週四,三月24 2011 18:00

工程噪聲控制

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理想情況下,最有效的噪聲控制方法是首先防止噪聲源進入工廠環境——通過建立有效的“安靜購買”計劃,為工作場所提供專為低噪聲輸出而設計的設備。 為實施這樣的計劃,必須設計一份清晰、良好的規範說明,以限制新工廠設備、設施和工藝的噪聲特性,以將噪聲危害考慮在內。 一個好的程序也建立在監控和維護方面。

一旦安裝了設備並通過聲級測量確定了過多的噪聲,控制噪聲的問題就變得更加複雜。 然而,有可用的工程控制,可以對現有設備進行改造。 此外,通常每個問題都有不止一個噪聲控制選項。 因此,對於管理噪聲控制計劃的個人而言,確定在每種給定情況下可用於降低噪聲的最可行和最經濟的方法變得很重要。

控制工廠和產品設計中的噪音

使用書面規範來定義設備及其安裝和驗收的要求是當今環境中的標準做法。 工廠設計師在噪聲控制領域最重要的機會之一是影響新設備的選擇、購買和佈局。 如果編寫和管理得當,通過購買規範實施“安靜購買”計劃可以證明是控制噪音的有效方法。

在設施設計和設備採購階段控制噪聲的最積極主動的方法存在於歐洲。 1985 年,歐洲共同體 (EC) 的十二個成員國(現為歐盟 (EU))採用了“新方法”指令,旨在解決廣泛的設備或機械類別,而不是針對每種類型的設備製定單獨的標準。 到 1994 年底,已經發布了三個包含噪聲要求的“新方法”指令。 這些指令是:

  1. 指令 89/392/EEC,有兩個修正案 91/368/EEC 和 93/44/EEC
  2. 89/106/EEC 指令
  3. 指令 89/686/EEC,含一項修正案 93/95/EEC。

 

上面列出的第一項 (89/392/EEC) 通常稱為機械指令。 該指令迫使設備製造商將噪聲控製作為機器安全的重要組成部分。 這些措施的基本目標是,對於在歐盟內銷售的機械或設備,它必須滿足有關噪音的基本要求。 因此,自 1980 世紀 XNUMX 年代後期以來,有興趣在歐盟進行營銷的製造商一直非常重視低噪音設備的設計。

對於試圖實施自願“安靜購買”計劃的歐盟以外的公司,取得的成功程度在很大程度上取決於整個管理層的時機和承諾。 該計劃的第一步是為建造新工廠、擴建現有設施和購買新設備建立可接受的噪音標準。 為使該計劃有效,買方和賣方都必須將規定的噪聲限值視為絕對要求。 當產品不符合其他設備設計參數,如尺寸、流量、壓力、允許溫升等時,將被公司管理層視為不可接受。 為了實現成功的“安靜購買”計劃,必須遵守關於噪音水平的相同承諾。

關於上述時間方面,在設計過程中越早考慮項目或設備採購的噪聲方面,成功的可能性就越大。 在許多情況下,工廠設計師或設備購買者可以選擇設備類型。 了解各種備選方案的噪聲特性將使他或她能夠指定更安靜的方案。

除了選擇設備外,儘早參與工廠內設備佈局的設計也很重要。 在項目的設計階段,在紙上移動設備顯然比以後實際移動設備要容易得多,尤其是在設備投入運行後。 一個簡單的規則是讓機器、流程和工作區域的噪音水平大致相等; 以中等噪音水平的緩衝區分隔特別嘈雜和特別安靜的區域。

將噪聲標準作為一項絕對要求進行驗證需要來自工程、法律、採購、工業衛生和環境等部門的公司人員通力合作。 例如,工業衛生、安全和/或人事部門可以確定設備所需的噪音水平,以及進行聲音調查以使設備合格。 接下來,公司工程師可能會編寫採購說明書,以及選擇安靜類型的設備。 採購代理很可能會管理合同並依靠法律部門代表協助執行。 所有這些各方的參與應從項目啟動開始,並通過資金申請、規劃、設計、投標、安裝和調試繼續進行。

除非供應商或製造商承擔合規責任,否則即使是最詳盡、最簡潔的規範文件也沒有多大價值。 必須使用明確的合同語言來定義確定合規性的方法。 應查閱並遵守旨在製定擔保的公司程序。 可能需要包括對違規行為的處罰條款。 一個人的執行策略中最重要的是購買者承諾看到要求得到滿足。 在噪音標准上妥協以換取成本、交貨日期、性能或其他讓步應該是例外而不是規則。

在美國,ANSI 發布了標準 ANSI S12.16: 新機械噪聲規範指南 (1992)。 該標準是編寫公司內部噪聲規範的有用指南。 此外,該標準還為從設備製造商處獲取聲級數據提供了指導。 一旦從製造商那裡獲得數據,工廠設計人員就可以在規劃設備佈局時使用這些數據。 由於準備本標準的設備和工具種類繁多,因此沒有適用於聲級數據測量的單一測量協議。 因此,該標準包含有關用於測試各種固定設備的適當聲音測量程序的參考信息。 這些調查程序是由美國負責特定類型或類別設備的適當行業或專業組織製定的。

改造現有設備

在決定需要做什麼之前,有必要確定噪聲的根本原因。 為此,了解噪聲是如何產生的是很有用的。 噪音大部分是由機械衝擊、高速氣流、高速流體流動、機器的振動表面區域產生的,而且通常是由製造的產品產生的。 至於最後一項,在金屬製造、玻璃製造、食品加工、採礦等製造和加工業中,產品和機器之間的相互作用通常會產生產生噪音的能量。

來源識別

噪聲控制最具挑戰性的方面之一是識別實際來源。 在典型的工業環境中,通常有多台機器同時運行,這使得很難確定噪聲的根本原因。 當使用標準聲級計 (SLM) 評估聲學環境時尤其如此。 SLM 通常在特定位置提供聲壓級 (SPL),這很可能是多個噪聲源的結果。 因此,測量員有責任採用一種系統的方法來幫助分離出各個來源及其對整體 SPL 的相對貢獻。 以下調查技術可用於幫助識別噪聲的來源或來源:

  • 測量頻譜並繪製數據圖。
  • 測量聲級,以 dBA 為單位,作為時間的函數。
  • 比較來自類似設備或生產線的頻率數據。
  • 使用臨時控件隔離組件,或盡可能通過打開和關閉單個項目來隔離組件。

 

定位噪聲源最有效的方法之一是測量其頻譜。 一旦數據被測量,將結果繪製成圖表是非常有用的,這樣人們可以直觀地觀察源的特徵。 對於大多數降噪問題,可以使用與 SLM 一起使用的全 (1/1) 或三分之一 (1/3) 倍頻程濾波器來完成測量。 1/3 倍頻程測量的優點是它可以提供有關設備發出的信號的更詳細信息。 圖 1 顯示了在九活塞泵附近進行的 1/1 和 1/3 倍頻程測量之間的比較。 如圖所示,1/3 倍頻程數據清楚地識別了泵浦頻率及其許多諧波。 如果僅使用 1/1 或全倍頻程數據(如圖 1 中實線所示並繪製在每個中心頻帶頻率處),則診斷泵內發生的情況變得更加困難。 對於 1/1 倍頻程數據,在 25 赫茲 (Hz) 和 10,000 赫茲之間共有九個數據點,如圖所示。 然而,使用 27/1 倍頻程測量,此頻率範圍內共有 3 個數據點。 顯然,1/3 倍頻程數據將為識別噪聲的根本原因提供更有用的數據。 如果目標是從源頭控制噪聲,則此信息至關重要。 如果唯一的興趣是處理聲波傳播的路徑,那麼 1/1 倍頻程數據就足以選擇聲學上合適的產品或材料。

圖 1. 1/1 和 1/3 倍頻程數據的比較

諾伊060F1

圖 2 顯示了在距液體冷卻器壓縮機的交叉管 1 英尺處測得的 3/3 倍頻程頻譜與在大約 25 英尺外測得的背景電平之間的比較(請注意腳註中給出的近似值)。 這個位置代表員工通常穿過這個房間的一般區域。 在大多數情況下,壓縮機房通常不會被工人佔用。 唯一的例外是當維護人員正在修理或檢修房間內的其他設備時。 除了壓縮機外,該區域還有其他幾台大型機器在運行。 為了幫助識別主要噪聲源,在每個設備項目附近測量了幾個頻譜。 當將每個頻譜與人行道背景位置的數據進行比較時,只有壓縮機單元的交叉管顯示出相似的頻譜形狀。 因此,可以得出結論,這是控制在員工走道上測得的水平的主要噪聲源。 因此,如圖 2 所示,通過使用在設備附近測得的頻率數據,並以圖形方式將各個來源與員工工作站或其他感興趣區域記錄的數據進行比較,通常可以識別主要噪聲源 清晰。

圖 2. 交叉管與背景水平的比較

諾伊060F2

當聲級波動時,與循環設備一樣,測量整體 A 加權聲級與時間的關係很有用。 使用此過程,重要的是觀察和記錄隨時間推移發生的事件。 圖 3 顯示了在一個完整的機器週期內在操作員工作站測得的聲級。 圖 3 中描述的過程代表了產品包裝機的過程,其循環時間約為 95 秒。 如圖所示,96.2 dBA 的最大噪音水平發生在壓縮空氣釋放期間,進入機器循環 33 秒。 圖中還標記了其他重要事件,從而可以識別整個包裝週期中每個活動的來源和相對貢獻。

圖 3. 包裝操作員工作站

諾伊060F3

在有多條生產線和同一設備的工業環境中,將類似設備的頻率數據相互比較是一項值得努力的工作。 圖 4 描述了兩條相似生產線的比較,兩條生產線生產相同的產品並以相同的速度運行。 該過程的一部分涉及使用氣動裝置在產品上打一個半英寸的孔作為其生產的最後階段。 對該圖的檢查清楚地表明,線路 #1 的總聲級比線路 #5 高 2 dBA。 此外,線#1 描繪的頻譜包含基頻和許多未出現在線#2 的頻譜中的諧波。 因此,有必要研究造成這些差異的原因。 顯著差異通常表明需要維護,例如 2 號線的最終沖壓機構的情況。 然而,這一特殊的噪聲問題需要額外的控制措施,因為 1 號線的總體水平仍然相對較高。 但這項調查技術的重點是確定類似設備和流程之間可能存在的不同噪音問題,這些問題可以通過有效維護或其他調整輕鬆解決。

圖 4. 相同生產線的最終沖壓操作

諾伊060F4

如上所述,SLM 通常提供包括來自一個或多個噪聲源的聲能的 SPL。 在最佳測量條件下,最好在關閉所有其他設備的情況下測量每一項設備。 雖然這種情況是理想的,但關閉工廠以隔離特定來源的做法很少見。 為了規避這一限制,對某些噪聲源使用臨時控制措施通常是有效的,這些措施將提供一些短期噪聲降低,以便允許對另一個源進行測量。 一些可以暫時減少噪音的可用材料包括膠合板外殼、隔音毯、消音器和屏障。 通常,這些材料的永久應用會產生長期問題,例如熱量積聚、干擾操作員的操作或產品流動,或者與消音器選擇不當相關的代價高昂的壓降。 然而,為了協助隔離單個組件,這些材料可以作為短期控制有效。

另一種可用於隔離特定機器或組件的方法是打開和關閉不同的設備或生產線的各個部分。 為了有效地進行這種類型的診斷分析,該過程必須能夠在所選項目關閉的情況下運行。 接下來,要使此程序合法,關鍵是製造過程不得以任何方式受到影響。 如果過程受到影響,則測量值完全有可能無法代表正常條件下的噪聲水平。 最後,所有有效數據都可以按總 dBA 值的大小進行排序,以幫助確定工程噪聲控制設備的優先級。

選擇適當的噪聲控制選項

一旦確定了噪聲的原因或來源,並且知道它如何輻射到員工的工作區域,下一步就是確定可用的噪聲控制選項。 用於控制幾乎所有健康危害的標準模型是檢查適用於源、路徑和接收器的各種控制選項。 在某些情況下,控制這些元素之一就足夠了。 然而,在其他情況下,可能需要對不止一種元素進行處理才能獲得可接受的噪聲環境。

噪聲控製過程的第一步應該是嘗試某種形式的源處理。 實際上,源修改解決了噪聲問題的根本原因,而使用屏障和外殼控制聲音傳輸路徑只能治療噪聲的症狀。 在機器內有多個噪聲源且目標是處理噪聲源的情況下,有必要逐個組件地解決所有噪聲生成機制。

對於機械衝擊產生的過大噪音,要研究的控制方案可能包括降低驅動力、減小部件之間的距離、平衡旋轉設備和安裝隔振配件的方法。 對於高速氣流或流體流動產生的噪音,主要的修改是降低介質的速度,假設這是一個可行的選擇。 有時可以通過增加相關管道的橫截面積來降低速度。 必須消除管道中的障礙物以實現流線型流動,這反過來又會減少輸送介質中的壓力變化和湍流。 最後,安裝尺寸合適的消音器或消聲器可以顯著降低整體噪音。 應諮詢消音器製造商,以根據購買者規定的操作參數和限制條件選擇合適的設備。

當機器的振動表面區域充當空氣噪聲的共鳴板時,控制選項包括降低與噪聲相關的驅動力、從較大的表面區域創建較小的部分、表面穿孔、增加基材剛度或質量,以及阻尼材料或隔振配件的應用。 關於隔振和阻尼材料的使用,應諮詢產品製造商以幫助選擇合適的材料和安裝程序。 最後,在許多行業中,實際製造的產品通常是空氣傳播聲音的有效輻射器。 在這些情況下,重要的是評估在製造過程中緊密固定或更好地支撐產品的方法。 另一個需要研究的噪聲控制措施是減少機器和產品之間、產品本身的各個部分之間或不同產品之間的衝擊力。

通常過程或設備的重新設計和來源修改可能被證明是不可行的。 此外,在某些情況下,幾乎不可能確定噪聲的根本原因。 當存在上述任何一種情況時,採用控制措施對聲音傳播路徑進行處理,將是降低整體噪聲級的有效手段。 路徑處理的兩個主要減排措施是隔音罩和屏障。

在當今市場上,隔音罩的發展非常先進。 多家製造商均提供現成和定制的外殼。 為了採購合適的系統,買方有必要提供有關當前總體噪聲水平(可能還有頻率數據)、設備尺寸、降噪目標、產品流和員工訪問需求的信息,以及任何其他操作限制。 然後供應商將能夠使用此信息來選擇庫存項目或製造定制外殼以滿足買方的需求。

在許多情況下,設計和構建機櫃可能比購買商業系統更經濟。 在設計箱體時,如果要使箱體在聲學和生產方面都令人滿意,則必須考慮許多因素。 圍護結構設計的具體指導方針如下:

外殼尺寸。 對於機櫃的大小或尺寸沒有嚴格的指導方針。 最好的規則是 越大越好. 提供足夠的間隙以允許設備在不接觸外殼的情況下執行所有預期運動至關重要。

圍牆。 外殼提供的降噪效果取決於牆壁構造中使用的材料以及外殼的密封程度。 應使用以下經驗法則確定圍護牆的合適材料選擇 (Moreland 1979):

  • 對於沒有內部吸收的外殼:

TL要求=NR+20 分貝

  • 約 50% 的內部吸收:

TL要求=NR+15 分貝

  • 100% 內部吸收:

TL要求=NR+10 分貝。

在這些表達式中 TL要求 是外殼壁或面板所需的傳輸損耗,NR 是滿足減排目標所需的降噪量。

密封件。 為獲得最大效率,所有外殼壁接縫必須緊密配合。 管道穿孔、電線等周圍的開口應用矽填縫劑等非硬化膠泥密封。

內部吸收。 為了吸收和消散聲能,外殼的內表面區域應襯有吸聲材料。 應該使用源的頻譜來選擇合適的材料。 製造商公佈的吸收數據為將材料與噪聲源相匹配提供了依據。 將最大吸收係數與具有最高聲壓級的聲源頻率相匹配非常重要。 產品供應商或製造商還可以根據信號源的頻譜協助選擇最有效的材料。

外殼隔離. 重要的是外殼結構與設備分開或隔離,以確保機械振動不會傳遞到外殼本身。 當機器的部件(例如管道穿孔)確實與外殼接觸時,重要的是在接觸點安裝振動隔離配件以短路任何潛在的傳輸路徑。 最後,如果機器引起地板振動,那麼外殼的底部也應該用隔振材料處理。

提供產品流. 與大多數生產設備一樣,需要將產品移入和移出外殼。 使用聲學襯裡的通道或隧道可以允許產品流動並且還提供聲學吸收。 為盡量減少噪音洩漏,建議所有通道的長度都是隧道或渠道開口最大尺寸的內部寬度的三倍。

提供工人訪問。 可以安裝門窗以提供對設備的物理和視覺訪問。 至關重要的是,所有窗口都至少具有與圍牆相同的傳輸損耗特性。 接下來,所有檢修門必須緊緊密封所有邊緣。 為防止設備在門打開時運行,建議包含一個聯鎖系統,該系統僅在門完全關閉時才允許運行。

外殼通風. 在許多外殼應用中,會積聚過多的熱量。 要使冷卻空氣通過外殼,應在出口或排放管道上安裝容量為 650 至 750 立方英尺/米的鼓風機。 最後,進氣管和排氣管應襯有吸收材料。

吸收材料的保護. 為防止吸收性材料被污染,應在吸收性襯裡上應用防濺屏障。 這應該是一種非常輕的材料,例如一密耳的塑料薄膜。 吸收層應使用金屬網、穿孔金屬板或五金布保留。 飾面材料應至少有 25% 的開放面積。

另一種聲音傳輸路徑處理方法是使用隔音屏障來阻擋或屏蔽接收器(處於噪聲危害風險中的工人)免受直接聲音路徑的影響。 聲屏障是一種高傳輸損耗材料,例如固體隔板或牆壁,插入噪聲源和接收器之間。 通過阻擋到聲源的直接視線路徑,屏障使聲波通過房間內不同表面的反射和屏障邊緣的衍射到達接收器。 結果,接收器位置的整體噪聲水平降低了。

屏障的有效性是其相對於噪聲源或接收器的位置及其整體尺寸的函數。 為了最大程度地降低潛在的噪音,屏障的位置應盡可能靠近聲源或接收器。 接下來,屏障應該盡可能高和寬。 為了有效地阻擋聲音路徑,高密度材料,大約為 4 至 6 磅/英尺3, 應該使用。 最後,屏障不應包含任何開口或間隙,這會大大降低其有效性。 如果有必要包括一個用於觀察設備的窗口,那麼重要的是該窗口的聲音傳輸等級至少與阻隔材料本身相當。

減少工人噪音暴露的最後一個選擇是對員工工作的空間或區域進行處理。 此選項最適用於員工活動限制在相對較小區域的工作活動,例如產品檢驗或設備監控站。 在這些情況下,可以安裝隔音隔間或遮蔽物以隔離員工並緩解過高的噪音水平。 只要輪班的大部分時間都在避難所內度過,每天的噪音暴露就會減少。 要建造這樣的避難所,應參考前面描述的圍欄設計指南。

總之,實施有效的“購買安靜”計劃應該是全面控制噪音的第一步。 這種方法旨在防止購買或安裝任何可能存在噪音問題的設備。 然而,對於那些已經存在過高噪聲水平的情況,則有必要係統地評估噪聲環境,以便為每個單獨的噪聲源開發最實用的工程控制選項。 在確定實施噪聲控制措施的相對優先級和緊迫性時,應考慮員工暴露、空間佔用和整體區域噪聲水平。 顯然,期望結果的一個重要方面是為投資的貨幣資金獲得最大程度的員工噪聲暴露減少,同時確保最大程度的員工保護。

 

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更多內容 11071 最後修改於 13 年 2011 月 21 日星期四 28:XNUMX

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