箱式無負(fù)壓供水設(shè)備噪聲檢測技術(shù)研究

一、檢測原理

箱式無負(fù)壓供水設(shè)備的噪聲主要由水泵機(jī)組、管路系統(tǒng)及控制柜在運(yùn)行過程中產(chǎn)生，其物理本質(zhì)是機(jī)械振動與流體動力學(xué)擾動在空氣中傳播形成的聲波。

1. 聲壓級檢測原理：傳聲器將接收到聲波信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)前置放大器放大后，通過聲級計內(nèi)部的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)（通常采用A計權(quán)，以模擬人耳對頻率的響應(yīng)特性）和檢波器處理，終以分貝值顯示聲壓級。這是噪聲評價的基本物理量。

2. 聲功率級檢測原理：聲功率級是表征聲源本身發(fā)聲能力的物理量，與測量距離和環(huán)境無關(guān)。其測量基于聲強(qiáng)原理或聲壓法。聲強(qiáng)法通過測量聲場中某點的聲壓和質(zhì)點振速，計算出聲強(qiáng)矢量，再對包圍聲源的測量表面進(jìn)行積分，從而得到聲功率級。該方法抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，可在現(xiàn)場使用。聲壓法則需在特定的聲學(xué)環(huán)境（如消聲室或半消聲室）中，測量包圍聲源的假想表面上多個點的聲壓級，通過計算得出聲功率級。

3. 頻譜分析原理：通過傅里葉變換將時域的噪聲信號分解為頻域的頻譜，從而分析噪聲在各個頻率成分上的分布。這有助于識別主要噪聲源，例如低頻噪聲通常源于水泵的旋轉(zhuǎn)和管道的結(jié)構(gòu)振動，中高頻噪聲可能源于電機(jī)軸承、水力空化或閥門湍流。

4. 振動檢測原理：使用加速度傳感器接觸設(shè)備表面，測量其振動加速度、速度或位移。振動與噪聲密切相關(guān)，特別是結(jié)構(gòu)聲傳播。通過振動分析可以定位振源，并為噪聲控制提供依據(jù)。

二、檢測項目

箱式無負(fù)壓供水設(shè)備的噪聲檢測項目可分為聲學(xué)檢測和關(guān)聯(lián)性檢測兩大類。

1. 聲學(xué)檢測項目：

   • 運(yùn)行噪聲聲壓級：在設(shè)備正常供水工況下，于規(guī)定測點測量A計權(quán)聲壓級。這是核心的檢測項目。

   • 聲功率級：測定設(shè)備輻射的總聲功率，用于客觀比較不同設(shè)備的噪聲水平。

   • 倍頻程或1/3倍頻程頻譜分析：詳細(xì)分析噪聲的頻率結(jié)構(gòu)，識別優(yōu)勢噪聲頻率。

   • 背景噪聲：在設(shè)備停止運(yùn)行時測量環(huán)境本底噪聲，用于對運(yùn)行噪聲測量結(jié)果進(jìn)行修正。

2. 關(guān)聯(lián)性檢測項目：

   • 振動烈度檢測：測量水泵、電機(jī)及主要管路的振動速度有效值或加速度，評估機(jī)械狀態(tài)。

   • 運(yùn)行工況參數(shù)記錄：同步記錄檢測時的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，如供水流量、出口壓力、水泵轉(zhuǎn)速、電流、電壓等，確保噪聲數(shù)據(jù)是在特定工況下獲得，具有可比性。

三、檢測范圍

箱式無負(fù)壓供水設(shè)備廣泛應(yīng)用于對噪聲有嚴(yán)格要求的各類場所，檢測需覆蓋以下領(lǐng)域：

• 民用建筑：高層住宅、公寓、酒店、醫(yī)院、學(xué)校、辦公樓等。此類場所要求高，通常要求設(shè)備機(jī)房內(nèi)噪聲不超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，且不能對相鄰房間產(chǎn)生可感知的干擾。

• 商業(yè)與公共設(shè)施：購物中心、劇院、圖書館、體育館、機(jī)場、車站。除設(shè)備自身噪聲外，還需關(guān)注振動通過建筑結(jié)構(gòu)的傳播。

• 工業(yè)領(lǐng)域：工廠廠房、生產(chǎn)車間。雖然要求相對寬松，但仍需確保噪聲符合《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，保護(hù)員工聽力。

• 特殊敏感區(qū)域：廣播電視臺、錄音棚、精密儀器實驗室、療養(yǎng)院等。這些區(qū)域要求極低的背景噪聲，對供水設(shè)備的噪聲控制提出高標(biāo)準(zhǔn)。

四、檢測標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對供水設(shè)備噪聲的限值和測量方法有不同規(guī)定。

1. 中國標(biāo)準(zhǔn)：

   • GB/T 29529-2013《泵的噪聲測量與評價方法》：提供了泵機(jī)組噪聲（聲壓級和聲功率級）的詳細(xì)測量方法，是泵類產(chǎn)品噪聲檢測的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。它規(guī)定了工程級和簡易級兩種測量精度。

   • GB 3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》：規(guī)定了城市各類區(qū)域的環(huán)境噪聲限值，是設(shè)備安裝后對周邊環(huán)境影響的終評判依據(jù)。

   • GB 50118-2010《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》：對建筑物內(nèi)設(shè)備用房（如水泵房）的噪聲控制提出了具體要求。

   • 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)/團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)：如中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會的《箱式疊壓供水設(shè)備》等，通常會引用或細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)中的噪聲限值要求。

2. 與國外標(biāo)準(zhǔn)：

   • ISO 3744《聲學(xué) 利用聲壓測定噪聲源的聲功率級和聲能量級 反射面上方近似自由場的工程法》：對應(yīng)于GB/T 29529中的工程法，是通用的聲功率級測量標(biāo)準(zhǔn)。

   • ISO 9614《聲學(xué) 用聲強(qiáng)法測定噪聲源的聲功率級》：系列標(biāo)準(zhǔn)，適用于現(xiàn)場測量，抗干擾能力強(qiáng)。

   • ANSI/HI 9.1-9.5 (Hydraulic Institute Standards)：美國水力學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)，對泵的噪聲測試和容許值有詳細(xì)規(guī)定。

   • DIN 45635《機(jī)器空氣噪聲測量》：德國標(biāo)準(zhǔn)，以其嚴(yán)謹(jǐn)和細(xì)致著稱。

對比分析：國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)主要等效采用或參考標(biāo)準(zhǔn)，但在具體限值上，不同應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)會根據(jù)國情有所調(diào)整。例如，針對民用建筑的設(shè)備噪聲限值，中國標(biāo)準(zhǔn)通常更為嚴(yán)格。標(biāo)準(zhǔn)則更側(cè)重于測量方法的統(tǒng)一性和結(jié)果的可靠性。

五、檢測方法

1. 測點布置：

   • 聲壓級測量：根據(jù)設(shè)備尺寸和標(biāo)準(zhǔn)要求，在距離設(shè)備表面1米、高度為設(shè)備高度1/2處（通常離地1.2-1.5米）布置多個測點。對于箱式設(shè)備，應(yīng)在各個立面及頂部布置測點。傳聲器指向聲源。

   • 聲功率級測量（聲壓法）：在設(shè)備周圍假想一個包絡(luò)面（矩形或半球形），在包絡(luò)面上均勻布置測點。

   • 聲功率級測量（聲強(qiáng)法）：用一個連續(xù)的測量路徑掃描一個封閉的測量面。

2. 測量環(huán)境：應(yīng)盡量選擇半自由聲場環(huán)境（如半消聲室），或背景噪聲比被測噪聲低3dB(A)以上的現(xiàn)場環(huán)境。否則需按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行背景噪聲修正。

3. 測量工況：設(shè)備應(yīng)在額定工況（額定流量、額定揚(yáng)程）下穩(wěn)定運(yùn)行至少5分鐘后開始測量。為全面評價，也可在多種典型工況（如小流量、設(shè)計流量、大流量）下進(jìn)行測量。

4. 操作要點：

   • 測量前需對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)（使用聲校準(zhǔn)器）。

   • 避免在強(qiáng)電磁場、強(qiáng)氣流、高溫高濕環(huán)境下測量。

   • 測量人員應(yīng)遠(yuǎn)離傳聲器，防止反射影響。

   • 記錄測量時的所有運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境條件（溫度、濕度、氣壓）。

六、檢測儀器

1. 積分平均聲級計：必須具備A計權(quán)頻率響應(yīng)和“快”、“慢”時間計權(quán)，能夠測量等效連續(xù)聲級Leq。精度至少為1型或2型。

2. 聲級校準(zhǔn)器：用于測量前后對聲級計進(jìn)行聲學(xué)校準(zhǔn)，產(chǎn)生固定頻率和聲壓級的信號。

3. 聲強(qiáng)探頭：由兩個相位匹配的傳聲器以特定間距構(gòu)成，用于聲強(qiáng)測量和聲功率計算。

4. 頻譜分析儀：內(nèi)置或外接，能夠進(jìn)行實時倍頻程或1/3倍頻程頻譜分析，或進(jìn)行FFT分析。

5. 振動分析儀：配合加速度傳感器，測量振動加速度、速度和位移，并可進(jìn)行振動頻譜分析。

6. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：用于同步記錄聲學(xué)信號、振動信號及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，便于后續(xù)綜合分析。

技術(shù)特點：現(xiàn)代檢測儀器正向數(shù)字化、智能化、集成化發(fā)展。多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠同步采集聲、振、工況信號，并通過軟件進(jìn)行聯(lián)合時頻分析，極大地提高了噪聲源識別和故障診斷的效率和準(zhǔn)確性。

七、結(jié)果分析

1. 數(shù)據(jù)修正與處理：

   • 背景噪聲修正：當(dāng)背景噪聲與被測噪聲差值在3-10dB(A)時，需按標(biāo)準(zhǔn)查表或計算進(jìn)行修正。差值小于3dB(A)時，測量無效。

   • 環(huán)境修正：對于聲功率級的聲壓法測量，需對測量結(jié)果進(jìn)行環(huán)境反射影響的修正（測定環(huán)境修正值K2）。

2. 評判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 絕對評判：將測量得到的聲壓級或聲功率級與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、建筑設(shè)計規(guī)范）中規(guī)定的限值進(jìn)行直接對比，判斷是否合格。

   • 相對比較：比較不同型號設(shè)備、或同一設(shè)備在不同工況、不同時間點的噪聲水平，用于產(chǎn)品優(yōu)化、狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。

3. 噪聲源識別與分析：

   • 頻譜分析：通過對比噪聲頻譜與設(shè)備各部件的特征頻率（如水泵葉通過頻率、電機(jī)極通過頻率、軸承故障頻率），鎖定主要噪聲源。

   • 相干分析：利用聲振相干函數(shù)，分析特定振動信號與噪聲信號的相關(guān)性，確認(rèn)振動是否是噪聲的主要來源。

   • 聲學(xué)成像：采用聲學(xué)相機(jī)或聲強(qiáng)掃描法，直觀地顯示噪聲在設(shè)備表面的空間分布，快速定位“熱點”。

4. 報告編制：檢測報告應(yīng)包含設(shè)備信息、檢測依據(jù)、檢測環(huán)境與條件、使用儀器、測點布置圖、原始數(shù)據(jù)、修正后的終結(jié)果、頻譜圖、與標(biāo)準(zhǔn)限值的對比結(jié)論以及必要的分析和建議。對于超標(biāo)情況，應(yīng)基于分析結(jié)果提出針對性的降噪措施，如隔振、吸聲、消聲或設(shè)備改造建議。