煤礦主通風(fēng)機降噪技術(shù)

＊段宏飛

（晉能控股煤業(yè)集團軒崗煤電公司劉家梁礦 山西 034110）

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟效益以及安全性問題逐漸引起政府及民眾的關(guān)注，煤礦生產(chǎn)對促進我國經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用。煤礦生產(chǎn)過程中，機械設(shè)備的使用以及相關(guān)技術(shù)的操作對煤礦的安全生產(chǎn)具有重要影響，尤其是在噪音管控方面，煤礦主通風(fēng)機運行時產(chǎn)生的噪音會對人體造成一定危害，需要生產(chǎn)人員注重噪音的處理，降噪技術(shù)多種，其在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用可有效降低噪音污染，有助于為煤礦生產(chǎn)人員營造健康的工作環(huán)境。

1.煤礦主通風(fēng)機噪音類型

(1)機械噪音

煤礦主通風(fēng)機在運行過程中，其噪音產(chǎn)生的原因之一是風(fēng)機殼的振動，而機械運行過程中引起風(fēng)機殼振動的原因主要分為三部分，分別是：①風(fēng)機殼內(nèi)渦流影響，主風(fēng)機運行時產(chǎn)生的渦流會引起風(fēng)機殼振動，進而使得風(fēng)機殼長時間遭受壓力脈沖，影響其與葉片二者之間的運行，不利于葉片的旋轉(zhuǎn)頻率恢復(fù)正常值；②主通風(fēng)機葉輪的非正常運行，風(fēng)機殼的振動會影響葉片轉(zhuǎn)動的平衡性，致使風(fēng)機殼的振動出現(xiàn)非連續(xù)性運轉(zhuǎn)問題，進而產(chǎn)生噪音；③主通風(fēng)機長期運行，軸承出現(xiàn)老化或損壞問題[1]，主通風(fēng)機的運行會失去平衡，回轉(zhuǎn)體的振動會加劇，進而引起風(fēng)機殼的振動。

(2)氣流噪音

氣流噪音的產(chǎn)生與主通風(fēng)機的空氣動力有關(guān)，此種噪音的危害性最強，需要煤礦生產(chǎn)人員引起重視，依據(jù)產(chǎn)生機理的不同，氣流噪音具體可分為渦流噪音和旋轉(zhuǎn)噪音兩種。渦流噪音又稱紊流噪音，通風(fēng)機在運行過程中，其葉片會對空氣進行持續(xù)切割，因空氣自身具有一定的粘性，當(dāng)空氣被葉片切割后，便會出現(xiàn)渦流現(xiàn)象。葉片轉(zhuǎn)速越快，其渦流現(xiàn)象越明顯，進而出現(xiàn)非穩(wěn)定的流動噪音。旋轉(zhuǎn)噪音，主要是指通風(fēng)機葉片與空氣兩者相互作用產(chǎn)生的壓強脈沖，葉片的旋轉(zhuǎn)會使得空氣產(chǎn)生不間斷的起伏，隨后產(chǎn)生壓強脈沖。當(dāng)葉片處于持續(xù)轉(zhuǎn)動的狀態(tài)時，空氣中會持續(xù)產(chǎn)生壓強脈沖，進而會出現(xiàn)向外輻射的噪音。

(3)管道噪音

固體是聲音傳播的重要介質(zhì)，其傳播速度不容忽視，管道既是通風(fēng)機的主要組成部分，又是噪音傳播的重要途徑。主通風(fēng)機在運行過程中，其噪音可以通過管道向周圍傳播，科學(xué)技術(shù)時代，通風(fēng)管道系統(tǒng)的設(shè)置，可以在一定程度上削弱通風(fēng)機運行時產(chǎn)生的噪音。但是，如若通風(fēng)管道出現(xiàn)彎曲、截面突變、凸起，又或者是其內(nèi)部出現(xiàn)阻礙物等問題，則會產(chǎn)生氣體沖擊，不僅不利于噪聲的削弱，還有可能加大噪聲[2]。依據(jù)聲音傳播自身所具有的疊加性特征，如若管道的振動頻率與噪音頻率出現(xiàn)相同狀況，則二者之間的頻率會產(chǎn)生強大的共振，可能會將原有噪音放大2倍或3倍。

2.煤礦主通風(fēng)機降噪原理

(1)通風(fēng)機聲源處

煤礦主通風(fēng)機噪音產(chǎn)生的原因有多種，其聲源處噪音的產(chǎn)生是主要原因之一，降噪技術(shù)的應(yīng)用，可優(yōu)先從通風(fēng)機聲源處入手。聲源處噪聲的控制方法是煤礦主通風(fēng)機降噪操作的根本方式，技術(shù)人員需要優(yōu)先將聲源處的激發(fā)力降至最低，以此減少通風(fēng)機空氣動力產(chǎn)生的渦旋噪音。隨后，通過降噪技術(shù)的應(yīng)用，為葉輪的正常運行提供保障，有助于葉輪及轉(zhuǎn)軸之間平衡精度的提高，避免出現(xiàn)因葉輪或轉(zhuǎn)軸運行不平衡而造成的噪音問題，最終影響主通風(fēng)機的正常運行。

(2)傳輸?shù)倪^程中

主通風(fēng)機運行時產(chǎn)生的噪音，可通過多種方式向外傳播，其中管道是噪音傳播的主要途徑之一，技術(shù)人員可優(yōu)先解決管道噪音的傳播問題。噪音在傳輸?shù)倪^程中，技術(shù)人員可以通過安裝隔聲罩的方式對噪音進行削弱，隔音罩可有效阻隔噪音的傳播，進而減少噪音對環(huán)境的不良影響。與此同時，技術(shù)人員也可在通風(fēng)機聲源處安裝隔音罩，從源頭處控制噪音的傳播。此外，還可以使用一些吸音材料將通風(fēng)機的管道進行包裹，吸音材料可在噪音傳播過程中將噪音吸收，進而減少噪音的擴散。

(3)風(fēng)機接收器處

煤礦主通風(fēng)機中的接收器主要指的是噪音敏感設(shè)備，該設(shè)備可能是一個人又或者是人的集合，即煤礦生產(chǎn)過程中的工作人員。如果生產(chǎn)環(huán)境中長時間存在大量的噪音，則會對煤礦工作人員的身體健康造成不良影響，久而久之，會使得工作人員產(chǎn)生各種疾病。因此，煤礦現(xiàn)場施工人員需要注重噪音的防護工作，例如：施工過程中佩戴耳罩或者是耳塞，以保護耳朵免受噪音干擾，又或者是在生產(chǎn)操作空間設(shè)置隔音室，將噪音分貝控制在人耳可接受的范圍內(nèi)，有助于減少噪音對人體造成的不良危害。

3.主通風(fēng)機聲源降噪方法與技術(shù)

(1)降噪方法

主通風(fēng)機聲源處噪音的降低，可以通過減小葉輪半徑又或者是改變?nèi)~輪片數(shù)完成，噪音變化量為△T，其與葉輪外徑大小的計算公式為：

其中，D1為葉輪外徑改變前大小；D2為葉輪外徑改變后大?。籏為噪音系數(shù)，通常K的取值范圍是55～75[3]。與此同時，葉輪材料的選擇十分重要，應(yīng)優(yōu)先選擇厚薄均勻的葉片，其葉片之間距離應(yīng)均等，相關(guān)設(shè)備的材質(zhì)應(yīng)選擇合金材料。在主通風(fēng)機正式運行之前，操作人員需要在風(fēng)機外表面涂刷阻尼材料，該材料能夠?qū)L(fēng)機運行時產(chǎn)生的噪音轉(zhuǎn)變成為熱能，隨后通過熱能的消散，實現(xiàn)消除噪音的目標(biāo)。此外，工作人員可在通風(fēng)機進口處安裝整流圈與擋板，有利于噪音的削弱，通風(fēng)機的進出口尺寸不同，使得風(fēng)機空氣吸入量與排放量不成正比，容易出現(xiàn)渦流現(xiàn)象及氣流噪音。

(2)降噪技術(shù)

①安裝消聲器

在主通風(fēng)機進出口周圍，容易產(chǎn)生較大噪音，工作人員可在主通風(fēng)機的進出氣口處安裝消聲器，利用阻抗失配原理，有助于降低通風(fēng)機進出氣口處的聲音輻射，進而有助于噪音的削弱。通風(fēng)機的噪聲頻帶較寬，壓力損失較小，比較適合安裝吸聲消聲器，吸聲消聲器管壁之上設(shè)有多個小孔，工作人員可將吸音材料填充至小孔當(dāng)中以及粘貼在小孔周圍，當(dāng)管壁中出現(xiàn)聲波傳輸時，吸音材料可將噪音進行吸收，以此實現(xiàn)削弱噪音的目標(biāo)[4]。同時，吸音消聲器衰減性良好，頻率范圍較廣，降噪效果良好。此外，工作人員可以在通風(fēng)機的出風(fēng)口處設(shè)置吸音板，以減少噪音的擴散。同理，工作人員可在通風(fēng)機進風(fēng)口處設(shè)置吸音板，有助于將噪音直接消除在聲源處。

②安裝隔音罩

煤礦噪音主要產(chǎn)生于電動機、通風(fēng)機等，隔聲罩的安裝可直接安裝在通風(fēng)機之上。隔聲罩主要是由隔音層阻尼材料、吸聲層以及護面層組合而成，其僅具有隔音作用，而無吸音功能，可以阻礙噪音的傳播，在實際的安裝與使用過程中，工作人員需要注意隔聲罩溫度的控制[5]。因隔聲罩無散熱功能，不利于通風(fēng)機運行時產(chǎn)生熱量的散發(fā)，熱量存儲會增加隔音罩內(nèi)部溫度，高溫之下不利于通風(fēng)機的正常運行，容易使得通風(fēng)機的使用年限縮短。例如：山西煤礦企業(yè)將隔音罩安裝至通風(fēng)機之上，有助于噪音的削弱。同時，為確保通風(fēng)機的正常運行，以及防止通風(fēng)機使用年限的縮短，企業(yè)工作人員采用了散熱措施，專門用于驅(qū)散通風(fēng)機運行時產(chǎn)生的熱量。

圖1 隔音罩示意圖

③改造風(fēng)機房

圖2 規(guī)范化風(fēng)機房示意圖

風(fēng)機房的改造較為復(fù)雜，具體可分為三部分：A.風(fēng)機房門窗的更換。為阻止噪音的傳播與擴散，煤礦企業(yè)可將風(fēng)機房的門窗更換為專用的隔音門窗。B.設(shè)計改造成隔音間。煤礦主通風(fēng)機的機房面積較小，企業(yè)可將風(fēng)機房改造成隔音間，將機房天花板、地面以及墻面安裝吸音或者是隔音材料，以此防止噪聲的擴散[6]。因主通風(fēng)機頻帶較寬，產(chǎn)生的噪音影響較大，需要使用復(fù)合穿孔板進行削弱，該板表面有諸多細孔，細孔具有吸收噪音的作用，噪音進入細孔會產(chǎn)生振動，轉(zhuǎn)化成熱能散發(fā)。C.在通風(fēng)管外表面粘貼阻尼層，阻尼層粘貼厚度在4mm左右。此外，可在通風(fēng)機之上安裝減震設(shè)備，或者是設(shè)計隔振裝置，以此降低因振動而產(chǎn)生的噪音。

④改進通風(fēng)機

主通風(fēng)機的運行是噪音產(chǎn)生的源頭，降噪技術(shù)的應(yīng)用，煤礦企業(yè)需要關(guān)注主通風(fēng)機的改進問題，有助于在噪聲產(chǎn)生處對噪音進行削弱。針對于通過改進主通風(fēng)機的方式實現(xiàn)噪音的降低，此方式的研究成果較多，總結(jié)起來可劃分為兩點，分別是：A.對主通風(fēng)機葉片材料的改進。葉片應(yīng)選用最新的材料制作而成，制作過程中應(yīng)確保葉片表面光滑，打孔均勻，既有助于減少葉片旋轉(zhuǎn)時與空氣之間產(chǎn)生的摩擦，又有助于降低因渦流而產(chǎn)生的噪音。B.提高主通風(fēng)機的制造技術(shù)以及設(shè)備的精準(zhǔn)度。葉片與通風(fēng)機的機殼之間存在一定縫隙，工作人員需要將縫隙減小，以此減小縫隙中的空氣流通。另外，設(shè)備精準(zhǔn)度的提高，可減少通風(fēng)機運行時產(chǎn)生的振動，二者均有助于噪音的降低。

4.煤礦主通風(fēng)機噪聲降噪措施

(1)安裝消聲器

在主通風(fēng)機的進出口位置，會形成較強的空氣動力性噪聲，針對此類噪聲進行處理時，可以使用消聲器，安裝在風(fēng)機進出氣口的管道位置，采取降噪處理的方法，對此類噪音進行有效的改善。將消聲器放置在風(fēng)扇的進出口位置，可以選擇的消聲器類型多種多樣，例如：阻性消聲器、微穿孔板消聲器、抗性消聲器、復(fù)合式消聲器。阻性消聲器對于高頻噪聲具有良好的處理功能，降噪效果好，在風(fēng)機出口擴散彎道位置使用消聲導(dǎo)流片，可以獲取更強的吸聲效果，使用大量的吸聲材料，可以增強降噪的有效性。在擴散塔和水平風(fēng)道連接位置使用消聲導(dǎo)流片，能夠最大限度的防范降低出口氣流沖擊擴散塔動壓的問題，確保風(fēng)機具有穩(wěn)定的運行效率。值得注意的是，安裝噪聲導(dǎo)流片時，需要對具體的使用數(shù)量加強控制，不可使用過多數(shù)量的小聲導(dǎo)流片，保護風(fēng)道的流通面積不受破壞，增強主風(fēng)機的運行質(zhì)量，吸聲磚可以在水平風(fēng)道內(nèi)安裝，使用在3.5m以內(nèi)的長度，合理的進行通流，保證水平風(fēng)道截面積的科學(xué)性和合理性。

(2)使用隔聲罩

在給風(fēng)機機組使用隔聲罩，可以起到有效的降聲降噪功能，因為在煤礦主通風(fēng)機的噪聲中，主風(fēng)機機殼位置、基礎(chǔ)的振動部位以及電動機，均是噪聲的主要來源，安裝隔聲罩可以有效的將阻風(fēng)機隔離開來，阻斷主通風(fēng)機的噪聲，降低噪音。利用隔聲罩中的隔聲層、阻尼材料護面層和吸聲層，可以增強吸聲效果，降低噪音。但是使用隔聲罩并不是一個完美的方法，因為隔聲罩的使用會使主通風(fēng)機在運行時形成大量的熱量，風(fēng)機溫度過高，熱量無法及時散出，提高了罩內(nèi)的溫度，對電動機的正常運轉(zhuǎn)和使用壽命形成了負面影響，因此，可以配合使用風(fēng)冷法，解決加裝隔聲罩時產(chǎn)生的熱量問題。

(3)綜合改造風(fēng)機房

在現(xiàn)場條件允許的情況下，可以通過綜合改造風(fēng)機房的方式，降低煤礦主通風(fēng)機的噪聲問題，將風(fēng)機房改造成隔聲室，在機房內(nèi)封閉有噪聲的風(fēng)機組，對噪聲傳播進行有效的控制，機房內(nèi)噪音會因此而增加，但使機房外的噪聲得到了大幅度的控制。為了確保風(fēng)機吸氣和相關(guān)設(shè)備可以正常的實現(xiàn)散熱，應(yīng)將進氣口消聲器安裝在風(fēng)機房的上方位置，將消聲器安裝在冷卻風(fēng)機出氣管內(nèi)，對噪聲污染進行有效的控制。強化降噪的效果，可以利用吸氣處理的方式，可以增強主通風(fēng)機的噪聲處理效果，增強隔音間的降噪有效性，提高對風(fēng)機房綜合改造的質(zhì)量。使用阻尼措施，將消聲材料涂抹在機殼和輸氣管的表面，安裝減震器或通過設(shè)計專業(yè)的隔音基礎(chǔ)，實現(xiàn)對振動現(xiàn)象的有效防范。

5.結(jié)束語

煤礦生產(chǎn)的危險性較高，尤其是在煤礦的開采過程中，地下操作空間的通風(fēng)問題直接影響著煤礦工作人員的人身安全，規(guī)范化的操作空間設(shè)計，需要企業(yè)安裝主通風(fēng)機時刻保持煤礦操作空間的空氣流通，以防止工作人員因缺氧而出現(xiàn)生命危險。主通風(fēng)機在運行過程中會產(chǎn)生較大噪音，威脅著工作人員的生命健康，需要企業(yè)注重降噪技術(shù)的應(yīng)用，該技術(shù)具體的應(yīng)用可從消聲器與隔音罩的安裝、改造風(fēng)機房以及改進通風(fēng)機等方面入手，有助于解決機械噪音、氣流噪音以及管道噪音等。