噪声与振动控制技术

北京中大华远认证中心内部培训教材1第二章污染物控制技术3噪声与振动控制技术3.1绪论………………………………………………………………………………………………23.1.1噪声的定义及分类…………………………………………………………………………23.1.2噪声的危害…………………………………………………………………………………33.1.3噪声控制的基本途径………………………………………………………………………43.2噪声的基本特征…………………………………………………………………………53.2.1噪声物理特征………………………………………………………………………………53.2.2噪声的声学特征……………………………………………………………………………73.2.3平面波、球面波和柱面波…………………………………………………………………83.3吸声和室内声场……………………………………………………………………103.3.1吸声系数和吸声量…………………………………………………………………………103.3.2吸声原理……………………………………………………………………………………103.3.3吸声材料和结构……………………………………………………………………………113.3.4室内声场和吸声降噪………………………………………………………………………133.4隔声与隔声结构……………………………………………………………………143.4.1隔声结构…………………………………………………………………………………………143.4.2隔声装置……………………………………………………………………………………………153.5消声技术……………………………………………………………………………163.5.1消声器的分类………………………………………………………………………………163.5.2阻性消声器…………………………………………………………………………………163.5.3抗性消声器…………………………………………………………………………………173.5.4阻抗复合式消声器…………………………………………………………………………183.6隔振和阻尼…………………………………………………………………………183.6.1隔振…………………………………………………………………………………………183.6.2阻尼…………………………………………………………………………………………203.7城市区域环境噪声控制……………………………………………………………213.7.1城市区域环境噪声…………………………………………………………………………213.7.2城市噪声控制………………………………………………………………………………233.8部分机电设备噪声控制……………………………………………………………243.8.1风机噪声控制………………………………………………………………………………243.8.2冷却塔噪声控制……………………………………………………………………………263.8.3内燃机噪声控制……………………………………………………………………………283.8.4水泵房的噪声治理…………………………………………………………………………293.8.5中小型空压站的噪声控制…………………………………………………………………30北京中大华远认证中心内部培训教材23噪声与振动控制技术3.1绪论3.1.1噪声的定义及分类3.1.1.1噪声的定义人们一般把声音分成乐声和噪声。物理学的观点是把节奏有调，听起来和谐的声音称为乐声，而把杂乱无章，听起来不和谐的声音称为噪声。心理学的观点认为噪声和乐声是很难区分的，它们会随着人们主观判别的差异而改变。因此，人们将使人烦躁、讨厌、不需要的声音都称之为噪声。噪声是声的一种，它具有声波的一切特性，通常我们把能够发声的物体称为声源，产生噪声的物体或机械设备称为噪声源，能够传播声音的物质称之为传声媒质。人对噪声吵闹的感觉，同噪声的强度和频率有关，频率低于20Hz的声波称为次声，超过20000Hz的称为超声，次声和超声都是人耳听不到的声波。人耳能够感觉到的声音（可听声）频率范围是20～20000Hz。物理学上通常用频率、波长、声速、声压、声功率级及声压级等概念和量值来描述声的一般特性。衡量噪声强弱或污染轻重程度的基本物理量是声压、声强、声功率。由于正常人的听觉所能感觉的声压或声强变化范围很大，因此采用了以常用对数作相对比较的“级”的表述方法，分别规定了“声压级”、“声强级”、“声功率级”的基准值和测量计算公式。它们的通用单位计为“分贝”，记作“dB”。在这个基础上，为了反映人耳听觉特征，附加了频率计权网络，如常用的A计权，记作dB（A）。对于非稳态的噪声，目前一般采用在测量采样时间内的能量平均方法，作为环境噪声的主要评价量，简称等效声级，记作“Lep-dB（A）”。3.1.1.2噪声的分类一般情况下，按噪声的强度可分为过响声、妨碍声、不愉快声、无影响声等；按噪声源的不同分为城市环境噪声、工业噪声和交通噪声3种。（1）工业噪声污染源工业噪声是指在工业生产过程中，由机械设备运转、工业操作和物料传输等发出的噪声。工业噪声大都会在75～95dB（A）左右，有一些机械的噪声级甚至可达到120dB（A）以上，是我国目前城市环境噪声污染的主要来源之一。与交通噪声、建筑施工噪声、社会生活噪声相比，工业噪声具有长期固定的作用地点和时间，因而很容易引起厂群矛盾。噪声污染是一种能量污染，由发声物体的振动向外界辐射的一种声能。若声源停止振动发声，声能就失去补充，噪声污染随之终止。工业噪声没有污染物的积累。工业噪声的分类大致有以下3种：①按噪声的频率特性和时间特性分a.高频噪声、低频噪声。北京中大华远认证中心内部培训教材3b.宽频噪声、窄频噪声。c.稳态噪声、非稳定、不连续噪声和脉冲噪声等。②按噪声源的发声机理分a.空气动力性噪声——由于气体振动产生，气体的扰动和气体与物体之间的相互作用产生这种噪声。如鼓风机、空压机、燃气轮机、高炉和锅炉等设备气体放空时所产生的噪声。b.机械噪声——由于撞击、摩擦、交变机械应力等作用而产生的噪声。如球磨机、轧机、粉碎机、机床以及电锯等所产生的噪声。c.电磁噪声——由于交变电磁场产生周期性的交变力，引起振动时产生的。如电动机、发电机和变压器所产生的噪声。③按行业性质分机械制造、矿山冶金、纺织轻工、石油化工、航空航天、建筑建材、发电、造船等。在许多行业中，如供热、供电、供水、供气等部门的噪声问题具有一定的共性。但是，不同的行业生产工艺和设备不同，噪声问题会表现出不同的特点，从而发展了多种多样的治理技术措施。（2）交通运输噪声污染源交通运输噪声污染源包括起动和运行中的各种汽车、摩托车、拖拉机、火车、飞机、轮船等。交通噪声强度与行车速度有关，车速加倍，噪声级平均增加7～9dB；车流量增加1倍，噪声级平均增加2.7dB。不同交通运输工具的噪声差别也大，载重车的噪声级可达90dB（A），而飞机起飞时在测点上的噪声达100dB（A）以上。交通噪声主要来源于发动机壳体的振动噪声、进排气声、喇叭声以及轮胎与路面之间形成的噪声。交通噪声是一种不稳定的噪声，声源具有流动性，影响面较广，约占城市噪声源的40％。（3）建筑施工噪声污污染建筑施工噪声污染源包括运转中的打桩机、打夯机、挖掘机、混凝土搅拌机、准土机、吊车和卷扬机、空气压缩机、凿岩机、木工电锯、运输车辆以及敲打、撞击、爆破加工等，在距声源15m外，噪声级高达80～105dB（A）。建筑施工噪声具有多变娃、突发性、冲击性、不连续性等特点，不仅对附近居民干扰大，而且对现场操作人员的危害害也很大。（2）社会生活噪声污染源社会生活噪声污染源包括冷却塔、空调器、水泵、风机、排油烟机、高音喇叭、音响设备以及商业、交际和娱乐等社会活动和广泛使用的家用电器等。虽然社会生活噪声户外平均声级不是很高（55～65dB），但给居民造成的干扰很大，城市中影响环境质量的主要污染源，其所占比例近50％。3.1.2噪声的危害噪声对人体的影响是多方面的，首先是在听觉方面。噪声强度在70dB以上时，对人体的健康将有危北京中大华远认证中心内部培训教材4害，最常见的是听觉的损伤。人们在较强的噪声环境工作和生活时会感到刺耳难受，时间久了会使听力下降和听觉迟钝，甚至引起噪声性耳聋。噪声不仅影响人们正常工作，妨碍睡眠和干扰谈话，而且还能诱发多种疾病。噪声作用于人的中枢神经系统使大脑皮层的兴奋与抑制机能失调，导致条件反射异常，会引起头晕脑胀、反应迟钝、注意力分散、记忆力减退，是造成各种意外事故的根源。噪声还影响人的整个器官，造成消化不良、食欲不振、恶心呕吐，致使胃溃疡发病率增高。长期在高噪声车间工作的工人中有高血压、心动过速、心律不齐和血管痉挛等症状的可能性，要比无噪声时高2～4倍。噪声对视觉器官也会造成不良影响。此外，强烈的噪声影响会使仪器设备不能正常运转，灵敏的自控、遥控设备会失灵或失效。特强的噪声还能破坏建筑物。3.1.3噪声控制的基本途径声学系统的主要环节是声源、传播途径、接受者。因此，控制噪声必须从这三方面系统综合考虑，采取合理措施，消除噪声影响。3.1.3.1噪声源治理噪声源控制是最根本、最有效的手段，可以彻底消除噪声。但从声源上根治噪声是比较困难的，而且受到各种环境和条件的限制。然而，对噪声源进行必要的技术改造还是可行的。（1）改进机械设备结构，运用各种新材料、新工艺生产出一些内摩擦较大、高阻尼合金、高强度塑料、陶瓷生产机械及零部件。（2）改革工艺和操作方法。例如，用低噪声焊接代替高噪声铆接，采用液压装置代替机械传动等。（3）提高零部件加工精度，使机件之间尽量减少摩擦；提高装配质量，减少重心偏移，可减小偏心振动。3.1.3.2在噪声传播途径上的降噪当在噪声源上治理效果不理想时，可考虑在噪声传播途径上采取措施，主要包括吸声技术、隔声技术、消声技术、阻尼技术等。除此之外，还要注意以下几种方式的应用。（1）利用地形和声源的指向性降低噪声。（2）利用绿化降低噪声。（3）利用噪静分开的方法降低噪声。3.1.3.3接受者保护在机械多而人员少或机械噪声控制不理想、不经济的情况下，控制噪声还可以采取对接受者进行个体防护的措施，这是一种经济而有效的措施。常用的防声器具有耳塞、耳罩、头盔、防声棉等，它们主要是北京中大华远认证中心内部培训教材5利用隔声原理来阻挡噪声传入人耳。3.2噪声的基本特征3.2.1噪声物理特征3.2.1.1声音的产生声音来源于物体的振动，“制造”声音的振动着的物体称为声源。这里需要指出的是，声源不一定是固体，液体和气体振动同样可以发出声音，如海浪声、汽笛声就是由这些流体发出的。声源发出的声音必须通过中间媒质才能传播出去。声源的振动带动了与它相邻近的空气层中的气体分子（质点），使它们产生压缩和膨胀运动。由于这些气体分子之间有一定的弹性，这一局部区域的压缩和膨胀又会促使下一邻近空气层气体分子发生同样的压缩和膨胀运动。如此周而往复，由近及远相互影响，就会使振动以一定速度沿着媒质向各个方向传播出去。当这种振动传播到人耳时，引起人耳的鼓膜的振动，通过听觉机构的振动，刺激人的听觉神经而使人有了声音的感觉。这种向外推进着的空气振动称为声波，也就是说，声波是依靠介质的质点振动向外传播声能，而介质的质点只是振动但不移动，是振动的传递，所以声音是一种波动。有声波传播的空间叫声场。在声场中人们最熟悉的传声媒质是空气，除此以外，液体和固体也都能传播声音。声波传播过程中，若媒质质点的振动方向与声波的传播方向相平行，称为纵波。若媒质质点的振动方向与声波的传播方向垂直，则称为横波。3.2.1.2频率、波长与声速物体振动产生声音，如果物体是周期性振动，那么媒质质点的振动状态也呈周期性变化。我们把质点振动状态相同的两个相邻层之间的距离称为声波的波长，记作λ，单位是米（m）。振动状态的传播需要一定的时间，这种振动状态（或能量）在媒质中自由传播的速度叫