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三木建筑聲學

冷卻塔降噪聲學設計與施工

一、冷卻塔降噪技術

1、什么是冷卻塔?

冷卻塔是用水作為循環冷卻劑,從系統中吸收熱量排放至大氣中,以降低水溫的裝置;是利用水與空氣流動接觸后進行冷熱交換產生蒸汽,蒸汽揮發帶走熱量達到蒸發散熱、對流傳熱和輻射傳熱等原理來散去工業上或制冷空調中產生的余熱來降低水溫的蒸發散熱裝置,以保證系統的正常運行,裝置一般為桶狀,故名為冷卻塔。

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·冷卻塔降噪的必要性、冷卻塔噪音來源、冷卻塔降噪技術概論、冷卻塔噪聲的評價指標

        目前,對冷卻塔噪聲有兩種不同的評價指標,其一為針對冷卻塔設計和生產廠家的國家產品標準GB/T7190.1—1997、GB/T7190.2—1997《玻璃纖維增強塑料冷卻塔》,標準對不同循環水量與型號的產品規定用戶的國家標準GB3096-2008《聲環境質量標準》,標準對不同環境區域規定了最高聲級。

          冷卻塔噪聲治理現狀如果企業按照GB/T7190.1—1997、GB/T7190.2—1997的最高限值生產冷卻塔,所有產品都不能滿足國標GB3096—2008對于二類以下地區夜間噪聲≤45~50dB(A)的要求,只有少數幾種低噸位超低噪聲型號的冷卻塔可以滿足少部分區域夜間噪聲標準的要求。

         目前冷卻塔的降噪措施并非行之有效,如聲屏障對于低頻波的繞射無能為力, 隔聲罩會阻礙氣流流動導致熱濕交換不良,對寬頻噪聲吸聲效果差等,這使得冷卻塔的噪聲控制日益受到人們的重視。

         因此,冷卻塔周圍的居民和政府的環保部門依據國家環境噪聲標準GB3096—2008要求冷卻塔用戶對冷卻塔產生的噪聲污染治理。

冷卻塔噪聲聲源冷卻塔噪聲源主要由以下4個部分組成:

1)風機進排氣噪聲;

2)淋水噪聲;

3)風機減速器和電動機噪聲;

4)冷卻塔水泵、配管和閥門噪聲。

         聲源屬性:噪聲源為落水區下的巨大圓形水面,為塔內冷卻落水對池水的大面積連續的液體間撞擊產生的穩態水噪聲;是機械噪聲、空氣動力噪聲、電磁噪聲之外的一種特殊噪聲。

聲源特征

 聲源聲級:80db(a)左右。

頻譜:音頻分布呈高頻(1000-16 000 hz)及中頻(500-1000 hz)成分為主的峰形曲線;峰值位于4 000 hz左右。

聲速:c=340 m/s。

波長:λ=c/f;1.36m(250 hz)~o.02 m(1 000 hz),以0.085 m(4 000 hz)為主。兩個最主要噪聲源風機噪音:聲波長,穿透能力強,聲音衰減不明顯,治理困難。

         空氣在冷卻塔頂導流管內產生湍流和摩擦激發的壓力擾動,產生噪聲,同時槳葉與空氣作用產生振動向外輻射噪聲,風機的空氣動力噪聲是主要聲源。

         兩個最主要噪聲源 落水噪音:主要為高頻,治理較為容易。

冷卻塔的循環水經填料層自由下落到落水槽,所產生沖擊噪聲。的強度與落水速度的平方成正比。測量的結果表明落水的A聲級噪聲達到70db,這屬于冷卻塔需治理的噪聲源之一。

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    聲波的距離衰減規律落水噪聲隨距離的衰減特性符合半球面波在傳播過程中隨著能量分布的擴大而衰減的規律,其“點聲源” 的距離衰減規律為距離每增加一倍聲能衰減 6 db。用公式表達即為[3]:

  L1-L2= 20 lg(r2/r1)

式中:L1,L2——離聲源邊緣由近及遠二個測點的聲級值,db;

  r2/r1——遠、近二個測點分別到聲源邊緣的距離之比。

  當 r2/r1=2時,lg(r2/r1)=0.3010,于是 L1-L2= 20 lg(r2 /r1)=6 db。

冷卻塔為“點聲源”的起始位置

    根據已有距離衰減實測資料,分析各起始位置d(視進風口為聲源邊緣)的規律可知,視冷卻塔為“點聲源”的起始位置d可用下式估算:

    d=a1/2/4

  式中:a——冷卻塔面積,m2。

 以目前我國常見范圍的 2 000 m2的冷卻塔為例,其“點聲源”起始位置d點(以進風口底緣為起點)為11.18 m。由此可見,設在離塔(以進風口底緣為起點)12 m以外的噪聲測點基本上都可將所有的冷卻塔視為“點聲源”

    如按“點聲源”的距離衰減規律即距離每增加一倍聲能衰減 6db計,則50m處的聲級應分別為 65.7及 71.ldb(a):100 m處的聲級應分別為 59.7及65.ldb(a);200 m處的聲級應分別為53.7 及 59.ldb(a),220 m處的聲級用公式推算則應分別為52.9及58.3 db(a)。這就是噪聲影響范圍(力度)的大致評估,它包含了目前常見的各類大小塔型范圍。借助此法,我們便可根據 10-25 m處(各塔與其塔型大小相應的“點聲源”起始位置)以遠測點實測所得聲級,評估各種塔型(單塔)的噪聲影響范圍(力度)。但這只是一種理想條件下的簡便、粗略的評估方法。

 

 

         img3

 

所以聲源的聲級一開始就按“點聲源”的衰減速率迅速下降,如圖上圖第一條粗虛線所示。

·冷卻塔降噪的必要性

·冷卻塔噪音來源

·冷卻塔降噪技術概論

降噪原理

聲波在傳播過程中遇到障礙時,就會發生反射、透射和繞射三種現象。聲屏障就是在聲源與受聲點之間插入一個設施,用以隔斷并吸收聲源到達受聲點的直達聲波,使部分聲波受阻反射,部分聲波則經吸收衰減后通過屏體透射(極?。┖推另斃@射等附加衰減形式到達受聲點,達到減輕受聲點的噪聲影響、取得降噪效果的目的。

風機低頻噪音治理:

消聲器選擇非常重要,一般消聲器對中低頻噪音效果不明顯,抗性消聲器治理效果好,但頻率選擇性十分強,所以一般選擇阻抗復合式消聲器。

圖片2

 

        阻抗復合消聲器是指將聲吸收和聲反射恰當地組合起來的消聲器。它同時既有阻性消聲器消除中、高頻噪聲和抗性消聲器消除低、中頻噪聲的特性,具有寬頻帶的消聲效果。

阻抗復合式消聲器型號選擇

       圖片3

 

落水高頻噪聲治理

治理相對容易,但要注意隔音治理同時避免影響散熱性能的發揮,雖然消聲器和消聲百葉可以大幅降噪,但要合理設計,及設計時要綜合考慮散熱性能和動力性能。結構不合理就達不到降噪目的,流阻太大會影響冷卻塔工作,降低制冷能力:動力性能設計不好也會增加阻力,甚至會產生混響噪聲,所以治理過程中要綜合考慮。

 

消聲百葉

幾種常見的冷卻塔降噪方法

        圖片4

 

消聲導流片法(消聲彎頭)

消聲導流片法及特點在冷卻塔進風口安裝消聲導流片,通過消聲導流片的消聲作用,來減少冷卻塔噪聲對外界的影響 ,也稱為消聲器法。理論及試驗表明其降噪量可以達到35dB(A),甚至更高;在降噪量15—2OdB(A)時,與聲屏障造價相當,在20dB(A)以上降噪量時是唯一可選方案;結構緊湊,不占建筑物額外場地,基本無須維護 。

消聲導流片法(消聲彎頭)

隔聲屏障一般設計為距冷卻塔進風口的距離大于冷卻塔進風口高度,屏障高度等于屏障到進風口的距離。降噪效果一般在10-15dBA,理論上降噪量可2OdB(A)左右,但存在著聲波繞射問題,在聲影區范圍內降噪量較好,繞射區和聲亮區降噪效果較差,因此實際工程上很難將其影響區內噪聲降低20dB(A);對通風影響不大,維護比較簡單;建設聲屏障的技術要求不高,但對結構要求相當高,并且投資成本隨著高度的增加成倍增加;

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隔聲屏障法及特點:

隔聲屏障

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聲屏障的結構可分為地上和地下二部分,地上部分為厚約 20 cm的屏蔽聲波的巨型、連續板式立面(包括斜撐),其頂部為扇形吸聲體或內傾式遮檐;地下部分則為承重、抗傾覆(風荷載)的基礎。

聲屏障的降噪效果聲波遇到屏障發生的繞射現象會減弱聲屏障的隔聲作用,而繞射能力與聲波的頻率有關,所以聲屏障的降噪效果與聲波的頻率即波長的關系很大。聲屏障對于波長短、不易繞射的高頻波的屏蔽作用十分顯著,可以在屏障后面形成很長的聲影區;而對于波長、具有很強繞射能力的低頻波的屏蔽作用則十分有限。當然,也可以通過加高屏障的辦法來削弱繞射聲波對受聲點的影響。由于聲屏障對高頻聲波產生明顯有效的屏蔽作用,而冷卻塔落水噪聲的頻譜以中高頻成分為主,所以采用聲屏障可以取得一定的降噪效果。

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聲屏障的降噪效果以聲影區中緊挨屏障的局部區域為最好,最高可達 25 db

聲影區以外的降噪聲級則由于中頻繞射聲波的到達而有所反彈,但對于高頻波而言,衰減量一般還可達到 10-15db

然而由于冷卻塔落水噪聲中尚含有中頻成分,所以其降噪效果會有折扣。對于建筑外受聲點來說,為取得滿意的降噪效果,在不影響進風的前提下,尚應通過加大屏障高度調節之。

安裝隔聲屏障時主要注意的是隔聲屏障離冷卻塔百葉進風 口的距離在1m左右以保冷卻塔換氣進風口不受阻,從而使冷卻塔冷卻效果更好 。

為防止噪聲繞射而影響消聲導流片的聲學效果,可以在消聲導流片附近安裝一定長度的聲屏障,起到輔助降噪作用。

落水消聲法及特點 :即在冷卻塔底部水面以上安裝落水消能 降噪材料,從源頭著手降低噪聲源。 降噪 效果一般在6—10dBA;初次資較少,對通風散熱沒有影響;缺點是降噪量較少,部件易損壞,維護工作量大, 需要持續投入,并還可能引起凝汽器管子堵塞的問題。

“落水消能降噪器” 以六角蜂窩斜管為主體形式,層高 18 cm,由豎向導段、無聲擦貼斜段、粘滯減速斜段、疏散灑落挑流段等四個功能段組成。

消聲墊

 

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彈簧式避震器

 

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彈簧減震器的選型方法、彈簧減震器器的類型  

關于彈簧減振器的選型  

 

彈簧減震器的選型方法:  

1. 彈簧減震器荷重范圍選擇

   設備運轉重量M * 130% / 減震器安裝數量N=彈簧減震器載重范圍;

   例:風機運轉重量為:5噸重;單臺風機需要安裝4個彈簧減震器;求單個彈簧減震器的載重是多少?

       依公式可得:5000公斤 * 130% / 4 = 1625公斤

       根據彈簧減震器的參數,彈簧減震器規格參數即可找到適合該臺冷卻塔使用的彈簧減震器規格。

 

2,設備安裝彈簧減震器數量確定:

   具體辦法如果設備廠家有提供此數據,則依廠方規定;一般情情況下減震器安裝間隔不超過2M,依此可計算出彈簧減震器安裝數量,考慮到設備的穩定性,每個冷卻塔的減震設計為4個。

 

3,彈簧減震器類型的選擇:

   大部分情況下,彈簧減震器的功能和作用都是一樣的,不同類型的減震器的差別在于外形結不同而已。限制型彈簧減震器簡單介紹如下:

   限制型彈簧減震器的結構特點在于設有限制減震器高度的裝置,這一特點有利于應用在機器運轉重量變化較大的設備,避免減震器安裝后,機器的高度發生較大變化,而引起設備某些結構受到破壞。例:冷卻水塔、水冷機組等大型設備。

    

 彈簧減震器隔振效率的計算:  

1. 計算設備干擾頻率:f=n/60(其中n為設備每分鐘轉速); 

 2. 計算所選減振器固有頻率:f0=(1/2π)*√(g/h).(其中h為彈簧靜位移,或稱壓縮量)。

    引入z=f/f0;  3. 用彈簧減振器為設備減振,在聲學上是主動隔振問題,根據隔振原理,力傳遞率η=√{[1+(z/Qm)2]/[(1-z2)2+(z/Qm)2]}.  其中Qm為品質因數,Qm=wM/R,(w=√(K/M) 為彈簧振子固有圓頻率,M為振子質量,R為阻力系數),此處引入阻尼比D=R/2√(KM),可得Qm=1/2D,可得力傳遞率η=√{[1+4D2z2]/[(1-z2)2+4D2z2]}.  根據隔振原理z=f/f0>√2,而D通常較小,上述傳遞率公式可近似為η=1/(z2-1)  得到傳遞率,便可根據 隔振率=1-傳遞率,得到隔振率。

 

冷卻塔降噪具體案例

根據噪聲來源聲場分布和頻帶特性提出如下降噪方案:1、為保證冷卻塔的散熱,不能對其進行封閉式隔聲處理,為此設置組合式聲屏障來阻止下部噪聲能量的傳播。2、為有效減少噪聲聲波的繞射,在冷卻塔底部設置吸聲隔聲組合式聲屏障,吸收低頻噪聲3、在冷卻塔中部設置阻尼隔聲板和寬頻帶組合式吸聲材料提高中低頻吸聲效果4、落水的高頻噪聲用超細玻璃棉材料吸收6、考慮到現場實際情況方案中的所有降噪設施都進行了防塵防潮處理同時不影響冷卻塔的通風和散熱功能。

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為保證所有噪聲敏感點都在聲屏障的聲影區內,從而獲得最佳的降噪效果,根據現場情況和聲學計算確定聲屏障有效高度為3m,聲屏障采用寬頻帶組合吸聲結構和阻尼隔聲板的組合式結構其中寬頻帶組合式吸聲結構的吸聲特性曲線。

消聲器選擇現有的阻性消聲器包括直管式、復合式、片式、盤式和折板式等幾種方式,其中片式消聲器具有消聲量大,阻力較小,導流效果和安裝靈活的特點,因此選擇在風機出口處安裝片式消聲器,同時考慮到噪聲特點在設計時特別選用了寬頻吸聲材料

消聲片半厚度D的計算

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        消聲器長度計算

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        治理結果

根據上述方案施工后按,重新測量后冷卻塔附近的平均A聲級噪聲下降為58.1dB,插入損失為19.4dB,住宅小區白天的平均A聲級噪聲下降到48.9dB,達到了城市噪聲標準,居民普遍滿意結論。

冷卻塔的噪聲源主要是風機產生的噪聲和落水的噪聲,表現出明顯的寬頻帶噪聲特性,因此單一的隔聲或吸聲無法得到良好的降噪效果,只有在分析了噪聲源和頻帶特性之后才能制訂相應的降噪措施消聲器,設計應綜合考慮消聲量阻力盡量不影響冷卻塔的通風散熱功能,并能夠防塵防水。

 

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