吸聲尖劈消聲效果的應用
安陽鋼鐵公司富氧站有十幾排縱橫交錯的輸氧氣管道和閥門,因閥門、彎頭、變徑頭等多處形成的渦流渦阻,造成車間內噪聲特別強烈,高達102~105dB。操作工人進入車間10秒,就會發生耳鳴、目眩、頭脹等反應,對工人身體健康危害較大,因此該處的噪聲治理工作被列為安鋼環保計劃。
工程設計中,消聲多用平板式吸聲體。但平板吸聲體對低頻噪聲沒有明顯效果。而且在安鋼富氧站的噪聲治理中,由于現場不可能采用包扎、隔聲等措施,只能采取吸聲處理。經過方案論證,最終采用了“吸聲尖劈”結構。
1 結構
吸聲尖劈由尖劈和連接固定尖劈的底座兩部分組成(見圖1)。
尖劈長度無固定值,越長越好,尖劈低頻吸聲性能好,其截止頻率約68.8~86Hz。寬度一般取0.3~0.4m,底座厚度為0.1m。一般3個尖劈與底座組成一個單元,根據現場設計要求,可采用多個單元。吸聲尖劈一般吊掛在屋頂或四壁,其背后與墻壁應留有一定空間,約為0.05~0.1m。這是為了形成一段空氣層,提高吸聲性能。當空氣層厚度為1/4波長時,吸聲系數最大。同時,入射聲波可穿透吸聲尖劈或通過四周繞射到尖劈背后,通過與屋頂的折射和反射使尖劈多次吸聲。圖2給出了背后空氣層大小對多孔材料吸聲特性影響的聲學室測試數據。
尖劈頂部采取平頂尖為宜,可減少占用空間并可增加吸聲面積。
尖劈內部框架可用φ5元鋼或δ1薄板折彎成30×30(mm)角鐵組焊而成,內芯則用超細玻璃棉填充,以玻璃布包扎。因為做為吸聲材料,巖棉、礦渣棉因性脆、抗折強度很差,在運輸或振動及時間長等條件下,上部很容易沉入下部而使上部形成空腔失去吸聲性能。而超細玻璃棉的密度、孔隙率、結構因子和流阻均優于其它種吸聲材料,其平均吸聲系數可達0.87~1.0。尖劈外面護面層采用金屬薄穿孔板(其結構剖面見圖3),防腐噴漆后不僅壽命長、不易燃,還可加寬吸聲頻率,對低頻率有較好的吸聲效果,從而彌補了超細玻璃棉高頻吸聲效果好,而低頻吸聲略差的不足。
底座的內部結構與尖劈部分相同。
2 原理
由于尖劈的端部面積小,當聲波入射到吸聲層,尖劈端面的聲阻抗就會從接近空氣特性阻抗逐步增大到接近多孔材料阻抗從而被吸收。例如一個尖劈長800mm,空腔為120mm,劈部長680mm,底部長400mm、寬400mm,尖劈個數為3的吸聲尖劈,采用超細玻璃棉做吸聲材料,它的低、中、高頻率吸聲系數均在99%以上,詳見下表。
3 治理方案
安陽鋼鐵公司富氧站車間長15m,寬9m,高6m,輸氧管道布于房間地面高約1m處,φ150管道每隔0.5m一排,共10排,φ250管道兩列,閥門30個,三通30個,彎頭30個,變徑頭30個,這些突變拐彎渦阻渦流形成的噪聲頻譜屬于中低頻范圍。
(1)設計安裝60組吸聲尖劈,每組6個,共10排,吊掛在聲源上方。
(2)采用隔聲屏以防聲音外傳,為方便檢修,采用帶走輪移動式,同時在隔聲屏上設計了進出小門和觀察窗,見圖4。
(3)由于該車間為了保證空氣流通,防止漏氣造成危害,禁止封閉,因此4個采光窗安裝了消聲通風窗,見圖5。
4 方案論證
(1)吸聲尖劈是利用特殊阻抗的逐漸變化,由尖劈端面特性阻抗接近空氣的特性阻抗,逐步過渡到接近吸聲材料的特性阻抗,從而達到最高的聲吸收效果,其平均吸聲系數可達到1.0。此設計確保了最大程度地降低了車間內的混響聲。
(2) 設計隔聲屏的目的是為了把聲音阻擋在一個小空間內不外漏,可保證吸聲尖劈的吸聲效果。
(3)消聲通風窗的設計既保證了車間內的通風又保證了不漏聲,而且還盡可能地降低了車間外的環境噪聲影響。
5 結論
經測試,治理后車間內平均噪聲降低到92~86dB,隔聲屏外為73~67dB,車間外為77~71dB。由此可見,吸聲尖劈治理噪聲效果良好。
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