مقدمه
آلودگی صدا به عنوان یکی از مهم‌ترین عوامل فیزیکی زیان‌آور در محیط‌های کاری تاثیر به سزایی بر کیفیت زندگی انسان‌ها در سراسر جهان دارد. آلودگی صوتی علاوه بر ایجاد انواع اثرات فیزیولوژیکی به ایجاد اختلالات روان‌پزشکی و روان‌شناختی منجر می‌شود. این آثار بر انسان غالباً به‌تدریج ظاهر می‌شود و در دراز مدت باعث پیامدهای منفی روان‌شناختی از جمله رفتار پرخاشگرانه، خستگی جسمی و روانی، سردرد و عصبانیت می‌شود. بدین ترتیب برای رفع پیامدهای ذکر شده بایستی به ارائه راهکارهای مؤثر در جهت کاهش آلودگی صوتی پرداخته شود. یکی از موثرترین راه‌کار‌ها، استفاده از سایلنسر جهت کنترل نویز است. در این گزارش به ارائه شرح کوتاهی از تحلیل نویز در سایلنسرهای بخار ساخته شده توسط شرکت مهندسی و ساخت بویلر و تجهیزات مپنا پرداخته شده است.
2- محدوده شنوایی انسان
ساختار گوش انسان توانایی تشخیص و شنیدن امواج صوتی با فرکانس‌های بین 20 تا 20.000 هرتز را دارد. فرکانس‌های زیر 20 هرتز که به عنوان فروصوت شناخته می‌شوند و همچنین فرکانس‌های بالای 20.000 هرتز که فراصوت نامیده می‌شوند، توسط گوش انسان قابل تشخیص و شنیدن نمی‌باشند. در شکل 1 محدوده شنوایی انسان را مشاهده می‌کنید. حد پایین این نمودار را آستانه شنوایی و حد بالای آن را آستانه دردناکی می‌نامند.
شکل 1 محدوده شنوایی انسان.
بدین ترتیب برای بررسی صوت لازم است دو مشخصه اصلی صوت یعنی شدت و فرکانس آن بررسی شود. همانطور که در شکل 1 مشاهده شد، نسبت پرشدت‌ترین به کم‌شدت‌ترین صدا عددی در مرتبه ده به توان دوازده است که برای سهولت، از واحد دسیبل برای شدت صوت (beta) استفاده می‌شود که به شکل زیر تعریف می‌گردد:
شدت صوت مبنا (I0) برابر با آستانه شنوایی انسان در فرکانس 1000 هرتز در نظر گرفته می‌شود. بیشینه مجاز شدت صوت که افراد برای مدت زمان مشخصی می توانند در معرض آن قرار بگیرند تا سیستم شنوایی آنها دچار آسیب نشود، در استانداردها و Specification های مختلف ارائه می شود، که براساس آن میزان نویز ایجاد شده مجاز در خروجی تجیزات مختلف نیز در صنایع گوناگون تعیین می شود. بنابراین از تجهیزات و روشهای مناسبی برای کاهش نویز تولید شده تا میزان مدنظر استفاده می شود.
3- سایلنسرهای بخار
یکی از مکان‌هایی که صوت با شدت بالا تولید شده و سبب آسیب به گوش انسان می‌گردد، نیروگاه‌های حرارتی می‌باشد. به عنوان مثال در این نیروگاه‌ها، بخار خروجي شير اطمينان يك ديگ بخار، شدت صوتی حدود 150 دسیبل دارد که در صورت عدم کنترل آن به شدت پیامدهای منفی ایجاد خواهد کرد. بدین ترتیب لازم است شدت صوت را به میزان قابل قبولی کاهش داد. یکی از موثرترین راه‌کار‌ها، استفاده از سایلنسرهای بخار است. از این سایلنسر‌ها جهت کاهش صوت در جریان خروجی بخار از شیر اطمینان، بخار خروجی و کلیه تجهیزات و پایپینگ که بخار را با دبی و فشار بالا تخلیه می‌کنند استفاده می‌شود.
سایلنسرهای بخار دارای سه بخش اصلی هستند که عبارتند از: ديفيوزر، محفظه انبساط و قسمت کاهنده صوت. در سایلنسرهای بخار، جریان بخار پس از ورود به سايلنسر ابتدا از ديفيوزر عبور مي‌نمايد. در ديفيوزر، فرکانس صوت، جهت ايجاد قابليت جذب در بخش قسمت کاهنده صوت، افزایش می‌یابد. بخار پس از عبور از ديفيوزر وارد محفظه انبساطی شده و فشار بخار تا فشار اتمسفر کاهش می‌یابد و سپس به سمت بخش کاهنده صوت انتقال می‌یابد. در قسمت کاهنده صوت با جذب انرژی صوت به میزان درخواست کارفرما، صوت کاهش می‌یابد و در نهایت بخار از قسمت خروجی سایلنسر بخار با صدای کم خارج می شود (شکل 2 مشاهده شود).
شکل 2 سایلنسر بخار.
با توجه به نحوه‌ی اتصال سایلنسر به خط جریان، سایلنسرهای مورد استفاده در این حوزه در دو نوع مناسب برای خط تخلیه باز و بسته وجود دارند. در نوع باز قسمتی تحت عنوان Drip Pan قرار دارد که به محیط آزاد دسترسی دارد درحالی که در نوع بسته این قسمت وجود ندارد. نحوه‌ی اتصال این دو نوع سایلنسر به خط جریان در شکل 3 نمایش داده شده است. سایلنسرهای مورد استفاده در این دو طرح در ساختار درونی (عبور جریان بخار) با یکدیگر تفاوت دارند. در سایلنسرهای نوع بسته به دلیل عبور جریان از داخل مواد جاذب صوت، جریان بخار خروجی از دیفیوزر وارد محفظه انبساطی پوشانده شده با مش پد می‌شود. مش پد به صورت محیط متخلخل عمل می‌کند و ضمن عبور جریان، میزان صوت را تا میزان دسیبل خروجی مطلوب کاهش می‌دهد. در صورتی که در سایلنسرهای نوع باز، جریان بخار خروجی از دیفیوزر ابتدا وارد محفظه انبساط شده و سپس از فضای خالی میان ردیف‌های جاذب صوت، بدون نفوذ در جاذب صوتی، عبور می‌کند و با کاهش نویز، شدت صوت به میزان مطلوب می‌رسد.
شکل 3 نحوه‌ی اتصال سایلنسر با خط جریان (a نوع باز، (b نوع بسته.
4- مدل‌سازی سایلنسرهای بخار و تحلیل نویز
تحلیل نویز در سایلنسرهای بخار جهت کاهش صوت به میزان درخواست کارفرما از اهمیت بالایی برخوردار است. جهت تحلیل نویز لازم است درک صحیحی از رفتار صوت در بخش‌های مختلف سایلنسر از جمله ديفيوزر، مواد جاذب صوت و ورقه‌های سوراخ‌دار (شکل4) وجود داشته باشد. بررسی‌ها نشان می‌دهد که مواد جاذب صوت تأثیر زیادی در میرایی نویز در فرکانس‌های متوسط تا زیاد دارند و از آنها در سایلنسرهای ماشین‌آلاتی که نویز فرکانس‌های بالا دارند مانند سیستم‌های تهویه می‌توان استفاده کرد. اما در فرکانس‌های پایین، آنها توانایی کنترل نویز را ندارند و بنابراین، در ماشین‌آلاتی که تولید‌کننده نویز با فرکانس پایین هستند تقریبا میرایی نویز صورت نمی‌گیرد.
در بحث نیروگاهی به عنوان مثال بخار خروجي شير اطمينان يك ديگ بخار صوتی دارای صوت با شدت بالا در تمام فرکانس‌ها است و با استفاده از مواد جاذب صوت، تنها نویز در فرکانس‌های بالا کاهش می‌یابد و نویز فرکانس‌های پایین بدون میرایی از سیستم خارج می‌گردد. با افزودن صفحات سوراخ‌دار در مقابل مواد جاذب صوت با هدف جلوگیری از به هم ریختگی مواد جاذب صدا در اثر جریان، شدت صوت به مقدار کمی در فرکانس‌های پایین کاهش می‌یابد اما میزان کاهش به میزان مطلوب و قابل قبولی نیست. بدین منظور لازم است با راه‌کار‌هایی مانند استفاده از ديفيوزر که نقش کاهش فشار بخار خروجی را بر عهده دارد، فرکانس صوت را از فرکانس‌های پایین به فرکانس‌های بالا منتقل کرد و آنها را با استفاده از مواد جاذب صوت کاهش داد. بدین ترتیب لازم است جهت رسیدن به میزان صوت مورد درخواست کارفرما با چیدمان مناسب مواد ذکر شده در داخل سایلنسرهای بخار، به تحلیل نویز پرداخته و میزان دسیبل خروجی از سایلنسر را به میزان مطلوب کاهش داد.
شکل 4 (a ماده جاذب صوت، (b صفحات سوراخ‌دار.
مدل‌سازی دقیق مواد جاذب صوت از اهمیت بالایی جهت تحلیل نویز برخوردار است. با توجه به هزینه‌های بالای محاسباتی این مواد، نیاز به معادل‌سازی این مواد با سیالی است که بتواند ویژگی‌های آکوستیکی این مواد را ایجاد کند. بدین ترتیب با محاسبه پارامتر‌های نظیر امپدانس و عدد موج، این مواد معادل‌سازی می‌گردند. با محاسبه این پارامتر‌ها و استفاده از آنها در شبیه‌سازی به حل معادلات حاکم برای تحلیل نویز پرداخته می‌شود. برای گسسته‌سازی معادلات حاکم، از روش المان محدود استفاده می‌گردد.
در حال حاضر در شرکت مهندسی و ساخت بویلر و تجهیزات مپنا قادر به مدل‌سازی دقیق اجزای داخلی سایلنسر با دقت بسیار بالا می‌باشد. با در اختیار داشتن این خواص، هندسه سایلنسر ترسیم و تحلیل نویز در آن به صورت سه بعدی و عددی شبیه‌سازی می‌شود. با تغییر ابعاد و سایر ویژگی‌های ساختاری، تحلیل نویز تا رسیدن به دسیبل مورد نیاز کارفرما انجام می‌گردد. در شکل 5 نمونه‌ای از تحلیل نویز انجام شده برای محاسبه سطح فشار صوت در سایلنسرهای بخار در دو نوع مناسب برای خط تخلیه باز و بسته را مشاهده می‌کنید.
شکل 5 کانتور سطح فشار صوت (a سایلنسر نوع باز، (b سایلنسر نوع بسته.
5- دانش تحلیل نویز در مپنا بویلر
در حال حاضر با توجه به دانش فنی، تجهیزات، امکانات و توانمندی ایجاد شده در شرکت مهندسی و ساخت بویلر و تجهیزات مپنا امکان تحلیل صحیح نویز در سایلنسرهای بخار و دستیابی به میزان دسیبل استاندارد مورد درخواست کارفرما، وجود دارد. برای این منظور پس از ثبت دسیبل‌های ورودی به سایلنسر در فرکانس‌های مشخصی، برای این فرکانس‌ها تحلیل نویز انجام می‌گردد و طراحی به نحوی صورت خواهد گرفت که در نهایت به دسیبل خروجی مورد انتظار کارفرما منجر شود. در شکل 6 نمونه‌ای از سایلنسر در حال ساخت شرکت مپنا بویلر را مشاهده می‌کنید.
شکل 6 نمونه‌ای از سایلنسر در حال ساخت شرکت مپنا بویلر.