《自动隔音装置结构设计》8500字（论文）

附录II自动隔音装置结构设计目录TOC\o"1-3"\h\u25369摘要 --120371绪论 -1-25851.1选题背景及意义 -1-52341.2国内外噪声控制技术研究的现状 -1-266551.2.1国外噪声控制技术研究的现状 -1-11831.2.2国内噪声控制技术研究的现状 -2-229031.3噪声控制的主要方法 -2-187091.3.1声源上降噪 -2-103041.3.2传播路径上降噪 -2-223631.3.3加强各个人保护 -3-82241.4本课题主要研究的内容 -3-204192风机隔音装置的方案设计与选择 -5-159923风机隔音装置各部分结构设计 -6-264113.1进风口进风塔设计 -6-14233.2隔音罩上隔音门的结构设计 -6-153883.3隔声窗的结构设计 -7-45394隔音装置关键零部件的分析与计算 -8-229744.1噪声的声学分析 -8-186934.2浮动板与隔音罩间强度校核 -9-326214.3隔音装置综合方案 -10-2375总结与展望 -11-148385.1总结 -11-49085.2展望 -12-969参考文献 -13-摘要随着科学的不断发展，我们在各个领域的设备和设施越来越先进，从而也导致我们的生活越来越便利。历经十年来，不仅仅是生活方面，像军事，医学，科研，教育等等行业都兴起了很多非常智能的设备，近几年比较热门的话题也有人工智能，智慧交通，智慧医学等等。但是随着科技的进步，也会给人们带来不一样的困扰，某些设备可能并不节能，在工作时会出现噪声的污染。噪音污染问题是人类社会在发展中不可忽视的问题，那么如何解决噪声问题也成为了人类社会不得不考虑的问题。在现代社会，我们很多制造工厂或者发电厂会经常用到鼓风机和一些大型的风机，这些风机虽然功能性很强大和实用性很普遍，但是在工作中却会带来很大的噪声，噪声对人体的危害是显而易见的，很容易对人的听觉产生极大的影响，所以如何同时在使用风机的同时也能保证工作人员的身体健康是一个非常值得探讨的问题。本文是针对生活中大型风机在使用过程中进行噪声治理，为大型风机制造隔音罩，对隔音罩的结构进行自己的设计，然后通过Pro-E软件对隔音罩的某些零部件进行三维图的简单绘制，以达到真实反映实体结构的目的，保证设计的隔音罩将噪声控制在不影响正常生活的声压级下。关键词：隔音罩；三维模型；结构设计1绪论1.1选题背景及意义现今社会，随着科技技术的发展，各种机械设备以及科技系统的完善，噪声不仅仅会给人类生活带来很大的困扰，也会对人类生理和心理上带来不适感，所以噪声的治理也是相当重要的。在噪声治理中，应优先考虑的是噪声的声源，从声源上控制噪声是最根本也是最简单的噪声消除的方法之一。其主要的方法包括减少激发力的振幅，和减少系统各部件对激发力的响应，改变操作程序。但有时声源上控制噪声会受环境或者其他因素的影响导致噪声的控制具有相当大的难度，那么我们也可以采用在噪声的传播途径中减少和控制噪声带来的危害，主要的措施有可以包括：建筑的地址选择、在声音传播途中吸声、在传播途中进行消声，或者利用隔音装置进行对声音设备的隔声、隔振等等一系列的措施。根据现在市面上风机型号的测试记录表明，许多型号风机工作时分贝值达到100分贝，按照国家噪声标准规定，设备工作时高于等于70分贝即为噪音，所以说严格控制风机工作时的声音分贝值十分重要。控制噪音不仅仅对人体可以带来好处，降低对人体的危害，对于建造工厂而言，可以提高产品的出品质量，对于发电厂来说，可以减少对其他设备的影响。1.2国内外噪声控制技术研究的现状1.2.1国外噪声控制技术研究的现状早在多年前，许多其他国家非常重视且着重于对噪声污染的治理，例如美国，德国等一系列欧美国家技术都已经非常先进的了。因为噪声污染问题严重，对人们生活带来了莫大的困扰，所以他们设计并研究出许多测量噪音的仪器。与此同时，某些先进发达国家在噪声控制方面投入了大量的研究成本，对噪声的控制起到了良好的控制效果，并在实际的科技发展过程中进行了实践，效果较为显著。说完欧洲，我们也来看看亚洲国家对噪声的治理，在亚洲，相对噪声的治理也是相当完善的，像日本，韩国等国家，发展噪声技术的水平也在不断提高。早些年间，国外利用声学滤波理论和集总参数近似算法来对一些消音设备进行研究发明。几十年的实践与经验的积累，使得他们在噪声消除这一块有着飞跃式的进步。同时,在数学领域的发展也日益强大，数学家们应用有限元法和边界元法分析噪声和消音设备，也在噪声的消除上做出了飞一样的进步。除了安装消声器外，机器和设备的噪声控制，还可以进行隔音、隔振和吸音。在20世纪中期，国外科学家利用力学方面的知识，通过弹性模量也对声学方面噪声做出了非常有贡献的研究，使得国外在隔音设备和消声设备这一块有了更进一步的提升。1.2.2国内噪声控制技术研究的现状相对于国内对噪声的研究，我们也没有忽略。在很多大学和大中型企业中成立了许多研究噪声污染的研究团体，他们主要致力于对噪声消除减少，通过几十年的研究和实践，也对我国的噪声问题作出了很大的改善，现在我们生存的环境也减少了很多噪声的污染。在几十年前，盛胜我等研究了管道内流速和温度梯度的计算方法，并且编制了相应的程序。在早年间，有研究人员就对改变隔音装置的内部结构，从而使得隔音装置的效果更加良好。声学方面的许多专家对隔音设备的建造材料进行分析研究，从制造的方面更加完善隔音设备的好坏，某些研究员通过计算和实验得出材料表面的形成也可以影响噪声的大小，从而设计出更多的不同的隔音设备。到目前为止，我国在噪声污染方面的治理主要从材料以及结构方面出发，通过对材料的材质的研究，材料形状的研究，和隔音设备结构设计的不同来减少和控制我国的噪声污染。1.3噪声控制的主要方法1.3.1声源上降噪处理噪音最好的办法便是从噪声根源上根治。音箱噪声主要产生的原因有电磁干扰、地线干扰、机械杂音及热噪声。对电磁干扰方面上降噪可以从以下几点出发；a.电压与电阻的方向出发，降低输入的阻抗，适当降低阻抗不仅对噪声方面上有良好效果外，对音质也不会受到影响；b.增加设置磁片电容，增强高频抗干扰能力；c.注意电源变压器的安装方式；d.保证金属外壳接地。而防止地线干扰噪声的方法是要注意地线正确的布线方式，强与弱地线严格区分开。对于某些零部件产生的机械杂音，我们可以选择工艺相对好的变压器，对变压器与固定板之间增加减震层，选择功率相对较大的变压器，不易出现磁饱和，长期工作的稳定性较好，发热量较小。1.3.2传播路径上降噪如果不可以在声源上来进行降噪，那么我们可以在其传播途径中采取一些方法来进行降噪，最常用的就有三种；第一种就是消声控制噪声，就比如日常生活中常见的风机，在其快速旋转的过程中会产生空气动力性噪声，这些声音在我们生活中听见就会觉得很吵，所以我们为了消除这种噪声，在满足一定的条件下，为了使其气流能通过而且又不产生很大的噪声，我们采取了一些方法，比如说在风机气流的通道上装上消音系统，这样气流在通过的时候会经过消声系统，以此达到我们的目的；市面上大致有三类这种消声装置，分别是：阻性消声器、抗性消声器、阻抗性消声器。第二种就是隔声控制噪声，这种方式就十分的简易，在生活中也有很多这种方式，就比如餐厅，当顾客很多的时候，为了降低噪声，服务员就会拉一个屏风来进行隔音，这样说话的声音就会因为触屏到墙体而反弹，但是还是会有部分声音传播过来，这样就可以达到降噪的效果，在声学中有三种方法，分别是：单层密实均匀构建隔声、双层结构隔声、隔音装置和隔声间，他们分别有各自的优缺点，第一种就是采用特殊的隔声材料来进行隔音，比如钢板，木板，第二种就是采取两个特殊材料的隔板，中间有一定厚度的空气，最形象的例子就是飞机的窗户，第三种就是在小物体声源中可以采取隔音罩将声源物体完全隔离以此达到降噪的目的。第三种就是吸声控制噪音，利用吸身材料的结构和特性来进行降噪，通过安装吸声板，使其与噪声混合，这样就可以消除噪声；目前有三种材料可以选择：吸声材料、共振吸声结构、微穿孔板吸声结构。对于金属材料来说,它们的内阻尼、内摩擦相对较小,例如钢，铝之类金属，自身消除振动时的噪声能力较弱,所以,利用这类材料制造而成的机械零件由于受到振动力,零件表面噪声相对严重。通过查阅相关资料与文献，发现高分子材料或者高阻尼合金材料在减振和消音方面有着较为良好的效果。由于对吸声材料的选择要结合周围的环境因素与实际情况中不同介质传播声音的性能，保证在选定材料后吸声效果能与环境和介质相匹配，使噪声的能量不经过太多的折射，大部分的进入吸声材料，并使其能绝大部分被吸声材料吸收。再者，由于声音在空气中受到摩擦力和空气阻力的影响,有部分能量将转换成热能;此外，材料间的空隙和对结构的设计原因产生的热传导效应，也会使热能衰减，即可以认为噪声在传播路径上被控制。1.3.3加强各个人保护对接受者防护对接受点进行防护主要是个人防护,是经济而有效的方法。常用的防护用具有耳塞、防声棉、耳罩、头盔等。它们主要是利用隔声原理来阻挡噪声传入人耳,以保护人的听力。耳塞对中高频噪声有较高的隔声效果,而对低频噪声的隔声效果较差。所以,在噪声尖而剩耳的工作场所,工人戴上防声耳塞,能减轻令人烦躁的噪声干扰,而人们谈话却彼此都能听得见，所以佩戴防护用具是一种简单而有效的防护措施。但防护用具终究治标不治本，对于音箱噪声处理的最根本最重要的方式还是通过控制声源处噪声以及在噪声传播过程中将噪声控制下来。1.4本课题主要研究的内容基于噪声控制理论以及吸声、消声、隔声和隔振等噪声控制技术，拟通过本文的研究内容，对风机的噪声问题进行探究。探索适合的设计方法，使得其在不影响风机的工作性能的前提下，达到降噪的效果。本文的研究内容主要有：（1）风机隔音装置的设计，确保风机的正常散热与工作的前提下，达到隔音的效果；（2）风机进风口进风塔的设计，选择正确的设计方案，确定适合的建造材料；（3）隔音装置上隔音门的设计，确定隔音门得安装方式，选择是否增加隔声材料在隔音门内；（4）隔音装置上隔音窗的设计，确定隔音窗的高度，厚度，保证良好安装在隔音装置上；最终需要达到的目标是：噪音指标：将风机工作区域内噪声降低至65dB，如果风机工作环境在某些居民区附近，则将分贝降至55dB;在设计的方案选择上可能出现改动，数值误差为5-6dB，但保证达到国家要求噪声标准。2风机隔音装置的方案设计与选择分析了国内外的现状后，我们在已有的隔音装置作为参考下，如何能够更加良好的达到我们预期想要达到的效果呢？使得风机在工作时的声压级控制在目标值呢？我们在材料方面的选择设计出一下两种方案进行比较，从而选择出最佳方案。方案一：设置消声器，增加阻尼层在进风口安装消声器，风机工作时从进风口处消除噪声，使噪声到达出风口时已大幅度减少。增加阻尼层或者隔声百叶窗在进风口或者出风口，可以控制风机在工作时快速运转而产生的大量噪声。图2-1门槛嵌入式吸声方案二：建造隔音门设计并建造隔音门，在普遍市面上的隔音设备，隔音门是最方便快捷，且十分实用的隔音方式之一。对建造门的主要材料进行挑选，保证材料的选定可以达到预期设计的声压级效果，其实对门的尺寸及样式进行简单设计，使其可以相对较好地与隔音罩工作时满足降低噪音的效果。在设计的同时在门的中间留有空隙，保证隔音材料的放置，可以进一步加强隔音门的隔音效果，同时也保证隔音门的密封效果。图2-2门框密封条设计图安装消音器对于隔音效果来说不太现实，况且也不满足最初对隔音装置的整体设计理念；而建造隔音门的话，可以在不影响进风量的情况下还能达到控制噪声的效果。且安装隔音门能在更好更多的情况下，配合风机与隔音装置工作的情况下达到预期达到的声压级，消声器与阻尼层的安装与添加是固定因素，可变量太少且相对隔音门来说太过于局限，在实际工作中，往往隔音门的效果也比消声器与阻尼层的效果更加显著，所以综上所述，选择方案二。3风机隔音装置各部分结构设计3.1进风口进风塔设计利用国内对材料研究的主要理念，在进风塔的内部安装消声材料，由于进风塔的内部不能完全阻隔，所以选择市面上已经在生产出售的消声片，加入消声片的好处是，两块消声片在放置后可以形成一个扩展的空间，在材料吸声和消声的前提下，跟进一步提高消音的效果。对消声片的规格选择为：100x1500x1000mm，间隔为200mm进风塔另外还有三个面，位于进风塔最上部，在这三处安装消声百叶窗，分别安装于正面与侧面，每面各两扇。根据市场调查，市面上已有的消声百叶窗消声效果可达5至10分贝，效果较为良好。消声百叶窗规格：正面1800x1000mm，侧面1650x1000mm。在设计使，进风塔的制造材料变选定为隔声材料，称为隔声墙，材料选择镀锌铁板、龙骨、隔音卷棉、玻璃丝布。隔声墙规格为3mm镀锌铁板，隔声墙厚度为250mm。进风塔的三维图如下图3-1。图3-1进风塔三维图3.2隔音罩上隔音门的结构设计对隔音门的设计雏形选择目前市场已有的隔音门，为了保证隔音门的密封效果，在设计隔音门时在隔音门上增加密封条，更加便于完善隔音门的密封效果。但是生活中实践表明，门的密封效果再好，隔音效果并不显著。所以，为了解决这种声音泄露的问题，按照当初的设计理念，在门的建造时，就在门的中间加入隔声材料，这里选择的嵌入材料为隔音棉。具体结构如下图3-2图3-2隔音罩隔音门三维图隔音棉的选择最终通过对比确定为玻璃管棉，直径为150mm，长度为800mm，在建造门时通过工业技术手段嵌入在门板前后之间形成的空间内。3.3隔声窗的结构设计隔音窗的设计目的是为了更加良好的消除噪音，对此的原理类似隔音门。因为隔音窗同隔音门相似，需要良好的密封效果，所以在隔音玻璃的选择上有所讲究。首先对于玻璃重量的选择应当偏重，这样才能更加良好的达到密封效果。但是重量再大的玻璃板也会存在间隙，这些间隙会导致声音的泄露，那么这里采取的方式是两块玻璃板同时安装，两块相同材质的玻璃板可以有效地减少隔音窗的密封效果，这一点的启发来自于生活中的玻璃窗。由于噪声是由室内穿向室外，所以室外玻璃板相对室内玻璃板较厚，尺寸分别为1cm，0.65cm。有必要的话，可以使玻璃板之间形成光和声音的反射夹角，但根据经验和已有实验证明，此设计方式较为不实际且作用不显著，所以不进行考虑。两块玻璃板设计时留有一定间隔，目的时增加声音在传输时的损耗，在声音传播的过程中使声音进行损耗，这样传播到室外那块玻璃板时的分贝值也会减小，可以达到更加良好的消声效果。隔音窗设计三维图如下图3-4所示。图3-3隔音窗三维图设计的墙体隔声效果接近STC50的墙体，隔声效果可以达到20分贝，边缘吸声材料阻止空腔的共振，加强了双层玻璃的隔声作用。4隔音装置关键零部件的分析与计算4.1噪声分析（式1.1）在上式中：SPL为声压级（dB）；p为声压（uPa）； Pref为参考声压（uPa）（式1.2）在上式中，p(t)是(0-T)内瞬时声压的变化值。（式1.3）在上式中，为声压级（dB）；P为所测点声压（Pa）；为基准声压，（式1.4）在上式中，Lw是升功率级（dB）；W为测量点的声功率（W）；W0是基准点的声功率（W）。上式为升功率表达式4.2隔音板与隔音罩间强度校核根据前面对隔音装置结构的设计，为了保证风机的工作性能，防止风机在工作过程中由于振动与隔音罩而产生的噪声，所以在风机最下方与隔音罩设计一块隔音板。对隔音板选用桉树木作为枕木材料，枕木放置的距离间隔为40cm，大小为10x6x300cm，总数为11，在浮动地面间加入混凝土，规格为5100x3300x400cm，在地板间加入玻璃纤维，保证强度满足的情况下，也能达到隔音消声的效果，材料为欧文斯吸声棉。枕木抗压强度计算：桉树木的全部玄向抗压强度为：所有枕木的面积：混凝土密度：浮动地面质量：设备质量估计：总质量估计：重力加速度：抗压强度校核：所以枕木符合抗压强度。具体结构如下图4-1。图4-1隔声板具体结构4.3隔音装置综合方案本案中采用的隔音装置具体结构有如下特点：隔音装置采用固定式，原因式固定式较为经济实惠，其他方式对比下造价过于昂贵，。隔音装置整体架构用方管焊接。隔声层用2.0冷轧钢板，并进行阻尼处理。吸声层采用欧文斯玻璃棉。由于风机是个发热体，安装隔音装置之后必须解要决电机的散热问题，所以在隔音装置的适当位置设两个通风散热口，一个进气，另外一个排气，在风口处安装散热风扇，通过热对流和风扇强制通风相结合的方式，来降低隔音装置内的温度。隔音装置上装有隔声门，首先是便于工作人员进出，其次是在结构设计的理念对比下也达到良好的隔音效果，同时也考虑到风机的大小。管道与隔音装置的连接部分用橡胶圈作为软连接。综合结果隔音装置的示意图如下图4-2。图4-2隔音装置示意图5总结与展望5.1总结全文主要针对风机在工作时产生的噪声，通过对风机的某些零部件的研究与分析，最后通过查阅资料的验证，确定风机主要产生噪声的部分为进风口进风塔，首先在根源上对噪声进行控制。其次，设计完隔音装置后，也对隔音装置的材料和结构进行选择和设计，保证隔音装置可以良好地减少风机在工作时的噪声，也对隔音装置的整体结构设计进行完善，加入隔音门与隔音窗，对隔音门与隔音窗的材料与规格设计进行详细探究。目的是保证不影响风机工作的前提下，更加良好的完成隔音效果，换句话说，也是保证隔音装置的隔音性能。根据查阅资料，对比风机在工作时无隔音措施的防护下，造成的噪声属于中高频，添加隔音材料和隔音装置的同时，也会考虑到风机工作时产生的热量，对风机进行散热的效果，所以设计隔音罩和进风塔时，也会保证有通风的窗口使风机进行散热。如果仅仅就进风塔而言，噪声的范围属于中低频，因此不用设计太过于复杂的隔声结构，对进风塔的内部添加消声片，从而在空气流速过快的进风口降低产生的噪声。基于同样的原理，在隔音装置上安装隔声窗与隔音门，并在隔音门内嵌入消声棉，将管道的连接设计为柔性连接，在传播路径上大大降低了噪声。总的来说，其实本文设计灵感仅来源于小学时期参加过的一次活动中提出的噪声消除概念，也就是说其实早在十年前，国家也就有致力于噪声消除的治理，从而才能导致我们目前的生活更加多姿多彩。消除噪声的研究和治理到目前为止仍要继续，对国家的发展至关重要。5.2展望治理噪声污染一直在随着时代而进步，但对于噪声污染的治理仍有许多地方需要改进，从根本上出发，便是对隔音装置的完善，以下是我对未来隔音装置的展望。首先是隔音装置最表面的问题，即为隔音装置的强度。对于隔音装置的强度要求是非常重要的，因为隔音装置的性能与耐久度最表面，最浅显的就是强度，在保证力学强度校核的前提下，也要保证自然灾害带来的危害，保证隔音装置的防火，防震级别也是需要进步的地方。其次是对隔音装置安装时的方式，安装隔音装置的方式会直接影响到隔音装置的隔音效果，也会间接影响到隔音装置内设备工作时的性能，在安装之前需要进行更多的仿真及模拟测试，在这方面，需要投入更多的人力物力。再次就是隔音装置的使用年限，任何机械设备，即使是再精良的仪器都无法避免机械老化现象，那么对于如何防老化，如何保证和加长设备和隔音装置的使用年限，也是值得探讨研究，和发展的重要方向。参考文献[1]余华龙.超声速风洞排气噪声控制[J].噪声与振动控制,1985(02):39-42+51.[2]李文厚,彭希,彭兴文.露天矿通风实验风洞的噪声控制[J].气动实验与测量控制,1989(02):46-52.[3]张宗茂,顾熙棠.降低轴流风机噪声的两种方法[J].宁波大学学报(理工版),1989(01):79-87.[4]张伟珂.扩散型消声器的消声性能及其空气动力性能研究[D].山东科技大学,2007.[5]彭新平.铜冶炼厂诺兰·达炉风机噪声综合治理[D].昆明理工大学,2007.[6]梁桂强.轴流风机降噪技术的仿生学研究[D].吉林大学,2005.[7]PeiqingLiu,YuXing,HaoGuo,LingLi.Designandperformanceofasmall-scaleaeroacousticwindtunnel[J].AppliedAcoustics,2017,116.[8]T.P.Chong,P.F.Joseph,P.O.A.L.Davies.Designandperformanceofanopenjetwindtunnelforaero-acousticmeasurement[J].AppliedAcoustics,2008,70(4).[9]WernerDobrzynski,BurkhardGehlhar,HeinoBuchholz.Modelandfullscalehigh-liftwingwindtunnelexperimentsdedicatedtoairframenoisereduction[J].AerospaceScienceandTechnology,2001,5(1).[10]JaehaRyi,Jong-SooChoi,SeunghoonLee,SoogabLee.Afull-scalepredictionmethodforwindturbinerotornoisebyusingwindtunneltestdata[J].RenewableEnergy,2014,65.[11]BaoChen,QingkaiWei,TianshuangShao,YuanshouLi,XunHuang.AeroacousticImagingExperimentsofAirframeNoiseinLinedWallClosed-SectionWindTunnel[J].JournalofAerospaceEngineering,2014.[12]唐志共,许晓斌,杨彦广,李绪国,戴金雯,吕治国,贺伟.高超声速风洞气动力试验技术进展[J].航空学报,2015,36(01):86-97.[13]张胜利.低噪声风洞设计研究[A].全国地方机械工程学会.2017年第七届全国地方机械工程学会学术年会暨海峡两岸机械科技学术论坛论文集[C].全国地方机械工程学会:,2017:6.[14]任栋,席德科,白存儒,陆森林,李华星.低速风洞的消声降噪改造设计研究[J].实验流体力学,2010,24(04):80-84.[15]毕嵘.复合式消声器声学特性的分析方法和实验研究[D].合肥工业大学,2012.[16]程勒,沈江岩.一种改进型的燃气轮机进排气消声器及其设计探讨[J].燃气轮机技术,2000(03):23-26.[17]徐贝贝.排气消声器声学性能预测的有限元法研究[D].哈尔滨工程大学,2009.[18]郑冬明.风机噪声的控制[J].化工装备技术,1998(03):21-23.[19]凌国栋,李峰,张中祥,杨振坤.超大风量排风口噪声消声