物理性污染课程设计.doc

《物理性污染控制工程》课程设计

题 目 某空压机房降噪系统设计
姓 名 田金超
学 号 021412244
班 级 0214122
专 业 环境工程
课程名称 物理性污染控制工程
指导教师 冯兴华 胡红伟 姜立民

市政与环境工程学院
2015年6月

前 言

《环境噪声控制工程》是高等学校环境工程专业的主要专业课程之一，为促进学生掌握噪声治理工程的理论和技术，具备噪声治理工程的设计能力和综合利用相关知识的能力，本课程在完成课堂理论教学的同时开设课程设计一周。通过课程设计使学生了解噪声治理工程设计的知识和原则，是学生的基本技能得到训练。
基础理论研究中的许多创新课题是由应用的需要提出来的，而创新的价值也往往在应用中才能体现出来，在理论研究----应用研究-----实际应用这一过程中工程设计扮演着一个很重要的角色，也就是说在科研成果转化为生产力的过程中，一般是离不开工程设计的；一个工程类理论研究的试验装置的设计质量直接影响理论研究工作的开展；而工程设计能力是工科大学毕业生综合素质能力的体现，在用人单位对应聘者工程设计能力的要求是较高的。
本课程的目的通过课程设计，是学生能过运用和深化所学专业理论知识，培养其独立分析和解决一般工程实际问题的能力，使学生受到工程师的基本训练。因此本次设计具有十分重要的意义。

目 录

第一章 课程设计任务书 1
1.1 设计题目 1
1.2 设计目的 1
1.3 设计资料 1
1.4 完成成果 1
1.5 设计要求 1
第二章 课程设计计算书 2
2.1 设计原则 2
2.2 设计方案比较和确定 3
2.2.1 消声器的消声 3
2.2.2 隔声罩的隔声 5
2.2.3 吸声结构的吸声 7
2.3 降噪的方案确定 8
2.4 设计方案计算 8
2.4.1 吸声结构降噪 8
2.5 结论 12
结 语 14
参考文献： 15

第一章 课程设计任务书
1.1 设计题目
某空压机房降噪系统设计
1.2 设计目的
（1）巩固所学专业理论知识，强化实践技能训练；
（2）熟悉基础资料的收集方法及设计方案可行性论证；
（3）初步掌握噪声污染控制设计的内容、程序和基本方法；
（4）运用专业理论知识，解决噪声污染控制工程实际问题。
1.3 设计资料
该空压机房内部尺寸为：长15m，宽6m，高4m，机房墙壁内表面为混凝土面。车间内有两台空压机，位于地面中央。距噪声源2m处测得的频带声压级如下表。试采取有效措施对车间噪声进行设计控制，达到国家《工业企业噪声卫生标准》（GBZ1-2002）的要求。
倍频带中心频率（Hz）
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
声压级（dB）
105
95
92
90
85
84
82
79

1.4 完成成果
设计说明书、计算书一份。
1.5 设计要求
查《工业企业噪声卫生标准》相关规定：工业企业的生产车间和作业场所的工作地点的噪声标准为85分贝，现有工业企业经过努力暂时达不到标准时，可适当放宽，但不得超过90分贝。
结合以上标准确定：选用NR80评价曲线可以达到控制标准的噪声限值。
第二章 课程设计计算书
2.1 设计原则
（1）先对声源进行隔声、消声等处理，如改进设备。加隔声罩。消声器或建隔声墙、隔声间等。
（2）当房间内平均吸声系数很小时，采取吸声处理才能达到预期效果。单独的风机房、泵房控制室等房间面积较小，所需降噪量较高，宜对天花板、墙面同时作吸声处理；车间面积较大，宜采用空间吸声体、平顶吸声处理；声源集中在局部区域时，宜采用局部吸声处理，同时设置隔声屏障；噪声源较多且较分散的生产车间宜作吸声处理。
(3)在靠近声源直达声占支配地位的场所，采取吸声处理，不能达到理想的
降噪效果。
(4)通常吸声处理只能取得4～12dB的降噪效果。
(5)若噪声高频成分很强，可选用多孔吸声材料；若中、低频成分很强，可选用薄板共振吸声结构或穿孔板吸声结构；若噪声中各个频率成分都很强，可选用复合穿孔板或微穿孔板吸声结构。通常要把几种方法结合，才能达到最好的吸声效果。
(6)选择吸声材料或结构，必须考虑防火、防潮、防腐蚀、防尘等工艺要求。
(7) 选择吸声处理方式，必须兼顾通风、采光、照明及装修、施工、安装的方便因素，还要考虑省工、省料等经济因素。
2.2 设计方案比较和确定
2.2.1 消声器的消声
2.2.1.1 消声器的类型
消音器是阻止声音传播而允许气流通过的一种器件，是消除空气动力性噪声的重要措施。消音器是安装在空气动力设备（如鼓风机、空压机、锅炉排气口、发电机、水泵等排气口噪音较大的设备）的气流通道上或进、排气系统中的降低噪声的装置。
消音器的种类很多，但究其消声机理，又可以把它们分为六种主要的类型，即阻性消音器、抗性消音器、阻抗复合式消音器、微穿孔板消音器、小孔消音器和有源消音器。
（1）阻性消音器
主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。把吸声材料固定在气流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列，就构成了阻性消音器。当声波进入阻性消音器时，一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦而转化成热能耗散掉，使通过消音器的声波减弱。阻性消音器就好象电学上的纯电阻电路，吸声材料类似于电阻。因此，人们就把这种消音器称为阻性消音器。阻性消音器对中高频消声效果好、对低频消声效果较差。(主要应用于发电机机组消音)
（2）抗性消音器
是由突变界面的管和室组合而成的一个声学滤波器，与电学滤波器相似，每一个带管的小室是滤波器的一个网孔，管中的空气质量相当于电学上的电感和电阻，称为声质量和声阻。小室中的空气体积相当于电学上的电容，称为声顺。与电学滤波器类似，每一个带管的小室都有自己的固有频率。当包含有各种频率成分的声波进入第一个短管时，只有在第一个网孔固有频率附近的某些频率的声波才能通过网孔到达第二个短管口，而另外一些频率的声波则不可能通过网孔．只能在小室中来回反射，因此，我们称这种对声波有滤波功能的结构为声学滤波器。选取适当的管和室进行组合．就可以滤掉某些频率成分的噪声，从而达到消声的目的。抗性消音器适用于消除中、低频噪声。
（3）阻抗复合式消音器
由阻性结构和抗性结构按照一定的方式组合构成。
（4）微穿孔板消音器
一般是用厚度小于1mm的纯金属薄板制作，在薄板上用孔径小于1mm的钻头穿孔，穿孔率为1%一3%。选择不同的穿孔率和板厚不同的腔深，就可以控制消音器的频谱性能，使其在需要的频率范围内获得良好的消音效果。
（5）小孔消音器
结构是一根末端封闭的直管，管壁上钻有很多小孔。小孔消音器的原理是以喷气噪声的频谱为依据的，如果保持喷口的总面积不变而用很多小喷口来代替，当气流经过小孔时、喷气噪声的频谱就会移向高频或超高频，使频谱中的可听声成分明显降低，从而减少对人的干扰和伤害。
（6）有源消音器
基本原理是在原来的声场中，利用电子设备再产生一个与原来的声压大小相等、相位相反的声波，使其在一定范围内与原来的声场相抵消。这种消音器是一套仪器装置，主要由传声器、放大器、相移装置、功率放大器和扬声器等组成。2.2.1.2 消音器适用区域
消音器适用于以下区域：
①.适用于各类蒸汽安全阀用的TA型蒸汽安全阀消音器；
②.适用于锅炉等蒸汽设备的TB型点火排气消音器；
③.适用于各类低温低压热力装置的TD型低压蒸汽消音器；
④.适用于锅炉试车吹扫及工业管道安装检修后的TC型冲管专用消音器；
⑤.适用于管道排放气体用的PB系列小孔喷注消音器；
⑥.适用于通风管道用的CF型风机消音器；
⑦.适用于柴油发电机排气消音用的CP型柴油发电机排气消音器；
⑧.用于通风管道用的XB型通风管道消音吸音片；
⑨.用于设备消隔声用的工业吸音隔声罩；
2.2.1.2 消音器的选用
（1）阻性消声器具有吸收中高频声，加工制造简单等特点，一般用于空调风机、压缩机、燃气轮机、鼓风机等风机类消声。
（2）抗性消声器具备针对性强，对中低频吸声效果显著，且不用吸声材料等特点。一般只能用于小管道排气消声，如汽车、轮船、柴油机等排气消声。
（3）阻抗型消声器具有消声频带宽、使用于安全等特点。主要用于声级高、但频率为低中频宽带噪音的消声。如汽轮机、除氧器、扩容器、小排量的安全阀排汽等。
（4）小孔型消声器具有低中频宽带消声性能，小的孔径能提高吸声系数，低的孔隙率能增加吸声频带的宽度，孔板深度能改变共振吸声峰的位置。小孔型消声器具备设计严密、吸收频带宽、阻损小、耐高温、寿命长等优点。一般用于锅炉、压缩机等高压设备的排气放空。
（5）抗喷阻复合型消声器具有消声频带宽、使用范围广、消声量大、耐高温高压、不怕水汽及油雾等优点。是建立在中国著名声学家马大猷的小孔喷注消声
理论的基础上研制成功，也是中国最新型结构排气消声器，各电厂一般都选择使用。
（6）通孔阻散型消声器具有排气畅、耐高温、抗干扰强等优点。一般用于安全阀、排气阀、汽轮机及吹管等排气消声。
2.2.2 隔声罩的隔声
隔声罩是一种可取的有效降噪措施，它把噪声较大的装置封闭起来，可以有效地阻隔噪声的外传和扩散，以减少噪声对环境的影响。
隔声罩外壳由一层不透气的具有一定重量和刚性的金属材料制成,一般用2—3毫米厚的钢板,铺上一层阻尼层。阻尼层常用沥青阻尼胶浸透的纤维织物或纤维材料(用沥青浸麻袋布、玻璃布、毡类或石棉绒等)，有的用特制的阻尼浆。
外壳附加阻尼层是为了避免发生板的吻合效应和板的低频共振。外壳也可以用木板或塑料板制作,轻型隔声结构可用铝板制作。要求高的隔声罩可做成双层壳, 内层较外层薄一些;两层的间距一般是6～10厘米,填以多孔吸声材料。罩的内侧附加吸声材料,以吸收声音并减弱空腔内的噪声。在这层吸声材料上覆一层穿孔护面板，其穿孔的面积约占护面面积的20～30%。
在罩和机器、罩和基础之间，通常填以橡皮垫，以防止振动的传输。可以开启的活门和观察孔，要密封好。对于需要散热的设备，应在隔声罩上留有必要的通风管道。这种管道要有消声结构，或者装消声器。在设计隔声罩时，要注意满足工艺和维修的要求，有时要采取防止油污、粉尘和腐蚀等措施。
注意事项：
（1）隔音罩的罩壁应具有足够的隔声量，以隔断空气声的传播，同时又要减少罩内混响声和防止固体声的传递。
（2）尽可能减少在罩壁上开孔；对于必需的开孔的，开口面积应尽量小；在罩壁的构件相接处的缝隙，要采取密封措施，以减少漏声。隔声罩的孔洞和缝隙对其降噪效果特别是高频噪声有明显影响，泄漏面积占10%、1%、0.1%的隔声罩的最大降噪量分别为10、20、30dB。
（3）由于罩内声源机器设备的散热，可能导致罩内温度升高，对此应采取适当的通风散热措施。
（4）要考虑声源机器设备操作、维修方便的要求。例如，设置进出门、观察窗、手孔、活动盖板或可移动、可组装式的罩壳，以便接近机器，观察机器运行情况并进行操作与维修。
只有设计很好的全封闭隔音罩，并采用隔振支撑安装，没有孔洞或有孔洞安装消声器，采用适当密封的隔声门，才能获得理想的降噪值。
虽然隔声罩的隔声量主要是由罩壁的面密度与吸声材料的吸声系数、吸声量、噪声频率所确定，但上述设计要点如不注意，也会影响隔声效果。
隔声罩可以有效地阻隔噪声的外传，减少噪声对环境的影响，但会给维修、监视、管路布置等带来不便，并且不利于所罩装置的散热，有时需要通风以冷却罩内的空气。
2.2.3 吸声结构的吸声
吸声结构的种类很多，但究其吸声机理，又可以把它们分为三种主要的类型，即薄板共振吸声结构、穿孔板共振吸声结构、微孔板共振吸声结构。
(1) 薄板共振吸声结构
把不穿孔的薄板（如金属板、胶合板、塑料板等）周边固定在框架上，背后留有一定厚度的空气层，这就构成了薄板共振吸声结构。它对低频的声音有良好的吸收性能。薄板相当于质量块，板后的空气层相当于弹簧。当声波作用于薄板表面时，在声压的交变作用下引起薄板的弯曲振动。由于薄板和固定支点之间的摩擦和薄板内部引起的内摩擦损耗，使振动的动能转化为热能而使声能得到衰减。当入射声波的频率与振动系统的固有频率一致时，振动系统就会发生共振现象，声能将获得最大的吸收。
薄板共振吸声结构的共振频率一般在80-300Hz之间。
(2) 穿孔板共振吸声结构
在薄板上穿以小孔，在板后与刚性壁面之间留一定深度的空腔所组成的吸声结构称为穿孔板共振吸声结构。按照薄板上穿孔的多少，将创孔板共振吸声结构分为单腔共振吸声结构与多腔共振吸声结构。单腔共振吸声结构使用较少，它是其他穿孔板共振吸声结构的原理。在薄板上按一定排列钻很多小孔或开狭缝，将穿孔板固定到框架上，框架安装在刚性的壁面上，板后留有一定厚度的空气层，这种结构叫做多腔共振吸声结构。
(3) 微穿孔板吸声结构
普通穿孔孔板的孔径一般在3—10左右。对于穿孔率较高的穿孔板主要作为纤维吸声材料的护面板，主要作为共振吸声结构，其吸声特性与孔径的大小、穿孔率的高低、以及后背所加的多孔吸声材料等有关。如果不加多孔吸声材料，由于普通穿孔板的孔径较大，它本身具有的声阻太小，使有效的吸声频率范围太窄，仅作为一种特点的低频吸声结构使用。由于穿孔板孔径的大小对声阻的影响很大，声阻于孔径吸声结构，就是把厚度小于1MM的薄板上，穿上数以万计孔径大小1MM的微孔，穿孔率为1%—3%的微孔板，通过龙骨安装在墙上，就形成了微穿孔板吸声结构。为了扩展吸声频率范围，可做成双层微穿孔板吸声结构。但是它的缺点是孔小，易堵塞，只宜用于清洁的场所。
2.3 降噪的方案确定
总的说来，上述方案都可以在一定程度上降低噪声，而且工艺简单，在技术上都是可行的。但结合实际的工程要求来看，该设计是空压机房的降噪系统设计，经反复比较以及标准的要求，宜采用消声器、隔声门（窗）和穿孔板吸声结构相结合的综合降噪方案，即在风机的进、出口处安装阻性消声器，并设隔声门隔声窗，房间的壁面采用穿孔板共振吸声结构。
2.4 设计方案计算
2.4.1 吸声结构降噪
因为该消声频率范围在63Hz-8000Hz之间，降噪重点在125Hz-4000Hz之间，属于中频声，故宜采用穿孔板吸声结构。
由已知的房间尺寸（设车间门窗布局为四窗一门，窗户尺寸为：高×宽=1.5m×1.2m，门尺寸为：高×宽=2.5m×2m），可计算得，

S总=335.8m2
选择穿孔板吸声结构
(1) 将室内声压的倍频程的测量值计入表2①；
(2) NR曲线的确定
有两种方法:
①.
式中：Lp—各中心频率下NR数对应的声压级，dB；
a，b—各中心频率对应的系数，其值见表2-1
倍频带中心频率（HZ）
a
b
63
35.5
0.790
125
22.0
0.870
250
12.0
0.930
500
4.8
0.974
1000
0
1.000
2000
-3.5
1.015
4000
-6.1
1.025
8000
-8.0
1.030

各个频带相应的NR是：
1.NR1= 2.NR2=
3.NR3 4.NR4
5.NR5 6.NR6
7.NR7 8.NR8
②.通过查标准可得噪声声级卫生限值为 85dB(A)。根据公式LA=NR+5及降噪范围，综合考虑选取NR-80这条曲线。
(3) 根据NR80评价曲线，得出各倍频程所允许的最大值计入表2②；
(4) 根据测量值与允许值之差确定减噪量ΔLp,计入表2③；
(5) 将处理前混凝土面吸声系数 计入表2④；
(6) 根据减噪量与处理前平均吸声系数 计算出所需的平均吸声系数 ，计入表2⑤； （计算公式： ）
(7) 计算出临界半径：
室内平均吸声系数 =0.015
房间常数
已知声源在房间中心,则取Q=2
γc===0.45m ＜2m，故该声场为混响声。
序号
项目
f /Hz
说明
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
①
测量值
105
95
92
90
85
84
82
79
现场测量
②
允许值
98
90
85
82
80
78
76
74
设计目标
③
减量值
7
5
7
8
5
6
6
5
①-②
④
处理前
平均吸声系数

0.01
0.01
0.01
0.01
0.02
0.02
0.02
0.02
公式（1）
⑤
所需平均
吸声系数
0.050
0.032
0.050
0.063
0.063
0.080
0.080
0.063
公式（2）
表2-2 吸声结构降噪设计计算步骤
注：公式（1） ；公式（2）
根据以上数据分析，若采用孔径为5mm,孔距为25mm，板后空腔距离10mm（填矿棉）的穿孔板
表2-3 穿孔板共振吸声结构的吸声系数
穿孔板五合板（填矿棉）

空气
层厚
f/Hz
125
250
500
1000
2000
4000
d=5mm
D=25mm

10mm
0.23
0.69
0.86
0.47
0.26
0.27

设需要安装面积S ，
由公式 推出 ,根据表2-2，表2-3中的数据可得:
① 当频率为125Hz时
≥0.032 → S≥33.58m2
② 当频率为250Hz时
≥0.050 → S≥22.77m2
③ 当频率为500Hz时
≥0.063 → S≥20.94m2
④ 当频率为1000Hz时
≥0.063 → S≥32.09m2
⑤ 当频率为2000Hz时
≥0.080 → S≥83.95m2
⑥ 当频率为4000Hz时
≥0.080 → S≥80.59m2

综上所述，吸声材料面积应大于或等于 83.95m2 ，所以为取最大面积为160m2，检验当吸声材料面积为160m2时，是否满足设计条件。
当S材=160 m2时，反算此时各频率下的平均吸声系数
=〔160＋(335.8-160)×〕/335.8
1）当f=125HZ时，=〔0.23×160＋(335.8-160)×0.01〕/248=0.155
验算：=×100.1ΔLp ΔLp=11.90dB>5dB（满足）
2）当f=250HZ时，=〔0.69×160＋(335.8-160)×0.01〕/248=0.452
验算：=×100.1ΔLp ΔLp=16.55dB>7dB（满足）
3）当f=500HZ时，=〔0.86×160＋(335.8-160)×0.01〕/248=0.562
验算：=×100.1ΔLp ΔLp=17.50dB>8dB（满足）
4） 当f=1000HZ时，=〔0.47×160＋(335.8-160)×0.02〕/248=0.317
验算：=×100.1ΔLp ΔLp=15.01dB>5dB（满足）
5）当f=2000HZ时，=〔0.26×160＋(335.8-160)×0.02〕/248=0.182
验算：=×100.1ΔLp ΔLp=12.60dB>6dB（满足）
6）当f=4000HZ时，=〔0.21×160＋(335.8-160)×0.02〕/248=0.150
验算：=×100.1ΔLp ΔLp=11.76dB>6dB（满足）
所以检验结果是设计基本符合条件。
至此总消声量如下表
编号
项目
63hz
125hz
250hz
500hz
1000hz
2000hz
4000hz
8000hz
①
测量值
105
95
92
90
85
84
82
79
②
最终允许值
98
90
85
82
80
78
76
74
③
吸声降噪

11.90
16.55
17.50
15.01
12.60
11.76

⑥
最终声级

83.10
75.45
72.50
69.99
71.40
70.24

表 2-4 消声量表
由2.4.2中设计和表2-3知，设计达到要求。
2.5 结论
经过设计计算可知，在给机房内部的墙壁上装龙骨间距45×55cm，板后空腔距离格式10mm（填矿棉）的穿孔板五合板作为吸声材料，在进风口设置直通道阻性消声器，并设置隔声门（窗）后能够有效使该工厂机房噪声降低，低于工业企业设计卫生标准（GBZ 1-2010噪声部分），从而符合课程设计的任务要求。

结 语
课程设计即将完成之际，我衷心感谢老师对我的悉心指导和亲切关怀。《物理性污染控制工程》是我们环境工程专业学生最重要的一门专业课程之一，通过今年的学习，掌握了物理性污染控制方面的知识,通过这段周的实习，加深了对书本知识的理解，学会了如何将书本上了的理论知识与实际应用相结合。在整个设计过程中，我每天都有很多的新的体会，新的收获。
刚接触到设计题目时，缺少对书本知识的整体把握，没有设计思路，通过老师的指导和与同学的交流，逐渐找到了设计的方法，在设计过程中也遇到了许多困难，有时不能将书本所学的理论知识灵活的运用到课程设计中，对课本知识理解不透彻，但是，我并没有退缩，遇到不明白的我便会及时的查阅参考文献。有时看不懂的，我便会同班上其他同学进行讨论，在讨论过程中，不仅解决了问题，还学会了小组讨论的技巧。在这种学习中，我逐渐学到了如何将书本上的理论知识同实践相结合，以更加了解课程内容。
经过努力最终完成了课程设计，但由于是第一次噪声的相关设计，对理论知识的理解不够深入，设计规范的使用可能不够熟练，可能会出现各种错误，希望老师指正。

参考文献：
[1].马大猷.噪声与振动控制工程手册.北京：中国机械工业出版社，2002
[2].洪宗辉.环境噪声控制工程.北京:高等教育出版社，2002
[3].高红武.噪声控制工程.武汉:武汉理工大学出版社，2003
[4].李家华.环境噪声控制.北京:冶金工业出版社，1995
[5].郑上聚.环境工程手册环境噪声控制卷.北京：高等教育出版社，2000
[6].李连山、杨建设.环境物理性污染控制工程.武汉：华中科技大学出版社，2009
[7].陈杰瑢.物理性污染控制[M].北京：高等教育出版社.2007
[8].魏先勋等.环境工程设计手册(修订版)[M].长沙:湖南科学技术出版 社,2002.
[9]. 金兆丰主编.环保设备设计基础[M].北京:化学工业出版社,2005.
[10].刘惠玲主编.环境噪声控制(第 1 版)[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版 社,2002.