耦合的相关系数
由以上测试结果图可以得出，对于细管道表面的振动与表面声辐射相关性较大，平均相关系数为0.4 左右，其声压谱与振动频谱共有频率成分较少，这说明粗管道的表面振动不是引起表面声辐射的原因，管道内气流声的透射也并不严重。其总的声压级较高，可能是因邻近的管道发声而产生的。
2 管道隔声控制
2 . 1 噪声控制原理
任何一种噪声问题都是由声源（振源）—传播途径—受者三方面构成。噪声控制的各种措施，也主要是针对上述三方面而提出的。因此，在煤压机房噪声控制中，主要考虑声源及声的传播途径，结合现场实际以事后控制为主。主要采用的降噪技术可归纳为：
2 . 1 . 1 隔声、吸声与隔振
a. 隔声
隔声是噪声控制中一个比较传统的方法，其原理是用高密度，高比重的材料将声源封闭起来（如用隔声壁，封闭的金属空间等将声源与外部需要寂静的空间隔离），从而使声源（如发动机）的噪声不影响到其他环境等。要达到良好的隔声效果，声源与隔声罩之间必须是“软连接”或是无机械连接，而且具有良好的密封。隔声技术应用的结构形式很多，不同的结构形式，同一种结构应用于不同的场合其隔声性能都将发生变化，除此之外，材料的隔声性能也会因条件的变化而发生变化，所以为有效地达到一定的隔声量，须要依据噪声源的频率特征和现场的实际工况，设计合理的隔声结构形式和有效的隔声材料。
隔声是将噪声源和接收者分开或隔离，阻断空气的传播，从而达到降噪目的措施。采用隔声的方法是控制工业噪声简便而有效的措施之一。
隔声所遵循的一般原则为质量定律即同样的结构形式越密实厚重其隔声量越大。常见的高隔声量结构尤其对空气声隔声效果较好的结构主要包括双层及双层结构，但这种结构要想获得较高的隔声量必须搭配适当，如一般双层结构采用一重一轻的形式，为提高低频隔声效果采用两重一轻的结构形式等。
b.吸声
吸声是在声空间的界面上附加吸声材料，从而当空气中的波入射到这些界面时，声能量有吸声材料的内损耗而转变为热能散发掉，避免声的反射即避免声空间中出现的混响，从而减小升空间中的声压级。该技术主要针对混响声的处理，对高频声效果显著。
吸声材料（结构）种类很多，按其材料结构状况分为多孔吸声材料和共振吸声结构。吸声材料的作用主要有缩短和调整室内混响时间，消除回声以改善室内的听闻条件；降低室内的声压级；作为管道衬垫或消声器件的原材料，以降低通风系统的噪声；或在轻质隔声结构中和隔声罩内表面作辅助材料，以提高构件的隔声量。在噪声控制工程选择吸声材料（结构）时，除考虑它的声学特性外，还必须从其他一些方面进行综合评价。不同类型吸声材料，其吸声性能不同，而同种吸声材料，由于使用方法不同，其吸声性能也有变化，因此，必须根据使用要求或侧重于满足部分条件进行选择。此外，在材料选择过程中，应考虑经济性。
c.隔振
隔振是在由振源至有关结构的振动能量传递路径中加入一些环节。这些环节（可硬可软）改变振源于受体之间的机械阻抗，增大接合部位的耦合损耗能力，将大部分振动能量反射回去，并消耗掉由振源传来的部分振动能量，从而使得不希望产生振动的结构不振或振动很小，由此结构产生的噪声也得到了控制。
在振动控制技术中，隔振是目前振动控制工程上应用最为广泛和有效的措施。利用隔振器以降低因机器本身的扰力作用引起的机器支承结构或地基的振动，称为积极隔振；为减少精密仪器和设备或其它隔振体在外部振源的作用下的振动，称为消极隔振。隔振结构形式很多，它的选取应依据所控制的噪声源的噪声特性和结构形式。应便于隔振结构的安装、维护和更换等问题。
2 . 1 . 2 阻尼减振降噪
阻尼减振降噪技术是国内外目前普遍采用的减振降噪方法，几乎80%以上的机械噪声控制，都是通过完整或部分阻尼处理达到降噪目的的。这种降噪方法不改变机器的声辐射特征，却能有效地控制其振动水平，从而使噪声得以减小。在机壳表面涂阻尼材料也有利减振降噪，阻尼材料具有损耗振动机械能的能力，将阻尼材料喷刷在机壳表面作成自由层，当结构发生振动辐射噪声时阻尼层发生变形，依靠阻尼材料的内摩擦耗能，将机械能转化为热能，消散于周围环境中，可达到降噪目的。
阻尼材料分为阻尼板材和阻尼涂料两大类，由于阻尼材料是一种新型的正在不断发展的新材料，其制造工艺、配方和评价方法等还不够完善有待进步发展。阻尼涂料是工程应用最方便的措施，它具有减振、降噪、隔振和密封的作用，广泛应用于航天器、飞机、船舶、车辆和各种机械设备的减振、降噪。各种隔声板材内表面涂以阻尼材料可提高其隔声性能。阻尼涂料的施工方法简单，涂敷于金属板表面上，具有优良的附着力和抗冲击性能。
2 . 2 管道噪声控制技术
由管道声振耦合实验结果可以得出，对于细管道表面的振动与表面声辐射相关性较大，平均相关系数为0.7 以上，其声压谱与振动频谱共有频率成分较多，这说明细管道的表面振动是引起表面声辐射的原因，管道内气流声的透射并不为主要。室外管道处理前后如图12、13 所示：
图 12 原有管道
图13 隔声管道
根据噪声控制,即隔声、吸声、隔振以及阻尼减振降噪原理，室外管道的包扎，内部采用吸音棉和隔声阻尼材料，外部采用CA1156 隔声板，并用12 号槽钢紧固，增强了其吸声效果，由于管道面积较小，声辐射和降噪量都相对较小。
具体处理结构如下图14：
图 14 隔声管道结构
3 噪声治理效果
根据降噪方案，管道包扎实施前后效果对比如下：
通过近场声压测试，外部管道的隔声量比预计的要小2-3 分贝，整体的降噪量在12 分贝左右。它对室外不同测点处的降噪贡献量不同，其平均降噪量为5-8 分贝。不同大小的管道的声辐射能量不同，所以其降噪量的多少也不相同。由于管道面积较小，声辐射和降噪量都相对较小。
项目实施后，经环保测试验收，治理效果达到了方案的预期目标，厂界噪声值已符合工业企业厂界噪声标准（GB12348-90）环保III 类住宅区要求，即昼间65dB（A），夜间55dB（A）；管道噪声得到了很好的控制，降低了对厂界噪声的影响，该项目获得了环保有关部门的好评。
参考文献：
[1] 袁昌明，方云中，华伟进.噪声与振动控制技术[M].北京：冶金工业出版社，2007.
[2] 盛美萍，王敏庆，孙进才.噪声与振动主控制技术基础[M].北京：科学出版社，2003.
[3] 仪垂杰.噪声与振动主控制[M].北京：科学出版社，2002.
[4] 马大猷.振动与噪声控制手册[M].北京：机械工业出版社，2002.(end)
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(5/9/2011) |
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