[案例解析]三大技术措施解决污水处理厂罗茨风机噪声及振动讲解

摘要：某城市污水处理厂采用射流曝气活性污泥法处理工艺，送风用罗茨风机，噪声污染十分严重。在采取改进隔声罩设计、加接消声器、控制管道再生噪声、提高风机房围护结构隔声能力等综合治理措施后，其噪声污染已控制到国家允许标准以下。

关键词：噪声控制 罗茨风机 综合治理

　　山东省某污水处理厂全套引进国外技术与设备，采用射流曝气活性污泥法处理工艺。送风选用罗茨风机，型号为RV73.5L2G，德国制造。主要技术参数：风压73kPa，风量112m³/min，转速960r/min，配套电机功率183kW。风机房共安装了9台罗茨风机，目前正常生产只开2台，将来二期工程投产后需开4台。
　　虽然工程设计时已采取了对罗茨风机加隔声罩等噪声控制措施，但运行后鼓风曝气系统噪声污染仍然十分严重。风机房内噪声平均值达118.8dB(A)；曝气池靠近送风道处的噪声达111.6dB(A)；风机房相邻西厂界噪声达75.5dB(A)，超过所在区域厂界噪声标准值(夜间)30.5dB(A)。

　　1 罗茨风机隔声罩的改进设计

　　罗茨风机是一种强噪声的机电产品，其噪声主要包括进气口和排气口辐射的空气动力性噪声、机壳及轴承辐射的机械性噪声、基础振动辐射的噪声、电动机噪声^［1］。
　　在原工程设计中已采取了一定的噪声控制措施，主要有：给每一台罗茨风机加隔声罩，罩外壁材料为玻璃钢，内壁材料为穿孔钢板，中间填玻璃棉。罗茨风机进气口加消声器、空气滤清器，它们横卧于罩内。风机所需空气通过一根直径420mm玻璃钢管由室外引入隔声罩内，室外进气口加有玻璃钢材料制作的阻性消声器，见图1。

　　罗茨风机加隔声罩可有效降低其机壳及轴承辐射的机械性噪声、电动机噪声；进气口加消声器可有效降低进气口辐射的空气动力性噪声。为了解决机器散热，利用罗茨风机工作时罩内形成的负压吸入外界空气冷却，这种降温方法从技术上也是合理的。
　　水厂投入运行后发现隔声罩门不能关闭，否则跳闸，罗茨风机不能正常工作。在隔声罩门打开的情况下，隔声罩已基本无降噪作用。分析失败的原因有三方面：
　　① 气流组织不合理。原设计中隔声罩进气口和罗茨风机进气口均位于隔声罩内上部，气流形成短路，位于隔声罩下部的电动机等部件得不到有效冷却。
　　② 隔声罩进气口截面积较小，进气阻力较大，增加了罗茨风机负荷。
　　③ 隔声罩为了保证有效隔声，除密闭性好外，还使用了较厚的玻璃棉材料。它既是吸声材料，也是保温材料，因此隔声罩散热能力很差。本工程中的鼓风机是间歇工作，在非工作时间，罩内不形成负压，罩外空气不能进入罩内起散热作用，鼓风机再工作时环境温度将较高。
　　为了节省治理费用，在工程设计时没有重新设计隔声罩，而是根据对失败原因的分析，对原隔声罩进行了改进，采取的措施从比较图1(b)与图1(a)中可看出，主要有：
　　① 将隔声罩进气口从罩上方改到下方，使气流能够流经电动机与罗茨风机机体，对它们进行冷却。
　　② 进气口截面积从0.126m²增加到0.384m²。
　　③ 进气口由室外进风改为室内进风，不仅减少通风阻力，而且改善了风机房内通风状况。
　　④ 进气口配用了折板式阻性消声器。
　　⑤ 在罩内增设新的强制通风设施。在隔声罩上方加一排气扇，它仅在罗茨风机不工作时运行；排气扇外加装消声器，以降低从排气口泄出的噪声；在排气扇与消声器间设简易逆止阀，以防止罗茨风机工作时室外气流由此进入。
　　⑥ 将罗茨风机泄压口由室外移至隔声罩内，并配用消声器，其对外环境影响可忽略。采取上述措施后，即使在夏季最热天气，隔声罩门也不需要打开，隔声罩的降噪作用得到保障。工程竣工后测量，罩内噪声为106.8dB(A)，罩外进气口处噪声已降至82.5dB(A)。

　　2 罗茨风机排气口消声器的设计

　　在原工程设计中，虽然重视了罗茨风机进气口噪声控制，但却没有重视排气口噪声控制，这是噪声控制失败的另一个主要原因。罗茨风机排气口噪声很强，他不仅通过排气管道向外辐射，而且能够激起排气管道产生强烈的再生噪声。
选择罗茨风机隔声罩内靠近风机排气口处作测点①，选择罗茨风机隔声罩外汇流管下靠近风机排气管处作测点②。用B&K2230声级计和B&K1625带通滤波器测量了A声级和噪声频谱，测量结果见表1。

　　隔声罩有一定的隔声量，因此罩外测点②的A声级应低于罩内测点①，但实际测量值反之，说明罩外有其他强噪声存在，这就是管道再生噪声。从噪声频谱差别也可看到这一点，罩内测点噪声呈明显中低频特性，这是风机的频谱特点^［1］；罩外测点噪声呈明显中高频特性，这是再生噪声的频谱特点。根据两个声级合成计算公式，可推算出再生噪声达116.1dB(A)。
　　管道传声是固体传声，随传播距离增加衰减很小，因此整个管道均向外辐射噪声，成为典型的线声源。本工程地面以上管道长达300 m，所以污染情况相当严重。由上面分析可知，降低罗茨风机排气口气流噪声是本工程另一个重要措施。加装消声器是降低气流噪声的有效手段，根据罗茨风机噪声频谱，设计了阻抗复合式消声器，其结构见图2。

　　该消声器有下列技术特点：
　　① 为方便制造和维护，消声器分成阻性、抗性两段，中间以标准法兰相连接。
　　② 吸声材料选用离心玻璃棉毡，为了提高低频消声效果，消声器阻性段离心玻璃棉毡厚度设计为150mm。
　　③ 消声器有效长度增加，可提高消声量。设计时将原罗茨风机排气口逆止阀到风量调节阀之间“S”形管道改为“L”形，降低了风量调节阀高度，从而使消声器长度增加，消声器有效长度已达1800mm。
　　④ 消声器出口直径大于进口直径，有效通道截面积增加近1倍，使进入汇流管的气流速度由原来的23.2m/s降低为12.3m/s，减少了对汇流管的撞击，达到了降低再生噪声的目的。
　　⑤采取特别结构措施，保证使用安全。本工程通过气体压力高达73kPa，而国内定型生产的各类罗茨风机消声器限定通过气体压力低于50kPa^［2］。
　　罗茨风机排气口加装消声器后，对汇流管还采取了下列再生噪声控制措施：
　　① 减少管道截面变化。原汇流管由三个不同直径段组成，现统一为一种直径，降低了由于管道截面变化引起的涡流噪声。
　　② 增大管道直径。原汇流管最大直径800mm，现增至1100mm，降低了风速，可降低涡流噪声，也减少了“T”形口处气流对管壁的撞击，从而降低机械振动噪声。
　　③ 改善管道支撑。汇流管通过钢箍固定于支架，将原固定于电缆沟盖板上的支架改为直接固定在地面上。在汇流管与钢箍间垫橡胶条以增加管道振动阻尼。
　　采取上述措施后，测点②噪声已从116.2dB(A)降至87.8dB(A)，在室外主送风道入口处再加装一台阻抗复合式消声器后，曝气池靠近送风道处噪声已由111.6dB(A)降至63.8dB(A)。

　　3 提高风机房围护结构隔声量的措施

　　污水处理厂所在区域厂界噪声夜间标准为45dB(A)，经过计算，采取上述措施后还不能达标。然而，再对罗茨风机本身采取进一步噪声控制措施，不仅存在技术困难，而且费用较高，故采取提高风机房围护结构隔声量的办法，主要措施为：
　　① 风机房门改为隔声门。原来的门为普通木门，而且门缝较大，实测隔声量不足10dB(A)。为此，参照J649国家标准图制作了隔声门，设计隔声量25dB(A)。
　　② 风机房临厂界西侧窗户封砌，东侧窗户改为隔声窗，供采光。为了降低治理费用，隔声窗系在原有窗户内侧再加装一层固定玻璃窗做成，两层窗户间作吸声处理。
　　③ 在东墙下部进风口设置消声进风柜。进风口有效面积根据二期工程完工后所需进风量确定，风速控制在6m/s。消声进风柜的消声片厚度设计为80mm，片间距为100mm，消声片可从柜中抽出，以便清扫积尘。
　　④ 在西墙设两台低噪声排气扇，并配消声器。排气扇是为夏季通风降低室内气温用。
　　⑤ 满铺吸声吊顶。吸声吊顶不仅降低了风机房内的混响噪声，而且提高了隔声薄弱的屋顶的隔声量。
　　噪声治理工程已经竣工，市环境监测站在开动4台罗茨风机情况下(今后可能有的最大工况)测量，风机房内噪声平均值已降至85.5dB(A)；厂界噪声降至43.5dB(A)，达到国家有关噪声标准。

　　参考文献：
　　［1］智乃刚，等.风机噪声控制技术［M］.北京：机械工业出版社，1985.
　　［2］吕玉恒，等.噪声与振动控制设备及材料选用手册［M］.北京：机械工业出版社，1999.