刘明物理性污染控制课程设计.doc

课程设计(综合实验)报告
( 2014 -- 2015 年度第 1 学期)

名 称：物理性污染控制工程
题 目：风机降噪装置的设计
院 系：环境科学与工程学院
班 级：环工1201
学 号：201205010108
学生姓名：刘 明
指导教师：张 敬 红
设计周数：一 周

成 绩：

日期： 2015 年 1 月 20日
10

一、课程设计(综合实验)的目的与要求
1、目的
1.1 《物理性污染控制工程》是一门技术性、应用性很强的学科，课程设计是它的一个极为重要的专业实践教学环节，课程设计的目的就是在理论学习的基础上，通过完成一个简单的工程设计方案，使学生不但能够补充和深化课堂教学内容，而且能够引导学生理论联系实际、培养学生的“工程”思想，提高学生的综合素质。
1.2 通过物理性污染控制工程课程设计，进一步消化和巩固本门课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养学生运用所学理论知识进行噪声控制工程设计的初步能力。
1.3 通过设计，了解噪声控制工程设计的内容、方法和步骤，培养学生确定噪声控制系统的设计方案、设计计算、工程制图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。为今后能够独立进行某些噪声控制工程的开发设计工作打下一定的基础
2、 要求
2.1 调查现场，确定物理性污染的类型。通过噪声测量和频谱分析，确定噪声源、声源所处声学环境、声源性质、噪声污染程度及范围；通过振动的测量和评价，确定振动的强度、范围，影响大小；通过现场周围情况，确定电磁辐射的类型、强度、频率等。
2.2 根据相应的标准确定超标值，计算出相应的减低量。
2.3 根据物理性污染的性质、现场实际情况的分析，确定物理性污染综合控制方案（包括几种主要物理性污染的具体控制方案）。
2.4设计计算。
2.5工程制图：（1）平面布置图，（2）降噪设备或设施的结构图，（3）隔振元件图，（4）隔振设施结构图。非标准件图。应按比例绘制，标出设备、零部件等编号，并附明细表，即按工程制图要求。有能力的同学采用计算机制图。
2.6编写设计说明书。要求打印稿。
3、 任务
3.1 风机降噪装置的设计
实验室通风系统配有风机一台（功率13kW，转速2900r/min，流量5500m3/h，叶片数为10，进、排气口尺寸均为φ215mm，风机外形尺寸为880×380×730mm），风机近声场噪声频谱如表4所示。根据我国《工业企业设计卫生标准》（GBZ1-2002）的规定，要求室内声压级符合NR75曲线，对风机进行降噪设计（阻抗复合消声器）。
表4 风机近声场噪声频谱测量结果
倍中心频率（Hz）
31.5
63
125
250
500
1k
2k
4k
8k
声压级（dB）
79
83
85
92
94
83
82
76
71

二、 设计（实验）正文
1、设计题目分析
噪声评价可以用噪声评价数(NR)曲线来评价，该曲线考虑了高频噪声比低频噪声对人的干扰更大。

图一 噪声评价数（NR）曲线
表一 风机近声场噪声频谱
倍中心频率（Hz）
31.5
63
125
250
500
1k
2k
4k
8k
声压级（dB）
79
83
85
92
94
83
82
76
71
NR曲线值
105
94.75
87.25
81.25
77.85
75
72.63
70.78
69.25
应有消声量
0
0
0
10.75
16.15
8
9.37
5.22
1.75

从图中可以看出，风机的频谱峰值大致集中在250 ~8kHz,而在1000Hz出现频谱峰值，其原因是由于风机叶轮在旋转时，周期性的挤压气体导致叶轮周围气体产生压力脉动，这种压力脉动以声波的形式向叶轮辐射，从而产生周期性的进排气噪声。
风机旋转噪声的基频可由下式计算：

式中：n――风机叶轮的转数，r/min；
        z――叶片数。 
题目中：转速2900r/min，风机叶片数为10
带入相应数值得到f=483.33Hz
由此可证实1000Hz频率出现峰值和风机叶片的通过频率不一致，说明风机的主要噪声是气流噪声引起的。
1.1风机噪声特性分析 
从风机所辐射的噪声和部位来说，风机的噪声包括空气动力性噪声和机械性噪声，而以空气动力性噪声为主，空气动力性噪声主要是从进气口和排气口辐射出来的；机械噪声主要是从电动机以及机壳和管壁辐射出来的；通过基础振动还会辐射固体噪声。
控制风机的空气动力性噪声的最有效措施是在风机进、出气口安装消声器，而固体噪声则可以通过设计隔振装置得到控制。 
2、 降噪设计
2.1 .阻性消声器的设计
2.1.1 阻性消声器的原理
阻性消声器是一种利用吸声材料的吸声型消声器。吸声材料固定在气流通道内，利用声波在多孔吸声材料中传播时，因摩擦阻力和粘性阻力将声能转换成热能，打到消声的目的。
吸收材料选择厚度为10cm，的超细玻璃棉。
由题中设计消声器=215mm
倍频程中心频率（Hz）
31.5
63
125
250
500
1k
2k
4k
8k
声压级（dB）
79
83
85
92
94
83
82
76
71
NR75值
105
94.75
87.25
81.25
77.85
75
72.63
70.78
69.25
a值

35.5
22.0
12.0
4.8
0
-3.5
-6.1
-8.0
b值

0.790
0.870
0.930
0.974
1.000
1.015
1.025
1.030
应有消声量
0
0
0
10.75
16.15
8
9.37
5.22
1.75
高频失效后消声量
_
_
_
10.75
16.15
8
9.37
5.22
0.90
消声器周长截面比
18.60

-
-
-
0.6
0.9
0.87
0.87
0.85
0.85

-
-

-
-

-
-
0.489
0.863
0.823
0.823
0.797
0.797

0.797
消声器所需长度（m）

-

-
-
1.471
0.977
0.507
0.594
0.342

0.115
消声器设计长度（m）
1.50
长度为1.5m时各频带降噪量（dB）

-

-

-

14.05

24.80

23.65

23.65

22.90

22.90
降噪后各频带声压（dB）

79

83

85

77.95

69.2

59.35

58.35

53.1

48.1

降噪后声压曲线图
由曲线可以看出，降噪后的声压级都小于NR75值，即符合NR75曲线。

H•J赛宾计算式：

式中：P——消声器的通道断面周长，m；
S——消声器的通道有效横截面积，；
——消声器的有效部分长度，m。

消声器需要设计长度计算公式:

上限失效频率计算公式：

式中：c——声速，340m/s；
D——消声器通道的当量直径，m。
得到上限失效频率为：2925Hz
所以当倍中心频率为8000Hz时，高频失效。

此时，

式中：——高于失效频率的某倍频带的消声量，dB；
——失效频率处的消声量，dB;
n——高于失效频率的倍频程频带数。

其中：

阻性消声器
3.1 隔声罩设计
3.1.1 原理及要求
隔声罩的降噪效果通常用插入损失来表示，定义为隔声罩设置前后，同一接收点的声压级之差，记作IL。
隔声罩的插入损失可由下式计算：

或

式中：——隔声罩总面积的平均吸声系数；
——隔声罩壁与顶板的平均透声系数；
——隔声罩壁与顶板的平均隔声量，dB。

应考虑下述几项基本要求：
（1）隔声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。 隔声罩与设备之间应留有较大的空间，一般为所占空间的1/3以上。
（2）尽可能减少在罩壁上开孔。对于必需的开孔以及罩壁的构件相接处的缝隙，要采取密封措施，以减少漏声。
（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。在可能情况下，要采取相应的措施，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。

3.1.2 隔声罩设计尺寸
根据内部及外部结构,设计隔声罩整体结构图外部尺寸为1000×500×850（单位:mm)
3.1.3 罩壳材料与吸声材料的选择
综合各方面原因：
罩壳材料选用2mm厚的钢板，其平均隔声量R=30dB。
吸声材料选用密度为20kg/m3，厚5cm的超细玻璃棉。
隔声罩设计表
倍频率中心（Hz）
31.5
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
声压级（dB）
78
84
86
93
95
85
84
75
71
NR75曲线值
105
94.75
87.25
81.25
77.85
75
72.63
70.78
69.25
降噪量的确定（dB）
-
-
-
10.75
16.15
8.00
9.37
5.22
1.75
隔声罩内吸声材料的吸声系数

-

-

_

0.35

0.85

0.85

0.86

0.86

0.86
隔声附加值
_
_
_

-4.56

-0.71

-0.71

-0.66

-0.66

-0.66
隔声罩构件应有隔声量

_
_
_

15.31

16.86

8.71

10.03

5.88

2.41
隔声罩固有隔声量

-

-

-

24.1

28.7

32.5

36.0

39.7

43.5
隔声罩实际隔声量

19.54

27.99

31.79

35.34

39.04
42.84
隔声罩外实际声压值（dB）

-

-

-

73.46

67.01

53.21

48.66

35.96

28.16

隔声罩隔声后声压图
由上图可以看出隔声罩打到了降噪的要求。

隔声附加值：
式中：——隔声罩内吸声材料的吸声系数；
4.1 隔震设计
题中已知功率为13kW，转速2900r/min,流量，叶片数为10.
由于加工、制造和安装上的原因，风机旋转不见高速旋转时，会产生振动发出噪声。为了减小振动能量传递，降低因为振动而产生的噪声，在安装前应该对风机机座采取隔振措施。
4.1.1 质量减震
根据风机尺寸mm：，设计一个较大的混泥土基座，尺寸mm：，将风机安在基座上，减少振动。
4.1.2 隔振垫
将风机与基座之间的接触面安装20mm厚的橡胶垫，使得风机与基座无刚性接触，从而达到消减固体声的目的。
4.1.3 防振沟
为了达到更好的消声效果，可以在基座四周挖防振沟，其中可以填木屑等廉价的吸声材料，如果不考虑经济因素，可以填充吸声效果更好的其他吸声材料，这样可以防止声音沿着地面传播，从而达到消减固体声的目的。

三、课程设计（综合实验）总结或结论
通过本次设计，让我初步掌握了解决实际问题的能力，将所学知识运用于实践当中，使我加深了对所学知识的理解和运用，对以后的学习和动手实践奠定了良好的基础。

四、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，2007
[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：化学工业出版社，2010
[4] 李连山.杨建设.环境物理性污染控制工程[M].武汉：华中科技大学出版社，2009
[5] 任连海.环境物理性污染控制工程[M].北京：化学工业出版社，2008
[6] 智乃刚.许亚芬.噪声控制工程的设计与计算[M].北京：水力电力出版社
[7] 马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京：机械工业出版社，2002
[8] 潘仲麟. 翟国庆.噪声控制技术[M].北京：化学工业出版社，2006
[9] 赵俊起.风机噪声与振动控制[J].电力情报. 1999.4
[10] 贾世福.周维.风机噪声综合治理的探讨与应用[J]，沈阳大学学报，2000.4
[11] 陈烈增.离心风机的噪声与控制，通风除尘与气力输送，2004.4

目录
一、课程设计的目的与要求• • • 2
二、设计题目分析• • • • • • 3
三、阻性消声器的原理 • • • • 4
四、阻性消声器的参数计算 • • • 5
五、阻性消声器的结构图• • • • 6
六、隔声罩的原理 • • • • • • 7
七、隔振的设计 • • • • • • 8
八、参考文献 • • • • • • • 9
11
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