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    东莞恒大帝景冷却塔噪声治理

    2022-10-05(2782)次浏览

    冷却塔主要噪声源为排风风扇噪声以及驱动机构产生的机械噪声和淋水噪声。风扇噪声是一种空气动力性噪声,包括湍流噪声和旋转噪声。当气流流经叶片表面时,会在其背部脱体,在尾部由于气流的粘滞形成一系列涡流,从而产生湍流噪声,它具有连续的频谱特性。旋转噪声是叶片旋转时形成压力脉动产生的,它的频谱呈窄带的低中频特性,并有明显的峰值。风机噪声主要通过冷却塔顶部排风口向外传播。
    一、噪声源分析

    冷却塔主要噪声源为排风风扇噪声以及驱动机构产生的机械噪声和淋水噪声。风扇噪声是一种空气动力性噪声,包括湍流噪声和旋转噪声。当气流流经叶片表面时,会在其背部脱体,在尾部由于气流的粘滞形成一系列涡流,从而产生湍流噪声,它具有连续的频谱特性。旋转噪声是叶片旋转时形成压力脉动产生的,它的频谱呈窄带的低中频特性,并有明显的峰值。风机噪声主要通过冷却塔顶部排风口向外传播。


    冷却水从淋水装置下落时与下塔体底盘中积水撞击产生淋水噪声,仅次于风机噪声。其频谱本身呈高频特性,主要通过冷却塔的进风口向外传播。一般进风口的噪声值低于排风口的噪声值10 dB(A) 。冷却塔减速机和电机的噪声对周围环境的影响较小,一般可予忽略。


    由于冷却塔所用轴流风机压头极低,其风量和整体散热效果对消声系统的阻力损失极为敏感,故此类冷却塔降噪治理的难点就在于宽频带、高量值的消声要求与冷却塔自身通风散热性能之间的尖锐矛盾;其噪声治理必须兼顾热工性能、结构工艺、日常维修等一系列相关因素;还要妥善解决结构承重、抗风荷载、抗震等安全问题。因此必须面对现实,以目前条件为基础,因地制宜地进行妥善的降噪设计和必要的改造完善。要兼顾热工性能影响、结构工艺、日常维修、抗风荷载强度以及周边环境等一系列问题,该冷却塔噪声的隔声与消声处理是本项噪声治理工程中最具难度和不确定性的部分。要求我们最大限度地协调处理好上述因素与噪声治理需求之间的一系列相互矛盾、相互制约的因素,必要时有可能还要做出一定程度的妥协和让步。


    以此为前提,我们对冷却塔噪声治理方案进行了初步设计,并就甲方关心的热工性能、结构承重、抗风荷载、降噪和外部景观和谐等问题提同了一些分析论证,一并提交给甲方参考。


    二、相关标准及控制指标
    1、相关标准及控制指标
    相关标准
    参照中华人民共和国环境保护部、国家质量监督检验检疫总局2022-10-05发布的:中华人民共和国国家标准GB22337-2008《社会生活环境噪声排放标准》;GB3096-2008《声环境质量标准》和技术规范《采暖通风与空气调节设计规范GBJ19—87》等。

    GB3096-2008《声环境质量标准》环境噪声限值单位:dB (A)


    声环境功能区类别

    时段

    昼间

    夜间

    0类

    50

    40

    1类

    55

    45

    2类

    60

    50

    3类

    65

    55

    4类

    4a类

    70

    55

    4b类

    70

    60


    介于该区域的特殊性,此区域划分为一类区,一类区昼间为55 dB (A) ,夜间为45 dB (A)为了有效地控制噪声,防止冷却塔产生的噪声对其周边环境构成干扰。根据标准要求,结合冷却塔噪声状况,我公司技术人员对冷却塔降噪提出具体降噪方案如下:


    2、消声设备技术指标:
    本设计消声系统除具备良好的声学性能外,还将具有良好的通风效果;外部整体结构牢固可靠(适当位置安装预埋件);内部消声插片选材具有抗腐蚀性等特点。为确保冷却塔的热工性能的前提下,在设计降噪工程时,尽量满足降噪保险系数。


    (1)消声系统阻力损失:≤30Pa。
    (2)外部结构风荷载:≥0.45 kN / m2;雪荷载:≥0.45 kN / m2。
    (3)消声插片穿孔板材料选择为镀锌穿孔板;框架进行防腐处理。
    (4)进风消声器消声量≥15 dB(A) 。
    (5)隔声吸声层隔声量≥20dB(A) 。


    3、技术措施
    为了有效地控制噪声,保证设备高效运转,冷却塔将建立独立的进、排风消声体系。即:设备分为上、下两部分,分别采取隔声、吸声、消声处理。
    为了让用户了解的更加详细,我们具体阐述一下隔声吸声原理,并针对其噪声特性制定其结构。


    ※ 隔声机理和隔声结构
    1、隔声基本概念
    隔绝空气声往往采用木板、金属板、墙体等固体介质以阻挡并减弱在空气中声波的传播,这些专门用来隔绝声波的固体介质称为隔声材料。在噪声治理工程中,为了提高隔声效果,常将隔声材料与其它声学材料如吸声材料、阻尼材料或空气层复合在一起组成隔声构件。隔声构件可以组装成不同形式和用途的隔声结构,如隔声控制室、隔声间、隔声墙、设备隔声罩等。


    2、隔声基本原理
    (1)、边界条件
    透射声波与入射声波声压比假设一层均匀各向同性的固体介质在空间中无限延伸,将大气分成左右两部分,平面声波从左向右传播,传播方向垂直于介质层,如图1
    声波穿透介质层必须通过两个界面,一个从空气到固体的界面,另一个从固体到空气的界面。各种参数及符号见一表:

    序 号

    参 数 名 称

    符  号

    1

    介质厚度

    D

    2

    介质特性阻抗

    R2=P2C2

    3

    空气特性阻抗

    R1=P1C1

    4

    入射声波声压

    Pi

    5

    透射声波声压

    Pt

    6

    入射声波质点振动速度

    Vi

    7

    透射声波质点振动速度

    Vt

    8

    固体介质中的入射波声压

    P2t

    9

    固体介质中的反射波声压

    P2r

    10

    固体介质中的入射波质点振动速度

    V2t

    11

    固体介质中的透射波质点振动速度

    V2r

    12

    透射声波与入射声波声压比

    tp

    透射声波与入射声波声压比tp:
    tp=PtA/PIa
    式中:R12=R2/R1     R21=R1/R2


    (2)、透射系数
    透射系数是衡量介质层隔声特性的一个重要指标,是指透射波声强入射波声强之比,即固体介质层的声强透射系数。透射系数越低隔声性能越好。
     て=(ptA2/R1)/(PiA2/R1)=4/{4COS2K2D+(R12+R21)2sin2k2D}
    当声波以一射角θi穿透介质层,可导出其透射系数为:
    てθi=4/(4+ωM2COSθi/POC)
    式中:M2=P2D为介质层的面密度(Kg/m2)
    从上式可以看出介质层的面密度度越大,透声系数越低,隔声性能越好。


    (3)隔声量
    隔声量是衡量介质层隔声特性的别一个重要指标,用传递损失R表示。
     Rθi=10lg(1/てθi)=10lg{1+(ωM2COSθi/2POC)2}<Db
    对于常用的固体隔声材料,如钢板、木板、砖墙等,常能满足(ωM2COSθi/2POC)>1,因而隔声量可以简化为:
    Rθi=10lg{(ωM2COSθi)2/(2POC)2}
    从上式可以看出:介质面密度加倍,隔声量提高6dB;频率加倍,隔声量提高6dB.这就是隔声质量定律.
    工程近似计算公式:
    R实=R+10lg a


    (4)隔声频率特性
    实际上对于单层密实均匀介质的隔声性能主要由它的面密度、劲度和阻尼所决定。单层均质材料的隔声特性曲线,按频率可以分为三个区域:劲度阻尼控制区、质量控制区、吻合效应和质量延续区,见图2。
    在劲度控制区的下端,存在一个共振区,共振区的隔声量下了到最小。在质量控制区,板材的面密度愈大,受声波激发的振动速度愈小,隔声量愈大;频率愈高,隔声量也愈大。通常采用隔声结构降低噪声,一般应根据噪声的频率特性和降噪需要来选择隔声材料或结构,以发挥质量控制作用,使其在相当的频率范围内取得有效的隔声效果。


    在吻合效应和质量延续区出现第二个低谷,这是由于在这个频率上隔声板材与声波产生吻合效应而形成的隔声量大幅度下陷区。这个频率为临界频率fc,其计算公式如下:

    fc=6×103(M/B1/2=2×104/h(p/E)1/2(HZ)


    3、隔声结构隔声量的近似计算和工程考虑
    由隔声质量定律可知若想提高单层介质的隔声量,唯一的办法就是增加密度或厚度。这样就带来了一个问题,当需要大幅度提高隔声量时,就需要用大量的材料,很不经济。因此在噪声控制工程中,常采用双层或多层介质材料或者两层介质材料之间设计一定厚度的空气层等隔声结构来控制噪声。双层介质隔声量近似计算公式:
    R=20lg{(m1+m2)ω/2poc}+ΔR
    式中m1、m2为介质的面密度,ΔR为空气层引起的附加隔声量。


    4、隔声结构设计
    (1)隔声基本结构
    隔声结构主要由隔声层、阻尼层、吸声层和护面层构成。它的隔声性能基本遵循“质量定律”,要取得较高的隔声效果,隔声材料应该选择厚、重、实的材料,厚度增加1倍,隔声量可增加4-6dB(A)。但在实际工程中,为了便于搬运、操作、检修和拆装方便,并考虑经济方面的因素,隔声间通常使用薄金属板等轻质材料做成,轻质材料共振频率高,隔声性能显著下降,必须涂覆相当于罩板2-3倍厚度的阻尼层,以改善薄金属板的共振区和吻和效应。


    (2)隔声结构的实际隔声量
    在设计隔声结构时,对于某种材质本身有个隔声量,这就是隔声结构的理论隔声量,但它不等于实际隔声量。这是因为声源未加隔声结构时,它辐射的噪声是向四面八方辐射扩散的,也正是在这种条件下,得到了理论隔声量;当声源加装封闭隔声结构后,声源发出的噪声在隔声结构内多次反射,这样就大大增加了结构内的声能密度,因此,即使隔声结构材料的隔声量再大,也会使隔声结构的实际隔声量下降。隔声结构的实际隔声量可由下式计算:
    R实=R+10lg a
    式中:R实—隔声结构的实际隔声量dB(A);
        R-隔声材料(结构)理论隔声量dB(A);
       a-隔声结构内表面的平均吸声系数。
    降噪措施:(详见图纸)


    本项工程中冷却塔降噪设计需根据现场情况及降噪要求来采取综合性的治理措施:
    (1)为了防止上半部风扇噪声向高层周边传播。冷却塔需安装具有隔声、消声、吸声、通风散热、设备检修方便为一体的排风消声系统。其上半部排风消声系统主要包括:消声静压箱、排气消声器、可拆卸检修活动板等。


    (2)罩体下部进风消声系统主要包括:进气消声器、可拆卸检修活动版、复合隔声层、防雨百叶、检修消声通道及隔声门等。为了防止下半部落水噪声向低层居民住宅传播。冷却塔下半部分安装具有隔声、消声、吸声、通风散热、设备检修方便的进风消声系统。罩体下部两侧均加装进风消声器,消声器消声片长度西侧900mm,东侧临街部分消声片长500mm,消声片统一厚度 100mm以降低进风噪声; 消声量因消声片长度而定。


    (3)塔体周围加装隔声罩体,其整体结构为方钢框架全焊接结构(详见图)。其厚度为80mm,外层为高密度隔声层(彩钢夹芯板墙板),其总隔声量≥25dB(A)。


    (4)冷却塔罩体基础生根应避免破坏屋面防水层。因此,要确保罩体整体结构牢固及抗风荷载性能等因素都是设计人员需要考虑面对的问题。经慎重考虑,采用在罩体下部用10#槽钢做一连系梁与100×100×2mm方钢立柱焊接,然后利用塔体下部混凝土梁优势在其侧面用胀栓固定两块预埋铁件用50×100×2mm方钢做斜拉支撑与100×100×2mm方钢立柱焊接(详见图)。以保证罩体结构的稳固性。
    隔声罩体隔声特性:

    ?/HZ 63 125 250 500 1000 2000 4000
    隔声量Ln/db 25.2 28 28.2 31 32 41 43.6


    罩体隔声性能

    其计算式为: R=101gE—101gE

    式中    R     —— 隔声量

            E    —— 入射声能

            E透       —— 透射声能

            t     —— 透射系数

    为便于检修和日常维护,在罩体适当位置留一检修门,便于日后维修保养。

    三、治理效果

    经采取以上治理措施后,该楼屋顶上设备在整体运行时,噪声可控制在夜间50分贝,白天60分贝(背景噪声除外





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