煤礦通風(fēng)機聲源外降噪分析及處理研究

張國亮

（陽城陽泰集團西溝煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048106）

1 煤礦通風(fēng)機噪聲原理與特點

1.1 空氣動力原因

空氣動力生成的噪音危害較大，首先是沖擊噪聲，隨著葉輪旋轉(zhuǎn)，葉片隨之進行周期運動，空氣質(zhì)點在受到周期性力的影響下，從而造成巨大的沖擊壓力波，并以聲速傳播，生成噪聲。葉片形狀往往決定了噪聲強度的差異，葉輪圓周速度與噪聲成正比關(guān)系，噪聲強烈程度與其速度成正比關(guān)系，葉輪旋轉(zhuǎn)時，造成氣體邊界分離，導(dǎo)致渦流出現(xiàn)渦流噪聲，其運動情況缺乏穩(wěn)定性，因此，導(dǎo)致其頻率范圍較為寬廣[1]。

1.2 機械振動

因回轉(zhuǎn)體處于失衡狀態(tài)，長期使用的過程中，造成軸承磨損或破壞，其振動過程中存在噪聲；另外，葉片鋼性的缺陷，也將在氣流作用下，攜帶葉片發(fā)生振動，進而產(chǎn)生機械振動，生產(chǎn)噪聲。

1.3 互相作用

聲音的傳播具有重疊性，因為葉片會造成自身振動，在此過程中，管道是傳播噪聲的主要途徑，至管道彎曲部時，容易發(fā)生沖擊，進一步加大噪聲的程度。管道自然振動頻率與氣流壓力聲波頻率保持一致時，將出現(xiàn)強烈共振的情況，引起噪聲劇增，甚至破壞機器。通風(fēng)機主軸通過電機、齒輪增速裝置的過程中，也有引起振動的可能，產(chǎn)生二次噪聲；通風(fēng)機噪屬于雙源輻射聲，表現(xiàn)較為強烈。

2 煤礦通風(fēng)機噪聲控制原理

在實際生產(chǎn)實踐過程中，衍生出現(xiàn)過多種控制方式，主要是通過控制聲源、傳輸路徑、以及接收防護等方面[2-3]。其具體噪聲控制方案，需結(jié)合自身實際情況，進行計算分析。

2.1 煤礦通風(fēng)機聲源控制方法

1）降低聲源激發(fā)力。通過減少因空氣動力而產(chǎn)生的沖擊，降低振動頻率，減少初始噪聲強度是進行噪聲控制的有效方式之一；降低渦流噪聲，優(yōu)化葉輪與轉(zhuǎn)軸的動平衡精度，從而達到減少因?qū)嶋H操作過程中，其失衡所造成的噪聲污染；也可以通過良好的潤滑條件，降低摩擦力，從而降低噪聲頻率。另外，聲源的隔振也是減少其激發(fā)力的有效方式。

2）降低噪聲部位對激發(fā)力的響應(yīng)。通過降低系統(tǒng)內(nèi)噪聲輻射部件與激發(fā)力的響應(yīng)情況，是解決噪聲聲源的有效途徑之一?？梢愿墓舱耦l率，當(dāng)其激發(fā)力的頻率接近于構(gòu)件的固有頻率時，在此過程中，能夠在控制其劇烈振動的同時，通過更改頻率，以達到降低其噪聲的目的。因此，有很大概率激起構(gòu)件發(fā)生強烈的共振現(xiàn)象，能夠在短時間內(nèi)產(chǎn)生激烈的噪聲?？梢酝ㄟ^更換材料的方式，選擇阻尼材料，增加能量損耗，從而降低噪聲輻射。

3）規(guī)范安裝與定時保養(yǎng)。正確的進行設(shè)備安裝，并且定期進行設(shè)備維護與保養(yǎng)，能夠有效降低其設(shè)備損耗，使通風(fēng)機處于正常的負荷狀態(tài)，由此可，明顯降低其噪聲污染。同時，合理的使用方式與規(guī)范的維護保養(yǎng)，是避免其異常聲發(fā)生的根本原因。

2.2 控制噪聲傳輸路徑

1）聲源隔離。聲音的傳播過程可被阻擋，利用此原理可以在噪聲源周圍或接收器附近安裝相關(guān)的阻斷設(shè)施，如隔聲罩等專業(yè)隔聲設(shè)施，保持其聲源密閉，阻斷其傳播路徑，達到減少聲源污染的效果。

2）聲源吸收與反射。利用聲音可吸收性原理，可以通過采用有效的吸聲材料，進而達到降噪的目的，使其在傳輸過程中不斷衰減。另外，聲波在傳播過程中，受到特殊材料阻斷時會發(fā)生反射現(xiàn)象，根據(jù)其原理，選擇具有能夠反射聲波的相關(guān)材料建設(shè)成系統(tǒng)的聲反射系統(tǒng)，使其反射方向朝向聲源，造成阻抗失配，從而提升噪聲的傳播消耗，達到控制的目的。

3 煤礦通風(fēng)機聲源外降噪的具體實施策略

3.1 改善煤礦通風(fēng)機的噪聲生成

1）安裝消聲器。在環(huán)保離心風(fēng)機噪聲中，進、出氣口輻射的空氣動力性噪聲最大，首先將局部噪聲降下，在環(huán)保離心風(fēng)機進、出口裝置消聲器是抑止通風(fēng)機噪聲的最有效措施。目前應(yīng)用消聲器品種繁多，主要以阻性和抗性為根本類型，一般的阻性消聲器有管式、蜂窩式、片式和折板式消聲器。

2）增加蝸舌間隙或調(diào)整蝸舌半徑。風(fēng)機葉輪葉柵氣流產(chǎn)生的周期性脈動氣動力，會促使蝸舌相互作用，進而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)噪聲。噪聲大小與脈動氣動力的劇烈程度及蝸舌的迎風(fēng)面積有一定關(guān)聯(lián)，可以將蝸舌做成傾斜式，縮小位的脈動氣動力的力作用面積，進而達到降低輻射噪聲效果。同時，葉柵后速度與壓力分布不均勻，旋轉(zhuǎn)氣流與蝸舌作用將產(chǎn)生噪聲。通常適當(dāng)取較大的風(fēng)舌前端半徑可以降低通風(fēng)機的旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。

3）采用旋轉(zhuǎn)擴壓器。旋轉(zhuǎn)擴壓器通常是指輪蓋與其直徑形成的空間。在徑向葉輪的過程中，葉片出口的氣流速度較快，在渦殼中得到強化，生成強效的噪聲。葉道的出口周圍屬于正常脫流區(qū)，會呈周期性，在增強旋轉(zhuǎn)噪聲的同時對周邊氣體產(chǎn)生沖擊。因此，選擇有效的方法，降低葉輪出口速度是降低其噪聲的有效途徑之一，煤礦通風(fēng)機因其功率較大，需選擇特殊的旋轉(zhuǎn)擴壓器安裝。但其方法不具備全面性，在后向葉輪中，選擇旋轉(zhuǎn)擴壓器并無直接效果。因此，在安裝旋轉(zhuǎn)擴壓器的過程中，需注意選擇有效的徑向間隙，調(diào)整正確的葉片安裝角度，否則將無法實現(xiàn)降噪效果，甚至造成噪聲干擾。

4）設(shè)置進風(fēng)口整流圈及擋板。煤礦通風(fēng)機中的葉輪葉片尺寸與前盤處進風(fēng)口尺寸存在一定的差異，一般相較于其進風(fēng)口較大，很容易造成旋轉(zhuǎn)渦流，氣體在進入高速旋轉(zhuǎn)后，因出風(fēng)口與進風(fēng)口大小不一，排出量與吸收量處于失衡狀態(tài)，使大量渦流集中于進風(fēng)口圓弧段部位，產(chǎn)生較強的空氣噪聲。煤礦通風(fēng)機降噪過程中可通過在風(fēng)機進風(fēng)口位置，增設(shè)擋板，安裝整流圈，在風(fēng)機進口處阻止氣流形成，避免渦流沖擊，降低空氣動力噪聲。

3.2 傳播路徑控制

1）建立噪聲隔斷。煤礦單位的作業(yè)范圍較為集中，在開展通風(fēng)機降噪工作的過程中，可以選擇相關(guān)聲源隔斷材料，在通風(fēng)機與作業(yè)施工中心建設(shè)噪聲阻斷墻，在不影響工作人員正常工作與出行的前提下，選擇隔聲罩，盡可能阻斷其傳播路徑。

2）設(shè)置隔聲間防聲罩。防止或降低通風(fēng)機噪聲的傳播，需要設(shè)置隔聲間防聲罩，將通風(fēng)機放置在具有吸聲性能的隔聲間當(dāng)中，為達到進氣的需求，需要放置吸氣口與相關(guān)管道，在此過程中，將產(chǎn)生噪聲穿透，避免選購不必要的大型功率電動機，造成噪聲污染。在進行電機噪聲降低的過程中，可以采用內(nèi)表面貼有吸聲材料的防聲罩，以期阻止噪聲的擴散。

3）改造通風(fēng)機房。結(jié)合煤礦單位的具體情況，可對通風(fēng)機房進行適當(dāng)改造，盡量達到噪聲無法傳播出通風(fēng)機室的效果。在密閉的空氣機房內(nèi)安裝進氣消聲器，同時，需注意風(fēng)機、電機等設(shè)備的散熱情況，在冷風(fēng)機出口管道部位安裝消聲器，以達到降低噪聲的目的。也可以設(shè)置消音設(shè)施，如在墻壁上懸掛消音體，在風(fēng)機的外表和煤氣管道上安裝帶阻尼等方法，將吸聲材料涂層包裹，在通風(fēng)機振動傳輸?shù)幕A(chǔ)上，降低噪聲在固體上的吸收能力，安裝基于通風(fēng)機的專屬隔離器。

4 結(jié)語

在傳統(tǒng)的煤礦通風(fēng)機噪聲治理中，往往容易側(cè)重于控制聲源或治理傳播途徑，效果不佳。因此，需要結(jié)合煤礦通風(fēng)機產(chǎn)生噪聲的原理，結(jié)合自身實際情況，制定具有全面性的處理方案，有效地控制噪聲，為施工安全及工作人員的健康提供保障。

（編輯：苑化軍）