鼓風(fēng)預(yù)混式商用燃?xì)馊紵骶哌\(yùn)行噪聲研究

黃理奇

（湖南省長(zhǎng)沙燃?xì)馊季弑O(jiān)督檢測(cè)中心，長(zhǎng)沙 410000）

2019年3月1 日，GB 35848—2018《商用燃?xì)馊紵骶摺罚ê?jiǎn)稱《商用燃具》，下同）標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施，其中燃燒工況中明確要求運(yùn)行噪聲不超過(guò)80 dB（A）。商用燃具使用地方大多為酒店、食堂等餐飲場(chǎng)所。

商用燃具按燃燒方式分類(lèi)，可分為鼓風(fēng)預(yù)混式燃具，鼓風(fēng)擴(kuò)散式燃具和大氣式燃具。其中鼓風(fēng)預(yù)混式燃具在任何負(fù)荷工況下，空氣系數(shù)基本不變，熱效率比較穩(wěn)定；燃燒比較完全，燃燒溫度高，燃燒產(chǎn)物中的CO、NOx含量低。但其在高壓高負(fù)荷使用狀態(tài)下，運(yùn)行噪音大。

1 噪聲的危害

噪聲對(duì)人的身心健康危害很大，強(qiáng)噪聲會(huì)使人聽(tīng)力損失。這種損失是累積性的，在強(qiáng)噪聲下工作1 d，只要噪聲不超過(guò)120 dB（A），事后若產(chǎn)生暫時(shí)性的聽(tīng)力損失，經(jīng)過(guò)休息可以恢復(fù)。但如果長(zhǎng)期在強(qiáng)噪聲下工作，就可能造成永久性的聽(tīng)力損失，過(guò)強(qiáng)的噪聲還能殺傷人體。

從保護(hù)聽(tīng)力而言，一般認(rèn)為每天8 h長(zhǎng)期工作在80 dB（A）以下聽(tīng)力不會(huì)損失。而聲級(jí)分別為85 dB（A）和90 dB（A）環(huán)境中工作30 a，根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的調(diào)查，耳聾的可能性分別為8%和18%。在聲級(jí)70 dB（A）環(huán)境中，談話就感到困難。而干擾睡眠和休息的噪聲級(jí)閾值白天為50 dB（A），夜間為45 dB（A），我國(guó)環(huán)境噪聲允許范圍見(jiàn)表1。

2 運(yùn)行噪聲的形成

常見(jiàn)的鼓風(fēng)預(yù)混式燃具有燃?xì)獯箦佋睢⑷細(xì)獬床嗽詈腿細(xì)獍珳珷t等，如圖1所示。

圖1 常見(jiàn)鼓風(fēng)預(yù)混式燃具

基本燃具結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 燃具結(jié)構(gòu)

按商用燃具標(biāo)準(zhǔn)中運(yùn)行噪聲試驗(yàn)方法：使用基準(zhǔn)氣-最高壓力（0-1）燃?xì)猓c(diǎn)燃全部燃燒器15 min后用聲級(jí)計(jì)A檔在距燃具正面水平距離1 m與燃燒器等高處檢測(cè)，讀取最大值為運(yùn)行噪聲。分析其運(yùn)行噪聲，包含空氣動(dòng)力性噪聲和機(jī)械噪聲。總噪聲可表示為

式中：L總為總噪聲；L空為空氣動(dòng)力性噪聲；L機(jī)為機(jī)械噪聲。

運(yùn)行噪聲中以空氣動(dòng)力性噪聲為主，其包含3個(gè)因素：風(fēng)機(jī)噪聲、燃燒噪聲和煙氣渦流噪聲。

2.1 風(fēng)機(jī)噪聲

風(fēng)機(jī)噪聲包含2個(gè)方面：旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲是由于工作輪上均勻分布的葉片打擊周?chē)諝猓B續(xù)引起壓力脈動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲與工作輪圓周速度的10次方成比例。渦流噪聲是氣流流經(jīng)葉片時(shí)，由于空氣的黏滯摩擦力，產(chǎn)生紊流附面層及渦旋與渦旋脫體，而引起葉片上壓強(qiáng)脈動(dòng)所造成的。渦流噪聲與工作輪圓周速度6次方成比例。因此風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越快，其噪聲越大。

鼓風(fēng)預(yù)混式燃具風(fēng)機(jī)一般采用中低壓離心風(fēng)機(jī)，其風(fēng)機(jī)的聲功率級(jí)值可簡(jiǎn)單估算為

式中：LW為風(fēng)機(jī)的聲功率值；Q為風(fēng)量；H為全壓。

2.2 燃燒噪聲

燃燒噪聲包含2個(gè)方面：燃燒吼聲和振蕩燃燒噪聲。

燃燒吼聲是預(yù)混后燃?xì)馊紵龝r(shí)產(chǎn)生的噪聲。其聲功率與單位時(shí)間內(nèi)燃燒釋放的化學(xué)能之比值約為10-8~10-6，具有單級(jí)聲源的輻射特性。其輻射的聲功率可以表示為

式中：W為聲功率；N為單極聲源的數(shù)目；E為混合氣燃燒前后的體積膨脹比；q為每個(gè)單極聲源可燃?xì)怏w的體積消耗速率；ρ為混合氣體的氣體密度；c為聲速。

振蕩燃燒噪聲是預(yù)混后的燃?xì)庠谥魅紵魅紵龝r(shí)，由于燃燒氣體的強(qiáng)烈振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。其噪聲頻率很窄，可與燃燒系統(tǒng)的自然頻率形成共振。共振大時(shí)，可能損壞燃燒系統(tǒng)的元部件。

2.3 煙氣渦流噪聲

燃燒后的煙氣，遇到障礙物（鍋、爐架等）會(huì)產(chǎn)生渦流噪聲。煙氣的渦流噪聲聲功率（W）可用下式近似估算為

式中：W為聲功率；k為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；ρ為氣體的氣體密度；c為聲速；D為管道直徑；△p為障礙物前后的氣體壓力差。

3 防治運(yùn)行噪聲的措施

防治噪聲的措施有：①在聲源處控制。降低聲源噪音，工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)可以選用低噪音的生產(chǎn)設(shè)備和改進(jìn)生產(chǎn)工藝，或者改變?cè)胍粼吹倪\(yùn)動(dòng)方式。②在噪聲傳播途中進(jìn)行控制。在傳音途徑上降低噪音（在傳播過(guò)程中），控制噪音的傳播，改變聲源已經(jīng)發(fā)出的噪音傳播途徑。③在人耳處減弱噪聲。對(duì)于受音者或受音器官的噪音防護(hù)，在聲源和傳播途徑上無(wú)法采取措施，或采取的聲學(xué)措施。仍不能達(dá)到預(yù)期效果時(shí)，就需要對(duì)受音者或受音器官采取防護(hù)措施。

在商用燃具使用過(guò)程中，使用人必須近距離使用，故不能簡(jiǎn)單用隔聲方法來(lái)降低噪聲，而必須通過(guò)對(duì)燃具運(yùn)行噪聲的相關(guān)因素進(jìn)行針對(duì)性處理，方可實(shí)現(xiàn)。

3.1 風(fēng)機(jī)降噪

為保障燃?xì)獬浞秩紵诓粶p小風(fēng)量和風(fēng)壓的前提下，主要技術(shù)措施是給風(fēng)機(jī)裝上隔聲層，并在風(fēng)機(jī)進(jìn)、排氣管道上安裝消聲器，如圖3所示。

圖3 風(fēng)機(jī)消聲

3.2 燃燒和煙氣降噪

燃燒吼聲與燃燒強(qiáng)度成正比。在熱負(fù)荷不變的前提下，改變?nèi)紵鞒隹冢{(diào)整燃燒區(qū)域（鍋與燃燒器的高度），能夠有效降低燃燒吼聲。對(duì)于振動(dòng)燃燒噪聲，防止共振是關(guān)鍵。可在爐膛處裝上吸聲材料，如紅外輻射板（既可降噪又可節(jié)能）。

降低煙氣流速，減小其氣流強(qiáng)度，是煙氣降噪的關(guān)鍵，可通過(guò)調(diào)整爐架高度或排煙管大小實(shí)現(xiàn)。結(jié)合燃燒噪聲，設(shè)計(jì)燃具如圖4所示。

圖4 設(shè)計(jì)燃具

3.3 機(jī)械降噪

選擇低噪聲配件，緊固好各處元部件，并在管道各處裝上隔聲層或吸聲材料，能有效降低機(jī)械噪聲。需要注意的是，爐架或煙道的溫度普遍在200℃以上，需選用耐火材料。

4 試驗(yàn)對(duì)比

4.1 運(yùn)行噪聲試驗(yàn)對(duì)比

通過(guò)改造后，常見(jiàn)的鼓風(fēng)預(yù)混式燃具的運(yùn)行噪聲下降幅度普遍在15~25 dB（A），運(yùn)行噪聲越大，降噪效果越明顯。具體結(jié)果如圖5所示。

圖5 降噪結(jié)果圖

4.2 運(yùn)行噪聲與其他參數(shù)的相關(guān)性

通過(guò)試驗(yàn)，在熱負(fù)荷保持不變的前提下，熱效率呈現(xiàn)出隨著運(yùn)行噪聲的增大先上升后下降的趨勢(shì)，而干煙氣中CO(α=1)的含量呈現(xiàn)出增大趨勢(shì)一致的情況，具體見(jiàn)實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖，如圖6所示。

圖6 實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖

究其原因，是由于燃燒區(qū)域的改變導(dǎo)致。運(yùn)行噪聲小的時(shí)候，燃燒區(qū)域大，大量的燃燒熱量被煙氣帶走，試驗(yàn)灶具來(lái)不及吸收。而隨著運(yùn)行噪聲增大，燃燒區(qū)域減小，燃?xì)馊紵隣顩r也隨著改變。在極端條件下，大量燃?xì)獾貌坏匠浞秩紵碗S著煙氣排出，易造成CO中毒事件。

5 結(jié)束語(yǔ)

研究鼓風(fēng)預(yù)混式燃具的運(yùn)行噪聲，對(duì)其他燃燒方式的商用燃具（如常見(jiàn)的燃?xì)庹粝洌┻\(yùn)行噪聲也有著指導(dǎo)意義。同時(shí)，此項(xiàng)研究不僅得到了低噪聲設(shè)備，更在環(huán)保的前提下，找到節(jié)能降耗的最優(yōu)解。