环境工程物理性污染控制课程设计

物理性污染控制课程设计铁路噪声声屏障设计学生姓名何殿基任课教师吴军年学 院资源环境学院 专业环境工程年级2009 级1、项目概况11项目设计背景:以下情况为我国拟建邯郸至黄骅港铁路线经过王庄时的基本情况。噪声源 强：货车的速度为80km/h，噪声源强为81.9dB,长度为890m；客车的速度为120 km/h，噪声源强为78.9dB，长度为432m。车流量为：近期，货车44列/日，客 车4列/日；远期，货车58列/日，客车6列/日。现状监测值见下表:监测点现状（Leq/dB）标准值（Leq/dB）备注昼间夜间昼间夜间8-141.639.96050临路第一排，距铁路外轨中心线距离30m8-240.538.0605045 m处8-343.439605060m处现场示意图如下:T7/7712项目设计意义：铁路以其速度快、运能大、能耗低等一系列的技术优势适应了现代社会经济 发展的新需求，铁路客运向高速、舒适、安全的方向发展，已成为世界铁路发展 的总趋势。1994年我国第一条准高速铁路.广深线（160km/h）式投入运营。2003 年12月顺利开通了第一条时速达200km / h的秦沈快速客运专线，2008年4月， 设计速度达300 km/h京沪高速铁路正式开工建设，08年8月我国第一条具有 自主知识产权、同时也是世界第一个营运速度达至U350 km/h的京津城际铁路 正式开通运营，标志着我国高速铁路技术达到世界先进水平。但与此同时高速铁 路的建设也带来了一系列的环境问题，如振动、噪声及电波干扰等，其中以噪声 的社会影响最大。设置声屏障是控制噪声特别是交通噪声的重要措旋，国外对穿过市区和居住 区的高速公路、轨道交通、高架桥、铁路等交通干线的两侧都普遍设有声屏障， 实现了其他降噪手段所不能代替的效果。从广义上讲，铁路又是一个系统工程， 其中规划、管理、铁路结构（包括轨道、轨枕、道床等）又是解决噪声问题的另一 方面，而铁路声屏障是一种设置于铁路交通噪声源和两侧受保护地区（或噪声敏 感点）之间的声学障板，它是降低铁路交通噪声对交通线路两侧区域局部环境污 染的重要措施之一。声屏障是位于声源与受声点之间的具有足够面密度的声遮挡结构，利用声源 两侧局部地区建造的有限长声屏障可使声源的运行噪声在传播过程中有一显著 的附加衰减，从而减弱接收者所在的一定区域内的噪声影响，以改善周围环境的 声环境质量。这样的设施就称为声屏障。声屏障的作用是阻挡直达声的传播，隔 离透射声，使绕射声有足够的衰减。目前，声屏障己发展成多种多样的，按降噪 功能可分为扩散反射型声屏障、吸收共振型声屏障、有源降噪声屏障：按结构类 型有直立式、折壁式、表面倾斜式、半封闭或全封闭式等；根据不同顶端类型又 有倒L型、T型、Y型、圆弧型、鹿角型等。13项目设计要求：设计隔声屏障，对敏感点进行保护，使该处声环境达标；同时达到经济合理、 环保、经久耐用、景观协调等综合要求。14项目设计内容：声屏障作为一种特殊的构筑物，其设计内容主要包括声屏障声学设计、结构 设计以及景观设计等几个方面：1、声学设计：以治理目标值为基础进行声屏障的位置、尺寸、结构形式等 设计，并进行各种方案的降噪预测。2、结构设计：它是用以保证所选择的声屏障能安全、牢固的竖立在所要设 置的部位上。包括声屏障承重结构设计和声屏障构造设计。3、景观设计：景观设计是运用人的视觉与知觉对周围环境及四周景象产生 的反应。所以声屏障应尽量与周围的地貌和人文、自然景观相协调，并尽量避免 阻挡司机乘客的视线。给人予人以行车安全和视觉上的舒适协调。 15声屏障设计流程图：提出多个设计方案2、声屏障基本知识任何一个声学系统都有三个主要环节，即声源、传播途径和受声者。在确定 噪声控制时，也应该从以上三个方面考虑；（1）从声源上根治噪声；（2）在噪声的 传播途径上采取措施；（3）在接收点对受声者进行保护。第一种方法虽然是最根 本的措施，但对技术、经济要求较高，而切实可行的是在传播途径上设置声屏障， 阻断噪声的传播。利用声屏障对声源附近的敏感点进行保护，是解决噪声污染的 重要措施之一。本节将对与噪声及声屏障有关的一些名词概念以及声屏障的降噪 原理进行阐述和分析。21相关名词解释：211声压级：声压与基准声压之比的以10为底的对数乘以20，称为声级或者声压级，单 位为分贝（dB）:Lp 20増（止）0. 5。其次要求吸声的吸声特性曲线 基本与噪声声源的频谱曲线一致，吸声频谱的峰值频率包含声源频谱的峰值频 率。以此保证材料的吸隔声性能。物理性能主要规定材料的强度，以及防潮、防 尘、防腐、防老化、防火要求等。此外，还要考虑材料的价格以及景观因素。考 虑到铁路声屏障的特殊应用环境，材料的各项性能指标均应较优且较为均衡，不 能有任何偏废，即不能使用任一单项指标很差的材料，必须注重性能的均衡。对 于铁路声屏障材料选择应该重点考虑下面几点： 611单元强度与刚度：铁路声屏障要承受巨大的风载荷，因而声屏障材料除应具有足够的抗压强度 外，还应有良好的抗弯、抗剪性能，并具有较大的刚性以使横向风载荷下的变形 尽可能小，并能使人为破坏的情况尽可能降低甚至避免。612 阻燃性和耐候性： 为保证行车安全，声屏障应坚固、耐用且阻燃。用作声屏障的材料应具有良 好的化学稳定性，能经受恶劣气候条件的考验。例如高温和冰冻条件下不发生大 的变形和损坏；耐水性好，吸水后能迅速恢复其正常状态；具有一定的耐酸、耐 盐、防腐、抗霉菌能力和阻燃性能。613 材料容重：在保证声屏障声学性能及强度、刚度和稳定性的前提下，声屏障材料应具有 较低的容重。但对于铁路路基而言，其密实度和承载力很高，而声屏障承受巨大 的横向风载，垂向载荷却较低，因此声屏障的稳定性成为突出的矛盾，此时材料 容重不宜过低。对铁路桥梁而言，较低的声屏障重量可以减轻其对桥梁族加的荷 载，简化与桥梁的联结。614材料价格： 由于铁路声屏障累计设置长度和工程数量很大，所需投资甚巨，为尽量降低 造价，要求声屏障材料具有价廉物美的特点，材料价格不能太高，否则无法大规 模采用。615 防眩性：铁路声屏障距离铁路线距离一般较近，而铁路列车运行速度高，为保证列车的安全，选取的隔声材料应考虑避免阳光或车灯照射下的反光对列车司机造成 眩目的不利影响。常见较适合铁路声屏障的材料如下:类型水泥木屑复合 吸声屛障微穿孔吸音扳声控高效环 保吸声屏障TEG彩钢（铝）废H轮怜复合吸 声屏障吸芦系 数NRgOQOOHz 以_L吸声性能 稳定MROO,払中频 段吸声性能较 軒NRC.B.500-2000Hz 吸声效果较好NROD,8,吸芦 性能稳定NRC0.5:500Iz以下吸丙效呆较其它屛障好隔声指 数 CdB）3531.24634抗压强度4Mpa; 抗折强度 2.5Mpap陆火等 级飢以I:抗压强度 4Mpa,抗折弼 度 0.74 Mpas 防 火等级A抗压强度4Mpa,抗折强 度 2血防 火等级仏抗 酸碱腐辿抗压强度 5Mpan抗折强 度 3X1pa, IVj 火等级Bl以 抗压强度4Mpa， 抗折强度25Mpe防火等级BI 以上,耐腐烛预期使用寿命20年以上15年対年15年屹年以上优点具有良好的加工性，变化多 能与环境融合耐受高湄潮湿环境吸声频带宽+ 安装箭单，无 污染.不吸水吸声及视觉效 果好.强度人兼顾各频段吸声 效采，口重轻，强 度大.环保、利废 利旧缺点自童大吸声频带跨度 不够.45年后 易变形：逐步膺 蚀褪色口重较人，低 频段吸声性 能有待改进口重较人.安 爰疑朵，野外易丢失安装方武单-形 态变化少经济性单价估算JOO元/m1,鬲安装.不 需维护单-价估算2S0 元沁安装难 度稍大,需淸洁 维护费用单价估算350 元不需 堆护劇用单价估算380 元rmh霜定期 修检费用单价估算31 fl-330 元;加代平需维护J用性方便耐用适合 大范甬使用强度不够.不适合大范1制设置环保清洁，适 用性好貝适合有特殊 景观要求区域利废利旧,有推广 价值此设计降噪控制在1516dB，降噪幅度不是很大，材料选择应较为简单。 应选择隔声效果适中，并易于施工，造价较低的材料。选择砖墙（12cm厚）作 为声屏障，砖墙的降噪效果较好，而且价格便宜，耐久性强，还可以就近取材。 其不同倍频传声损失TL值见下表6。构件名称倍频程隔声量TL125Hz2505001K2K4K砖墙34.439.343.249.151.249.5隔声量平均值44.562 声屏障的位置确定:声屏障的控制范围不宜超过6080m,即敏感区域距铁路6080m以内可 以考虑设置声屏障，超过6080m时不宜采用声屏障措施。铁路声屏障多以声屏 障靠近声源为主，一般铁路高架桥声屏障距离轨道 1.5m。 具体来说，在铁路声 屏障位置的确定中，应考虑以下几个方面：a. 铁路建筑限界及机车车辆限界与建筑限界的关系；b. 铁路通讯地下电缆沟的位置以及埋藏深度；c. 电气化铁路的接触网、回流线及支柱的位置，各种电力线的安全距离；d. 声屏障应满足铁路安全运营的要求，即不影响行车安全，不影响乘务人 员瞭望信号，不影响铁路两侧地面、地下设备的安装、检查和正常工作；e. 声屏障应满足养护线路的要求，即不影响对地基、道床、轨枕、钢轨等 设施的保养和维修工作。根据以上原则和应注意的问题，最后确定声屏障设置位置，从理论上讲，离 外轨水平距离越近，降噪效果越好。该设计的声屏障设在路基之上，距既有铁路3m处。63 声屏障的高度:声屏障的高度有有效高度和自然高度两种。当受声点与噪声源不在同一水平 线上时，声屏障的高度应为声屏障顶端到声源与受声点连线的垂直高度，称之为 声屏障的有效高度，不是声屏障自身的自然高度。有效高度多用于理论分析与计 算，而实际工程中运用的多为自然高度。声屏障的有效高度是声屏障起主要作用 的部分。例如当声屏障距离铁路很近时，有效高度高， 声屏障的高度只需要高 于轨道23m便可有效地降低轨道噪声610dB。当声屏障离铁路较远时，有效高度降低，降噪效果便会降低。一般可根据实际噪声监测确定，如果是新建铁路，则可以米用类比法确定。 声屏障对声波短、绕射能力差的高频噪声阻隔效果好，对波长较长、绕射能力强 的低频噪声阻隔效果差。所以，在设计时，声屏障的高度需根据实际所测噪声的 声频特性来决定。铁路噪声以轮轨噪声为主，一般中低速列车的轮轨噪声频率主 要是在202000Hz。为了简化计算，在铁路声屏障设计中，一般按等效频率计 算即可满足设计要求。本设计列车声源频谱以500Hz为等效频率，列车的声源距地面高位0.45m， 声速为340m/s。64声屏障衰减量的计算：6 = A + B C ?A=2 + (3-0.45)=3.24mB=J30+ (9.8+3) = 32.62mC=(30+2)2 + (9.8+0.4) =33.6m求得，6 =2.26m4f 6等效时间七=3c = (40X500X2.26/ (3X340) =44.31sLd 值厶Ld= =16.68dB透射声修正量ALt的计算由于TL-ALd=44.5-16.68=27.82dB三10dB,所以此时透射的声能可以忽略 不计，则ALt 0。本设计中，地面吸收声衰减ALG的由于数据不全，可忽略不计。 其它修正：由于临近铁路第一排房子前没有其他建筑物,所以障碍物声衰 减(ALS)不存在。声屏障只设在单侧，所以反射声修正量(ALr)不进行计算。声屏障实际插入损失IL二Ld-ALG=16.68dB声屏障的长度计算根据下式计算：lOlog (L12+L 2) / L1220.9AL式中：L1声源至受声点的垂向距离；L声屏障附加长度；L实际声屏障插入衰减，本设计为16.68dB。声屏障的插入损失为16.68dB (A)，垂向距离为30m。则声屏障的附加长度为：L166.25m，声屏障的附加长度取166.25m那么，声屏障的总长度为：166.25X2+100=432.5m7、设计结果校核声屏障的高度为3m，长度为432.5m，距铁路外轨2m处。降噪效果良好，实 际声屏障插入衰减为 16.68dB(A 声级)。插入声屏障后，敏感点的噪声昼间为 48.9dB，夜间为48.89dBA，再加上地面和大气还可以吸收点，所以肯定可以满 足声环境质量标准(GB3096 2008)中二类区昼间60dB，夜间50dB的要求， 敏感点噪声达标。8、景观设计当铁路声屏障设置在地面时，应充分考虑到声屏障对铁路沿线居民产生的隔 离作用、围堵感受和日照影响，因而在设计时，应充分利用声屏障的轻型、透视 和色彩多样、垂直绿化的作用，保证道路宽度和建筑物高度间的比例关系，尽量 保持屏障与建筑物之间得到足够的空间，高度要适度，使列车驾驶员无逼仄的感 觉。在某些合适的地段也可以选择透明的声屏障，一方面使车内人员与周围环境 相接触，与路外的景观仍融为一体，另一方面也改变了声屏障单调的局面。通过改变声屏障顶部的线条，使声屏障不再是单调的壁障而成为变化多样的 流线型、带有动感的特色建筑物，改变了原有声屏障单调、枯燥、乏味的情调。 色彩的变化也是声屏障景观设计采用的手法，不仅色彩以淡雅明朗为宜，而且每 隔一段距离，可用色彩变化来组成几何图案，从而改善列车运行环境。垂直绿化 或人造绿色景观，使声屏障成为周围环境的自然“伪体” ，让屏障能柔和地进 入乘务人员及旅客的视线。参考文献1郑上聚环境工程手册环境噪声控制卷.北京：高等教育出版社，20002李家华环境噪声控制北京:冶金工业出版社，19953.马大猷.噪声与振动控制工程手册.北京：中国机械工业出版社，20024高红武主编噪声控制工程武汉:武汉理工大学出版社，20035洪宗辉环境噪声控制工程高等教育出版社2002年6月第一版；6陈杰瑢物理性污染控制工程高等教育出版社2007年1月第一版；7.中华人民共和国环境保护行业标准(HJ/T 902004 )声屏障声学设计和测量规范物理性污染控制课程设计离心风机排风口噪声设计学生姓名何殿基任课教师吴军年学 院资源环境学院 专业环境工程年级2009 级消声器设计离心风机排风口噪声设计1、环境噪声的基本情况某厂一大型离心风机位于工业广场附近，距风机出口左侧100m处有一座办公楼，右侧及前方为绿地。由于出气口噪声很高，影响工程技术人员机人们的工 作效率；另外，风机房内噪声也很高，但操作者经常呆在隔声间内，故机壳和电 机的噪声危害不大，可以不予考虑。鉴于上述情况，可对排气噪声采取控制措施。在办公楼窗前1m处测得的环境噪声如下表所示:倍频程Hz125倍频带声压级dB4425050010002000400056656050362、离心风机的基本情况大型风机K2-73-02N032F风机的性能参数：功率2500Kw，风量9500m3/h, 风机叶片数为12,转速600r/min。出风口为直角扩散弯头，出口为3x3m的正方 形。在风机排风口左侧45度方向1m处，测得A声级为109dB，其倍频带声压倍频程Hz125250500100020004000倍频带声压级dB10010810810310095级如下表所示：A1093、有关标准及设计规范说明本设计所参考的标准及设计规范均以工业企业噪声设计规范GBJ87-85、 声环境质量标准 GB3069-2008 为基准。4、设计任务设计一消声器，使得风机排风口左侧45度角方向1m处的A声级降为75dB。（满足NR-70）根据环境标准要求，检验在办公楼窗前1m处，根据所采用的消 声器能否满足该功能区的声环境要求。消声器的设计计算消声器设计表:项目倍频程中心频率/Hz125250500100020004000进气口噪声/dB10010810810310095降噪要求（NR70）837873706866消声器应有消声量/dB173035333229消声器周长与截面比131313131313材料吸声系数0.500.800.850.850.860.80消声系数0.751.251.311.311.331.25消声器所需长度/M1.741.852.051.941.911.78消声器设计长度/M2.102.102.102.102.102.10实际消声量/dB20.4834.1335.7635.7636.3134.13出口噪声/dB79.5273.8772.2467.2463.6960.87A计权修正值/dB-16.1-8.6-3.201.21修正后各频带声级/dB63.4265.2769.0467.2464.8961.87高频失效修正值/dB11.37高频失效修正后的声级 /dB73.24总的A计权声级/dB73.24dB75dB通道的当量直径D/m2b h/ (b +h) =0.2141 1高频失效f/Hz2939.251 消声器的选择 :阻性消声器是阻止声音传播而允许气流通过的一种器件，是消除空气动力性 噪声的重要措施。阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。把吸声材 料固定在气流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列，就构成了阻性消声器 当声波进入阻性消声器时，一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦而转化成热能耗 散掉，使通过消声器的声波减弱。阻性消声器就好象电学上的纯电阻电路，吸声 材料类似于电阻。由于有多孔的吸声材料所以不能用于有蒸汽侵蚀或高温的场合 片式消声器适用风量大，结构简单，中高频消声性能优良，气流阻力也小。从本 设计的风量Q=9500m3/h、频率来看，可选定片式的阻性消声器。2 消声量的计算 :根据ISO提出的用A声级作为噪声评价标准，当A声级Lp大于75dB (A)时： 因为 Lp 二 NR + 5所以 NR 二 Lp -5 二 75-5 二 70dB根据 NR-70 查 NR 曲线，找各倍频处的声压级，将结果写于噪声设计表的第二行3 消声器的面积与通道结构的确定:根据设计数据气流速度宜小于8m/s,所以本设计选取V=8m/s消声器的总面积：S二V二3 = 0.33m设计选用 3 个通道，则单个气流通道面积 S ：1根据经验片式消声器的片距宜取100200mm，片厚宜取100150mm，在本设 计中设片距b =120mm、片厚b =150mm。计算气流通道的结构参数如下:12单个通道气流通道高度：h =和=0.92m取h=1mb 0.121消声器的总宽度：a = 3b + 6b = 3 x 0.12 + 6 x 0.15 = 1.26m 取a=1.3m1z 24 吸声材料的选择:根据使用环境和噪声频谱，选用密度为20kg/m3，厚度为15cm的超细玻璃棉。 吸声层护面采用一层玻璃纤维布加一层穿孔金属板。玻璃纤维布取0.15mm，穿孔 金属板穿孔率为 30，孔径取 5mm。5计算各频带所需要的消声器长度：公式：l = AL SP叫式中：AL消声器的消声量，dB；)与材料吸声系数C)有关的消声系数;00P通道截面周长，m；S消声器通道的有效横截面积，m2；l消声器的有效部分长度，m；只听）与鲫的换算关系Q45 0.10 0J5 0.20 0.25 0.30 (IJ5 0.40 0.45 0.50 0J5。加1000.05 0.11 0J7 0J4 0JI 039 0J7 0.55 0,64 0J5 0.86175各频率下的消声器长度计算:125= 13X0.75 = 1.74l 二 30 二 1.85ml25013 X1.2532l 二二 1.91m20001 3 X 1.33331“ = 1.94m1000 13 x 1.31因为l =2.05m，设计长度可以取l=2.10mmax6计算高频失效公式：f =兰竺失 D式中：r 失效频率，Hz；失c声速，m/s；D消声器通道的当量直径，m；D = 辿，其中a矩形的宽，m； a + bf =1 = 1.85 X 340 = 2939.25Hz失 D 0.21435=2.05m5oo 13 x 1.3129l 二二 1.78m400013 X1.25矩形的长，m；在2000Hz倍频带内，其消声器对于高于2939.25Hz的频率段，消声量将降低。上面设计的消声器长度为2.1m，在4000Hz的消声量为34.13dB，但由于高频失效, 在中心频率4000Hz的倍频带内的消声量为：3 - n3 -1AL二-AL 二x 34.13 二 22.75dB，修正值为 11.37dB33式中：AL 高于失效频率的某倍频程的消声量；AL 失效频率出的消声量；n高于失效频率的倍频程频带数8验算气流再生噪声消声器内流速：由于：L =182+60logv=182+60log7.92=71.922dBoa式中：L 气流再生噪声，dB ；oa （A）V消声器通道内的流速，m/s。取 66.34dB，与 A 计权声级 73.63dB 叠加得：74.43dB75dB。所以气流再生噪声对消声器性能影响可忽略。参考文献1郑上聚环境工程手册环境噪声控制卷.北京：高等教育出版社，20002李家华环境噪声控制北京:冶金工业出版社，19953.马大猷.噪声与振动控制工程手册.北京：中国机械工业出版社，20024高红武主编噪声控制工程武汉:武汉理工大学出版社，20035洪宗辉主编环境噪声控制工程北京:高等教育出版社，20026陈杰瑢物理性污染控制工程高等教育出版社2007年1月第一版；