煤礦通風(fēng)機(jī)噪音的產(chǎn)生與防治

郝志宇

（西山煤電集團(tuán)西曲礦，山西 古交 030200）

1 通風(fēng)機(jī)噪音來源

煤礦行業(yè)中常見的通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)有離心式、軸流式和混流式等，盡管不同結(jié)構(gòu)通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生噪音的特點不同，但是其來源均可歸納為氣動噪音、機(jī)械噪音和其他噪音，氣動噪音和機(jī)械噪音是通風(fēng)機(jī)噪音的主要組成部分[1-2]。

1）氣動噪音。氣動噪音指的是空氣動力學(xué)噪音，空氣在風(fēng)機(jī)葉片高速旋轉(zhuǎn)的作用下被壓縮而發(fā)出聲音，按照產(chǎn)生的形式不同分為渦流噪音和旋轉(zhuǎn)噪音。葉頂間隙和葉片界面的空氣在葉片旋轉(zhuǎn)切割作用下產(chǎn)生了氣壓差，氣壓大的位置空氣被壓縮，氣壓小的位置空氣稀疏，疏密程度不同的空氣形成了渦流噪音。渦流噪音的頻率與葉片與氣流的相對速度有關(guān)，氣流在葉片上的相對速度隨著葉片半徑增大而增大，因此渦流噪音在聲波譜上表現(xiàn)為連續(xù)特征。葉片旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致空氣產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)速頻率一致的氣壓脈動，形成了旋轉(zhuǎn)噪音。旋轉(zhuǎn)噪音與葉片數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)，有研究表明旋轉(zhuǎn)噪聲與轉(zhuǎn)速的5～6次方成正比[3-4]。

2）機(jī)械噪音。機(jī)械噪音的產(chǎn)生原理比較簡單，風(fēng)機(jī)軸承、軸和底座等部件緊固不良，裝配時精度不達(dá)標(biāo)等均會導(dǎo)致發(fā)出明顯的機(jī)械噪音。

3）其他噪音。氣動噪音和機(jī)械噪音是風(fēng)機(jī)噪音的主要來源，除此以外還有氣固耦合噪音和電磁噪音等其他噪音。氣固耦合噪音指的是氣體和固體以特定方式耦合在一起而產(chǎn)生的噪音，通風(fēng)機(jī)葉片具有一定彈性，在高速旋轉(zhuǎn)時與空氣產(chǎn)生能量交換，從而造成葉片以微小幅度振動產(chǎn)生噪音。電磁噪音是一種機(jī)電設(shè)備普遍存在的噪音，常見于電機(jī)、電抗器和變壓器等磁性元件[5]，風(fēng)機(jī)的電機(jī)內(nèi)部具有交替變化的磁場，機(jī)械部件在此磁場內(nèi)容易發(fā)生振動產(chǎn)生噪音，除此以外還有線圈磁飽和、鐵心氣隙過大等原因。

2 噪音防治措施

1）進(jìn)出氣口安裝消聲器（見下頁圖1）。風(fēng)機(jī)進(jìn)出氣口是氣動噪音強(qiáng)度最大的部位，采用安裝消聲器的辦法可顯著減低這部分噪音。常用的消聲器有阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復(fù)合型消聲器等。阻性消聲器是應(yīng)用最為廣泛的一種消聲器，根據(jù)氣流通道結(jié)構(gòu)特點分為片式、直管式和折板式等，該消聲器內(nèi)部的多孔性吸聲材料在聲波傳遞過程中產(chǎn)生了摩擦阻力，聲能被轉(zhuǎn)換為熱能，從而減小了風(fēng)機(jī)進(jìn)出氣口的氣動噪音?？剐韵暺髋c阻性消聲器的原理不同，它管道內(nèi)部設(shè)計的突變界面和共振腔使進(jìn)入管道的噪音被反射和干涉，從而削弱聲波的能量，按照內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同抗性消聲器有擴(kuò)張室式和共振式。阻抗復(fù)合型消聲器結(jié)合了兩種消聲器的消聲原理，對于中高頻噪聲采用阻式結(jié)構(gòu)，對于中低頻噪聲采用抗式結(jié)構(gòu)，最大限度地增大了吸收噪音的帶寬。除了上述類型的消聲器，也有煤礦采用微穿孔板消聲器等其他類型消聲器，在降噪改造工程中需要將現(xiàn)場實測噪音情況和本礦井通風(fēng)機(jī)型號結(jié)合起來，選擇降噪效果最佳的消聲器。在選用消音器時，要避免消聲器氣流消聲過大，氣流速度一般控制在10～20 m/s，安裝多個消音器時采取分段安裝，達(dá)到最佳降噪效果[6-7]。

圖1 消音器剖面示意圖

2）改造蝸舌間隙和半徑。通風(fēng)機(jī)的葉輪或葉柵會使蝸舌在相互作用力下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)噪聲，相互作用力越強(qiáng)、蝸舌的受風(fēng)面積越大，噪聲強(qiáng)度就越高。因此可將蝸舌改造為傾斜式，減小相互作用力的面積，同時將蝸舌半徑適當(dāng)增大，使得風(fēng)機(jī)葉珊的速度和壓力分布更均勻。

3）安裝旋轉(zhuǎn)擴(kuò)壓器。輪蓋及其直徑形成的空間可起到旋轉(zhuǎn)擴(kuò)壓器的作用，葉片出口的氣流在蝸殼內(nèi)被加速，流出葉道后進(jìn)入脫流區(qū)，周期性地沖擊周圍空氣，加強(qiáng)旋轉(zhuǎn)噪聲。需要注意的是，后向葉輪不適合安裝旋轉(zhuǎn)擴(kuò)壓器，葉片安裝角度不正確不但不能削弱旋轉(zhuǎn)噪聲，還會對其有加強(qiáng)的效果。

4）機(jī)組安裝隔聲罩。除了進(jìn)出氣口產(chǎn)生的氣動噪音，風(fēng)機(jī)機(jī)殼和電機(jī)等部位產(chǎn)生的機(jī)械噪音也是主要噪聲源。如圖2所示[8-10]，將整個風(fēng)機(jī)機(jī)組用阻尼材料、吸聲層和護(hù)面層組成的隔聲罩包圍起來，起到了削弱噪音和隔絕噪音的效果。隔聲罩安裝后，隔絕噪音傳播的同時也會造成散熱問題，電機(jī)產(chǎn)生的熱量積蓄在隔聲罩內(nèi)部，會造成電機(jī)過熱燒毀，因此需要對風(fēng)機(jī)冷卻系統(tǒng)采取加強(qiáng)措施。冷卻方式有自然通風(fēng)冷卻法和強(qiáng)制通風(fēng)冷卻法，自然通風(fēng)冷卻法在隔聲罩下部上部開出風(fēng)口，并在進(jìn)出風(fēng)口安裝消音器，強(qiáng)制通風(fēng)冷卻法有附加通風(fēng)機(jī)法、負(fù)壓吸風(fēng)法和罩內(nèi)空氣循環(huán)法等。本文采用的是自然通風(fēng)冷卻法，冷空氣從側(cè)方消聲器進(jìn)入風(fēng)機(jī)房，風(fēng)機(jī)房內(nèi)熱空氣上升，由頂部消聲器排出，可以帶走風(fēng)機(jī)熱量，保障風(fēng)機(jī)安全。除了隔聲罩，也有在機(jī)殼表面噴涂阻尼材料的做法，原理是依靠阻尼材料將振動產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能。

圖2 風(fēng)機(jī)隔聲房降噪示意圖

5）風(fēng)機(jī)房隔音消聲改造。風(fēng)機(jī)房隔音消聲改造是一個綜合性的工程，可采取的治理措施有[11]：風(fēng)機(jī)房懸掛消聲體、墻體貼涂吸聲材料、安裝減振器、門窗隔聲改造等。隔聲門和隔聲窗都是由專門的材料和工藝制成，隔聲門是經(jīng)過脫脂、脫磷、噴塑等工藝加工的冷軋鋼板制成，鋼板內(nèi)填充了8 cm波峰吸音棉。隔聲窗是由PVB膜經(jīng)高溫高壓粘合而成，并填充由干燥劑，最大程度上隔離所有頻段噪音。

3 結(jié)語

根據(jù)噪音來源不同，煤礦通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪音有氣動噪音、機(jī)械噪音、氣固耦合噪音和電磁噪音等。針對氣動噪音，可采取安裝消音器、改造蝸舌間隙和半徑、安裝旋轉(zhuǎn)擴(kuò)壓器的方式進(jìn)行降噪；針對機(jī)械噪音，可采取安裝隔聲罩、風(fēng)機(jī)房改造等方式進(jìn)行降噪。實際效果表明，通風(fēng)機(jī)降噪隔音改造工程是一個綜合性的工程，需要根據(jù)實際情況有針對性地采取措施，才能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。