环保工程师《专业知识》精选复习资料(4)

 　　声源及其特性

 

　　一、机械噪声源

 

　　由于机械设备运转时存在不平衡，各零部件之间因偏差或表面缺陷而相互撞击、摩擦产生的交变机械作用力使设备金属板、轴承、齿轮或其他运动部位发生振动而辐射出噪声的声源称为机械噪声源。机械噪声源又分为下列几种。

 

　　1、撞击噪声

 

　　因冲击力的作用会使机械产生较强的冲击噪声。如锻锤工作时其机械能分为四部分，第一部分做功、第二部分转化为热能、第三部分通过基础以固体声的形式向四周地面传播，第四部分则转化为使机件产生弹性形变的振动能。机件弹性形变振动能的一部分再以声波的形式向四周空间辐射，形成撞击噪声，这种噪声还可以分解为撞击瞬间产生的喷射噪声、压力脉冲噪声和结构噪声。其中以结构噪声产生的影响最大，辐射噪声的时间最长。

 

　　撞击噪声有以下特征：当撞击发生在较硬的光滑物体之间时，作用时间短，作用力大，则激励的频带宽，激发物体本身振动方式就多，呈宽频带撞击噪声;如果撞击发生在较软的不光滑的物体之间时，作用时间相对较长，作用力小，激励的频带窄，激发的振动方式少。

 

　　2、激发噪声

 

　　一般由旋转机械的周期性作用力产生。最简单的周期力是由转动轴、飞轮等转动系统的静、动态不平衡所引起的偏心力。这种作用力正比于转动系统的质量和静、动态的合成偏心距，也正比于转动角速度的平方。当转动系统的转速达到其临界转速时，则该系统自身会产生极大的振动，并将振动力传递到与其相连的其他机械部分，激起强烈的噪声。激发噪声会随着机件缝隙的存在、结构刚度不够或摩擦严重而增大。

 

　　3、摩擦噪声

 

　　物体在一定的压力作用下相互接触并作相对运动时，物体之间产生摩擦，摩擦力以反运动方向在接触面上作用于运动物体，从而激发物体振动而产生噪声。如汽车的刹车声等。

 

　　摩擦噪声中的主要是摩擦引起物体的张弛振动所激发的噪声，当振动频率与物体的固有振动频率相同时，摩擦噪声将达到最大。

 

　　4、结构噪声

 

　　机械噪声是由于机械振动系统受迫振动和固有振动共同引起的，其中固有振动起了主要的作用，固有振动频率是噪声的主要组成成分，而振动系统的固有振动频率取决于系统的结构特征和参数，所以称为这种噪声为结构噪声。

 

　　任何机械部件都有它固有的振动方式，不同的振动方式对应于不同的振动频率。振动的方式、频率与部件或物料的物理性质、部件的结构形状和振动的边界条件有关。物料的弹性模量愈大，材料愈粗、厚，则其固有频率愈高;材料的面积愈大，即棒愈长，板面积愈大，则其固有频率愈低。

 

　　5、齿轮噪声

 

　　啮合的齿轮对或齿轮组，由于相互碰撞或摩擦可激起齿轮体的振动，这种情况下辐射出来的噪声称为齿轮噪声。

 

　　6、轴承噪声

 

　　轴承内相对运动的元件之间的摩擦和振动，或者转动部分的不平衡、相对运动元件之间的撞击等，都会导致轴承噪声的产生。

 

　　二、空气动力性噪声源

 

　　由于机械零件和周围及封闭媒质(空气)交互作用而辐射出噪声的声源称为空气动力性噪声源。

 

　　1、喷射噪声：气流从管口以高速(介于声速与亚声速之间)喷射出来，由此而产生的噪声称为喷射噪声，也称为喷注噪声或射流噪声。

 

　　2、涡流噪声：气流流经障碍物时，由于空气分子黏滞摩擦力的影响，具有一定速度的气流与障碍物背后相对静止的气体相互作用，在障碍物的下游区形成带有涡旋的气流。这些涡旋中心的压强低于周围介质的压强，每当一个涡旋脱落时，湍动气流就会出现一次压强跳变，这些跳变的压强通过周围介质向外传播，并作用于障碍物。当湍动气流中压强脉动含有可听声的频率成分且强度足够大时，就能辐射出噪声，称为涡流噪声或湍流噪声。

 

　　3、旋转气流噪声：旋转的空气动力机械(如飞机螺旋桨)，旋转时与空气相互作用而连续产生压力脉动，从而辐射的噪声称为旋转气流噪声。

 

　　4、燃烧噪声：各种燃料通过燃烧器与空气混合而燃烧，在燃烧过程中可产生强烈的噪声，这种噪声称为燃烧噪声。气态燃料燃烧噪声有如下特性：

 

　　(1)燃烧吼声：可燃混合气体燃烧产生的噪声，称为燃烧吼声。燃烧吼声强度与燃烧强度成正比，燃烧强度表示单位体积的热量释放率，当火焰燃烧速度保持不变而火焰体积增大时，则强度降低，燃烧吼声也降低。

 

　　(2)振荡燃烧噪声：可燃混合气通过燃烧器燃烧时，由于燃烧气体的强烈振动而产生的噪声，称为振荡燃烧噪声，也称为燃烧激励脉动噪声。

 

　　(3)工业燃烧系统的噪声：来自燃烧设备与燃烧过程的噪声，如可燃气及空气供应系统中的风机和阀门噪声，可燃气与空气从燃烧器喷嘴喷出的喷射噪声，以及燃烧炉或燃烧器所在空间的共振声等，这些噪声能与燃烧吼声和脉动噪声一起合成为燃烧系统的噪声。

 

　　三、电磁噪声源

 

　　由于机械构件受到电场或磁场力的作用，导致磁致伸缩和电磁感应的发生，铁磁性物质或构件发生振动而辐射噪声的声源称为电磁噪声源。

 

　　1、直流电动机的电磁噪声

 

　　不平衡的电磁力是使电动机产生电磁振动并辐射电磁噪声的根源。直流电动机的电磁噪声与电机的功率有很大的关系，电机噪声包括电磁噪声、风扇噪声、电刷噪声、轴承噪声等，大功率低转速的直流电动机，电磁噪声为主要噪声。

 

　　2、交流电动机的电磁噪声

 

　　同步交流电动机的电磁噪声的特点与直流电动机的相同，异步交流电动机的电磁噪声，是由于定子和转子的各次谐波相互作用而产生的，也称为槽噪声，它的大小取决于定子、转子的槽配合情况。

 

　　电动机的定子、车子的谐波次数不同，相互作用合成的磁力波的次数也不同。当两个谐波相互作用产生的电磁力波动次数愈低时，其磁势幅值也愈大，激发的振动和噪声也愈强。

 

　　3、变压器的电磁噪声

 

　　变压器的电磁噪声是由于铁心在电磁场作用下产生磁致伸缩性振动而引起的。其基频是供电频率的2倍。除基频外，变压器的电磁噪声还有高次谐波的噪声成分，一般体积较大的变压器，其最响的谐波频率较低;体积较小的变压器，其最响的谐波频率较高。

 

　　变压器的电磁噪声，主要是由于铁心振动耦合到变压器的外壳，使外壳振动形成的。这种磁噪声是由变压器向外辐射的，特别是产生共振时，所辐射的噪声较强。

 

　　四、点声源、线声源、面声源

 

　　声源的类型按其几何形状特点划分为：点声源、线声源、面声源。

 

　　点声源：声源尺寸相对于声波的波长或传播距离而言比较小、且声源的指向性不强时，则声源可近似视为点声源。

 

　　线声源：火车噪声、公路上大量机动车辆行驶的噪声，或者输送管道辐射的噪声等，远场分析时可将其看做由许多点声源组成的线状声源。这些线声源以近似柱面波形式向外辐射噪声。

 

　　面声源：具有辐射声能本领的平面声源，平面上辐射声能的作用处处相等。常见于有辐射声能作用、分布较大的平面外的一些点上，对该平面声源有必要进行声场分析时，使用这一概念。