某試制車間攪拌機電機噪聲預測與降噪設計

李旦望 夏燁 丁建國 英基勇

摘? 要：工業企業員工長期在噪音環境中工作，會感到情緒煩燥不安，影響工作質量，嚴重者甚至會造成聽力不可逆損傷。為了研究某公司產品試制車間的環境噪聲水平以及降噪需求，文章對其主要噪聲源攪拌機電機的總聲功率級和現場環境噪聲總聲壓級進行了聲學試驗測量和數值模擬，并開展了校核工作。隨后針對攪拌機電機的聲源特性提出了三種降噪設計方案。結果表明：可采用更換隔聲效果更好的電機護罩，或者采用主要聲源隔間隔離方法，以及房間特定位置處鋪設吸聲材料等方案來實現降噪設計。

關鍵詞：攪拌機電機;噪聲預測;聲學試驗;降噪設計

中圖分類號：TM341? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）07-0013-05

Abstract： Employees of industrial enterprises will feel upset and upset when they work in a noisy environment for a long time， which will affect the quality of their work. In serious cases， it will even cause irreversible hearing impairment. In order to study the environmental noise level and the demand of noise reduction in the trial production workshop of a company， the acoustic test measurement and numerical simulation of the total sound power level of the main noise source mixer motor and the total sound pressure level of the field environmental noise are carried out in this paper. And the verification work is carried out. Then three kinds of noise reduction design schemes are put forward according to the sound source characteristics of mixer motor. The results show that the noise reduction design can be realized by replacing the motor shield with better sound insulation effect， adopting the isolation method of the main sound source compartment， and laying sound absorbing materials at the specific position of the room.

Keywords： agitator motor; acoustic prediction; acoustic test; noise reduction design

引言

工業企業產生的環境噪聲分為企業車間內部噪聲和企業邊界噪聲。企業員工長期在噪音環境中工作，會造成情緒煩燥不安，注意力無法集中，影響工作質量，降低勞動生產率[1-2]，嚴重者甚至會造成聽力不可逆損傷。

本文針對某公司的產品試制車間，根據國家標準[3-4]以及其企業內部噪聲標準規定要求，對該試制車間的主要噪聲源和現場環境噪聲進行數值模擬，并通過試驗測量數據校核數值模擬結果，最后針對主要噪聲源特性提出了降噪設計方案。

1 車間原始噪聲水平評估

某產品試制車間尺寸為10.4米×9.7米×3.3米，室內主要物品包含1臺容量30L的攪拌機，1臺容量100L的攪拌機，以及配電控制柜，工人操作臺等。其示意圖如圖1所示。

經過現場勘測，發現車間內主要噪聲源為兩臺攪拌機下方的電機產生的電機噪聲。

電機噪聲主要有氣動噪聲、振動噪聲、電磁噪聲等。氣動噪聲主要是電機散熱風扇產生的，與風扇葉片、轉速、通風管道有關。振動噪聲主要是由于共振，或轉子不平衡量大產生。電磁噪聲主要是由氣隙磁場效果與定子鐵芯的徑向重量所發生的，它經過磁軛傳播，使定子鐵芯發生振動變形。其次是氣隙磁場的切向重量，它與電磁轉矩相反，使鐵芯齒部分變形振動，當徑向電磁力波與定子的固有頻率接近時，就會引起共振，增強電磁噪聲。

1.1 數值預測方法

本節采用室內聲場分析軟件，建立該產品試制車間的數值模擬模型，針對主要噪聲源電機噪聲，完成車間內環境聲場的數值模擬。

1.2 聲源獲取

對于車間內的主要噪聲源，兩臺攪拌機下方的電機，分別采用包絡面掃描法和離散點法完成對主要聲源聲強的測量，作為后續環境聲場評估的輸入。

1.2.1 測試設備

采用如下經過標定的儀器系統進行噪聲測量，見表1。

1.3 校核算例

本節以聲強測量法獲得的聲源為輸入，計算了30L攪拌機電機工作在轉速2700rpm，攪拌桶內工質為80%體積的水，100L攪拌機電機不工作的工況下整個試制車間內的聲場分布。

隨后與試驗測量的試制車間典型工位處的總聲壓級做對比，驗證數值預測方法，并修正其計算精度，為后續其他工況下的聲場計算做基準。

1.3.1 數值計算結果

（1）算例1：30L攪拌機電機工作（聲源由包絡面掃描法獲得）

輸入聲源如表2。

具體計算時，將30L攪拌機設置為聲源，100L攪拌機及車間內其他物品設置為障礙物，設置在高度1.7m平面計算聲場分布，結果如圖2所示。

（2）算例2：30L攪拌機電機工作（聲源由離散點法獲得）

本算例數值模擬時，將聲源設置為兩個體聲源加一個面聲源的形式，體聲源為攪拌桶和電機，面聲源為電機底面。具體輸入聲源情況如表3：

x1.3.2 校核算例試驗測量結果

（1）典型工位觀測點聲場測量

根據車間工人操作習慣，選取7個典型工位為現場環境的聲場測量點（與上節數值模擬選擇的典型工位坐標一致），如圖4所示。

（2）測量結果

表4給出了30L攪拌機電機工作在轉速2700rpm，工質為80%體積的水，100L攪拌機不工作的工況下整個試制車間內的典型工位觀測點的聲場分布（將試驗測得的A聲級換算為總聲壓級[7-8]）。

（3）數值與試驗誤差修正

a. 包絡面掃描法

將算例1數值模擬結果與表4的試驗結果進行對比，如表5所示：

b. 離散點法

將算例2數值模擬結果與表4的試驗結果進行對比，如表6所示。

1.4 典型工況的原始噪聲水平評估

基于上節數值模擬結果與試驗測量結果的修正建議，本節對典型工況下的車間內噪聲水平開展評估。

1.4.1 算例3：100L攪拌機電機工作（聲源離散點法）

本節將計算100L攪拌機電機工作在轉速2000rpm，工質為50% base溶質，30L攪拌機電機不工作的工況下，試制車間內的聲場分布。

輸入聲源如表7：

1.4.2 算例4：30L+100L攪拌機電機工作（聲源包絡面掃描法+離散點法）

本節將計算30L攪拌機電機工作在轉速2700rpm，工質為80%水，100L攪拌機電機工作在轉速2000rpm，工質為50% base溶質的工況下，試制車間內的聲場分布。

由表10可知，基于30L攪拌機電機工作在轉速2700rpm，工質為80%水，100L攪拌機電機工作在轉速2000rpm，工質為體積50% bas溶質的聲場分布數值模擬結果，進行誤差修正，發現在該工況下，7個典型工位的總聲壓級（修正后）均大于84dB，噪聲環境較惡劣，因此急需進行降噪工程。

2 攪拌電機降噪設計

2.1 方案一：30L攪拌機電機更換隔聲效果更好的電機護罩

本節將對30L攪拌機電機在更換了隔聲效果更好的電機護罩（電機部分總聲功率級小10dB），在單獨工作時的試制車間內聲場分布情況進行計算，評估新的電機護罩對試制車間的整體降噪效果。

將30L攪拌機聲源設置為兩個體聲源的形式，為攪拌桶和電機，如表11所示。

2.2 方案二：100L攪拌機電機更換隔聲效果更好的電機護罩

本節將對100L攪拌機電機在更換了隔聲效果更好的電機護罩（電機部分總聲功率級小10dB），在單獨工作時的試制車間內聲場分布情況，評估新的電機護罩對試制車間的整體降噪效果。

將100L攪拌機聲源設置為兩個體聲源的形式，為攪拌桶和電機，如表13所示。

2.3 方案三：30L攪拌機整體采用隔間隔離

本節將對30L攪拌機整體采用隔間隔聲（整體總聲功率級小8dB），在單獨工作時的試制車間內聲場分布情況，探索隔間隔離方案對試制車間的整體降噪效果。

通過方案三計算結果發現，將30L攪拌機整體采用隔間隔聲，使得整體總聲功率級小8dB后，試制車間內7個典型工位的總聲壓級較原始方案（算例1）的結果降低約8dB。

3 結束語

本文對某公司產品試制車間的主要噪聲源聲功率級和現場環境噪聲進行試驗測量和數值模擬，開展校核分析工作，并針對主要噪聲源特性提出了三種降噪設計方案。結論如下：

（1）30L攪拌機通過更換隔聲效果更好的電機護罩（電機部分總聲功率級小10dB），計算發現在7個典型工位的降噪值約為5dB;

（2）100L攪拌機通過更換隔聲效果更好的電機護罩（電機部分總聲功率級小10dB），計算發現在7個典型工位的降噪值約為6dB;

（3）30L攪拌機整體在采用隔間隔離（整體的總聲功率級小8dB）后，計算發現在7個典型工位的降噪值為約8dB。

綜上所述，在工程實際允許的前提下，優先推薦在試制車間內對主要噪聲源（攪拌機電機噪聲）采用隔間隔離的方式進行降噪設計。

此外，通過聲線計算發現，在采用上述幾種降噪設計方案的基礎上，可以在試制間墻壁、天花板和地面的特定位置處鋪設吸聲材料，也能達到一定的降噪效果。

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