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承接铁岭 屋顶通风工程
一次风机运行噪声平均超过100dB(A),个别点达到110dB(A),是锅炉区域的主要噪声源,造成厂区内大范围噪声水平偏高,影响到附近的1#、2#机组集控室、灰控室,更是直接危害到锅炉运行人员的身心健康,对周边居民生活造成困扰。根据国家职业病危害控制有关条例,1#、2#锅炉运行巡检岗位8小时等效连接A声级实测已超过85 dB(A),属于生产性噪声作业Ⅱ级岗位,相当于中毒危害[2] 。为降低噪声对操作工人的危害,并使厂界噪声达标,消除对附近居民的干扰,我厂协同电厂对2#机组一次风机进行了噪声治理。
2 噪声源分析
经查阅资料,1#、2#机组一次风机均已有一定的降噪、减振的措施,包括:一次风机安装了进口消声器,并采用顶部进风方式,空气由吸风口顶部四周水平吸入,气流平稳;为防止风机本体的振动和噪声传递,风机的进口变径管、进气管道、风机机体、扩压段及出口变径管之间都采用挠性连接即安装了柔性接管;叶轮后部的后导叶环也起到减少气流涡流的作用。
经现场查看,一次风机除了风机本体敷设有厚度150mm的岩棉保温吸声材料(外部用铝板装饰)外,其余风道外部都没有进行包敷。在风道近场人能感受到风道壁(4mm厚钢板,外部有加强筋)有明显的振动和强烈的噪声,用声级计在风道壁的近场可测得很高的噪声级[3] 。每台锅炉2台风机裸露部分风道面积共约1 000m2,成为向外辐射噪声的面声源。经测试分析,风机本体及其前后的进出口风道是产生噪声的主要部位[4] ,相比之下,电机的噪声较低,不是主要噪声源。
一次风机叶轮转速高、压力大,易形成流速高、动能大的涡流状气流,并产生强烈的压力脉动,若管道的刚度不够,容易产生与风机固有频率相同的共振频率,即会产生穿透力极强的高频噪声[5] 。对于截面较大且又是矩形的风道,每一侧的管壁相当于一个平面板壁,更易被激起振动而发声[6] 。因此管道向外辐射的噪声包含两部分,主要的噪声是风道内的气动噪声透过管壁向外辐射,还有一部分是管壁被激起振动导致的噪声。由于受到多种因素的影响,4mm钢板的管壁实际隔声量远低于理论隔声量[7] 。
另外,风机和风道的挠性连接管处的噪声级更高,因为柔性连接管的隔声量比钢板要低很多。
3 治理措施
通过对噪声源的分析发现,虽然风机本体已包敷150mm的岩棉保温吸声材料,发挥了一定的作用。针对一次风机运行噪声频谱特性为宽频带,主要为中高频率,峰值频率在1 000Hz附近的特征,本次治理特别增加离心玻璃棉板作为吸声材料。离心玻璃棉的吸声特性曲线(详见图2) [8]与一次风机运行噪声频谱相似,特别是针对中高频噪声,它的吸声系数均高于岩棉。既是一种的吸声材料,又是一种很好的节能产品,防腐防潮,吸湿率低,不产生有毒气体,长期使用性能不变[9] 。此次治理还在包敷区域壳体外壁直接涂覆了一层薄的阻尼材料,能够减少各种机械振动产生的振动及噪声[10] 。
随着现代生活对节能、环保要求日益提高,对开发、低噪风机的呼声也愈益强烈,同时又提出要求在风机设计阶段就能预估噪声,因为这对低噪风机设计和风机噪声控制都有重要意义。直到90年代初期,工程上一直采用传统设计方法,即用一维或二维理想流处理加上一些设计参数的经验选择,而不考虑风机各个部件之间相互影响(包括间隙影响)的设计方法。其中对离心风机只分别设计叶轮、蜗壳;对轴流风机只分别设计动叶、静叶。虽然用这种方法也有不少产品具有接近当时国际水平的综合(即兼顾效率、噪声、工艺、尺寸、寿命、工作区)性能,至今仍占领着我国的风机市场,但这些产品的开发不仅耗去大量钱财和时间,而且如仍用这种传统的设计方法,进一步提高性能的潜力已很小,必须充分利用现代科技手段,全面考虑风机内部三维、粘性流动,考虑部件耦合影响的整机优化设计,发展一种新的现代设计方法。
1998年我们在中国机械工程杂志第8期发表题目为“离心风机现代设计方法研究”的论文,提出了这种设计方法的雏形,当时的研究工作得到一项国家自然科学基金的支持(项目名称为“低比噪声离心风机科学设计方法研究”),并和北京西山风机厂共同开发7-35风机以代替原有性能优良的6-41风机,当时的工作基础是我们有20多年风机工程设计经验,又化了三年时间发展了美国NASA-CR-178818提供的软件,使它可用于离心风机内部三维粘性流场的计算,得到的风机气动性能预估和实验结果基本符合,并用这种方法已研制出一种7-35样机产品,性能比6-41大有改善。
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