新建卷包车间噪声防治的思考

摘　要　在基于对目前卷包车间噪声产生原因和特点分析的基础上，提出新建卷包车间噪声防治的方法，并对采用的降噪方法进行了分析。

　　关键词　噪声混响声吸声系数降噪量

　　由于卷烟行业的特殊性，随着卷包作业摒弃了以前人工捧烟装箱环节，采取卷接与包装联机作业的方式来提高卷包效率和质量，以及高速机组的使用，使得噪声问题成为改善卷包车间作业环境的顽疾。根据测量，卷接机一般在87dB（A）～92dB（A）、包装机组一般85dB（A）～90dB（A），近年来引进的高速卷包机组噪声还有所增加。上海卷烟厂通过技术改造设备装备能力和作业环境发生了巨大变化，上海烟草（集团）公司在“十一五”规划中计划在上海卷烟厂再新建50万箱的卷包车间以扩大产能，因此对于相应环境配套设施的思考刻不容缓。由于卷包车间噪声治理在行业内尚无较为成熟的经验可供参考，因此结合目前上海卷烟厂卷包车间的噪声状况对新建卷包车间噪声防治作一初步思考。

　　1噪声源的情况

　　1.1主要噪声来源

　　卷包车间噪声来源不仅有卷包设备运行过程中产生的噪声，还有其它非卷包设备噪声，如人声、运输设备、物料碰撞声，由于持续时间较短且被掩蔽，所以不作考虑。在本文中讨论的卷包车间噪声主要来源如下：

　　（1）卷包设备的机械摩擦、撞击、周期性作用力噪声；机械结构振动辐射的结构噪声；空气动力性喷注、周期性激发噪声。

　　（2）物料输送管道内物料与管壁的摩擦声。

　　（3）风力输送管道内空气动力性喷注噪声。

　　1.2噪声测定情况分析

　　经过对目前上海卷烟厂在用的所有卷包设备噪声测量，测得噪声基本情况见表1。

　　为便于分析，另外选取目前上海卷烟厂的主力卷包设备机型作为测量对象，对机型较旧如SASIB包装机不作测量分析。随机选取同类型设备各3台（除特殊说明外）进行噪声频谱分析，求其算术平均值见下表2。

　　表1　卷包设备噪声源情况表

　　表2　卷包设备主力机型噪声测定记录表

　　图1 PROTOS卷接机频谱图

　　图2 FOCKE包装机频谱图

　　图3 GD包装机频谱图

　　图4 ALFA包装机频谱图

　　噪声频谱分析如下：

　　由图1-图4的声压分布情况可以得出以下规律：

　　（1）卷接设备噪声主要集中在中高频，峰值在1kHz-2kHz，然后声压级呈下降趋势。

　　（2）包装设备噪声主要集中在中频段，峰值在1kHz，然后声压级呈下降趋势。

　　1.3噪声的标准与主要危害

　　1.3.1《工业企业噪声卫生标准》（GBZ1-2002）中规定：“工业企业生产车间和作业场所的工作地点的噪声标准为85分贝（A）。现有工业企业经过努力暂时达不到标准时，可适当放宽，但不得超过90分贝（A）”。详见下表3。

　　表3　工业企业噪声卫生标准

　　1.3.2噪声的直接危害表现在损伤听力。噪声可以使人造成暂时性的或持久性的听力损伤，后者即耳聋。一般说来，85分贝以下的噪声不致于危害听觉，而超过85分贝则可能发生危险。下表4是不同噪声级下长期工作时，耳聋发病率的统计情况。

　　表4　工作40年后噪声性耳聋发病率（%）

　　由表4可见，90分贝的噪声，耳聋发病率明显增加。但是，即使是高达90分贝的噪声，一般也只是产生暂时性的病患，休息后即可恢复。因此噪声的危害，关键在于它的长期作用。另外噪声还会对人体的生理产生影响，比如噪声会引起人体紧张的反应，唾液、胃液分泌减少，影响内分泌机能等。

　　2噪声产生原因分析

　　2.1设备原因

　　（1）卷包设备在长时间使用和维护后，尤其是大部分设备都使用了十年左右，设备原有的隔噪器件老化，设备缝隙增加或扩大，导致隔噪性能下降。

　　（2）设备本身噪声防治设计缺陷产生的噪声。例如新引进的设备FOCKE700S包装机防护罩缝隙较大，隔声效果不理想。但是PROTOS2-2采用全罩式生产隔声效果与PROTOS100相近。

　　（3）一些设备由于条件限制无法安装防护罩或隔声装置，另外还有一些设备防护罩密闭程度不佳导致噪声产生。

　　（4）各个料管未采取隔噪措施。

　　2.2内部构筑与装修原因

　　（1）车间内采用砖砌抹灰（漆）墙面、大理石地坪均为光滑表面，几乎没有吸声效果。导致室内混响声增加。车间顶部采用满铺压花石膏板吊顶，石膏板离屋顶有1.5米的空间有一定的低频段吸声效果，但是效果一般。

　　（2）各个料管、风管的连接与吊装未采用柔性或弹性防护措施

　　（3）卷包设备间隔较小，声音的干涉增加。

　　3噪声防治措施与效果分析

　　一般来说噪声控制途径有三种，一是在声源上进行主动治理；二是在传播途径上加以控制；三是在接受者身上采取隔离措施，减小噪声对接受者的危害，即噪声的个体防护，在本文中不作讨论。

　　3.1针对声源的噪声防治

　　彻底消除噪声只有对声源进行控制、改造，才能收到事半功倍的效果。当然从声源上根治噪声会受到各种条件和环境的限制，尤其是在卷包设备引进后本体噪声比较难以进行防治，但是可以对设备进行一些局部的改进，在一些安装调试环节采取一定的预防措施可以降低噪声的产生。

　　3.1.1在新设备选型时同步考虑噪声影响，尽可能根据作业时间选用符合《工业企业噪声卫生标准》（见表3）的设备，同时要求设备制造商提供与设备相匹配的隔振器或阻尼配件，即选用低噪低振动的卷包设备将设备的本体噪声控制在最低限度。

　　3.1.2对原有的老化或脱落的隔声或吸声材料应重新更换，恢复和保障其隔声或吸声性能。

　　3.1.3对防护罩尤其是同时具备隔声作用的防护罩要确保密闭，减少人为开洞（孔），对存在的缝隙要进行适当改造提高其密闭性能。

　　原因分析：目前包装机防护罩多采用聚氯乙稀塑料板材，一般5mm厚的聚氯乙稀塑料板密度在7.6kg/m2，则平均隔声量在26.8dB左右。如果完全密封则可以将噪声控制在70dB（A）以下，但是缝隙的存在降低了隔声效果。如果1m2的聚氯乙稀塑料板存在累计0.1m2的缝隙，可以通过以下公式计算进行对比。

　　公式（1）

　　式中τ——平均透声系数

　　τi——第i种构件的透声系数

　　Si——第i种构件的的面积，m2

　　注：理想状态的τ=0，缝隙的τ=1。

　　=101g1τ　公式（2）

　　式中——平均隔声量

　　通过上述结果表明，当存在10%缝隙的时候，如果设备本体噪声为90dB，则实际隔噪效果为82dB左右。经验证明，当孔、洞、缝的面积占整个构件面积1%时该构件的隔声量不会超过20dB，当占整个构件面积10%时，则隔声量最大不会超过10dB，因此应堵塞缝隙，防止漏声。另外，防护罩与设备本体的连接会构成声桥导致漏声，因此在连接处还应采取阻尼连接减少漏声现象。

　　3.1.4改造完善卷包设备的壳体提高其密闭性。比如原来卷包设备下面的废料箱采用的是按装脚滑轮的方式推进或拉出设备底部，废料箱与设备之间的缝隙较大，导致噪声大量漏声。后将其改造为“滑杆式”类似抽屉并加装密封条大大增加废料箱与设备的密合度隔绝了噪声。在新引进的卷包设备中，国外制造商也采取了此种隔噪方法证明了该方法的有效性。

　　3.1.5改善机件动作方式，降低噪声产生。比如上海卷烟厂卷包车间部分卷接机采用了切断水松纸由原来的“斩断式”改为“剪切式”，既满足了加工工艺要求，又大大降低了机械撞击声。

　　3.2针对传播途径的噪声防治

　　3.2.1合理设备布局减少噪声干扰

　　在设备布局时尽量少采用“行列式”布局，多采用“T”或“周边式”布局，即尽可能将噪声较大的设备圈围减少对周围的影响，并且充分利用电气控制柜分隔卷包机组阻断噪声传递。

　　3.2.2设置地面弹性界面削减设备撞击声

　　卷包设备在使用过程中会产生振动，除了通过设备本体的减震器吸收外，其它的由楼板吸收，如果未作处理会产生撞击声。隔断撞击声主要有三条途径：一是使振动源撞击楼板引起的振动减弱，可通过采取振动源隔振措施或在楼板表面铺设弹性面层来改善；二是阻隔振动在楼层结构中的传播，可通过在楼板面层和城中结构之间设置弹性垫层，称“浮筑楼板”；三是阻隔振动结构向接受空间辐射的空气声。方法二和方法三在此不作讨论，在方法一中通过在卷包设备底部区域的楼板表面铺设弹性面层，如橡胶板，还可以将支撑的大理石地坪改为软木地坪来削减撞击声。

　　3.2.3采用吸声技术降低室内混响声

　　声源在室内遇到墙面、顶棚、地坪以及其它物体表面都会发生反射现象。当设备开动时接受者听到的噪声除了直达声外，还可听到由这些表面多次来回反射形成的反射声，也就是混响声。一般情况下，开动同一台设备在室内比室外高出3-10dB。如果在室内顶棚和四周墙面安装吸声材料或悬挂吸声体，将吸收掉一部分反射声，室内混响声就会降低，噪声级也会降低。但是，需要指出的是吸声降噪是一种消极的方法，一般来说吸声处理只能降低反射声影响，对直达声无能为力。另外，吸声措施的降噪效果有限，其降噪量通常不会超过10dB。

　　下面以上海卷烟厂二车间A区为例来分析采取吸声降噪的效果。

　　3.2.3.1 A区周围通道噪声情况

　　表5　A区周围通道噪声测定记录表

　　图5 A区通道噪声频谱图

　　由图5可以得出通道的噪声主要集中在中频，峰值在500Hz-2kHz，然后声压级呈下降趋势。

　　3.2.3.2 A区构筑物情况：

　　砖砌抹灰（漆）墙面、大理石地坪、压花石膏板吊顶、普通双层玻璃窗。

　　室内净高7m，石膏板吊顶距离屋顶1.5m，地坪距离石膏板吊顶5.5m，各面面积见表6。

　　表6　A 区壁面面积表

　　3.2.3.3 A区混响声情况分析

　　 公式（3）

　　式中——平均吸声系数

　　Si——第i种材料组成壁面的面积，m2

　　αi——第i种材料在某种频率下的吸声系数

　　通过表6和公式（3）可计算出各构筑物的平均吸声系数，见表7。

　　表7　构筑物平均吸声系数计算表

　　公式（4）

　　式中T60——混响时间，s

　　V——房间容积，m3

　　S——室内总表面积，m2

　　通过公式（4）可以计算出A区的混响时间为10.96s[公式（4）称伊林公式，在推导过程中运用了一些假设，在实际生产现场中由于设备布局等因素假设条件往往不能满足，因此一般混响时间应比理论计算小，由于缺乏必要的检测仪器因此在这里仅以理论计算情况进行分析]。

　　3.2.3.4吸声降噪可行性分析

　　综合以上计算结果得知A区的平均吸声系数为0.033，混响时间为10.96s，由此可见平均吸声系数较低、混响时间较长。

　　混响时间长可以增加音质的丰满度，对于音乐厅、剧场等需要混响效果的空间，可以使乐曲更加舒缓而愉悦。但是对于卷包车间来说，混响时间长会让人感到来自四面八方噪声的干扰，因此应通过吸声技术缩短混响时间，降低混响声。作为参考，就较理想的混响时间而言（中频），音乐厅为1.8-2.2秒，剧院为1.3-1.5秒，多功能礼堂为1.0-1.4秒，电影院为0.6-1.0秒，教室为0.4-0.8秒，录音室为0.2-0.4秒，体育馆为低于2.0秒。显然A区的混响时间过长。

　　吸声降噪效果一般可以用公式（5）进行推算。

　　公式（5）

　　式中L——吸声处理前后声级差，dB

　　、——吸声处理前后室内平均吸声系数

　　T（60）1、T（60）2——吸声处理前后室内混响时间，s

　　由表5可知，如果需要降低通道噪声3dB即可实现通道噪声低于85dB。通过公式（5）可求得，采取吸声处理后，只要平均吸声系数达到0.066，混响时间就可以是5.49s。如果混响时间要达到0.8s，则可以推算出平均吸声系数需达到0.452。由上述分析可以得出以下结论：

　　（1）平均吸声系数较低会导致混响时间延长，采用吸声处理能够取得比较显著的降噪效果。

　　（2）一般来说，吸声材料和吸声结构应布置在距声源较近的地方，若房间高度低于6m应将一部分或全部顶棚进行吸声处理；若房间高度大于6m则最好在声源近旁的墙壁上进行吸声处理或在声源近旁设置吸声层或吸声体，则降噪效果良好。

　　（3）应针对噪声源的频谱特性来选用吸声材料和吸声结构，使吸声材料或吸声体的吸声系数与噪声源的峰值相对应，才能实现显著的降噪效果。

　　（4）对于声源附近的操作人员来说，以直达声为主降噪效果不明显，但对壁面采取一定的吸声处理提高平均系数后有利于降低混响声。消除了噪声干扰可以提高人的舒适度。

　　3.2.3.5吸声处理方法思考

　　吸声降噪可以使用多孔吸声材料，采用薄板共振吸声结构、穿孔板吸声结构、微穿孔板吸声结构和空间吸声体等方式。由于卷包作业的特殊性，生产现场有扬尘和冷热交换，因此选用的材料既要防尘、防腐蚀、不易结露，又要防火、便于清洁，另外还要考虑装饰性强、造型美观。因此，选用方案如下：

　　（1）顶棚采用吊挂表面为海绵材质的吸声材料吸声。

　　（2）四周墙面采用单层微穿孔板吸声。

　　（3）窗采用有厚薄差异的双层玻璃窗隔声。

　　表8　各种材料吸声性能对比表

　　通过表8不难看出，采用表面为海绵材质的吸声材料音必克和单层微穿孔板可以大为有效地提高吸声系数，并且两者之间低、中、高频段吸声互为补充。选择上述方案的原因如下：

　　（1）顶棚采用吊挂音必克吸声材料吸声

　　①卷包车间在清洁过程中容易扬尘，时间长容易产生烟虫。目前吊平顶的形式容易成为烟尘聚集场所，因此采用任何吊平顶形式的吸声处理都不能有效解决上述问题。另外，积灰容易导致平铺方式下吸声材料孔、隙堵塞致使吸声性能下降。如果采用垂直吊挂的形式可以有效减少水平上的面积，并且不易积灰。

　　②采用吊挂形式吸声材料面积与室内需要降噪面积之比一般取40%左右，或者取整个室内总表面积的15%左右，这时实际降噪效果基本与满铺吸声材料或吸声体差距不多，因此可以实现降低成本，取得较好降噪的效果。

　　③音必克吸声材料为德国产品，特点是吸声基材与传统的海绵或泡沫塑料材质类似，但是吸声性能、物理性能和防火性能均优于海绵或泡沫塑料。此类吸声材料可以直接作为装饰材料，不需再做任何饰面处理，具有材质轻、安装简便、环保性好、防霉等特点，防火性能一般可达难燃B1级，有的可达不燃A级。

　　④吊挂形式便于拆装和清洁保养，如果需要除尘也比较方便。

　　（2）四周墙面采用单层微穿孔板吸声

　　①微穿孔板吸声结构属于共振吸声结构，它是在厚度小于1mm的金属薄板上钻出许多孔径小于1mm的小孔（穿孔率为1%-4%），将薄板固定在刚性壁面上，并在板后留适当深度的空腔，组成微穿孔板吸声结构。薄板常用钢板和铝板制作，这种结构克服了穿孔板吸声结构吸声频带较窄的缺点，并明显提高了吸声系数。

　　②微穿孔板材料用于墙面，可以充分发挥其质量轻、刚度大、拆装简便、容易成型、外观美观等优点。考虑到车间室内的美观可悬空安装，板后空腔不作填充，另外还可以间距一定距离呈横列安装，即离地坪1m起安装宽度1m微穿孔板，再间隔1m安装1m微穿孔板如此至顶棚，这样既美观，又可以起到较好的吸声效果。

　　③微穿孔板的特点是板面不易积灰，板后空腔不作填充，另外，拆装比较方便便于除尘和保养。

　　（3）窗采用有厚薄差异的双层玻璃窗隔声

　　一般卷包车间为起到较好的保温效果均采用双层窗的形式，为了进一步提高隔声效果可采用有厚薄差异的双层玻璃窗形式。一方面可以避免吻合效应，增强隔声效果，另一方面可以降低构件成本。较薄的玻璃朝向声源，较厚的玻璃朝外。

　　在采用吸声处理后，同样以A区为例，通过表6和公式（3）可以计算出各构筑物的平均吸声系数，见下表9（由于取消吊平顶总面积有所增加）。

　　表9 采取吸声处理后构筑物平均吸声系数计算表

　　在进行了吸声处理后表9中的平均系数相比表7中平均吸声系数有了很大程度的提高。通过表9中平均吸声系数和公式（4）可以计算出经过吸声处理后A区的平均吸声系数为0.308，混响时间为1.22s，平均降噪量15.68dB，由于考虑到伊林公式假设条件与实际情况的不同，采用上述吸声降噪方法可以达到预期效果从而大幅降低环境混响噪声的影响。下表10是采用吸声处理后降噪量的计算对比表。图6是吸声处理前后噪声频谱图。

　　由图6可见在采用吸声降噪处理后可以取得较为明显的效果，通道上各频段噪声值低于NR80标准噪声评价曲线，在中频段500Hz-2kHz有比较明显的降幅。

　　表10 吸声降噪处埋前后降噪量对比表

　　3.2.4柔性连接减少噪声传递

　　卷包设备在使用过程中会产生振动，不可避免地会将振动传递到相连接的管道上。在实际生产现场管道吊装未采取弹性支撑，另外管道过墙或过楼也未采取必要的弹性支撑，一定程度上导致了噪声向外传递。

　　4结论

　　通过上述卷包车间噪声产生原因的分析，以及采取噪声防治措施的分析，对新建以及现有的卷包作业环境的噪声治理具有较强的可操作性。

　　4.1针对声源的噪声防治，由于设备基本定型改动完善的余地不大，但是对一些局部进行改造和调整还是能取得不错的效果。比如对防护罩进行密闭处理和废料箱的密闭改造都具有一定的降低卷包设备本体噪声的作用。

　　4.2针对传播途径的噪声防治，可以有效地改善环境噪声影响，减少混响声对作业人员的干扰并且容易取得较好的效果。前面所述的吸声降噪方法较好地兼顾了卷包作业环境的特点并且易于清洁。

　　5结束语

　　对卷包作业来说由于直接面对设备，作业人员受噪声影响不可避免，如何进行环境噪声防治在同行业中可供借鉴的成功经验不多。噪声治理是一项综合工程，需事先从设备的选型和布局安装、构筑物的设计、管道的铺设、室内装修和吸声降噪等多方面考虑，才能达到事半功倍的效果。噪声防治的末端防护是个体防护即佩戴隔音耳塞，但在实际使用中效果不佳，因此环境噪声的防治尤为重要。

　　参考文献

　　1.噪声与振动控制设备及材料选用手册》机械工业出版社出版

　　2.《建筑声学材料与结构——设计和应用》机械工业出版社出版

　　3.《建筑声学设计原理》中国建筑工业出版社出版

　　4.《噪声污染控制》武汉工业大学出版社出版

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