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我的课设
学校代码:
10128
学号:
200820303029
课程设计说明书
题目:
呼和佳地二期给水泵
学院:
能源与动力工程
班级:
环工08-1班
学生姓名:
于艳艳
指导教师:
沈炳耘
2011年12月23日
目录
摘要0
目录1
第一章绪论2
1.1课程设计的目的和要求2
1.1.1课程设计的目的2
1.1.2课程设计的要求2
1.2课程设计的基本资料2
第二章声屏障的设计3
2.1基本原理3
2.1.1绕射3
2.1.2透射4
2.1.3反射4
2.2声屏障的计算4
2.2.1声屏障设计目标值的确定4
2.2.2受声点与声源点的确定4
2.2.3声屏障插入损失的确定4
2.2.4声屏障尺寸及位置的确定9
第三章声屏障材料与形状的选择10
3.1吸声材料的选择10
3.1.1吸声机理10
3.1.2吸声材料的确定10
3.2隔声材料的选择11
3.2.1隔声材料基本原理11
3.2.2隔声材料的确定11
3.3声屏障形状的选择12
总结13
参考文献14
第一章绪论
声屏障是一种专门设计的立于噪声源和受声点之间的声学障板,它通常是针对某一特定声源和特定保护位置(或区域)设计的。
噪声在传播途径中遇到障碍物,若障碍物尺寸远大于声波波长时,大部分声音被反射和吸收,一部分绕射,于是在障碍物背后一定距离内形成“声影区”,声影区的大小与声音的频率和屏障高度等有关,频率越高,声影区的范围越大。
声屏障将声源和保护目标隔开,使保护目标落在屏障的声影区外。
1.1课程设计的目的和要求
1.1.1课程设计的目的
通过本次课程设计,使自己对环境噪声控制技术基础课程学习中的理论、原理部分有更深入的认识,培养自己的科学研究能力,在一定程度上具备分析问题和解决问题能力、简单的工程设计能力。
通过此次对声屏障的设计,培养独立设计能力,掌握基本的设计方法,学会查阅技术资料,树立正确的设计思想和严谨的工作作风。
1.1.2课程设计的要求
1.结合我国“工业企业噪声卫生标准”,为该车间采取声学处理措施,进行一定的吸声处理并为车间设计一声屏障;
2.完成噪声敏感建筑物有关参数和使用标准的确定、声屏障设计和计算声屏障结构、材料及在两座建筑物之间的相对位置;声屏障的设计除了达到预期的降噪指标外,还应符合景观、结构、造价和养护等方面的要求;
3.编写设计说明书,字数不得少于5000字;
4.绘制声屏障结构尺寸图,安装布置图(相对位置及尺寸图)。
1.2课程设计的基本资料
某厂发电机车间有3台300、200、150KW直流发电机,车间内噪声特别强烈,在距机组1m处测的中心频率500Hz的被频程声压级达108~112dB,A生级达107~108dB。
严重影响了整个车间工人的健康和通讯联系。
第二章声屏障的设计
2.1基本原理
当噪声源发出的声波遇到声屏障时,它将沿着三条路径传播:
一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点;一部分穿透声屏障到达受声点;一部分在声屏障壁面上产生反射。
声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿这三条路径传播的声能分配,如图1-1所示。
2.1.1绕射
越过声屏障顶端绕射到达受声点的声能比没有屏障时的直达声能小。
直达声与绕射声的声级之差,称之为绕射声衰减,其值用符号△Ld表示。
声屏障的绕射声衰减是声源、受声点与声屏障三者几何关系和频率的函数,它是决定声屏障插入损失的主要物理量,并随着Φ角的增大而增大,其传播路径如图1-2所示。
2.1.2透射
声源发出的声波透过声屏障传播到受声点的现象。
穿透声屏障的声能量取决于声屏障的面密度、入射角及声波的频率。
声屏障隔声的能力用传声损失TL来评价。
TL大,透射的声能小;TL小,则透射的声能大,透射的声能可能减少声屏障的插入损失,透射引起的插入损失的降低量称为透射声修正量。
用符号ΔLt表示。
通常在声学设计时,要求TL—△Ld≥10dB,此时透射的声能可以忽略不计,即△Lt≈0。
2.1.3反射
当道路两侧均建有声屏障,且声屏障平行时,声波将在声屏障间多次反射,并越过声屏障顶端绕射到受声点,它将会降低声屏障的插入损失,由反射声波引起的插入损失的降低量称之为反射声修正量,用符号△Lr表示。
2.2声屏障的计算
2.2.1声屏障设计目标值的确定
根据任务书可知:
在距机组1m处测的中心频率500Hz的A声级达107~108dB,根据《工业企业噪声卫生标准》,在不影响整个车间工人的健康及通讯联系的条件下,噪声A声级应该达到70dB,所以目标值为:
IL0=108-70=38(dB)
2.2.2受声点与声源点的确定
在此次课程设计中,声源点为3台直流发电机,此处视为点声源,由《环境工程设计手册》可知发电机的平均高度为1m,即点声源高度为1m。
受声点为车间人群,取平均高度1.2m,即受声点距地面1.2m。
而声源点与受声点之间相聚1m,由此便可以确定受声点与声源点的位置与类型。
2.2.3声屏障插入损失的确定
根据设计的目标值,可以先假定几组声屏障的高、长与声屏障放置位置,形成多个组合方案,根据下列公式计算每个方案的绕射衰减△Ld,进行修正后,得到声屏障插入损失,比选后得到最佳方案。
N>0
N=0(2-1)
0>N>-0.2
0dB,N≤—0.2
式中:
N—菲涅耳数,
;
λ—声波波长,m;
d—声源与受声点间的直线距离,m;
A—声源至声屏障顶端的距离,m;
B—受声点至声屏障顶端的距离,m;
h—受声点到声屏障的垂直距离,m。
若声源与受声点的连线和声屏障法线之间有一角度β时,则菲涅耳数为:
N(β)=Ncosβ(2-2)
具体计算方法如下:
声波波长:
λ=
(2-3)
方案1:
假设声屏障高2m,位于距声源点0.2m处,则有:
菲涅耳数为:
则绕射声衰减为:
42.0891(dB)
试选材料为50厚五合板蜂窝板+56中空+30厚五合板蜂窝板,其平均隔声量TL为35.5dB,因为TL—△Ld=-6.5891<10,则可以得到透射声修正量ΔLt为:
(2-4)
实际插入损失为:
(2-5)
式中:
△LS为障碍物声衰减,如果在声屏障修建前,声源和受声点间存在其他屏障或障碍物,则可能产生一定的绕射声衰减,由它们产生的声衰减称之为障碍物声衰减。
因为在此次设计中在声源点和受声点之间并不存在其他屏障或障碍物,所以△LS≈0。
△LG为地面吸收声衰减,如果地面不是刚性的,则会对传播过程中的声波产生一定的吸收,从而会使声波产生一定的衰减。
由地面吸收产生的声衰减称之为地面吸收声衰减。
而此次设计主要是在车间中进行,可认为其地面是刚性的,所以△LG≈0。
所以有:
可以看出所得到的实际插入损失与目标值差距为3.3612dB,可以通过在中间层添加吸声材料达到要求,所以隔声材料的选择是合理的。
方案2:
设声屏障高度为2m,位于距声源点0.4m处,则有:
A=1.0770m,B=1.0000m,d=1.0198m,
菲涅耳数为:
绕射声衰减为:
对于所选材料,TL—△Ld=-9.0933<10,则可以得到透射声修正量ΔLt为:
实际插入损失为:
方案3:
设声屏障高度为2m,位于距声源点0.6m处,则有:
A=1.1662m,B=0.8944m,d=1.0198m
菲涅耳数为:
绕射声衰减为:
对于所选材料,TL—△Ld=-12.6186<10,则可以得到透射声修正量ΔLt为:
实际插入损失为:
由以上三组数据可以得到,当声屏障高为2m时,位于距声源0.6m处时实际插入损失最大,为三组中最佳方案。
方案4:
设声屏障高度为3m,位于距声源点0.6m处,则有:
A=2.0881m,B=1.8439m,d=1.0198m
菲涅耳数为:
绕射声衰减为:
对于所选材料,TL—△Ld=-12.6138<10,则可以得到透射声修正量ΔLt为:
实际插入损失为:
由方案3与方案4比较得到,两个方案的声屏障实际插入损失相差不多,为经济性考虑,选择方案3为最佳方案。
2.2.4声屏障尺寸及位置的确定
由以上几种方案的综合比较可以得到最佳方案为方案3,即声屏障高为2m,声屏障长为
取8m,位于距声源点0.6m处。
所选隔声材料为50厚五合板蜂窝板+56中空+30厚五合板蜂窝板,声屏障的实际插入损失可以达到35.2686dB。
可以看出,实际插入损失距目标值仍有差距,我们将在第三张用吸声材料解决。
第三章声屏障材料与形状的选择
3.1吸声材料的选择
3.1.1吸声机理
吸声材料,是具有较强的吸收声能、减低噪声性能的材料。
借自身的多孔性、薄膜作用或共振作用而对入射声能具有吸收作用的材料。
当声波入射到吸声材料界面上时,其内部质点振动速度不同,产生速度梯度,使相邻质点间产生相互作用的粘滞力和内摩擦阻力,对质点的运动起阻碍作用,使声能转化为热能。
其次,因为质点疏密不同,温度不同,也会发生热传导效应,使声能转化为热能,从而达到降噪的目的。
3.1.2吸声材料的确定
通过第二章的计算可以知道,在综合效果最佳的情况下,声屏障的实际插入损失与目标值之间仍然有一定的差距,无法达到设计要务,此时便可以在中间层加入吸声材料,使声屏障的降噪效果提高。
本次设计的目标值为38dB,声屏障的实际插入损失为35.2686dB,则两者的差值为2.7314dB,即吸声材料的吸声量最少要达到2.7314dB,根据公式:
(3-1)
式中:
—吸声系数;
—吸声前的总声压;
—吸声后的总声级。
所以得:
α=0.4668
根据表3-1,可以选择30mm厚,密度为45kg/m3的聚氨酯泡沫塑料作为吸声材料,其在500Hz频率下吸声系数可以达到0.47,符合要求。
另一方面,因为声源点距离声屏障比较近,为了防止声音反射形成声廊,需要在声屏障面对声源点的一面添加一层吸声材料,此处我们选择25mm厚,密度为25kg/m3的氨基甲酸酯泡沫塑料作为吸声材料,其在500Hz频率下吸声系数可以达到0.57。
表3-1常用吸声材料的吸声系数
3.2隔声材料的选择
3.2.1隔声材料基本原理
把空气中传播的噪声隔绝、隔断、分离的一种材料、构件或结构,称之为隔声材料。
对于隔声材料,要减弱透射声能,阻挡声音的传播,就不能如同吸声材料那样多孔、疏松、透气,相反它的材质应该是重而密实的,如钢板、铅板、砖墙等一类材料。
当隔声材料要阻挡的声波不是垂直入射,而是与隔层呈一角度θ入射时,声波波前依次到达隔层表面,而先到隔层的声波激发隔层内弯曲振动波沿隔层横向传播,若弯曲波传播速度与空气中声波渐次到达隔层表面的行进速度一致时,声波便加强弯曲波的振动,这一现象称吻合效应。
这时弯曲波振动的辐度特别大,并向另一面空气中辐射声波的能量也特别大,从而降低隔声效果。
所以,一般时候在选择双层隔声结构的时候,尽量不用相同厚度的同一种材料,以避免这两层出现相同的吻合频率,降低降噪效果。
3.2.2隔声材料的确定
在第二章的计算中,我们已经初步确定:
我们所使用的为双层隔声结构,其材料分别为50厚五合板蜂窝板和30厚五合板蜂窝板。
此处,我们主要确定其面密度等基本性质。
对于双层隔声结构,其隔声量与面密度关系为:
(3-2)
式中:
ΔTL——中间吸声材料层的附加隔声量;
——双层隔声结构中两层材料的面密度。
则有:
得到:
又因为:
(3-3)
式中:
ρ——材料的密度,kg/m3;
D——材料层的厚度,m。
得到五合板蜂窝板的密度为209.4kg/m3,两层结构的面密度分别为10.47kg/m2与6.282kg/m2。
3.3声屏障形状的选择
声屏障的几何形状主要包括直立型、折板型、弯曲型、半封闭或全封闭型,如图3-1所示,可以根据实际情况进行选择。
图3-1隔声屏的基本形式
对于本次任务,我们设计的声屏障是放在室内,而且声源点与受声点之间距离较近,所以为了室内人员方便走动,我们选择最简单的直立型。
总结
我们这次课程设计主要是针对室内直达声设置声屏障,经过查阅资料,反复的计算、修正、比较,绘图以及最后的总结,使我对于声屏障的特点、结构、性能有了更深入的了解,也终于设计出满足任务书要求的声屏障。
但由于我自己能力有限,缺乏设计经验,在设计过程中也出现了很多问题,比如说,随着声屏障的高度增加,绕射声衰减出现了减小的情况,最后我们只能综合考虑了其他因素,选出最佳方案。
希望在以后的学习生活中可以通过更多的学习来更好的解决这一问题。
通过此次课程设计,除了使我对于声屏障有了更多的了解外,也使我对于噪声及其危害有了更深的体会,更提高了我们的知识运用能力。
在此之前,我们也曾做过水污染及大气污染的课程设计,感觉每一次都会对我们的能力有一个不一样的提升。
我相信这种提升对于不久以后走上工作岗位是非常有帮助的。
而且,这次课程设计也让我感觉到了自己考虑问题不全面,思维不活跃等方面的不足,认为还需要通过进一步的学习和锻炼来对自己进行进一步的提高。
总之,这次课程设计虽然时间短暂,但确实让我们受益匪浅。
参考文献
[1]李耀中主编.噪声控制技术.北京:
化学工业出版社,2001,5
[2]马大猷主编.噪声控制学.北京:
科学出版社,1987
[3]李耀中主编.噪声控制技术.北京:
化学工业出版社,2004
[4]周新祥编著.噪声控制应用实例.北京:
海洋出版社,1992
[5]中华人民共和国环境保护行业标准HJ/T90—2004
(声屏障声学设计和测量规范)
[6]刘慧玲主编.环境噪声控制.哈尔滨工业大学出版社
[7]郑长聚等编.实用工业噪声控制技术.上海科学技术出版社
[8]魏先勋主编.环境工程设计手册.北京:
化学工业出版社,2002,7
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