局部通風(fēng)機(jī)綜合降噪研究與工程實(shí)踐

高一博

(西山煤電集團(tuán) 西銘礦，山西 太原 030024)

煤礦在開掘施工作業(yè)時(shí)，為了稀釋煤層及圍巖釋放的有毒有害氣體，為職工提供新鮮空氣，創(chuàng)造良好工作環(huán)境，采用局部通風(fēng)機(jī)對掘進(jìn)工作面進(jìn)行不間斷供風(fēng)[1].目前，井下開掘工作面局部通風(fēng)機(jī)普遍噪聲較大，而噪聲污染已成為僅次于大氣污染和水污染的第三大公害，嚴(yán)重危害井下職工身體健康，對井下作業(yè)環(huán)境造成一定的安全風(fēng)險(xiǎn)[2].在西銘礦五采區(qū)左回風(fēng)巷開拓面和2-6132掘進(jìn)工作面等地點(diǎn)使用FBDNo7.12X45局部通風(fēng)機(jī)，環(huán)境噪音均超過100 dB，高于《煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理體系基本要求及評(píng)分辦法》職業(yè)健康衛(wèi)生有關(guān)噪聲的規(guī)定。為此，本文通過調(diào)整局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)氣方向，并與廠家合作對消音器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出改進(jìn)方案，優(yōu)化局部通風(fēng)機(jī)降噪裝置，達(dá)到了降噪達(dá)標(biāo)效果。

1 局部通風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生機(jī)理

根據(jù)局部通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)，噪聲產(chǎn)生可以分為機(jī)械噪聲、電機(jī)噪聲和空氣動(dòng)力性噪聲，其產(chǎn)生機(jī)理為：

1)機(jī)械噪聲主要由以下4方面原因造成:風(fēng)機(jī)安裝位置不平整或零件松動(dòng)；軸承運(yùn)行時(shí)相互摩擦；葉輪磨損不均勻或因風(fēng)壓導(dǎo)致零件的變形，使整個(gè)轉(zhuǎn)子不平衡；葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)[3].

2)主機(jī)電機(jī)噪聲主要由以下4方面原因造成:轉(zhuǎn)子不平衡或電磁力軸向分量產(chǎn)生的軸向串動(dòng)聲；徑向交變的電磁力激發(fā)的電磁噪聲；換向器整流子碳刷摩擦導(dǎo)電環(huán)而產(chǎn)生的摩擦噪聲；由于某些部件振動(dòng)使其固有頻率與激勵(lì)頻率產(chǎn)生共振，形成很強(qiáng)的窄帶噪聲[4-5].

3)通風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力性噪聲按產(chǎn)生機(jī)理可分為旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲是通風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，周期性打擊空氣而引起的氣體壓力脈動(dòng)噪聲；湍流噪聲主要是通風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)附著在葉片上的空氣不斷脫落成漩渦而產(chǎn)生的噪聲[6].

2 局部通風(fēng)機(jī)常用消音方式分析

目前國內(nèi)局部通風(fēng)機(jī)常用的消音方式如下：

1)雙層機(jī)殼內(nèi)填充吸音材料。在進(jìn)出口側(cè)加裝阻性消聲器，通常采用密集微穿孔板配合填充巖棉的形式來降低進(jìn)出口的輻射噪聲。消聲器由兩部分組成:消聲外筒和消聲內(nèi)芯，消聲內(nèi)芯一方面起到整流的作用，一方面可以增加消聲面積，這種方式很適合于軸流風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，對中高頻噪聲的降噪有一定效果[5].

2)風(fēng)機(jī)整體加裝獨(dú)立消聲室，是將風(fēng)機(jī)整體安裝在一個(gè)密閉的消聲空間內(nèi)以降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁噪聲、機(jī)殼部分的振動(dòng)噪聲及葉輪部位的氣流輻射噪聲。但由于局部通風(fēng)機(jī)通常安設(shè)在的掘進(jìn)工作面巷道口，消聲室占用空間大，巷道口空間有限，對運(yùn)輸和行人安全造成不利影響，且成本費(fèi)用高。

3)主機(jī)葉輪部位加裝可拆卸的隔音罩降低葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪音，安裝簡單便捷，而且成本較低，但對風(fēng)機(jī)的整體運(yùn)行時(shí)噪聲的降低貢獻(xiàn)不大。

通過對3種消音方式的對比分析和單一測試，局部通風(fēng)機(jī)噪聲均大于100 dB，不符合職業(yè)健康衛(wèi)生要求。

3 改進(jìn)方案與現(xiàn)場測試

為了進(jìn)行針對性的降噪，通過對局部通風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生機(jī)理的分析，確認(rèn)了井下局部通風(fēng)機(jī)噪音大的主要原因是空氣在進(jìn)風(fēng)口摩擦產(chǎn)生的輻射噪音。針對此狀況提出升級(jí)優(yōu)化主機(jī)消音方式+進(jìn)風(fēng)口加裝彎頭消音器和插板消音器+出風(fēng)口加裝錐筒式消音器綜合降噪解決方案。

3.1 主機(jī)消音方式升級(jí)優(yōu)化與測試

對主機(jī)與外殼間增加了全包覆多重消音新材料，在機(jī)殼間填充了高分子消音材料，其聲特性阻抗使聲波在界面產(chǎn)生反射，隔斷高頻聲波；其內(nèi)阻尼高，可以阻斷中低頻聲波；材料本身的彈性及全包覆的密封性，有效避免噪聲傳播擴(kuò)大。經(jīng)測試，風(fēng)流經(jīng)主機(jī)體后，噪音可衰減25 dB(A).

3.2 進(jìn)風(fēng)口降噪方式改進(jìn)與測試

1)在進(jìn)風(fēng)口加裝彎頭消音器，進(jìn)風(fēng)口由矩形鋼板制成，內(nèi)置彎形隔墻、直板分隔墻若干個(gè)，分別用螺栓固定在殼體上，風(fēng)流沿垂直方向進(jìn)入，經(jīng)隔墻、分隔墻的多次反射，吸收了摩擦噪聲。經(jīng)測試噪音可衰減15～26 dB(A).

2)在進(jìn)風(fēng)口消音筒內(nèi)加裝插板消音器，風(fēng)流進(jìn)入消音筒后，中高頻聲波經(jīng)過在多孔材料的孔隙中摩擦而轉(zhuǎn)化成熱能耗散掉，使通過消音器的聲波減弱；低頻聲波在消音插板中來回反射，有效減弱了摩擦噪聲。經(jīng)測試噪音可衰減15～20 dB(A).

3.3 出風(fēng)口降噪方式測試與改進(jìn)

在出風(fēng)口加裝錐筒式消音器，在圓筒形消音器的中軸線上安裝前大后小的消音錐體，風(fēng)流經(jīng)過消音筒和消聲錐筒將一部分反射噪聲由消音錐吸入，風(fēng)流沿平行于通風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的方向?qū)С?，有效吸收了反射噪聲。?jīng)測試噪音可衰減10～15 dB(A).

3.4 綜合降噪效果現(xiàn)場測試

局部通風(fēng)機(jī)整體降噪結(jié)構(gòu)示意圖見圖1.采用升級(jí)優(yōu)化主機(jī)消音方式+進(jìn)風(fēng)口加裝彎頭消音器和插板消音器+出風(fēng)口加裝錐筒式消音器綜合降噪解決方案后，在西銘礦采區(qū)回風(fēng)巷、五采區(qū)左回風(fēng)巷開拓面和2-6132掘進(jìn)工作面進(jìn)行了現(xiàn)場測試，測試數(shù)據(jù)見表1，通過對測試數(shù)據(jù)的對比分析，采取綜合降噪技術(shù)后，局部通風(fēng)機(jī)噪聲下降了40 dB(A)左右，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境得到顯著改善，在保證職工身體健康的同時(shí)，也確保了安全生產(chǎn)。

圖1 局部通風(fēng)機(jī)整體降噪結(jié)構(gòu)示意圖

表1 局部通風(fēng)機(jī)噪聲監(jiān)測對比數(shù)據(jù)表

4 結(jié) 論

經(jīng)試驗(yàn)測定，采取進(jìn)風(fēng)口降噪或出風(fēng)口降噪等單一降噪措施后，降噪效果不明顯，且具有較大差異性。通過比較分析，采用進(jìn)風(fēng)口降噪措施效果較好，噪聲能降低15～26 dB(A)；采用出風(fēng)口降噪措施效果不顯著，噪聲降低10～15 dB(A)；采用單一優(yōu)化主機(jī)降噪措施，雖能達(dá)到降噪效果，但維持時(shí)間不長，是后期風(fēng)機(jī)噪聲的主要來源。

在五采區(qū)左回風(fēng)巷開拓面和2-6132掘進(jìn)工作面采用綜合降噪措施后，局部通風(fēng)機(jī)噪聲從120 dB(A)左右降低至80 dB(A)左右，有效降低了局部通風(fēng)機(jī)噪聲，改善了作業(yè)環(huán)境，預(yù)防了職業(yè)病的發(fā)生。