声屏障顶部噪声干涉装置的研究设计_王高峰.pdf

声屏障顶部噪声干涉装置的研究设计王高峰（尚风科技股份有限公司，山西太原030000）摘要：交通干线道路旁安装的声屏障降噪效果不佳，在其声屏障顶部加装噪声干涉装置，可以有效减少噪声的绕射，增加声屏障的整体降噪性能。通过对噪声干涉装置的声学结构和内部吸隔声构造的研究，设计一种降噪效果好、质量轻、体积小的装置。将该装置在已建道路沿线的声屏障上进行改造使用，其对现有设施、现有条件、现有环境几乎不影响，而且成本较低、施工简单、降噪效果优良。关键词：声屏障顶部加装噪声干涉装置绕射构造中图分类号：TB53；U239.5文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0130-02引言随着交通干线日益发达，覆盖范围越来越广，各种交通车辆产生的噪声对道路附近居民的危害日趋严重。通常对噪声的治理手段是在道路一侧或两旁受影响区域设置一定高度的声屏障，这种方法是治理交通噪声的重要措施，实现了其他降噪手段所不能代替的效果。但是已建设安装的声屏障大多采用 25 m 高的直立型的半封闭形式，在本身建设设计高度足够的情况下降噪效果还是不佳。经过实地调查及研究发现，影响较大的因素是绕射过声屏障顶部的噪声。常用有以下几种解决办法：1）增加声屏障高度来提高降噪效果，但增加高度会提高对支承结构和基础的要求，整体安全性会降低，并且过高的声屏障使空间压抑、破坏视觉环境，还会影响采光，同时建设成本和城市景观等也受到很大影响。2）改变声屏障的几何结构，制作成折板型或弧形等的声屏障形式。提高声屏障的等效高度来增大声影区范围，但是制作工艺较复杂，安装麻烦，成本较高，效果有限。3）在其声屏障顶部加装噪声干涉装置，提高声屏障的等效高度来增大声影区的范围，同时还可以消耗绕射声能，增加声屏障的整体降噪性能。目前这种噪声干涉装置在国外已被普遍采用，并已经证明这类装置可以有效减少噪声的绕射，并有助于降低声屏障高度1。在声屏障顶部加装噪声干涉装置，关键技术为该装置声学结构和内部吸隔声构造的设计。1研究设计1.1声波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（见图 1）其中，S 为声源点，A 为声源点至声屏障顶端的距离，B 为受声点至声屏障顶端的距离，d 为声源点与受声点间的直线距离，R 为受声点。一部分越过声屏障顶部绕射到达受声点；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。越过声屏障顶部绕射到达受声点的声能比没有声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，并随着 角的增大而增大（见图 2）。其中 为声波直线路径与绕射路径的夹角。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2。对于透射，通常在声学设计时，要求 TL-Ld10dB（TL为声屏障隔声的传声损失），此时透射的声能可以忽略不计。对于反射，反射声能的大小取决于吸声结构的吸声系数，它是频率的函数，为评价声屏障吸声结构的整体吸声效果，通常采用降噪系数 NRC3。由规范 GB/T 20247 规定，在设计中采用降噪系数（NRC）0.7（混响室测试数据）的吸声材料。实践收稿日期：2022-08-30作者简介：王高峰（1986），男，山西忻州人，本科，中级工程师，研究方向为机械设计。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.050图 1声波传播路径图 2声波绕射路径道路声屏障反射路绕射路径透射路径ABRdS声直线路径绕射路径声影区RS结构设计2023 年第 2 期也证明了当系数达到 0.7 时，反射声减小量L 很低，频带宽，分贝值广的大部分使用环境和条件均可满足。因此在声屏障设计中对其降噪系数的要求0.7 即可。以上理论可以看出，一个有合格降噪系数的声屏障主要问题就是绕射声产生的问题。而解决这一问题最好的办法就是通过在其声屏障顶部加装噪声干涉装置（见图 3）。1.2噪声干涉装置构造经过对噪声干涉装置声学结构和内部吸隔声构造的研究，本文论述噪声干涉装置的构造组成。它由孔板、端板、吸隔声芯、Z 型钢、支托、钢立柱制作而成。吸隔声芯的下部扣板安装在 Z型钢上；孔板罩在吸隔声芯上，孔板的下部也安装在 Z 型钢上；端板安装在吸隔声芯的两个端头，与端板和吸隔声芯的扣板分别连接，封堵为一个闭合的结构4-5。钢立柱顶部两个翼缘上焊接支托，Z 型钢最后落座在支托上，使用螺栓拧紧即可。1）孔板由薄板穿孔后压制成三心同圆的拱形，为干涉装置的外显结构，起到保护内部结构，声波穿过小孔进入吸声帽进行吸隔声。2）端板外形结构与孔板端面一致，材质与孔板一致，起到封堵孔板端头作用，还起到加强孔板刚度，提高稳定性的作用。3）吸隔声芯由吸声尖、隔声盒、扣梁组成。扣梁口朝下，隔声盒安装在扣梁上的中部，垂直。吸声尖对称的安装在隔声盒的两个立面，从上向下分布。4）扣梁为薄板制成的槽型扣件，槽口宽与钢立柱对应，为吸声芯主要承重结构。5）隔声盒为一个扁立方体的隔声盒，一侧立面穿孔，另一侧立面不穿孔，内部填充吸声棉，为吸隔声芯的吸隔声装置。6）吸声尖有薄板制成三个尖的山型齿状结构，表面穿孔，与隔声盒安装后的尖角空间内填充吸声棉。吸声尖通过不同的尖角高度，增加吸声的性能。7）Z型钢为薄钢板压制形状，承受上部结构的重量，与下部支托连接作用。8）支托为型钢或钢板制作，焊在钢立柱上，连接作用。9）钢立柱为声屏障的主体结构，吸声帽安装其上，起支撑作用。1.3噪声干涉装置的性能分析按照上述构造制作几组样品送至国家相关测试中心对噪声干涉装置进行检测，本文选取其中隔声性能和吸声性能进行分析，检测结果见表 1。从表 1 隔声性能分析：该装置的计权隔声量为34 dB，满足规范高于 30 dB 的要求。对于低频噪声，隔声量较差一些；对于中高频噪声隔声量较好。从表 1 的吸声性能分析：降噪系数为 0.95，远远高于国家规范及同类产品 0.70 的要求。对于中高频吸声效果较好。由表 1 可知，本文的噪声干涉装置无论是隔声性能和吸声性能都是优良的，是一种降噪效果较好的吸、隔声结构形式。2结语本文所述的噪声干涉装置，运用吸、隔、消声相结合的声学理论，设计合理的声学构造，其装置可安装在声屏障的顶部，来消耗从声屏障顶部绕射的噪声声能，同时可增大声屏障保护区域的声影区范围，从而提高其配套的整体降噪性能。该装置内部凹凸不规则的构造相互配合，增加了声波传播的反射路径，使噪声声波能量消耗掉一部分，之后通过其内部的吸声结构再次消耗吸收声能，残余噪声穿过吸声结构到达隔声结构，再次进行噪声声能的作用，多重治理手段结合使得噪声得到治理。相比较增加声屏障高度的方法，只在顶部加装噪声干涉装置有助于降低声屏障高度。降低对基础要求或无要求，整体安全性较高，不影响空间视觉，也不影响采光，设计外观与城市景观相协调。图 3声屏障顶部加装噪声干涉装置检测项目参数标准要求/dB检测结果/dB单项结论检测依据隔声性能计权隔声量/Hz3034.0符合GB/T19889.32005隔声量1251517.6符合2501625.7符合5002531.7符合1 0003034.5符合2 0003035.2符合4 0003535.3符合吸声性能（混响室法，刚性壁）降噪系数/Hz0.700.95符合GB/T202472006吸声系数1250.300.56符合2500.601.09符合5000.801.19符合1 0000.700.74符合2 0000.500.79符合4 0000.500.82符合表 1噪声干涉装置吸、隔声性能检测结果（下转第 134 页）王高峰：声屏障顶部噪声干涉装置的研究设计131机械管理开发第 38 卷拉钢丝绳连接正向风门门扇的工艺，解决了防突反向风门无法有效关闭的现实问题，可以有效提高安全风险防范效果，降低事故发生后的再扩大。5结论1）目前井下 28214 瓦斯治理巷按照此项研究进行了风门联锁装置的安装，应用效果良好，达到了预期效果。其他新施工的正反风门都在使用此项研究，并且使用效果良好。技术推广前景广阔，其他有此项弊端的矿井都可以推广应用。2）以门框框架上本身存在的螺杆眼为突破口进行研究，利用风门门框上原有的螺杆孔或者新钻眼作为钢丝绳穿过风门的专用孔洞，替代了原来直接斜拉钢丝绳连接门扇的工艺，避免了钢丝与防突反向风门空间上的冲突，解决了防突反向风门无法有效关闭的现实问题。28214 瓦斯治理巷掘进工作面采用通过联锁装置工艺改造后，提高了风门联锁装置的可靠性，减少了风门联锁装置的人工维护成本大约 7 000 元，具有一定的经济效益，同时可以有效提高安全风险防范，降低事故发生率。参考文献1张晓俊.东曲煤矿综采工作面综合防尘、防灭火技术应用J.煤炭与化工，2018，41（11）：107-109.2陈国平.东曲煤矿 28206 采煤工作面瓦斯超限治理分析J.能源技术与管理，2017，42（6）：23-25.3孟鑫博，杨赫.煤与瓦斯突出矿井防突反向风门自动闭锁防逆风装置设计J.能源与环保，2019，41（7）：155-157.4杨贵.矿井对旋式主通风机测试、检修、备用风门改造J.机械管理开发，2022，37（5）：172-173.5熊国雄.机械连锁风门在铜绿山矿井下的应用J.现代矿业，2020，36（1）：172-173；208.6白晋栋.煤矿联锁气动控制风门设计与应用J.机械管理开发，2018，33（9）：243-244；270.（编辑：贾娟）Research and Improvement Technology of Dongqu Mine Air Door Interlock InstallationProcessYang Kang（Shanxi Coking Coal Xishan Coal Power Dongqu Mine,Taiyuan Shanxi 030200）Abstract:Due to the interlocking of the underground dampers,the steel wire rope tends to jam the reverse dampers of anti-surge,makingthe reverse dampers close poorly and posing certain safety hazards.In order to solve this problem,through observation and research,thescrew eye existing on the door frame frame itself is used as a breakthrough for research,and the original screw hole or new drilled eye onthe door frame of the dampers is used as a special hole for the steel wire rope to pass through the dampers,which avoids the conflictbetween the steel wire and the anti-surge reverse dampers in space and solves the real problem that the anti-surge reverse dampers cannotbe closed effectively.Key words:ventilation system;interlocking dampers;installation process;technical solution噪声干涉装置是一种降噪效果好、质量轻、体积小的装