污水处理厂罗茨风机噪声治理.doc

罗茨风机降低噪声措施的探讨1罗茨风机降噪8污水处理厂对周遍环境的污染8罗茨风机降低噪声措施的探讨摘要：介绍了罗茨风机的噪声源，主要分析了罗茨风机的气动噪声及其产生噪声的机 理。在综合各种应用实例的基础上提出了控制噪声的各种方法，并指出了这些方法在经济和节能方面的利弊。提出了降低罗茨风机噪声的根本途径是改 进风机的气动设计和进行风机的最佳选择、选用合适的安装及运行方式，同时指 出了今后关于罗茨风机降噪的研究方向 。 关键词：罗茨风机 噪声 产生机理 降噪 根本途径罗茨风机是一种典型的容积式鼓风机，它依靠转子容积的改变，将原动机所加入的机械能转变为气体的压力和动能。与离心式鼓风机相比较，它具有压头高、流量受阻力影响小、供风稳定等优点，但在使用的过程中普遍存在着效率低、噪声高的缺点。罗茨风机在化工厂特别是中小型化工厂使用相当普遍，由于风机产生较大的噪声恶化了劳动条件，污染了生活环境，因而日益引起人们对风机噪声的重视，开展了有关风机噪声产生的机理和防治措施的研究工作。对于离心风机和轴流风机在这方面的研究已日趋完善，该文主要分析罗茨风机的气动噪声源及其产生的机理，在综合各种应用实例的基础上，提出了各种降低噪声的方法，并对降低罗茨风机噪声的根本途径进行了一定的探讨。1 罗茨风机噪声产生的机理11 罗茨风机的噪声源罗茨风机含有多种噪声源，其辐射噪声的部位主要有：(1)进气口和出气口辐射的空气动力性噪声；(2)机壳及电动机、轴承等辐射的机械性噪声；(3)基础振动辐射的固体声。在这几部分噪声中，进、出口部位辐射的空气动力性噪声(简称气动噪声)最强，其它如机械噪声、电磁噪声等，在风机正常运行条件下都是次要的1。根据罗茨风机产生噪声的频谱分析，其特点为低频宽带。风机的气动噪声主要由两部分组成：即旋转噪声和涡流噪声。1. 2 旋转噪声旋转噪声是由于工作轮上均匀分布的叶片打击周围的气体介质，引起周围的气体压力脉动而产生的噪声 另外，当气流流过叶片时，在叶片表面形成附面层，特别是吸力边的附面层容易加厚，并产生很多涡。在叶片尾缘处，吸力边与压力边的附面层汇台形成所谓尾迹区。在尾迹区内，气流的压力与速度都大大低于主气流区的数值。因而，当工作轮旋转肘，叶片出口区内气流具有很大的不均匀性。这种不均匀性气流周期地作用于周围介质，产生压力脉动而形成噪声。气流的不均匀性愈强，噪声也愈大。风机的噪声具有确定的频率，其旋转噪声的频率为：fi=i(NZ60) (1)式中：N为风机工作轮每分钟转数(rmin)；z为叶片数；i为谐波序号(1，2，3，)。 i=l为基频，i=2，3，4，为高次谐音。从噪声强度来看，基频最强，其次高频谐音总的趋势是逐渐减弱的。典型罗茨风机的频率特性见图l、图22 13 涡流噪声涡流噪声又称旋涡噪声或紊流噪声。它主要是由于气流流经叶片时，产生紊流附面层及旋涡与旋涡分裂脱体。而引起叶片上压力的脉动所造成的。其产生有4个方面的原因：其一是物体表面上的气流形成紊流附面层后，附面层中气流紊乱的压力脉动作用于叶片、蜗壳内表面及局部表面等，产生了噪声；其二是气流流经物体时，由于附面层发展到一定程度会产生涡流脱落，脱离涡流将造成较大的脉动；其三是由于来流的紊流度引起叶片作用力的脉动造成噪声；其四是由于二次涡流形成的噪声。 图l 流量10m3/min与30m3/min的罗茨鼓 图2 流量120rn3/min与140rn3/min罗茨鼓风机进口噪声频谱 风机进口噪声频谱 室内进口轴向0.5m 室内进口轴向1.Om室内连口轴向0.5m 室内进口轴向0.6m一般认为，上述4种产生涡流噪声的原因，由附面层紊流压力脉动和二次涡流辐射的噪声功率相对小得多。此外，只要来流的紊流度不特别大，由于冲角脉动形成的噪声也不太明显。于是可以认为，风机的涡流噪声主要是由于第二种噪声，即涡流和涡流脱离引起叶片升力的脉动所造成的涡流噪声。根据经验公式，涡流噪声的频率为：Fi=i(SrW/L) (2)式中：Sr为斯特罗啥尔数，Sr=014020，一般可取0.185；W 为气体与叶片的相对速度；L为物体正表面宽度在垂直于速度平面上的投影；i为谐波序号(i=1，2，3，)。由公式(2)可知，风机的涡流噪声频率，主要与气流和叶轮的相对速度W 有关。W又与工作轮的圆周速度u有关。u是随着工作轮各点到转轴轴心距离而变化的。由内到外是连续变化的。因而风机旋转时所产生的涡流噪声是一种宽频带的连续谱。通过分析可知，风机的空气动力性噪声是由上述两种性质不同的噪声相互叠加的结果。旋转噪声和涡流噪声两种噪声源强弱取决于叶片的几何形状和运行工况。2 罗茨风机噪声控制的一般方法对于现场使用的风机可根据风机噪声的太小、现场条件和降噪要求选用不同的控制措施，一般可概括为安装消声器、加装隔声罩和改造风机房或进行管道包扎等措施。21 机械噪声控制方法对于罗茨风机的机械噪声，控制的方法主要是提高装配的精度；更换旧的滚珠轴承，或用滑动轴承来代替滚动轴承，使转子处于动态平衡；以弹性联轴节连接电动机和鼓风机；加强对设备的维修保养，以及加油润滑，拧紧连接的螺栓，更换损坏的零部件等等。这些对臧弱噪声均是有效的322 气动噪声的一般控制方法2.2.1 安装消声器由于一般情况下，从风机进气口和排气口辐射的空气动力性噪声比从其他部位辐射的噪声要高1020分贝(A) 4 ，因此，控制风机噪声时，首先应在进气和排气管道上安装适当的消声器，见图3。风机上采用消声器，目前国内外均趋向于采用阻性消声器,而体积较大、消声频道较窄的消声器已很少使用，当然消声器的选择、设计和安装应根据实际情况进行。图3 在风机管道上安装消声器2.2.2建立隔声罩采用隔声罩措施，就是将整个风机机组用密闭的厢声罩围包起来。其技术关键是采用怎样的冷却措施保证风机的正常运转。目前，国内外均以采用风冷方法为最普遍。主要的冷却形式有：自扇通风冷却法、负压吸风冷却法、罩内空气循环通风冷却法和外加机械通风冷却法等。具体的设计原理、制作和方法介绍见文献5。2.2.3 改造风机房如果风机组有专门的风机房，则可以结合现场情况，采取将已有的风机房改造成隔声间的方法。即把风机封闭在风机房内使其噪声传不出去。主要技术措旋是采用隔声门、隔声窗、隔声屏和墙壁隔声，应用合适的吸声材料等。2.2.4 管道包扎为了臧弱从风机风管上辐射出来的噪声，可以对管道旋行包扎，厢绝噪声由此传播的途径。管道包扎的方法见图4。图4 管道包扎方法示意图2.2.5隔振综合考虑安全、稳定和维护方便等因素，设计选用适当的隔振器，以便消除机器与机组之间的刚性连接，从而达到降低固体振动噪声的目的。也可以挖舫振沟来代替基础隔振，可取得一定的效果6。3 罗茨风机降低噪声的根本途径噪声的控制方法是尽力避免和减少噪声源产生的噪声辐射，即尽力减少脉冲力。上述所采用的噪声控制方法，不仅增强了投资，而且在风机运行过程中会由于消声器等的压力损失而造成能量损失，这对于节约能量是很不利的，因此用改进风机的气动设计和风机的最佳选择、合适的安装及运行方式来降低罗茨风机的噪声是最根本的途径。从现有文献资料来看2、7 ，对于离心式和轴流式风机，从结构本身的改进来降低噪声的报导已有很多，并取得了较大的成效，但对罗菠风机报导却很少见，为此，现对罗茨风机降低噪声的根本途径作一些探讨。31 改进风机的气动和结构设计3.1.1 将叶轮做成扭叶叶轮由前述风机噪声产生的机理分析可知，当工作轮旋转时，叶片出口区内气流具有很大的不均匀性，这种不均匀性气流周期地作用于周围介质，产生压力脉动而形成噪声。且气流的不均匀性愈强，噪声愈大。将罗茨风机转子直叶叶轮改为扭叶叶轮，能改善排气的不均匀性，因而能降低噪声。3.1.2 把机壳内圆周面出风I；3做成与叶轮顶端素线成一定大小的夹角 气流沿工作轮出口圆周方向的不均匀性，产生了随时间变化的压力脉动，反过来，它又影响叶轮中气流的脉动，产生噪声。把机壳内圆周面出风口做成与叶轮顶端素线成一定大小的夹角，能改善气流的不均匀性，从而降低罗茨风机的噪声。此办法对于二叶叶轮因几何尺寸大小会受到限制，而对于三叶叶轮则完全可以办到。3.1.3 将二叶叶轮改为三叶叶轮8 将二叶叶轮改为三叶叶轮，增加了罗茨风机转子的头数，同样能改善风机排气的不均匀性，因此可以降低噪声。将二叶叶轮改为三叶叶轮，其关键是确定三叶叶轮渐开线叶轮的径距比(K=D/A，其中D为叶轮直径，A为两叶轮中心距)。经过改造后的罗茨风机具有气流脉动小，噪声低等优良性能，目前巳为各罗茨鼓风机厂家所关注。32 控制风机选型、安装和运行噪声罗茨风机的噪声不仅靠改进设计来完成，而且对于给定的任务，可以用优化风机型式和尺寸，以及合理安装和运行来降低风机的噪声。3.2.1 风机的选择、运行方式和安装布置在实际管网系统中，为了保证低的噪声，应选择最佳的风机型式和尺寸，进行正确的安装，保持合理的运行。大多数风机的最小声功率和最佳效率所对应的工况点是吻合的，这样，合理的风机选择无论从噪声还是从经济上都会得到收益；叶轮顶端圆周速度应尽可能地低；尽可能地保证风机进I；3处气流的均匀；风机与管网的匹配不仅要从气动的观点，而且也要从声学的观点来考虑，通过合理选择风机直径、速度及叶片数，使叶片通过频率噪声的辐射效率最小。3.2.2正确地安装风机的声功率级或A声级，随着流量和压力的增大而增大，安装时应尽量减少不必要的阻力损失。在流道中及叶轮前尽力避免障碍物产生的尾迹吸人到叶轮中而产生噪声。消声器的安装应与叶轮留有一定的安装长度，以避免对叶轮产生影响。3.2.3 选用合理的调节方式由于多数是在变工况下运行，风机的风量和风压都要根据管网的需要进行调节，因而调节方式应尽力采用变转速等高效调节系统(如变频调速)。因这些高效调节方法，也是产生附加噪声最小的方法。4 结论4.1 采用消声、隔声、吸声、隔振等方法，虽能取得一定的噪声综台治理成效，但只是从传播途径上采取了措施，增加了投资，对于节约能源也不利。4.2 为了使噪声得到更有效的控制，需从声源上根本解决问题，即选择最佳设计，提高制造精度和装配质量，选用台理的调节方式，井采取有效的减振措施，才能取得令人满意的降噪效果。4.3 将罗茨风机的叶轮做成扭叶叶轮、把机壳内圆周面出风口做成与叶轮顶端素线成一定大小的夹角以及将二叶叶轮改为三叶叶轮等，均可以降低罗茨风机的噪声。4.4 今后将要继续进行罗茨风机噪声的理论研究，较精确地预估噪声级，把风机的气流和结构参数与气动噪声级之间建立起数学关系式。这样，在风机的设计阶段可以利用这些关系式，与气动计算一起进行寻找最小噪声和最佳气动性能的方案，从而在根本上降低风机本身的噪声。4.5 进行风机噪声的测量，建立起相应的数据库，利用这些数据库，产生经验性设计准则和预示风机噪声的数学模型，并估算风机的平均性能，从而在满足用户的流量、压力要求的情况下，能从噪声的角度合理地选择风机。参考文献1 Liang Xizhi,Wu Hai.Experimental Investigations of Cooling Fan for automotive Engine. Intennational Sympcsium on Fluid Machinery and Fluid Engineering.Sept. 9121996Beijing ,China2 智乃刚，萧滨诗，风机噪声控制技术J,北京：机械工业出版牡,1985，78793 彭玲生,工厂噪声控击I技术与应用J,北京：中国铁道出版社，l987，1831894 徐世勤，王情，工业噪声与振动控制J，北京：冶金工业出版社，l987139435 王文奇，江珍泉，噪声控制技术J，北京：化学工业出版社，l9874464546 彭担任朱刚，综合治理鼓风机组噪声J，风机技术，l9971：42447 梁息智，吴海，轴流风机的噪声及降噪J，流体机械，l999，27-1：30348 袁宏德，罗菠鼓风机二叶叶轮改为三叶叶轮设计要点，风机技术，1999，4O-1：2728罗茨风机降噪汉克斯隔音诚意提供罗茨风机降噪：汉克斯隔音专注于罗茨风机噪音治理的研究、产品设计生产、维修保养等服务。联系杭州汉克斯隔音，获得罗茨风机降噪设备价格。为您提供现场噪音勘测、分析、以及系统的罗茨风机噪音解决方案和施工一条龙服务。汉克斯保证治理效果达到并优于国家标准，为您免除噪声困扰。案例分析：在杭州余杭某污水处理厂风机车间安装有3台罗茨风机，当风机运行时在风机房内噪声值达到105110分贝，该噪声值远远超出国家标准。噪声分析：风机在一定工况下运转时会产生的噪声，主要包括空气动力性噪声和机械性噪声两大部分，根据罗茨风机噪声的大小、现场条件、噪声控制的要求，可选择的噪声控制措施主要有：安装消声器、加装隔声罩、吸声、隔声、减振及隔振等。解决方案：1、针对罗茨风机声源特性，对罗茨风机安装隔声罩。2、风机房内，墙面及顶面设置吸声层，从噪声的根源降低噪声量；3、风机房预留门、窗孔洞安装隔声门窗，以降低透过门、窗的噪声；4、风机房上层的通风风机外安装通风消声器。5、其他。罗茨风机降噪根据风机噪音治理原理、声源对象、噪声特性、降噪要求、工艺条件以及安装位置等因素进行有针对性地设计保证获得良好减震降噪效果。降噪效果：经治理后，罗茨风机1米处噪声从105 分贝降至80分贝；厂界噪声从95 分贝降至57分贝，达到国家标准。技术实例待索，欢迎广大客户朋友咨询合作罗茨风机降噪，请联系杭州汉克斯隔音，我们将竭诚为您服务。污水处理厂对周遍环境的污染毫无疑问，污水处理厂在改善城市环境、节约水资源、提高居民质量方面发挥了巨大的作用，成为市政和环保工作的重要组成部分。但由于其自身的特殊性，绝大多数污水处理厂在改善城市环境的同时，又成为新的污染源，对周遍环境造成不同程度的污染。主要表现为恶臭、噪声、污泥和出水不能达到国家GB 8978-1996二级排放标准四个方面。2.1 恶臭污水处理厂产生恶臭的污染源主要在进水部分和污泥处理部分，即格栅间、贮泥池、污泥浓缩池、脱水机房以及曝气池等。恶臭的主要成分是氨气、硫化氢、甲硫醇、VFAs、VOCs、细菌和大肠菌。污水及污泥中的恶臭物质向大气扩散受到诸多因素的影响，如水温、水质、处理工艺、污泥龄、周遍建筑物的密度及气象条件等。表1列出了恶臭污染物排放标准(GB1455493)中对恶臭污染物做出的厂界标准值。表2是对天津市纪庄子污水处理厂恶臭污染的检测结果。表1 恶臭污染物厂界标准值项目 一级标准 二级标准 A类 B类臭气浓度 10 20 30注：表中臭气浓度为无量纲的指标。新建污水厂应满足一级标准的要求，改扩建污水厂应满足二级标准类要求，现有污水厂应满足二级标准类要求。表2天津市纪庄子污水处理厂恶臭污染物监测结果源点 硫化氢(mg/m3) 氨(mg/m3) 甲硫醇(mg/m3) 臭气浓度普通曝气池 0.222 0.479 0.084 570储泥池 30.95 0.312 0.347 6500脱水机房 52.72 0.475 0.495 20000由表1、2可见，以天津市纪庄子污水处理厂为例，曝气池、储泥池和脱水机房周遍的臭气浓度比恶臭污染物排放标准中的标准值高19667倍(虽然厂界处的臭气浓度比构筑物周遍的臭气浓度低，但仍远高于标准值)。这不仅影响了周遍居民的生活，而且对污水处理厂工作人员的身体危害较大。2.2 噪声污水处理厂的主要是在污水处理过程中、管道和水流所产生的。噪声对人体的危害是多方面的，尤其是对听觉器官的损伤，长期在强噪声环境下工作可能导致噪声性耳聋。此外，噪声对人体中枢神经系统、植物神经及心血管系统方面的损害也非常严重。一些已建成的污水处理厂由于缺乏足够的噪声隔离设施或是生产设备老化，导致不同程度的噪声超标。以隔音设施改造前的济南市污水处理厂为例。该厂采用射流曝气活性污泥法的处理工艺，风机房预留9台罗茨风机的位置，一期工程先安装2台(风压：73 kPa，风量：112 m3/min，转速：960 r/min，配套电机功率183 kW)。在对隔音设施改造前，厂区噪声严重超标，风机房内噪声平均值达118.8 dB，曝气池靠近送风道处的噪声达111.6 dB，风机房相邻西厂界的噪声达75.5 dB，超过所在区域厂界噪声标准值(夜间)30.5 dB。2这种因机械运转而产生的持续性噪声，对厂区工作人员和周遍居民的危害很大。2.3 污泥自1887年英国伦敦建成世界上第一个污水处理厂以来，全球性的污水处理业就迅猛发展，与此同时也产生了新的污泥。在污水处理过程中，产生的污泥约为污水处理量的1%2%。目前我国的污泥产量约为113.6106 t/年。污水处理厂污泥的来源主要有：格栅间截流的悬浮物、生物处理工艺产生的污泥、投加化学药剂产生的化学污泥、深度处理时过滤等工艺所产生的污泥以及沉砂池、初沉池和二沉池的沉后污泥。污泥中有大量的病原菌、寄生虫(卵)、有机污染物和重金属等有害成份，易腐烂并产生恶臭。目前我国处理污泥的主要方法是运到郊外露天堆放或简单的填埋，仅对少量污泥进行焚烧、堆肥或生物处理。2.4 出水不达标目前，污水处理厂出水能够达到国家二级排放标准的仅为50%，另一半污水则未经有效的处理便排入水体。究其原因，主要是某些污水处理厂年久失修，处理构筑物无法达到设计要求的处理效果；流程中某个构筑物发生故障，必须使用超越管暂时将污水直接排入水体；原水与设计时的水质有明显偏差，可生化性差。污水处理厂对周遍环境的污染，不仅影响了居民的正常生活，而且在一定程度上制约了周遍地区的经济发展，对商业、房地产业、服务业的影响尤其明显。3 对策研究及典型方案介绍污水处理的现代化是和城市的现代化同步进行的。我们过去建设污水处理厂时，通常是着重技术标、商务标，追求低投入，高收益。而现代城市的可持续发展不仅要求技术标、经济标，还要充分地考虑社会(指)标，即对社会及环境的影响。污水处理厂不是只运行一两年，而是要运行三、五十年，甚至更长。我们不能只看眼前的投资额和经济效益，要放眼未来。二十年前，不顾一切大规模砍伐树木成为致富的捷径，今天乱砍乱伐带来的严重后果有目共睹。我们不能让污水处理厂的建设重蹈覆辙。另外，污水处理厂也不是一个孤立的市政环保设施，它从建设之日起，就已经成为城市有机体的重要一环。基于我国污水处理厂的发展现状及国内外已付诸实践的成功经验，可以通过以下几个途径建设污水处理厂，或是对已有的污水处理厂进行改造。3.1 对恶臭和噪声的解决方案3.1.1 方案一：建设花园式厂区为减少恶臭和噪声对周遍环境的影响，设计规范规定污水处理厂与居民生活区的最小距离为300 m。但随着城市的快速发展，城市的外延不断扩大，很多建在郊区的污水处理厂也逐渐被纳入市区的范围。对于已建的污水处理厂，可以采用改进隔声罩设计、加消声器、控制管道噪声、提高房围护结构的隔声能力等措施减小噪声污染。防止恶臭污染的措施主要有给池体加盖；在敞口的和曝气池周遍设多处抽气及活性炭吸附设备；延长曝气池中的污泥龄以减少恶臭污染物。另外，污水处理厂与其他建筑之间，应设置绿化隔离带，这既可以隔离噪声、吸收恶臭、净化空气，又可以美化厂容。植物可以吸收空气中的污染物，例如，地衣、臭椿、山楂、夹竹桃、丁香等吸收二氧化硫的能力较强；垂柳、拐枣、油茶有较强的吸收氟化物的能力；女贞、美人蕉、大叶黄等可吸收一定量的氯。水生植物中的水葫芦、浮萍、金鱼藻、黑藻等既能吸收水中的酚和氰化物，也可吸收汞、铅、镉、砷等重金属污染物。另外，植物叶片皱糙的表面和分泌的油脂可吸附粉尘。污染物被植物吸收后，有的被分解为营养物质，有的形成络合物，从而降低了污染物的毒性。例如，当酚这种有害物质进入植物体后，其中的大部分参加糖代谢，与糖结合成酚糖苷，贮存于植物的细胞体内(对植物无害)；另一部分形成游离酚，而后被多酚氧化酶和过氧化物酶氧化分解，变成二氧化碳、水和其他无毒的化合物，解除其毒性。一般情况下，酚被植物吸收57 d后即被分解。污水处理厂的出水可以作为景观用水。在污水处理厂旁建造一个人工湖，其出水直接排进湖内，该湖既可供游玩，又可作为最终净化塘，截留出水中的残余固体并使出水稳定化，这实际上起到了深度处理(三级处理)的功能。污水在湖内的最佳停留时间为12 d，这样可限制藻类的生长。另外，湖内污泥的累积率很低，只需每年清理一次，降低了运行成本。美国洛杉矶亥佰龙污水处理厂在易产生恶臭的各构筑物周遍(如格栅间、沉砂池、中间泵站、反应器、泥饼仓库等)架设了24个塔式(以次氯酸钠或氢氧化钠为填料)和17个活性炭塔(以天然活性炭为填料)，以达到净化空气，改善厂区空气质量的目的。石家庄市桥西污水处理厂是我国花园式污水处理厂的典型。该厂处理规模：16104 m3/d，总投资额：1.53亿元，厂区占地面积：14 hm2，绿化覆盖率为48%。厂区绿化以大面积的草坪为基调，配以高大的树木和低矮的绿篱灌木，以及典雅别致的假山、亭榭、长廊、藤架、彩灯和喷泉。此外还有柿子园、葡萄园、碧桃园、月季园，实现了三季有花，秋季有果。绿化布局错落有致，独具特色。3.1.2 方案二：建设全封闭的污水处理厂目前对恶臭的主要处理方法有焚烧法、催化氧化法、化学吸附法、酸碱洗涤法、活性炭吸附法、土壤脱臭法、生物脱臭法等。而能否有效地收集臭气是解决恶臭污染问题的关键。建设全封闭污水处理厂，通过集气装置将其中的臭气收集，再经过适当的处理即可有效地防止恶臭污染。而将处理构筑物集中建在一个封闭的区域内，再增加相应的围护结构和隔声设施，则可有效地隔离噪声。全封闭污水处理厂有两种类型，一种是将污水处理厂建在“室内”，其顶部可以修建花园、游乐场等设施；另一种是地下污水处理厂。具体参见更多相关技术文档。 “室内”污水处理厂美国纽约的北河污水处理厂就很具有代表性。该厂位于寸土万金的纽约曼哈顿岛上，为节约空间，厂区建在一座大桥下面的滩涂上，并沿河岸向河床适度拓展。污水处理厂顶部建造了一座公园，公园内