中国石化胜利油田分公司油气集输总厂 山东东营 257001
摘要:通过对东营压气站离心机系统现场测试后，发现蝶阀处的噪音比较大，而且通过频程以及频谱分析后发现蝶阀处高频噪声和低频噪声并存，因此，需要在蝶阀处进行降噪方案设计，有效地降低低频噪声和高频噪声的影响。在现场环境中，由于蝶阀工作环境的需求，蝶阀的外形尺寸以及安装位置等 因素不允许改变。所以采用隔声室的方法来降噪。采用隔声室的方法来降噪是一种被动降噪的方法。主要通过吸声和隔声来实现降噪。吸声/隔音降噪是指采用吸声材料和隔声材料,在声音传播的过程中来吸收隔绝噪声以达到降低噪声强度的方法，属于被动消声。
关键词：离心机系统；降噪；方案设计
1、隔声室的设计
经由对现场蝶阀处噪声分析可知噪声频率主要集中于90Hz和1000~1400Hz，噪声频率跨度大，这也正是传统隔音室效果较差的原因，在充分考虑现有隔音室的基础上，保证隔音室主体结构不变，内部拟采用宽频带阻抗复合吸声结构，代替原有吸声材料，设计的隔音室的尺寸为3m*2.16m*1.8m。
基本原理：宽频带阻抗复合吸声结构是由穿孔板、板后空腔、多孔吸声材料、隔音毡及刚性隔声层构成的阻抗复合吸声结构。考虑宽频特性后，采用矿棉板等吸声材料作为基板的穿孔板，代替金属穿孔板。
2、穿孔板以及空气层的选择与设计
当入射声波的频率和系统的共振频率一致时，穿孔板颈的空气产生激烈振动摩擦，加强了吸收效应，形成了吸收峰，使声能显著衰减；远离共振频率时，则吸收作用较小。如果在穿孔板后放置多孔材料增加声阻，会使结构吸收频带加宽。
考虑到吸声效果以及经济性的问题，选择的穿孔板为矿渣棉穿孔板。容重增加时，低频吸声系数提高，而高频吸声系数有所降低；容重过大，总的吸声效果又会明显降低。各种材料的容重有一个最佳范围：如矿渣棉为120～130 kg/m3。
经过有关实验表明，材料容重一定时，厚度约等于材料中声速的四分之一，经查阅相关资料后发现，矿渣棉穿孔板厚度应取4mm，其孔径为3mm，穿孔率5%以上。
在多孔吸声材料与坚硬墙壁之间留有空气层，可以提高低频吸声性能，推荐空气层厚度为8cm，在穿孔板背后空气层中填入疏松吸声材料时，空腔内的声质量和声顺都增加，穿孔的末端阻抗也增加，也即相当于空腔的有效深度增大，穿孔的有效长度也增加，与未填材料时相比，共振频率向低频方向移动，移动量通常在一个倍频程以内，同时吸声系数有所提高。穿孔板后空气层填入吸声材料时，为增加孔颈附近的阻力，吸声材料应尽量接近穿孔板，当吸声材料离穿孔板 50mm 以上时，其吸声系数将降低。所以吸声材料厚度控制在50mm以下。
3、多孔吸声材料的选择
多孔材料顾名思义其内部结构由大量的微小孔隙构成，孔隙与孔隙之间相互连通，材料内部可以通过孔隙直接与表面相连。当材料表面接收到声波时，由于声波的特性，会有一部分直接被反射，而另一部分则透过材料表面，入射到吸声材料内部。从惠更斯的波动原理可知，任意时刻的声波都可以被认为是下一时刻的声源，因此不论声波在哪一点的波动，下一时刻都会引起周围质点的振动。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据这一原理，入射到多孔材料内部的声波会带动孔隙中的空气一起振动，运动中的气体受到空气与孔隙壁面之间粘性力作用，与孔壁相互摩擦，气体声能转换为内能，消散在周围的环境中。与此同时，孔隙中的气体与吸声材料之间由于温差的作用产生热交换，在此过程中产生的热损失会再次削弱声能。随着频率的增加，空气的振动速度逐渐加快，空气声能到内能的转换过程就会加快，因此多孔吸声材料对于高频噪声具有很好的降噪效果，而对于低频噪声，其吸声效果则较差。
多孔吸声材料的分类众多，根据材料类别和物理特性的不同，主要分为纤维吸声材料、金属吸声材料和泡沫吸声材料三类：
纤维吸声材料由有机纤维吸声材料和无机纤维吸声材料组成。有机纤维吸声材料包括木质纤维、毛毡、麻纤维、甘蔗纤维板等，无机纤维吸声材料包括玻璃棉、岩棉、硅酸铝纤维棉等。纤维吸声材料在高频段范围内具有优良的吸声效果，但是在应用性上较差，例如有机纤维材料易燃、易潮、易腐蚀，无机纤维材料易断，受潮后性能不佳等。
金属吸声材料是一种高新实用材料，广泛的被应用到工业、汽车行列中，金属吸声材料不仅保留了纤维吸声材料在高频段的吸声性能，而且在实用上具有轻质、强度高、耐高温等特点，从实用价值上已经超越了以往的传统吸声材料，其种类包括铝纤维吸声板和金属纤维材料两种。
泡沫吸声材料包括泡沫金属、泡沫玻璃和泡沫塑料，泡沫吸声材料很早就被用于一些大型场所的吸声，但是由于泡沫吸声材料需要具备较大的厚度时才具备较好的降噪效果，因此相对于前两种材料其在应用性上不具备优势。
无机纤维材料玻璃纤维板和金属吸声材料在高频段都具有较好的吸声性能，而从应用性上讲，表中的两种金属吸声材料要优于玻璃纤维板。所以吸声材料选择金属纤维材料，材料密度在240kg/ m3左右，板厚度为50mm。
4、隔声材料的选择
4.1隔音毡的选择
隔音毡主要用来与石膏板搭配，用于墙体隔音和吊顶隔音，也应用于管道、机械设备的隔音和阻尼减振，是对低频和高频声音均有相当好隔音效果的一种隔音材料，能有效地抑制各种振动的传播。该材料厚度有1mm，2mm，3mm不等，经国家建材局检测，计权隔音量Rw分别为23dB，27dB，30dB，材料的柔韧性也很好，可以随便弯曲，任意剪彩，施工非常方便并且防火的隔音材料。
隔音材料不同于吸声材料需要通过多孔、疏松的结构来吸收噪声，为了减小
声音的透射，隔音材料的质地应该越密越好。与吸声材料相似，隔音材料对于不同频率的噪声其隔声效果也不相同，通过对比分析，本文选择在低频段和高频段隔声阻抗较高的隔音毡作为隔音材料。隔音毡质地较软，对于隔音室内部铺设比较适合。
4.2 刚性隔声层的设计
刚性隔声层的主要结构一般是采用0.5-3mm厚的钢板或铝板，这里考虑到铝板材质相比钢板来说轻且隔声效果更好，因此，刚性隔声层采用铝板。为了避免发生板的吻合效应和低频共振，在罩内侧金属板可涂阻尼层。阻尼层常用沥青浸麻袋片、玻璃布、毡类或石棉绒及特制的阻泥浆等材料。隔声罩通常由罩壁、吸声层组成。根据需要的隔声量，该隔声罩结构为3mm厚的钢板，罩壁外涂油漆(5kg/m2)。
5、隔声室设计图
隔声室的设计按照以上所选的材料及厚度进行设计，隔声室的尺寸为3m*2.16m*1.8m。刚性隔声层厚度为3mm，隔音毡厚度为3mm，空气层厚度为80mm，金属纤维吸声材料厚度为50mm，矿渣棉穿孔板厚度为4mm。
参考文献：
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论文作者:丁帅
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/22
标签：吸声材料论文; 材料论文; 隔声论文; 噪声论文; 厚度论文; 纤维论文; 多孔论文; 《防护工程》2018年第34期论文;