噪聲與振動控制技術(shù)及在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用案例

1、噪聲與振動控制技術(shù)及在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用案例一.噪聲1噪聲概述物體的振動產(chǎn)生聲音。例如，人的講話聲來自聲帶的振動、各種機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)出的噪聲來源于機(jī)械結(jié) 構(gòu)z間的撞擊和摩擦。我們把能夠發(fā)聲的物體叫做聲源。聲源可以是固體，也可以是流體，流噪聲主要是 由于流體本身的劇烈運(yùn)動引起的。例如，飛機(jī)在飛行過程屮產(chǎn)生的流噪聲就是典型的流體發(fā)聲。聲源發(fā)出的聲音必須通過介質(zhì)才能傳播出去，按照固體、空氣、水等傳播介質(zhì)的不同，聲音可劃分為結(jié)構(gòu) 聲、空氣聲、水聲等類型。在噪聲控制中，人們普遍關(guān)心的是空氣聲和水聲，其中工業(yè)噪聲控制中空氣聲 是最主要的。所謂噪聲，就是人們不需要的聲音。噪聲冇的是自然現(xiàn)彖引起的，而冇的則是人為

2、活動造成的。隨著 工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸?shù)难该桶l(fā)展，噪聲源越來越多，所發(fā)出的噪聲也越來越強(qiáng)，我們生存的環(huán)境越來越嚴(yán) 巫地受到噪聲的污染。噪聲控制的h的就是耍獲得適當(dāng)?shù)穆晫W(xué)環(huán)境，把噪聲污染限制在可容許的范圍內(nèi)。 木章主要介紹兒種主要的聲波形式和典型聲源及其聲輜射特性，它是噪聲控制的重要基礎(chǔ)。2噪聲控制的一般步驟噪聲污染是一種物理性污染，它的特點(diǎn)是局部性的和無后效應(yīng)的。聲源停止輻射，噪聲污染就消失了。在任何噪聲環(huán)境中，聲源發(fā)出噪聲并向外界仙射的過程可以用示意圖簡單描述。噪聲源傳播轄接收者噪聲傳播示意圖噪聲源、傳播途徑和接收者3個(gè)環(huán)節(jié)是噪聲控制中必須考慮的，和應(yīng)的措施包括：聲源控制、傳播途徑 控制和保護(hù)

3、接收者3個(gè)方面。聲源控制是噪聲控制中最根本和最有效的手段，也是近年來最受重視的問題。研究各種聲源的發(fā)生機(jī)理、 控制和降低噪聲的發(fā)生是根本性措施。h前在聲源的控制上主要采用兩種辦法：一是改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高 加工和裝配質(zhì)量，以降低聲源的輻射聲功率；二是利用聲的吸收、反射、干涉等特性，采用吸聲、隔聲、 減振等技術(shù)措施控制聲源的聲輻射。采用不同的控制方法，可以收到不同的降噪效果，通?？梢越档驮肼暋鞑ネ緩街械目刂剖亲畛４ǖ姆椒?，因?yàn)楫?dāng)機(jī)器或工程u經(jīng)完成后，再從聲源上來控制就受到限制了，但 從聲的傳播途徑上控制卻是大仃可為、效果明顯。這方面的方法有很多，如隔聲、隔振處理以及隔聲屏障、 隔聲間的使用等都是

4、冇效措施；吸聲處理也是一種冇效措施。對傳播途徑的處理實(shí)質(zhì)上就是増加聲在傳播 過程中的衰減，減少傳輸能量。對接收者的保護(hù)也是一個(gè)重耍手段，是環(huán)境保護(hù)的h標(biāo)。接收者可以是人，也可以是靈敏的設(shè)備（如 電子顯微鏡、激光器、靈狼儀器等）。工人可以佩帶護(hù)耳器（如耳罩或耳塞）或在隔聲間操作等加以保護(hù); 儀器設(shè)備可以采取隔聲、隔振設(shè)計(jì)等手段加以保護(hù)。二振動1振動概述聲音的本質(zhì)就是氣體、液體、i卉i體介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)振動，聲音的產(chǎn)生和傳播都離不開介質(zhì)的力學(xué)振動行 為。一陣微風(fēng)吹來，人們就會聽到樹葉運(yùn)動而發(fā)出“沙沙”的響聲。音樂家輕輕撥動琴弦，捉琴就會發(fā)出 美妙的曲調(diào)。醫(yī)生將聽筒的一端置于病人的心臟部位，就能從另一端

5、接聽到心臟“嚨嚨”跳動的聲音。這 些都是振動產(chǎn)生和傳播聲音的例子。聲冇冇利的一面，也冇冇害的一面。人們把不和諧的、令人反感的聲 音稱為噪聲。耍抑制噪聲的發(fā)生和傳播，就必須了解噪聲產(chǎn)生的原因和傳播的規(guī)律，也就必須貝備振動某 本知識。在我們生活的這個(gè)世界上，振動現(xiàn)象是無處不在的。世界上所有的物質(zhì)都處在運(yùn)動中，運(yùn)動的方式千 姿百態(tài)，而振動就是物體運(yùn)動的一種i分重要和特殊的形式。物體在振動過程屮，某些物理量（比如位移、 速度、加速度、電流、壓力等等）時(shí)大時(shí)小，發(fā)生周期性變化。比如鐘擺的周期性擺動、氣輪機(jī)主軸和葉 輪在周期旋轉(zhuǎn)過程中由丁微小的偏心而產(chǎn)生的振動、汽乍在凹凸不平的路而上行駛受到路而不斷激勵(lì)所

6、發(fā) 生的振動、高層建筑在風(fēng)力作用下發(fā)生搖擺振動，等等。2振動控制過程概述振動控制過程與噪聲控制類似，但比較復(fù)雜。從不同的觀點(diǎn)出發(fā)，已形成不同的控制分類方法，但受 到普遍巫視口廣泛采用的振動控制方法如卜-圖所示。振動控制過程示意圖1. 控制振動源振動，即消振。消除或減弱振源，這是最徹底和最冇效的辦法。因?yàn)槭芸貙﹀璧捻憫?yīng)是山振源激勵(lì)引起的，外因消除 或減弱，響應(yīng)自然也消除或減弱。如改善機(jī)器的平衡性能、改變擾動力的作用方向、増加機(jī)紐的質(zhì)量、在 機(jī)器上裝設(shè)動力吸振器等。這里要特別強(qiáng)調(diào)的是一定?？刂乒舱?。共振是振動的一種特殊狀態(tài)，當(dāng)振動機(jī)械所受到的擾動力的頻 率與設(shè)備固冇頻率相一致的時(shí)候，就會使設(shè)備振動

7、得更加丿萬害，共至起到放大作用，這種現(xiàn)象稱為共振。2. 隔振。使振動傳輸不出去，從而不會造成影響。通常是在振源與受控對彖z間串加一個(gè)子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)隔振， 川以減小受控對象對振源激勵(lì)的響應(yīng)，這是一個(gè)應(yīng)川非常廣泛的減振技術(shù)。具體說來，可以彳j以下兒種方法實(shí)現(xiàn)隔振：1) 采用大型基礎(chǔ)，這是最常用和最原始的辦法；2) 防振溝。在機(jī)械振動基礎(chǔ)的四周開冇一定寬度和深度的溝槽，里而填以松軟物質(zhì)(如木屑、沙子等)， 用來隔離振動的傳遞。3) 采川隔振元件，通常在振動設(shè)備f安裝隔振器，如隔振彈簧、橡膠熱等，使設(shè)備和基礎(chǔ)之間的剛性 連接變成彈性支掾。3. 吸振，又稱動力吸振。在受控對彖上附加一個(gè)子系統(tǒng)使得某-頻率的

8、振動得到控制，稱為動力吸振，也就是利用它產(chǎn)生吸振 力以減小受控對彖對振源激勵(lì)的響應(yīng)，這種技術(shù)應(yīng)用也卜分廣泛。4. 阻振，又稱阻尼減振。在受控對象上附加阻尼器或阻尼元件，通過消耗能罐使響應(yīng)最小，也常用外加阻尼材料的方法來增大 阻尼。阻尼可使沿結(jié)構(gòu)傳遞的振動能量衰減；還可減弱共振頻率附近的振動。阻尼材料是具冇內(nèi)損耗、內(nèi) 摩擦的材料，如瀝青、軟橡膠以及其它高分子涂料。5. 修改結(jié)構(gòu)。這是一個(gè)高技術(shù)手段，目前非常引人注目。它實(shí)際上是通過修改受控對象的動力學(xué)特性參數(shù)使振動滿 足預(yù)定的要求，不需要附加任何子系統(tǒng)的振動控制方法。所謂動力學(xué)特性參數(shù)足指影響受控對象質(zhì)最、剛 度與阻尼特性的那些參數(shù)，如慣性元件的

9、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量及其分布等。除上述z外，也冇按要否能源、將振動控制分為無源振動控制與冇源振動控制，前者乂稱為被動振動 控制，厲者乂稱為匸動振動控制。主動振動控制包括開環(huán)控制和閉環(huán)控制，技術(shù)上難度大，目前發(fā)展比較迅速。但它的理論與技術(shù)已大 大超出本課程的范圍，這里不予贅述。三.應(yīng)用案例風(fēng)機(jī)噪聲與振動控制1前言位于城市生括區(qū)和實(shí)驗(yàn)室中的風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生的噪聲嚴(yán)重地污染了環(huán)境，影響了人們的工作、學(xué)習(xí) 和休息。我們通過對電除塵器模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)的降噪治理，對風(fēng)機(jī)噪聲的控制進(jìn)行了研究。該系統(tǒng)配有風(fēng)機(jī)一臺(功率13kw,轉(zhuǎn)速2900r / min,壓頭302mmh2o(lmmh2o=9. 80665pa)

10、,經(jīng)實(shí)測, 風(fēng)機(jī)近聲場噪聲高達(dá)112. 5db(a),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了我國衛(wèi)生部和國家勞動總局1979年批粧頒發(fā)的規(guī)定，即工 業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)車間和實(shí)驗(yàn)室等作業(yè)場所的噪聲標(biāo)準(zhǔn)為80db(a),繪髙不得超過85db(a)。為了改善噪聲對實(shí) 驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境的污染，我們對該風(fēng)機(jī)進(jìn)行了隔振和消聲治理。治理后使室內(nèi)噪聲級從112.5db (a)降至78db (a), 治理效果達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。2風(fēng)機(jī)噪聲特性分析從風(fēng)機(jī)產(chǎn)牛噪聲的機(jī)理和機(jī)組向外輜射的噪聲來分析，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主耍產(chǎn)牛以卜-兒種不同類型的噪聲:由于風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而引起的振動所造成的固體聲。(2) 風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)殼軸承聯(lián)軸節(jié)等發(fā)出的機(jī)械噪聲。(3) 由于氣流通過風(fēng)機(jī)尺寸不

11、一致的進(jìn)、出口時(shí)發(fā)生壓力變化引起氣體脈動而造成的氣流噪聲。在上述噪聲中，其中以氣流噪聲占主導(dǎo)地位，也是治理重點(diǎn)，其次是機(jī)座傳遞的固體聲,在對風(fēng)機(jī)進(jìn) 行噪聲控制時(shí)應(yīng)主要考慮這兩部分噪聲的影響。3隔振設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)基于加工、制造和安裝上的原因，其旋轉(zhuǎn)部件鬲速旋轉(zhuǎn)時(shí)，不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的振動重危及風(fēng)機(jī)的 正常運(yùn)行，輕則造成噪聲污染。為了減小振動能量傳遞，降低因振動而產(chǎn)生的噪聲，在風(fēng)機(jī)安裝前對風(fēng)機(jī) 壘座采取以下隔振設(shè)計(jì)技術(shù)措施。3. 1質(zhì)量隔振質(zhì)量隔振，即參考風(fēng)機(jī)外形尺寸（mm）： 1000x400x800,設(shè)計(jì)了一個(gè)較大的混凝土基朋（mm）：1400x 1400x1400,在基座上安裝風(fēng)機(jī)，以減少風(fēng)機(jī)的振動。

12、3. 2隔振墊為了達(dá)到更好的減振降噪效果，我們將風(fēng)機(jī)與基座的接觸面墊了 20ram厚的橡膠建，使風(fēng)機(jī)與基座無 剛性接觸，以便消減其振動幅度，從而達(dá)到降低固體聲的目的。3. 3防振溝為了防止振動波沿地面?zhèn)鞑ィ诨渲芡诹朔勒駵?，淘?nèi)充填成本低廉的木屑沙。具體結(jié)構(gòu)見圖1。圖1風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)土建圖（尺寸單位：mm）4噪聲測量與分析4. 1噪聲的測量為了掌握隔振后風(fēng)機(jī)噪聲級的大小和室內(nèi)噪聲分布特點(diǎn)，找出該風(fēng)機(jī)噪聲的主要頻率成分和類型，以 便設(shè)計(jì)合理的消聲裝置，我們使用nd2精密聲級計(jì)，按照噪聲測量標(biāo)準(zhǔn)對運(yùn)行狀態(tài)下的風(fēng)機(jī)近聲場（測點(diǎn)距 風(fēng)機(jī) 伽，高伽）和實(shí)驗(yàn)工作位置的噪聲聲級與頻譜及環(huán)境噪聲進(jìn)行了測量。測點(diǎn)

13、布置見圖2所示，測量 結(jié)果見表1（治前）和表2（治前）。從表1數(shù)據(jù)可看出，隔振后（即風(fēng)機(jī)消聲裝置安裝前）離風(fēng)機(jī)外殼im處的噪聲級為102db（a）,與沒做 隔振處理前相比噪聲降低10.5db （a）。表1風(fēng)機(jī)消聲裝置安裝前后羞內(nèi)噪聲測量結(jié)果戌1214567891011121314a聲級9796.59696.59796.59797.501101102102.5102.5101db(a»74.5747474 57574.575 576.577 576.5797878.5774. 2噪聲特性分析從風(fēng)機(jī)附近及工作位置的噪聲可看出該室噪聲仍普遍偏高。為了進(jìn)一步拿握風(fēng)機(jī)噪聲的成分及噪聲的 傳播特

14、性,以便找出關(guān)鍵噪聲控制措施，我們對風(fēng)機(jī)近聲場的噪聲進(jìn)行了倍頻程頻譜分析，如圖3曲線1 所示。11031125 立50 500 1000 2000 4wx>8000 】6000頻率(hz)從圖3可看出,風(fēng)機(jī)的頻譜峰值大致集中在31. 5hz2khz,而在500hz頻率處出現(xiàn)峰值，其原因是 由于風(fēng)機(jī)葉片在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)與空氣相対運(yùn)動產(chǎn)牛的旋轉(zhuǎn)噪聲所致。風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)噪聲的主耍峰值頻率可由下式 計(jì)算：f =485 (hz)60式中n-葉輪轉(zhuǎn)數(shù)，2900r / min；z葉片數(shù)，該風(fēng)機(jī)為10片爲(wèi)因此可證實(shí)500hz頻率出現(xiàn)的峰值和風(fēng)機(jī)葉片的通過頻率一致，即風(fēng)機(jī)的主要噪聲是旋轉(zhuǎn)噪聲通過以上測試分析，找出了

15、該風(fēng)機(jī)噪聲呈中頻的特點(diǎn)和峰值頻率，為消聲器選烈設(shè)計(jì)提供了可靠依抑:。5噪聲控制設(shè)計(jì)為便于加工和安裝檢修方便，該風(fēng)機(jī)消聲裝置設(shè)汁為拼裝式，即對風(fēng)機(jī)入、出口設(shè)計(jì)了相應(yīng)的消聲器, 對風(fēng)桃本體采用隔聲罩，如圖4所示。出二消蘆蓋a76c圖4噪聲控制裝置示意圖5. 1風(fēng)機(jī)出、入口消聲器的設(shè)計(jì)(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了有效治理出、人口處的氣流噪聲，根據(jù)降噪要求和噪聲的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了直管阻抗復(fù)臺消聲器。設(shè) 計(jì)消聲器罩進(jìn)風(fēng)面積為氣流通道面積的1.2倍。消聲器長1100mm,外徑760mm,內(nèi)徑360mm,-具體結(jié) 構(gòu)如圖5所示。圖5出、入口消聲器結(jié)構(gòu)示意圖a 穿孔扳(人口管道打孔,開孔6,三角形排列，開孔率25%)b超細(xì)

16、駐璃棉，吸聲容重20kg / m3c玻璃纖維包扎布d木屑層e0.5mm鍍鋅板，開孔1,開孔率1%f空氣腔g 護(hù)罩鋼板。厚15mm孔板固冇頻率的計(jì)算在設(shè)汁穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)時(shí)，耍保證孔板固有頻率與風(fēng)機(jī)擾動頻率慕本一致，才能發(fā)生共振吸聲作用。該風(fēng)機(jī)噪聲峰值頻率為485hz,孔板設(shè)計(jì)采用0.05cm鍍鋅板開孔g 開孔率1%,其固有頻率為0.01(0.05+0.8x0.1)x10475 (hz)式中c聲速(常溫下取3400cm / s)；p穿孔率，；“孔徑有效長度，cm：jlk二t+08d ；t 鋼板厚度，cm；d空氣舲寬度，cm。吸聲材料的選擇目前使用的吸聲材料種類較多，阻性消聲器最常用的吸聲材料是超細(xì)

17、玻璃棉。木設(shè)計(jì)采用容重為20kg /亦的超細(xì)玻璃棉及木屑。玻璃棉這種吸聲材料具冇較好的吸聲特性，木屑不但冇較好的吸聲特性，而且 乂經(jīng)濟(jì)，隔振設(shè)計(jì)采用了木屑，證實(shí)吸聲降噪效果較好。消聲器消聲量的確定微穿孔板消聲器的設(shè)計(jì)方法與阻性消聲器基木相同。不同之處在于用微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)代替了阻性吸 聲材料，其消聲量和單一阻性消聲器消聲量計(jì)算方法相同，也用彼洛夫公式進(jìn)行計(jì)算,所以該微穿孔扳阻 性組合式消聲器的消聲量約是單-阻性消聲器消聲量的2倍，即al=¥(a0)x px-x2=13x2=26(db)s式中：!_為消聲辭消聲量，db； s為氣流通道橫截面積，m2；屮(q。)為消聲系數(shù)查表超細(xì)玻璃 棉

18、厚10cm,容重20kg/n?,頻率約為500hz時(shí)吸聲系數(shù)為0 85,則消聲系數(shù)為1.2； p為氣流通道斷面的 周長，m； l為消聲器長度，m。(5)消聲器的柔性安裝為了隔絕機(jī)械噪聲的傳遞，出、入口消聲器與本體連接采用非剛性連接。具體做法是在距風(fēng)機(jī)本體 250mm的氣流通道處設(shè)i|' 30mm縫隙然后用帆布銜接，縫隙兩端的管端焊6鋼筋扌當(dāng)檐，用來固緊帆布。 帆布外纏數(shù)圈玻璃布后覆蓋玻璃棉，這樣的結(jié)構(gòu)不但加工簡便而且隔音效果好。5. 2本體隔聲罩的設(shè)計(jì)為了抑制風(fēng)機(jī)的機(jī)械噪聲，對本體施加了隔聲罩。根據(jù)風(fēng)機(jī)外形尺寸(mm)：1000x400x800,設(shè)計(jì)隔聲罩尺寸為(mm)： 1400x7

19、60x 1000o為防止低頻激勵(lì)薄板產(chǎn)生仃損隔聲的共振現(xiàn)象，增加了隔聲板強(qiáng)度， 在罩板罩殼鋼板四周上下側(cè)加焊了尺寸(mm)為20x20x2的三角鐵骨架。為便于施丁及節(jié)省材料費(fèi)用，隔 聲罩吸聲層上下采用超細(xì)玻璃棉，吸聲層屮段采用本屑。為了提高隔聲量，在罩殼內(nèi)農(nóng)而涂了厚3mm的 mh型阻尼膠，阻尼膠分兩次涂抹。為了保證降噪效果，隔聲罩所有剛性部件連接均采用橡膠梨軟性連接， 保證了良好的密封性，減少了隔聲罩的漏聲問題。具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。a b cd e f圖6隔聲罩壁結(jié)構(gòu)示意圖a風(fēng)機(jī)本體b容重20kg / n?超細(xì)玻璃棉及木屑c纖維板d厚1mm穿孔扳開孔4,開孔率3%e空氣腔f一厚1.5mm護(hù)罩鋼板通風(fēng)冷卻是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。一般機(jī)器配冇動力源，加罩以后的散熱問題應(yīng)在設(shè)計(jì)中一并考慮，必要時(shí) 應(yīng)采取通風(fēng)冷卻。根據(jù)該風(fēng)機(jī)的具體情況（一般運(yùn)行i2h/d）,采用了自然通風(fēng)冷卻法。6. 降噪效果為了解控制噪聲設(shè)計(jì)的實(shí)際效果，消聲措施實(shí)施后對風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行了測量（使用儀器及測點(diǎn)位置同前）, 測點(diǎn)噪聲頻譜及a聲級見表1（治后）和表2（治后），頻譜圖如圖3曲線ii所示。從表1,表2不難看出與實(shí)施消聲措施前相比：室內(nèi)各測點(diǎn)a聲級降低約2125d