空压机站噪声控制方法的研究设计【含CAD图纸、说明书】
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空压机噪声控制摘 要 空气压缩机在工业中越来越多的使用,尤其近几年气动生产线的发展,空气压缩机成了不可或缺的设备,空气的廉价和清洁的特点,为工业发展和环境保护发挥着重要作用。但空气压缩机是一种强噪音设备,在运转时会产生较大的噪音恶化了工人和周围居民的生活环境。空气压缩机的噪声特点为:低频突出,噪声声级高,能远距离传播,尤其空气压缩机的噪声的频率与人的身体器官固有频率非常接近,容易产生共振引发安全事故和长期持续对工人和周围居民身体造成伤害。该文章通过对噪声特性的分析,将研究如何从源头消除噪声,如何有效隔绝噪声传播。通过实验表明该方案设计合理,结构紧凑,节能降噪效果明显,实用性强,社会,环境,经济效益明显。关键词:空压机;噪声分析;噪声控制;吸声;防振IABSTRACTThe use of air compressor in industry more and more, especially in recent years the development of pneumatic product line, air compressor has become an indispensable equipment, cheap and clean air, which plays an important role in industrial development and environmental protection. But the air compressor is a kind of strong noise equipment, which produces more noise during operation, and worsens the living environment of the workers and the residents around them. The noise characteristics of air compressor for high frequency noise level, long distance transmission, especially prominent, body natural frequency and some noise are very close, prone to accidents caused by resonance and long duration of workers and residents around the body damage. Through the analysis of the noise characteristics, the article will study how to eliminate noise from the source and how to effectively isolate noise transmission. Experiments show that the design is reasonable, compact structure, energy saving, noise reduction effect, practical, social, environmental and economic benefits are obvious.Key Words:Air compressor; noise analysis; noise control; sound absorption; anti vibrationII目 录摘 要I1 绪论11.1 课题意义11.2 研究主要内容12 空压机噪声12.1 空压机噪声12.2 噪声评定43 空压机噪声来源53.1 进气噪声53.2 排气噪声63.3 机械噪声63.4 电磁噪声64 空压机噪声控制技术措施84.1 降噪措施原则84.2 空压机房噪声控制方法85 空压机消声器声学数值仿真165.1 第一节题目165.2 第二节题目166 结 论17参 考 文 献17附录1:外文翻译17附录2:外文原文18致 谢18II1 绪论1.1 课题意义随着市场竞争日趋激烈和日益严格的环保法规,以及人们对生活和工作舒适度要求越来越高,生活中的噪声受到越来越多的关注。我国工程中噪声普遍比较高,如何降低工程中的噪声,符合法律法规的要求,并且不影响工业中的经济效益,成为工业中技术性能的重要技术指标。该论文以工业中的空气压缩机产生的噪声为依据进行理论研究。在工业中空气压缩机越来越多的使用,尤其近几年气动生产线的发展和气动加工中心越来越多,由于气动生产线和加工中心较液压有很多优点,如空气的廉洁和维修的方便,空气压缩机成为了工业中不可或缺的设备,为工业发展和环境保护发挥着非常重要作用。1.2 研究主要内容空气压缩机产生噪声的部位很多,主要有进气口噪声、机体振动噪声、机械噪声、排气噪声、管道振动噪声等1。下面以活塞式压缩机D-100型,最大转数600r/min的空压机为例进行分析。从查资料调查入手,首先弄清空压机的结构特性和安装方式和空压机房的结构和材质。从而弄清主要的噪声产生部位,噪声强度、特性和控制现状,从本课题的目的出发,对以往的设计进行改进。主要解决的问题有:多声源空压站综合噪控方面、风机房噪控方面。2 空压机噪声2.1 空压机噪声从环境保护的角度分析,噪声是指那些影响人们日常生活如学习、休息、正常工作的声音,从物理角度定义噪声为:一切发声体无规律的振动产生的声音。空压机的噪声主要体现在噪声声级较高,低频特性突出,能远距离传播,由于声音的特性,噪声污染范围大,产生的噪声频率和人体器官固有频率非常接近等。图2.1为空压机装配图,图2.2为空压机实物,图2.3为空压机系统图。从图2.1可以看出,该空压机共有四个气缸,从第一级开始逐渐压缩空气,经过四次压缩,最后产生的气压高达40MPa,空气压缩产生高压会造成空压机产生震荡噪声。由图2.3可看出,空压机系统管线和接头阀门都比较多,这都会由于气体震动压力变化而产生振动。图2.2 空压机装配图图2.2 空压机实物图图2.3 空压机系统2.2 噪声评定人生理上和精神上两个方面对噪声的感知大小称为噪声评定。以人的主观感觉作为噪声评价标准的,即噪声主观评价。噪声对人生理以及心理上的影响是相当复杂的,尤其在某些状况下噪音的客观量无法准确地表达人对噪声的主观感觉,而且不同的人对噪声的敏感程度也有所不同。评价指标主要有:响度即响度级,响度是人们主体对声音的感觉的参量,一个声音的响度等级,是以1000Hz纯音为标准,人的主观感觉对其的声压级;等效连续A声级,在相同周期T内,等效连续A声级等效于不稳定噪声能量。近些年来,噪声的评价指标一般都用等效连续A声级。用A声级作为噪声评价的主要指标主要是因为A声级能明显区分噪声对外界声音的干扰和对人心理上造成的烦扰。对噪声性听力损失能有很好的评价4。A声级用分贝表示,计作dB(A),是用声级计的A计权测量所得。人耳对55dB以下的低强音噪声频率特性可以用A声级来模拟,能良好地反映人们主观对噪声的评价。3 空压机噪声来源空气压缩机是一个多噪声源发声体,主要有进气噪声、驱动机内部摩擦噪声、机体振动噪声、排气噪声、管道压力变化振动噪声等1。3.1 进气噪声空气压缩机在吸气压缩过程中不断地间歇开合吸气阀,由此噪声不稳定气压脉动最后通过声波的形式在进气管中向外辐射传播形成噪声。进气管噪声基频为:f=2n60n-空压机转速。进气管除基频外,还有2f、3f等的谐波,但高频谐波(2f、3f、4f、5f)要比基频波声级要低。空气压缩机进气口噪声的频谱如图3.1,其基频为:f=2n60=16.667Hz其噪声等级在90120dB(A)之间。图3.1 进出气噪声频谱由图3.1可见,进气口噪声是一种宽频带的连续频谱,具有低频特性。声压级由低频到高频逐渐降低,主要特性为,声级较高,低频率声压高,高频率声压低,频带较宽。而进气口噪声升级大小随负荷的增大而增大,进气阀门也会影响进气口噪声,进气口结构、尺寸以及气管连接方式也会对进气口噪声有影响。通常情况下,进气口噪声比整个机器噪声要高,大约高出510dB(A),因此进气口噪声是空气压缩机主要噪声源,进气口噪声控制就显得尤为重要。3.2 排气噪声排气噪声是在气体间断从气缸阀门中排出时,由于体积变化而产生气压变化,会在排气口产生气流扰动从而形成噪声。空气压缩机产生的高压气体在刚进去空的储气瓶时,由于气压瞬间减小而噪声气流扰动使排气管产生振动并向外辐射传播,也会造成储气罐产生较大的动静,造成噪声;阀门噪声是高压气体以高速从气管阀门小孔中喷射,会对阀门附近管路造成冲击而产生的。阀门噪声是在阀门附近产生,从而阀门尺寸的形状都会对噪声的产生有不同的影响,高压气体的流量和压力也会决定阀门噪声的大小。当空气压缩机在对外排气时,由于外界气压很小,气体会迅速膨胀,排气管路中会产生非常大的涡流噪声。涡流噪声的主要特性是:间断出现,频率和声级都比较高,由于排气口一般在室外,会对周围环境影响很大。由图3.1可知,排气噪声的特性为:频率高,噪声声级在80105dB之间,频率也复杂。噪声峰值突出,在峰值左侧,噪声声级低,在峰值1000Hz右侧声压较高。3.3 机械噪声机械噪声是由于机械摩擦或内力引起的,这是由于压缩气体运行时空气压缩机内部机械力不均匀引起的。 机械噪声的主要原因是转子系统的不平衡,噪声频率为转子旋转频率的整数频率,基频与进气噪声基频一致,频谱也是低频特性。 表3.1是机械噪声和频谱,噪声水平一般在80110dB(A)。表3.1 机械噪声和频谱频率/Hz631252505001k2k4k8k16k声级/dB91.797104100.698.491.1 88.382.680.4从表中可见,机械噪声频谱较窄,声级相对稳定。从产生的原因分析,机械噪声的大小与机械零件精度和配合精度有关以及零件材料有关,因此,机械噪声频率以及声级具有随机性。机械噪声大小随空压机转速,压缩气体压力,冲击速度,轴承间隙,基座与地面连接情况的变化而变化。3.4 电磁噪声电磁噪声是由空气压缩机驱动的电机的磁场波动引起的噪声。 空气压缩机的驱动电机是同步电动机,当电动机,定子和转子产生基本磁通和谐波磁通时,其沿径向进入间隙,定子与转子之间的径向力,不平衡的径向力 受到电机的振动和噪音1。 电磁噪声的特征在于宽频带和低声级。 电磁噪声的频率由电机的切向振动和径向振动的频率决定。其声级大小由以下公式计算 LA=+20lnP+13.3lnn (3.1)P-电动机功率n-电动机转速空压机的主要噪声源见图3.2 图3.2 主要噪声源分析4 空压机噪声控制技术措施空压机噪声控制要因地制宜,根据不同的厂房和要求以及空压机功率和数量来制定合理降噪步骤。针对不同噪声源设计不同的降噪措施,从而来达到国家标准。4.1 降噪措施原则1) 空气压缩机站是热车间,站内必须通风。2) 空气压缩机噪声特点是低频特性。3) 空气要有一定的洁净度。4.2 空压机房噪声控制方法4.2.1 进气消声进气噪声是空压机的主要噪声源,其噪声声级比整个机组噪声要高出10dB(A),所以进气口噪声消声显得尤为重要,而普遍采用的消声装置是消声器,它是一种以“抗性”为主,以阻式为辅的联合消声器。消声器涉及的机理为吸收、反射和相消干扰。而进气消声为“抗性”消声器,其中反射和相消干扰是主要的,很少或不涉及声的吸收。消声降噪原理分为吸声降噪、反射声波降噪以及吸声和反射均有的。通常这些机理相互关联,不能严格区分。粗略分类时,耗散型消声器主要是靠吸声降噪,抗性消声器以反射声波消耗能量降噪。后者典型用于低频声和冲击。耗散型消声器通常在管路内部衬以一些过孔吸声材料。对于消声器,除了在低频上,通常总衰减、传递损失、插入损失和声级落差之间的差别较小。对于抗性消声器,其纯理论结构中将不包含吸收材料,消声器特性参数之间的判别将较为明显。传输损失TL由原入射功率与传输的功率的比值确定,而这时是受反射和干扰影响的。净入射功率为原入射功率与从消声器反射功率的差值。在无能量损失的消声器中,传输损失为0。几种常见的抗性消声器形式分为共振腔式、扩张室式、插入管式、干涉式、微穿孔板式等。空气压缩机由于其噪声特性一般都安装在室内,可以借助室内周围材料对整机进行隔噪,而进气口有的在室内有的在室外。当进气口位于室内时,要把进气口噪声低于整个机体噪声等级,再通过对整个空压机进行降噪,而此需要进气口降噪15dB。当空压机进气口位于室外,要根据周围环境要求,降低进气口噪声。图4.1为消声器结构简图。同时要管线接口进行隔音处理,如图4.2。图4.1 消声器结构简图图4.2 管路高压软接头示意图4.2.2 排气口消声由于空气压缩机向外排气时,压力变化很大,压力瞬间释放,导致排气口噪声比较大,因此需要在排气口设置专用消声器进行消声。由于排气口噪声特性为频谱宽,频率高,所以对消声器由一些要求,即消声量要打,消声频带要宽,达到减压效果,并且减少在空放时的压力差造成的噪声,从而减少排气口噪声声级。空气压缩机流量小于20m3/min时,排气口噪声为高频噪声,所以采用阻性消声器。这类消声装置的有效作用频率较宽,对于高频和中频噪声具有较好的降噪效果,特别是对于特别刺耳的高频声消声效果较好6。阻性消声通常在管道的内部和外部粘贴多孔的材料,或者按照一定的分布规律分布在管道的内外壁上,构成阻性消声器。阻性消声器的消声原理为:当声波进入消声器中,由于与管道上的多孔材料摩擦和粘性阻力作用,将部分声波能量转换为量能散失,是噪声减弱。由于阻性消声器的噪声特点为频带宽,所以阻性消声器应用非常广泛。其主要类型有:管、蜂窝、声流、膨胀室和共振等。各种阻性消声器见图4.3.图4.3 各类阻性消声器阻性消声器的消声量可由如下公式计算:TL=DSl (dB) (4.1)式中:TL消声量,dB() 消声系数;D气流通道断面周长,m;L消声器的有效长度,m;S气流通道横截面积,m2;从式(4.1)可以看出,降噪效果与阻性消声器本身的几何参数有紧密的关系,消声量TL与气流通道的周长D成正比,与消声器的有效长度l成正比,与消声器的横截面积S成反比。因此要增大消声量就要增长气流通道的长度,以及减小气流通道的横截面积。当横截面的面积S一定时,改变通道的形状可以增大横截面周长D,达到增大消声量TL的目的。消声系数() 大小由消声材料的吸声系数决定,根据实验得知,消声系数与材料的吸声系数的关系如表4.1所示。实际上消声系数不仅与材料的吸声系数有关,还与材料的声阻抗率和通道横截面形状有关。有时材料的吸声系数较大,但气流通道的横截面面积较大,消声系数也较小。当气流通道横截面积较大或声波频率较高时,传播方向较强,很有可能发生声波以窄束沿通道中部溜走,使消声器的消声量急剧下降,这通常叫做高频失效。表4.1 消声系数与吸声系数关系失效公式: f失效=1.85cd Hz (4.2)式中c声速,一般取340m/sD气流通道截面当量直径,m 常见阻性消声器有管式、片式、折板式、蜂窝式、流式和室式等。图4.4为直管式阻性消声器,当气流量较大时,需要较大横截面,此时一般将管分为多个小管,防止出现高频失效,形如片式消声器(如图4.5)。图4.4 直管式阻性消声器示意图图4.5 片式阻性消声器示意图片式阻性消声器的消声量与其每个通道的宽度和高度有关,通道宽度越小消声效果越好,但太小会影响消声器空气动力学性能的好坏。当气流量较大时,要增加通道个数。折板式消声器是片式消声器的改装,如图4.6,气流在通道中经过多次反射,达到消声的效果,效果的好坏与折弯角度有关,角度越大消声效果越好,但折弯角度太大,板中空气动力学性能会降低。图4.6 折板式阻性消声器示意图蜂窝式消声器是几个直管式消声器合并而成,如图4.7。其横截面积和周长的比值比大直管式要大,所以消声性能更好些,但此结构阻力较大,加工比较难,主要用于低速气流笑声中。图4.7 蜂窝式阻性消声器 声流式消声器示意图如图4.8,室式消声器如图4.9。图4.8 声流式阻性消声器图4.9 室式阻性消声器4.2.3 机械噪声控制空气压缩机的机械噪声主要是由于机体振动造成的。噪声波通过与机体相连接的地基和管路进行向外辐射传播。为了减小噪声,将机体与地面连接方式由刚性变弹性连接,一般采用采用如下连接方法,在空气压缩机和地面之间连接隔振器,使他们之间形成弹性连接,从而降低机体的振动幅值,达到减少噪声产生的条件。4.2.4 空间隔噪与阻性消声器类似,在噪声向外界传播途中将其能量损耗掉,在空压机整套设备放在一个密闭空间里,对空间墙体进行特殊处理,达到降噪目的。在密闭空间墙体设计中,门和窗的设计是重中之重。该设备可能要进行维修更换等,所以房间门要做的一定大,在决定隔噪的主要地方在门和窗的连接的缝隙处。为了降噪效果明显,存放设备的房间墙体要做成双层或多层,在层与层之间充满粗黄沙,墙体最外侧要做成实体,由于粗黄沙会造成多孔空间,将声波能量摩擦消耗掉,隔声量可用如下公式表示。R=20log(m1+m2)fc+T1(dB) (4.2)其中:R隔声量dB m1,m2分别为隔声结构面密度kgm-2 F入射频率Hz 空气密度(常温下可取1.18kgm-3) c声速(一般取344m/s) TL空气层引起的附加隔声量(dB) 剩余三面墙为普通砖墙,隔声量用公式(4.3)计算,总体布置见图4.10R=18logmf-44dB (4.3)式中: m隔声结构面密度kg/m2 f入射频率(Hz) R隔声量(dB)房间顶部用标准大孔预制板,最外面用厚度大于100mm的混凝土加盖,预留中间空隙80mm,上下两层都做防水密封处理。房顶隔声量利用公式4.1可计算的隔声量为41dB。房间玻璃窗和门都要做成双层或多层,玻璃和门的结构要按典型制作外,两层应有微小的角度偏差。如图4.11。1黄沙 2隔声窗 3蓄水池 4空压机 5通风扇6分气装置 7观察窗 8操作室 9隔声门 10进气消声器图4.10 隔声间示意图4.11 隔声窗结构形式示意图4.12 隔声门结构形式示意图5 空压机消声器声学数值仿真5.1 消声器理论模型声波在媒介中传播遵循三个定律:质量守恒定律,绝热压缩定律和牛顿大二定律。通过牛顿第二定律能得到声波传播的运动学方程,质量守恒定律能得到声波的连续性方程,绝热压缩定律能得到声波的物态方程3。为了便于研究,我们要假设:1) 假设声波传递介质不带粘性,声波在其中传播不消耗能量2) 介质是均匀和静止的3) 在声波传播过程中,介质的压缩和释放都是绝热过程,不会发生热量的传播交换。在一维空间中,声波的三个方程为:运动方程: 0vt=-Px (5.1)连续性方程: -0vx=Pt (5.2)物态方程: 2Px2=1c022Pt2 (5.3)式中:0媒介的静态密度,kg/m3; C0声波的传播速度,m/s; P为声压,P; T为时间,s; V为声速,m/s。在三维空间中传播,声压的三维波动方程为: 2p=1c022pt2 (5.4)5.2 消声器传递损失理论消声器传递损失理论计算可通过有限元分析,如图5.1图5.1 消声器传递损失理论消声器入口和出口的尺寸都比较小,所以声波的传播形式是平面波,所以有一维方程: 2P(x,t)x2-1c22Px,tt2=0 (5.5)该偏微分方程的解的形式为:px,t=fct-x+gct+x=ft-kx+g(t+kx) (5.6) 式中:k=c为波数;c为声速;为圆频率。对于谐响应在入口处的声压P和质点速度v可以写成 pin=(p1e-jkx+p1ejkx)ejt (3.7)vin=jpinx=kp1e-jkx-p2eikxejt =1c(p1e-jkx-p2ejkx)ejt (3.8) 忽略ejt,在入口x=0处定义质点振动速度为1,有 vin=1cp1-p2=1 (3.9) 由此推出P1-P2=c,由于在入口处x=0, pin=p1+p2 (3.10)由此可以推出: p1=12(pin+c) (3.11)在出口x=L处,声波的声压以及质点振动速度分别为 pout=(p3e-jkL+p4ejkL)ejt (3.12)vout=1c(p3e-jkL-p4ejkL)ejt (3.13)对于消声器的传递损失计算,通常在出口处没有反射边界条件,声阻抗为c,即Zout=poutvout=c(p3e-jkL+p4ejkL)(p3e-jkL-p4ejkL)=c (3.14)由于没有反射波,p4=0,由此推出pout=p3e-jkLejt (3.15)消声器传递损失的定义为入口声功率与出口声功率级之差,假设消声器入口截面积为Ain,出口截面面积Aout,则入口和出口平面声波的声功率为Win=p12Ainc (3.16)Wout=p32Aoutc (3.17)消声器传递损失可以按照下式计算TLdB=10log10WinWout=10log10(p12p32AinAout) (3.18)上式可以得到入口处的声压,为了方便计算,(3.18)还可以进一步细化,将公式(3.11)带入上式可得TLdB=10log10WinWout=10log10pin+c24p32AinAout (3.19)5.3 单扩张腔消声器传递损失声学仿真进气口消声器为抗性消声器,对图5.2消声器用LMS Virtual Lab进行声学仿真图5.2 进气口消声器因为进气口噪声特点为低频宽带,属于中低频。图5.3为噪声频率为260Hz时,消声器的声学仿真图,降噪量可达35dB;图5.4为噪声频率为350Hz时消声器的声学仿真图,降噪量可达25dB;图5.5为噪声频率为700Hz时,降噪量微乎其微。由图5.6和图5.7可知,在消声器尺寸确定时,消声器将在效果随噪声频率的增大,降噪量先增大后减小,对频率为200Hz400Hz噪声降噪效果最好。图5.3 噪声频率260Hz时消声器声学仿真图图5.4 噪声频率350Hz时消声器声学仿真图图5.5 噪声频率700Hz时消声器声学仿真图图5.6 声压级频率响应函数曲线图5.7 消声器传递损失曲线6 总结 经过两个月的不懈努力,在老师的指导之下,本次毕业设计最终如愿完成。大学的课程复杂多样,学习起来的确十分吃力。但是作为一个积极向上的理科生,没有什么困难是克服不了的。将大学的课程全部联系起来,让我温习了许许多多零散的知识点,同时也提高了我对所学知识的掌握程度。本次空压机房噪声控制也涉及到了许多新的知识比如一些进气噪声,机械噪声,电磁噪声的产生的原因。在设计这次空压机房噪声控制的方案的阶段,我认识到了空压机产生噪声的具体原因,控制噪声的意义。研究了一些空压机的机构,噪声的种类还有一些噪声控制的方案。设计的初期困难重重,面对以前从未涉及到的领域,我手无足措不知如何突破,在老师的帮助之下,通过阅读大量的论文以及一些文献资料,才理解了噪声控制的真正原理。 由于本人的实际经验不足,掌握的知识面十分有限,因此本次的设计也有许多不足,敬请读者谅解。这次毕设让我明白了,大量的知识储备跟资料收集的重要性。同时还有有清晰的设计思路。一个人的能力是有限的,但是借助老师的才能更好的完成工作。 这次毕业设计让我对空压机的结构有着更深刻的了解,又对噪声产生的更深刻的认识,熟练掌握了CAD Solidworks 等软件的使用,总而言之,这段时间的收获颇多,感谢老师长久以来的帮助,同时也为自己的毕业画上的一个完整的句号。 参 考 文 献1 郭朝选.空压机房噪声控制技术研究及应用J. 噪声与振动控制,2011,6(6):199202.2 徐德林.空压机房的降噪节能综合治理技术J. 污染防治技术,1996,9(3):168170.3 边颖娜.高压星型空压机噪声分析与控制研究D.安徽:合肥工业大学,2014.4 刘君侠.室内声环境评价指标研究J.江汉大学学报,2010,38(4):4953.5王珍,赵之海,杨春立,马孝江. 涡旋压缩机振动噪声特性的应用研究J. 压缩机技术,2005,05:2022.6李灿杰. 基于振动信号的涡旋压缩机噪声检测系统研究D.大连理工大学,2010.7王珍. 基于振动信号的涡旋压缩机噪声测量方法的研究J. 压缩机技术,2008,04:4-6.8李泽宇. 变频涡旋压缩机振动信号分析D.兰州理工大学,2012.9余洋. 涡旋压缩机动力特性及仿真模拟研究D.兰州理工大学,2014.10吴泳龙,王珍,赵之海. 涡旋压缩机声辐射 ODS 分析及应用J. 压缩机技术,2014,02:24-27.11王悦,陈长征,赵新光,刘心红. 涡旋压缩机二级隔振降噪系统设计与实现J.噪声与振动控制,2011,06:196-198.12王悦. 大型空调机组隔振降噪技术开发与实现D.沈阳工业大学,2012.13范少稳,沈慧,谢利昌. 涡旋压缩机异响声分析与机理研究J. 家电科技,2016,03:65-67.14张波. 涡旋压缩机实体建模与传动系统动力学分析D.东北大学,2006.15杨猛,徐新喜,白松,刘孝辉,谭树林. 涡旋压缩机模态试验与有限元分析J.噪声与振动控制,2013,06:15-17+39.16严天宏,梁嘉麟,李青. 压缩机的现状、发展及新型技术展望J. 压缩机技术,2011,01:52-58.17王训杰. 涡旋压缩机虚拟设计与研究D.兰州理工大学,2004.18Rechi Precision. Noise reduction of scroll compressor by improving radial compliance mechanism C.Proceedings of the 3(rd) International Compressor Technique Conference,2001.19Seiichirou Suzuki.Noise control of domestic facilitiesJ.Int.J.JapanSoc.Prec.Eng, 1998,32( 3): 16617020Caillit. A Compressor Model for Scroll Compressors. Proceedings PurdueCompressor Conference,1998. 1 致谢 在本次设计的过程中,十分感谢机械工程学院的各位老师给了我大量的帮助与指导。特别感谢我的指导老师李吉老师。他每段时间都会抽出大量的时间给我们答疑,帮我们解决一些设计中的难题,同时还给我们指导了一些设计的思路。我也在其中学到了许多的东西,巩固了自己的专业知识。老师丰富的经验给了我许多的启发,噪声的控制来源,噪声的产生原因以及噪声的控制方案让我深刻意识到了控制噪声的重要性。李老师曾多次组织我们开会讨论毕业设计的进展情况,正是老师细心的指导和耐心的解答,我才可以完成本次毕业设计,最后再一次向机械工程学院的各位老师表达崇高的敬意和衷心的感谢。 本科毕业论文(设计)开题报告论文题目: 空压机房噪声控制 学院:专 业 、班级:学生姓名:导教师(职称):毕业论文(设计)开题报告要求开题报告既是规范本科生毕业论文工作的重要环节,又是完成高质量毕业论文(设计)的有效保证。为了使这项工作规范化和制度化,特制定本要求。一、选题依据1. 论文(设计)题目及研究领域;2. 论文(设计)工作的理论意义和应用价值;3. 目前研究的概况和发展趋势。二、论文(设计)研究的内容1.重点解决的问题;2. 拟开展研究的几个主要方面(论文写作大纲或设计思路);3. 本论文(设计)预期取得的成果。三、论文(设计)工作安排1. 拟采用的主要研究方法(技术路线或设计参数);2. 论文(设计)进度计划。四、文献查阅及文献综述学生应根据所在学院及指导教师的要求阅读一定量的文献资料,并在此基础上通过分析、研究、综合,形成文献综述。必要时应在调研、实验或实习的基础上递交相关的报告。综述或报告作为开题报告的一部分附在后面,要求思路清晰,文理通顺, 较全面地反映出本课题的研究背景或前期工作基础。五、其他要求1. 开题报告应在毕业论文(设计)工作开始后的前四周内完成;2. 开题报告必须经学院教学指导委员会审查通过;3. 开题报告不合格或没有做开题报告的学生,须重做或补做合格后,方能继续论文(设计)工作,否则不允许参加答辩;4. 开题报告通过后,原则上不允许更换论文题目或指导教师;5. 开题报告的内容,要求打印并装订成册(部分专业可根据需要手写在统一纸张上,但封面需按统一格式打印)。一、选题依据1. 论文(设计)题目空压机房噪声控制2. 研究领域进气口噪声,放空口噪声,机械振动产生的噪声,电磁噪声3. 论文(设计)工作的理论意义和应用价值噪声按照来源可分为工业噪声、建筑施工噪声、交通运输噪声和社会生活噪声。空气动力性噪声是工业噪声中的一种,当空压机排气放空时气体会受到扰动,气体与物体之间有相互作用就产生了噪声1。而这个课程设计就是在声的传播途径当中吸声降噪达到对空气动力性噪声的控制。4. 目前研究的概况和发展趋势2 0 世纪后半叶噪声作为环境污染 的 第三 大公害 ,直困 扰着人们 。在长 期与 噪声作斗争的过程中 ,作为声学领域中 一个重要 的分支学科环境声学逐步发展起来。 它研究 内容实质上是声波的 辐射、传播、接收,以及与人 的相互作用 ,涉及到物理声学、航空声学、建筑声学电声学、心里声学和生理 声学等诸方面的内容我国 噪声控制研究始于 1985 年, 至今已建立了支颇有水平的科技队伍, 噪声控制工程也是 环境保护 产业的重要组 成部分。然而随着改革开放,国民经济的飞速 发展, 噪声污染依然严重,仍占 各种环境污染 投诉的 首位, 尤其是交通噪声和施 工噪声有发展的 趋势。 面临新世纪的 到来, 环境噪声控制如何发展 , 这是个大 家普遍关注的可持续发展的战略性课题, 欧洲共同体委员 会于 1 9 96 年 1 月 4 日发表了题为 未来噪声政策 的绿皮书 ,就 2 1 世纪欧洲在环境噪声控制 方 面应该如何开展 ,作了有益的探索 ,指出未来环境噪声控制 的 对策是进 步开展噪声暴露评价的研究, 降低道路交通 、 铁路 、 飞 机和 户 外机械噪声, 重视土地使用规划和噪声教育 提高全民意识。二、论文(设计)研究的内容1. 重点解决的问题(1),空压机噪声控制影响因素(2).空压机常用噪声控制措施(3).空压机的振动问题2. 拟开展研究的几个主要方面(论文写作大纲或设计思路)(1) 噪声测量平谱分析,确定声源控制,噪声污染程度及范围(2) 根据相应的噪声标准确定降噪量。对主要噪声源及其传播途径的分析,结合噪声控制标准,确定降噪量。(3).根据噪声性质、现场实际情况的分析,确定噪声控制方案。主要工作量:结合工程实例,做出总装配图主要零件图,设计计算说明书和外文翻译。3. 本论文(设计)预期取得的成果通过毕业设计,了解掌握空压机房房的各种主要噪声来源及其治理方法,通过分析研究治理方法,初步对空压机房噪声进行控制。可以充分发挥大学所学知识,检验知识在实践中的应用,要用到的综合知识较多,也是对大学所学知识的总结。三、论文(设计)工作安排1. 拟采用的主要研究方法(技术路线或设计参数); (1)查找资料,了解空压机房基本结构和噪声来源。(2)分析并对不同噪声进行不同方法的噪声控制(3) 利用声法检测等方法具体分析每个结构噪声控制所无得的成效,分析选择最佳的噪声控制方法(4) 完成必要结构的装配图,零件图和改良设备的具体参数(5)完成毕业设计说明书2. 论文(设计)进度计划第 1 周:收集相关资料第 2 周:阅读整理所收集资料第 3 周:撰写开题报告初稿交指导老师修改第 4 周:完成开题报告,并进行答辩第 5 周:空压机房房结构特点分析第 6 周:空压机房噪声控制总体方案设计第 7 周:空压机房房噪声控制设备主要参数分和选择第 8 周:空压机房房噪声控制设备的结构设计绘制装配图第 9 周:空压机房房噪声控制设备的结构设计修改完什装配图第 10 周:绘制空压机房噪声控制设备零件图第 11 周:绘制空压机房噪声控制设备零件图第 12 周:撰写空压机房噪声控制设计说明书第 13 周:修改空压机房噪声控制设计说明书第 14 周:翻起外文资料四、需要阅读的参考文献1陈杰瑢.物理性污染控制 M.北京:高等教育出版社,机噪声控制的方法J. 西154-155.8王淑言. 空压机噪声2洪宗辉.环境噪声控制工程M.北京:高等教育出版社,2010 3孙兴滨,闫立龙.张宝杰主编环境物理性污染控制M.北京 2010 4方丹群.噪声控制工程学M.北京:科学出版社,2013.5 苑春苗.噪声控制原理与技术M.沈阳:东北大学出版社,2014.116 周新祥, 刘明. 空压机站噪声控制J. 环境保护科学, 1995(4):49-52. 7李为敏. 浅谈空压控制C/ 全国矿冶环境保护学术会议. 1993.9张弛, 徐南. 空压机噪声控制研究与应用J. 噪声与振动控制, ):107-108. 10饶其磷生, 朱建源,空压机噪声控制与通风散热C/ 2011 全国建筑声学与噪声振动控制工程技11Bingxu,Shaogan Ye,Numerical and experimental studies on housing optimization for no pump.Zhejiang Universisity,Hangzhou,201612la Gustafsson, Reversing air-source heat pumps Noise at defrost initiation and a noisUniversity of Technology,201613 Zhang Canfenga,Comprehensive Control of the Noise Occupational Hazard in Cement P Safety, Anhui University of Science and Technology, Huainan,201214 Ergin Kilica,Pressure prediction on a variable-speed pump controlled hydraulic system u neural networks,Middle East Technical University, Department of Mechanical Engineering,附:文献综述或报告1 空气压缩机是一种强噪声设备,对环境污染严重。济南钢铁集团氧气厂(简称济钢氧气厂)在室外安装了 1 台 DH90-1 型离心式空气压缩机,距其 2m 远处测得的噪声高达 114.5dB(A)。空气压缩机噪声包括空气动力性噪声、机械噪声、电磁噪声。辐射噪声的部位分为: 空气压缩机机体噪声源;电动机噪声源;进气管道噪声源;进气口噪声源;排气管道噪声源;排气放空口噪声源。利用近场法测量了各部位的噪声频谱,表明该型空气压缩机噪声呈中高频特性。2 空气压缩机隔声罩的设计控制空气压缩机机体噪声和电动机噪声的最合理措施是为空气压缩机加隔声罩。隔声罩降噪效果用插入损失 IL 表示,通过下式计算:IL=10lg(1+10 0.1TL) dB (1)式中 内饰吸声材料的吸声系数;TL罩壁的平均隔声量,TL=10lgSi/(Si10 -0.1TLi),dB; Si组成罩壁的第 i 个构件的面积,m2;TLi该构件的隔声量,dB。为保证隔声罩降噪效果,应注意:(1)罩壁材料应有足够的隔声量。本工程采用多层复声结构,设计隔声量 30dB(A);(2)处理好门、窗、洞口等隔声薄弱的部分。本工程必须开设门、采光窗,设计隔声量 30dB(A);通风口安装消声器,消声器减噪量设计值为 25dB(A)。(3)内壁做强吸声处理。本工程使用 50mm 厚离心玻璃棉毡做吸声材料,其高频吸声性能优良,与所需控制的噪声频率特性相符。为了增加低频吸声,吸声材料后留 50mm 厚空气层由于生产需要,空气压缩机不能停机。在设计时, 利用了原有空气压缩机的钢筋混凝土台座,将隔声罩分成上下两部分。由于有钢筋混凝土台座依托,隔声罩主龙骨结构得以简化,能够在机器运行状态下方便施工。隔声罩下部有 70%面积能够使用砖墙,节省了治理经费。为了满足设备检修要求,罩顶为可拆卸式,以便吊装机械作业;在隔声罩下部正对冷却器的罩壁设计成隔声门,平时供管理人员出入,检修时能够抽出冷却器芯。为保证散热效果,隔声罩采取强制通风,在罩顶部靠近电动机处设两台低噪声排风扇,排风扇上部接阻抗复合式消声器,以降低罩内噪声通过排气口的泄漏。消声器位置较高, 还起到了“烟囱”作用,对罩内通风有益。排风扇总风量按最不利气候条件的夏季设计, 可根据室外气温选择开 1 台或全开。隔声罩设了两个进风口,位于罩下部,且与排风口成对角布置,让气流充分流经机器表面。进风口设折板式阻性消声器,以降低空气压缩机噪声泄漏。消声器有效通道面积按照风速 5m/s 计算确定。3 空气压缩机进气口消声设计空气压缩机进气口设有空气滤清器,对进气口气流噪声虽有一定的衰弱,但还不能满足降噪要求。在离进气口滤清器 1m 处,测得的噪声达 96.2 dB(A)。根据现有条件, 利用滤清器钢架设置消声百页。为防锈,消声百页用铝合金板制作,板穿孔率控制在12%;采用竖向百页,以便防尘;消声百叶吸声材料用离心玻璃棉,其吸声性能好且为憎水材料,适于用在室外,百叶横截面设计为流线型,以降低通风阻损。经测定, 消声百页获得了 12dB(A)降噪量。4 进、排气管道的隔声包扎进气管道、排气管道辐射的噪声包括两部分:一是由压缩机进气口、排气口传来的气流噪声;二是管道中的再生噪声。隔声包扎内层选用沥青油毡,裹紧原管道,其阻尼作用可以消弱管道震动从而降低管道再生噪音;外层选用 3mm 厚的镀锌钢板,中间层选用 50mm 厚、容重为 150kg/m3 的岩棉毡。隔声包扎获得了近 20dB(A)的降噪量。使空气压缩机站的设备在运行时产生的噪声保持在一允许范围内的过程,是冶金工业噪声控制的重要组成部分。空气压缩机站的主要设备是压缩机及其传动电动机。运行时产生的噪声强度随压缩机负荷的增加而增强,一般约在 90110dB(A),并以低频为主,频谱峰值绝大部分集中在 63、125 和 250Hz 三个倍频程,衰减慢,传播距离远,如夜间影响范围可达数百米,对操作工人和周围环境干扰很大。此外,空气压缩机振动危害也较大,是各应用单位进行噪声与振动控制的重要目标之一。噪声源冶金工厂中广泛采用的是活塞式(往复式)压缩机和离心式压缩机,其它类型应用较少。其中,离心式压缩机产生的气体压力较低,噪声状况与鼓风机类似(见高炉鼓风机站噪声控制);活塞式压缩机产生的气体压力较高,其压缩机站的主要噪声源有:(1)进气噪声。压缩机运行时,设在进气管与压缩机气缸间的吸气阀不断地打开、闭合,使气体间歇地被吸入气缸,在进气管内形成压力脉动气流,因而从进气口辐射出噪声。进气噪声的基频取决于压缩机的转速。活塞式压缩机的转速较低,约在 300 900rmin,故进气噪声呈典型的低频特性。实测证明,进气噪声较机组其它部位辐射的噪声约高出 510dB(A),是压缩机组辐射噪声的主要部位。一般可达 95dB(A), 有的高达 100115dB(A)。(2)压缩机本体的机械噪声。包括传动机构的往复运动引起的撞击声;活塞在气缸内作往复运动的摩擦声;气缸中气体压力的急剧变化引起气缸止回阀片对阀座的冲击声。当弓 l 起的机械振动频率与其固有频率一致时,噪声更大。一般中国产活塞式空压机的本机噪声约在 8595dB(A)之间。(3)电机噪声。包括由于转子的动平衡不良引起的旋转噪声、定子与转子问交变的电磁引力、磁致伸缩引起的电磁噪声,以及冷却风扇的气流噪声等。其噪声级一般在 8090dB(A)之间。(4)贮气罐噪声。压缩机的活塞在气缸里作往复运动,完成空气压缩过程,每完成一个吸气压缩一排气的循环过程,除吸气阀开启与关闭一次外,设在气缸与排气管间的排气阀也开启和关闭一次,开启时经排气管向贮气罐排人气体,由于是不停地间歇地完成上述循环,因而在管道内形成脉动气流,贮气罐里的压缩气体在排注气流的激励下也会发生振动,均产生较强的低频噪声,并通过排气管壁和贮气罐的壳体向周围辐射。特别是气流振动频率与附属设备的固有频率相一致时,产生共振,辐射的噪声便更为强烈。一般贮气罐噪声为 8597dB(A)。(5)排气放空噪声。压缩机在过负荷和启动时,需排放压缩空气,虽不经常但放空时空气压力由 0.50.8MPa 突然降至 0.1MPa,引起气体急速膨胀。高速气流与大气混合形成湍流,发射喷注噪声(见工业噪声)。声级可高达约 120dB(A)。基本控制措施根据环境的要求确定。对于新建空压站,尽可能布置在远离对噪声与振动敏感的场所,并利用一些建筑物(如仓库等)作为屏障,按照有关设计规范,合理地运用、消声、隔振、吸声、隔声等综合措施设计为低噪声低振动的空压机站,并与站房工艺同时设计,同时施工,以期经济、省时、效果好。对于已建空压站,一般有: (1)进气口设置在机房外,并安装消声器或设置消声坑道。由于压缩机进气口噪声是低频脉冲噪声,以选择抗性消声器型式为宜。如站房外空间布置允许时,采用土建结构的双室或多室消声坑道效果更佳,可降低进气口噪声约 2030dB。(2)在机器间内厂房顶部悬挂浮云式空间吸声板,可降低室内噪声约 58dB。(3)对空压机的排气口安装消声器,对贮气罐的进气口和排气口可加内接管,长度分别为贮气管直径的 12 和 13,以抑制部分通过频率;在贮气罐中适当位置悬挂锥形或圆柱形吸声体,以破坏气体共振和声聚焦现象,可降低噪声约 10dB 左右。(4)对排气放空噪声可采用节流降压小孔消声器,可降低噪声 30dB 左右。(5)对于外部环境要求严格的空气压缩机站, 必要时可将厂房围护结构作隔声处理:安装固定隔声窗(或消声百叶通风窗)和隔声门斗;室内通风采用带消声器或消声通道的机械通风系统,这样可降低噪声约 15 25dB。(6)隔振处理。对机组基座进行隔振处理,压缩机的进出管道与电缆线都采用柔性连接。对于离心式空气压缩机站的噪声治理见高炉鼓风机站噪声控制。由于压缩机噪声的低频特别突出,所以对其造成的危害与治理目标不能单从 A 声级这一个评价量来衡量,宜测量线性声级或 C 声级,当其强度高时(100dB 左右),对人影响就很大。特别是低频声频率与人体某些器官的固有频率接近时,会使人感到心慌, 头晕,胸腔与腹腔受压等,须引起重视。可参考有关噪声控制设计标准,控制低频声在适当的强度范围。序号措施内容安装位置目的难易程度备 注l合理的总图布置及工艺设计使总体布局合理易极 为 重要2进气消声进气口降低进气噪声易重要3排气消声排气管道中降低排气噪易重要对空气压缩机站可采取的噪声控制措施可参考下表。空压站可采取的各种控制措施及储气罐中声及气罐噪声4排放口消声排放口或排污口降低排气噪声易重要5储气罐吸声储气罐中降低气罐共鸣声易6站房内吸声站房顶部降低站房内混响声7隔声观察值班室站房内保护操作人员重要8机组隔振机组基础上减少振动传播较难9门窗的改造站房建筑结构减少空气声传播在 有 环境 噪 声要 求 中实施10通风系统消声通风系统中减少空气声传播11其它冷却塔管道系统
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