煤礦軸流式局部通風(fēng)機的降噪對策
摘要：煤礦局部通風(fēng)機 簡稱局扇 的噪聲是煤礦掘進中的主要噪聲源 ， 本文分析了局扇產(chǎn)生噪聲的機理， 提出了在傳播途徑上降低局扇噪聲的對策。
關(guān)鍵詞： 局扇； 噪聲
1.局扇噪聲產(chǎn)生機理及其特性
在煤礦掘進中使用的JBT、BKJ系列局扇，其噪聲一般都在95DB以上，高的噪聲不僅影響工人的健康， 而且常掩蔽井下安全警號 造成事故的發(fā)生。
局扇在一定工況下運轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生的噪聲主要包括空氣動力性噪聲和機械性噪聲兩大部分，其中空氣動力性噪聲的強度最大，是局扇噪聲的主要成分。
局扇的空氣動力性噪聲按產(chǎn)生機理可分為旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。
旋轉(zhuǎn)噪聲是由旋轉(zhuǎn)的葉片周期地打擊空氣質(zhì)點引起空氣的壓力脈動所產(chǎn)生的。其頻率就是葉片每秒鐘打擊空氣質(zhì)點的次數(shù)，因此它與葉片數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)。旋轉(zhuǎn)噪聲的強度大致與圓周速度的5-6 次方成比例。當(dāng)圓周速度增大一倍時，聲壓級將增加10-15DB ， 對轉(zhuǎn)速高達2900r/min 的局扇而言， 其旋轉(zhuǎn)噪聲都較大， 在氣動噪聲中占主要成分。渦流噪聲是局扇旋轉(zhuǎn)時，高速氣流在葉片界面上和間隙中分離時產(chǎn)生渦流，渦流分離時所產(chǎn)生的壓縮和稀疏，以聲波的形式傳播所形成的。其頻率取決于葉片與氣流的相對速度。因葉片各截面上的圓周速度隨半徑大小而變化，氣流繞過葉片時各點相對速度必然亦不一樣，同時葉片各點厚度也不同。故從圓心到最大半徑速度呈連續(xù)變化。因此葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的渦流噪聲呈明顯的連續(xù)譜。渦流噪聲的強度與氣流的 8次方成比例。 對局扇而言， 渦流噪聲產(chǎn)生的原因主要有兩方面，一是動葉葉尖與蝸殼之間的間隙產(chǎn)生間隙渦流噪聲；二是氣流通過葉面時在葉面上產(chǎn)生的附面層與葉片表面產(chǎn)生的渦流脫落噪聲。局扇的空氣動力性噪聲就是旋轉(zhuǎn)噪聲與渦流噪聲相互疊加的結(jié)果。
局扇的機械性噪聲主要是驅(qū)動電機的電磁噪聲和機殼振動輻射的噪聲等。
要對局扇的噪聲進行有效控制，就必須弄清其噪聲源和輻射部位。局扇噪聲的輻射部位主要有：( 1) 進氣口和出氣口輻射的空氣動力性噪聲； ( 2)機殼及電機等輻射的機械性噪聲。 其中， 以進、出氣口部位輻射的空氣動力性噪聲為最強。 因此，在傳播路徑上對通風(fēng)機采取噪聲控制措施時，首先應(yīng)考慮對局扇進、出氣口部位輻射的氣動噪聲進行控制。
對局扇實施噪聲控制，有主動控制和被動控制兩種方法。主動控制就是控制局扇的噪聲源的噪聲，其具體的方法有：動葉與靜葉數(shù)合理匹配、減小動葉與機殼之間的間隙、在動葉葉片上穿斜孔、 適當(dāng)增大動葉與靜葉之間的間距、 在動葉吸力面和壓力面上加附加導(dǎo)葉等，這些方法對局扇的降噪均有一定的效果， 但降低量一般不大。 對噪聲高達 95dB以上的局扇而言， 要達到工礦企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求，還必須采用事后的被動降噪方法，即在局扇噪聲的傳播途徑上實施噪聲控制。本文著重討論局扇噪聲傳播途徑上的控制對策。
2 在傳播途徑上降低局扇噪聲的對策
2. 1 在局扇進、 出氣口安裝消聲器由于局扇的進、出氣口輻射的空氣動力性噪聲強度最大， 所以控制局扇的噪聲， 首先應(yīng)將這部分噪聲降下來。而局扇在井下使用時為壓入式通風(fēng)， 噪聲的主要輻射部位在風(fēng)機的進口， 所以一般應(yīng)在局扇的進氣口安裝消聲器。
消聲器的種類較多， 如阻性消聲器、 抗性消聲器、阻抗復(fù)合消聲器、微穿孔板消聲器等。目前，在局扇上使用最多的是阻性消聲器、微穿孔板消聲器兩大類。
由多孔吸聲材料(如超細玻璃棉等)制作的阻性消聲器， 主要吸收局扇的中高頻噪聲， 而且具有較好的吸聲效果。但在多粉塵而且潮濕的井下環(huán)境， 會使多孔吸聲材料受潮， 同時， 粉塵充塞吸聲材料會降低其吸聲性能。因此，必須對多孔吸聲材料作防水防潮處理，而且要設(shè)計成裝拆方便的結(jié)構(gòu)，以更換吸聲材料。對阻性消聲器的制作應(yīng)注意吸聲材料充填的厚度和密度，應(yīng)考慮局扇主要噪聲的頻帶范圍。
微穿孔板消聲器有單層和多層結(jié)構(gòu)，對用于局扇降噪的微穿孔板消聲器，一般設(shè)計成雙層結(jié)構(gòu)以避免單層結(jié)構(gòu)的吸聲底谷。使用雙層結(jié)構(gòu)的微穿孔板消聲器幾乎可在全頻帶上降低局扇的噪聲，而且有較好的降噪效果。但它的缺點是制造工藝相對復(fù)雜、 在井下多粉塵的環(huán)境工作時， 微孔容易阻塞而影響降噪效果。與阻性消聲器比較，其降噪效果受氣流速度的影響較小，拆卸后可用水清洗微穿孔板或用壓縮空氣將粉塵除去，而對降噪不產(chǎn)生影響。對雙層微穿孔板消聲器設(shè)計時， 就對微穿孔板的結(jié)構(gòu)參數(shù)(穿孔孔徑、 穿孔率、板厚、 兩層穿孔板之間的間距) 進行優(yōu)化， 在優(yōu)化時就考慮局扇噪聲峰值所在的頻帶范圍，以達到較好降噪效果。
在上述兩類消聲器設(shè)計時，為了對局扇的氣動性能不產(chǎn)生大的影響，一般可在兩類消聲器的入口加錐形的導(dǎo)流裝置，導(dǎo)流裝置的骨架可設(shè)計成穿孔板結(jié)構(gòu)， 并在導(dǎo)流裝置內(nèi)填充吸聲材料， 以同時起到降噪作用。
2. 1 局扇機殼加阻尼
在局扇進出口輻射噪聲得到有效控制后，機殼輻射的噪聲就變得較為突出，對 JBT系列的幾種局扇的現(xiàn)場測試表明，機殼輻射的噪聲在巷道混響場中都高達 90dB以上， 所以必須對其進行控制。 阻尼材料具有損耗振動機械能的能力， 將阻尼材料噴刷在機殼表面做成自由層，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生振動輻射噪聲時阻尼層發(fā)生變形，依靠阻尼材料的內(nèi)摩擦耗能， 將機械能轉(zhuǎn)化為熱能， 消散于周圍環(huán)境中， 可達到降噪目的。 但應(yīng)注意的是阻尼層的厚度應(yīng)通過試驗確定，過大的阻尼層厚度并不能提高降噪的效果。
已有的試驗研究表明，在局扇入口加雙層微穿孔消聲器， 并在機殼表面涂上一層阻尼材料， 可使局扇的降噪達 20 dB， 完全可以達到工礦企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求。
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