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噪声治理

华丰煤矿中部风井通风机噪声治理

设计说明书

山东科技大学

噪声与振动控制研究所

二O一一年七月

一、工程概况

华丰煤矿为生产需要，新安装37#2台（1台工作1台备用）对旋轴流风机，前后期风机技术参数为：

风机型号：

FBCDZNo37/2*1000，

电机型号：

YBF800S2-10

额定功率：

2*1000kW

额定转速：

590r/min

流量：

140~380m3/s

静压：

260~6500Pa

前期技术参数

风量：

250m3/s；静压：

3725Pa

后期技术参数

风量：

266m3/s；静压：

4110Pa

由于风机在运转时产生较大噪声，噪声超过国家有关标准，为保护环境，减少噪声对工业广场和周围建筑物的干扰。

根据新建项目环保三同时原则，对风机噪声进行噪声治理是非常必要的。

二、噪声源分析

矿用对旋轴流式风机噪声根据产生部位和声源大小可分为五部分，即空气动力性噪声、电机噪声、风机机壳噪声、检查门漏气噪声和风井漏气噪声。

1、空气动力性噪声

风机的空气动力性噪声包括进气口空气动力性噪声和出气口空气的动力性噪声，它是气体在流动过程中产生的，是由气体的不稳定流动，气体与气体、气体与固体间相互作用所产生的噪声。

风机空气动力性噪声主要由两部分组成，即旋转噪声和涡流噪声。

旋转噪声是由于工作叶轮上均匀分布的叶片周期性打击气体介质引起的。

当气流流过叶片时，在叶片表面上形成附面层，特别是引力边的附面层容易加厚，并产生许多涡。

在叶片的尾缘处，吸力与压力边的附面层相汇合，形成所谓的尾缘区，在尾缘区内，气流的压力与速度都大大低于主气流区的数值。

因而，当工作时轮旋转时，叶片出口区内气流具有很大的不均匀性。

这种不均匀性气流周期性作用于周围介质，产生压力脉动，而形成噪声。

旋转噪声的频率计算公式为：

f=nzi/60

式中：

n—风机叶轮转数，r/min；

z—叶片数；

i—谐频序号，i=1，2，3，……

涡流噪声主要是由于气流流经叶片时，产生气流附面层及旋涡分裂脱体，而引起叶片上压力脉动所造成的，就产生的原因可从以下三方面分析。

①物体表面上的气流形成紊流附面层后，附面层中气流紊乱的压力脉动作用于物体，产生的噪声。

紊流附面层发展愈严重，则产生的噪声也愈强。

②气流流经物体时，由于附面层发展到一定程度会产生涡流脱离，脱离的涡流将造成较大的脉动。

③由于来流的紊流度引起叶片作用力的脉动造成噪声，当有一定紊流度的气体流向叶片时，叶片前缘各点的冲角大小，将取决于气流平均速度和瞬时扰动速度。

在紊流情况下，后者是明显的无规律地变化的。

因而也使冲角产生无规律的变化，导致升力的无规律脉动而产生噪声。

通过上述分析可知，风机空气动力性噪声是由于上述两种性质不同的噪声相互叠加的结果。

所以风机空气动力噪声的频谱，往往是宽频带连续谱。

2、机械性噪声

机械性噪声主要是由于转子不平衡，轴承磨损及风机进出口压力脉动引起机壳振动而形成机械噪声。

3、电动机噪声

电动机噪声是风机噪声的主要组成部分，电动机噪声是由各种成分组成的，主要包括电磁噪声、机械噪声和风扇噪声三部分。

4、检查门漏气噪声

风机工作方式为抽出式，检查门两侧形成压差，在压力差的作用下，一部分空气被吸入风道，由于门缝隙小，压差大，气体的速度高，形成高速气流缝隙噪声。

5、风井漏气噪声

风井漏气噪声主要是防爆盖漏气噪声。

三、噪声源的理论计算

1、风机噪声

声功率级：

风机噪声的大小与风机构造、型号、风量和风压等参数有关，它的声功率级

与风机参数的关系为：

式中：

—比声功率级，dB；

—风量，m3/min；

—风压，Pa。

声功率各倍频程特性：

计算公式：

式中：

—各倍频程修正值dB，见下表。

各倍频程修正值

频程（Hz）

125

250

500

修正值dB

-23

-5

-2

-4

-11

-17

-25

-30

计算结果

105

108

106

A声级：

式中：

—比A声级；

—风量，m3/min；

—风压，Pa。

计算结果：

扩散器出口理论噪声：

106dB（A），机壳理论噪声：

95dB（A）

2、电机噪声估算

A声功率级：

式中：

—电机功率，kw；

—电机转速，r/min；

—修正系数。

声级各倍频程：

式中：

—修正值。

计算结果见下表

声级各倍频程

频程（Hz）

125

250

500

-15

-8

-6

-8

-2

-6

-16

-20

LWi

3、噪声扩散规律

点声源的扩散衰减：

线声源的扩散衰减：

面声源的扩散衰减：

4、噪声预测

A声级：

扩散器出口：

105-110dB（A）；机房噪声：

95~100dB（A），厂界噪声：

80dB（A）

频谱特性

31.5

125

250

500

四、设计原则、依据和标准

1、设计原则

（1）、不影响风机的正常运转。

（2）、保证风机日常维修和检查的方便。

（3）、采用的降噪设备及材料应防水、防腐和无二次污染，并且使用寿命长。

（4）、扩散器消声塔的附加阻力不大于100Pa。

（5）、本设计只对风机房、检查门和扩散器出口噪声进行设计治理，不涉及防爆门的漏气噪声。

2、设计依据和标准

（1）风机设计运转工况参数

前期技术参数：

风量：

250m3/s；静压：

3725Pa

后期技术参数：

风量：

266m3/s；静压：

4110Pa

（2）新汶矿业集团公司设计院：

相关数据和图纸。

（4）厂界噪声标准

执行GB12348—2008《工业企业厂界噪声标准》3类标准，即昼间≤65dB（A）；夜间≤55dB（A）。

备注GB12348—2008《工业企业厂界噪声标准》

类别

适用范围

昼间

夜间

Ⅰ

居住、文教、机关为主的区域

Ⅱ

居住、商业、工业混杂区域

Ⅲ

工业区域

Ⅳ

交通干线道路两侧区域

（5）值班室执行GBJ87—1985《工业企业厂区内各类各地点噪声标准》：

风机房值班室：

≤70dB（A）

备注GBJ87—1985《工业企业厂区内各类各地点噪声标准》

序号

地点类别

限值

备注

生产车间及作业场所（工人每天联系接触8h）

1.本表所列噪声限值，均应按现行国家标准测量确定。

2.对于工人每天接触噪声不足8h的场所，可根据实际接触噪声的时间，按接触时间减半噪声限值增加3dB的原则。

3.本表所列的背景噪声级，指在室内无声源发声的条件下，从室外经由墙、门、窗传入室内平均噪声级。

高噪声车间设备的值班室、观察室、休息室

无电话通信要求时

有电话通信要求时

精密装配线、精密加工车间的工作地点、

计算机房（正常工作状态）

车间所属办公室、实验室、设计室（室内背景噪声）

主控制室、集中控制室、通信室、电话总机室、消防值班室（室内背景噪声）

厂部所属办公室、会议室、设计室、中心试验室（包括实验、化验、计量室）（室内背景噪声）

医务室、教室、托儿所。

七、噪声治理设计措施

1、扩散器出口设计安装消声器，即组成扩散消声塔，以消除风机出口经扩散器排出的空气动力性噪声。

设计制造消声器在满足消声要求的同时，还应考虑消声器的阻力和气流再生噪声。

2、机房设计为隔声间，门设计为隔声门，不留窗。

3、根据机房的噪声频谱特性，设计吸声结构元件，并能保证在低、中、高较宽的范围内降低机房内的混响噪声。

4、检查门设计安装隔声检查门。

5、机房设计通风换气装置，即设计进气换气消声器和排气换气消声器，并实行强制通风，以降低机房内的温度，以保证电机正常运转。

6、进风道的风门楼的门设计为隔声门，一是隔离进风道的空气动力性噪声通过风门对外传播，二是提高密封性，减少漏风，提高通风效率

八、声学设计理论

㈠扩散器出口降噪

风机扩散器出口噪声是空气动力性噪声。

消除空气动力性噪声最有效的控制方法是设计成扩散消声塔，它不仅允许气流通过，而且能消除气流中的空气动力性噪声。

1、设计理论

（1）消声量的计算：

式中：

—消声器消声量；

—过流湿周；

—消声器的长度；

—消声器的通流面；

—消声系数，见下表：

消声系数

吸声系数

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6~1.0

0.1

0.24

0.39

0.55

0.75

1.0~1.5

（2）消声器上限失效频率：

式中：

—上限失效频率，

—声速；

—消声器特征尺寸。

（3）消声器失效频率的消声量：

式中：

—高于上限失效频率的倍频程个数

（5）气流速度及通流面积的确定

气流速度的大小直接确定了气流再生噪声的大小，根据噪声叠加原理，气流再生噪声≤70dB（A），消声器出口气流速度≤6m/s，为了充分发挥2个扩散器的公用性，将2个合为1个公用扩散器。

（6）消声器结构形式及布置方式

消声塔内部结构形式设计为片式阻抗复合式结构，它结构简单，阻力小，安装方便。

（7）消声器附加阻力计算

A.动压损失：

△hd=ρ

式中：

V—流速；

ρ－空气密度。

B.局部损失：

△hj=

式中：

－局部损失系数　　

v－流速　

　　C.沿程阻力损失

△hf=α

式中：

α—磨擦系数；

L—沿程长度；

P—湿周；

S—通流面积；

Q—通流面积。

D.总附加阻力损失：

△h＝△hj++△hd+△hf

㈡机房降噪

1、隔声间隔声构件设计

⑴隔声间墙体隔声量

根据有关图纸，机房墙体厚250mm，房顶为钢筋砼屋面。

其隔声量见下表

隔声墙体隔声性能

项目

倍频程频率Hz

125

250

500

240mm厚砖墙

屋顶

41.6

45.2

48.8

52.4

59.6

⑵隔声门、隔声窗的隔声量见下表

隔声门、隔声窗性能

频率Hz

125

250

500

隔声门

41.5

41.3

34.3

36.9

45.2

58.0

隔声窗

30.1

36.4

46.7

57.2

57.4

⑵组合墙隔声量计算

计算公式：

透射系数：

平均透射系数：

平均隔声量：

2、室内吸声设计

⑴平均吸声系数计算

式中：

—面积；m2；

—吸声系数。

⑵吸声降噪量计算

式中：

—作吸声处理后原机房平均吸声系数。

—作吸声处理前原机房平均吸声系数。

⑶机房结构及常用吸声材料吸声系数见下表

常用吸声系数

项目

各频程吸声系数

125

250

500

砖墙

0.02

0.03

0.04

砼地面

0.01

0.02

0.04

砼房顶

0.01

0.02

0.04

房门

0.16

0.15

0.10

窗户

0.35

0.25

0.18

0.12

0.07

0.04

阻性吸声体

0.5

0.8

0.85

0.86

0.80

共振吸声体

0.35

0.4

0.70

0.32

0.60

0.43

隔声门

0.16

0.15

0.10

隔声窗

0.35

0.25

0.18

0.12

0.07

0.04

㈢机房通风设计

机房设计为隔声间后，隔声间内唯一热源就是电机，在电机运转后，机房内的温度不断的升高，因此机房通风换气，保证电机正常运转。

1、通风量确定

⑴电机散热量计算

式中：

N—电动机额定功率；kw

—电动机效率；%

Q—电动机散热量；kcal/h

⑵电动机通风量计算

电动机通风量按下式计算。

式中：

—空气密度，kg/m3；

—空气比热，；

—进气温度℃

—最热月平均温度

—最高温度

⑶隔声间换气量计算

式中：

—换气次数，

V—隔声间容积。

2、实施方案

为了使新鲜的空气进入机房，同时机房内的热空气排出机房，靠自然通风是达不到热交换的目的，就必须进行强制通风。

根据换气量可选择轴流风机6台，每台Q=8000m3/h，功率N=0.55KW，共计风量48000m3/h。

九、主要降噪设备及材料

序号

名称

规格

单位

数量

消声塔消声器

非标

台

隔声门

600*1200

个

隔声门

2000*2200

个

进气换气消声器

非标

台

排气换气消声器

非标

台

阻性吸声结构

非标

410

墙壁吸声结构

非标

500

㈡主要材质说明

1、钢板、钢质

⑴材质应符合GB709-88的要求。

⑵焊制时应焊制平整。

⑶焊缝高度不超过被焊件厚度

⑷需防腐的表面应除锈，清洗、并进行防腐处理。

2、扩散消声塔

⑴吸声材料

①物理性能

纤维直径：

＜5μm

密度：

20～30≤kg/m2

传热系数：

0.03cal/（m·h·C）

耐热度：

≤300℃

耐腐蚀：

较强

憎水率：

＞98%

②声学性能

厚度

密度

kg/m3

倍频程中心频率吸声系数

125

250

500

0.10

0.35

0.85

0.86

0.10

0.30

0.85

0.08

0.37

0.80

0.87

0.82

0.86

0.12

0.44

0.67

0.79

0.88

0.95

100

0.25

0.60

0.85

0.81

0.87

0.85

150

0.50

0.80

0.85

0.86

0.90

⑵护面板

Ⅰ护面板

护面板穿孔率：

＞25%。

①物理性能：

冲击强度：

＞150KJ/m2

抗拉强度：

＞220MPa

抗弯强度：

＞230MPa

热变形温度：

＞80℃

比重：

1.6～1.7

燃烧性：

阻燃

②防腐化学性质

耐硫酸（70%）

耐盐酸（36%）

耐硝酸（30%）

耐氢氧化钠（5%）

Ⅱ护面板

⑴穿孔板物理性能

防火特征：

不燃材料耐火极限：

180分钟

表面容重：

1.30-1.60g/㎝3

含水率：

<10%

热传导系数：

平均0.24W/MK（JC/t564）

抗折强度：

>16MPa

湿涨率：

<0.19%

干缩率：

<0.09%

防水性：

长时间泡水强度不变

防腐性：

不生锈、耐酸、耐碱。

穿孔率：

＞16%。

⑵声学性能

类型

倍频程中心频率吸声系数

125

250

500

Ⅰ

0.25

0.60

0.85

0.81

0.87

0.85

Ⅱ

0.50

0.80

0.85

0.86

0.90

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