煤矿通风机声源外降噪分析及处理研究

2018-02-15张国亮

机械管理开发 2018年10期

张国亮

（阳城阳泰集团西沟煤业有限公司，山西晋城 048106）

1 煤矿通风机噪声原理与特点

1.1 空气动力原因

空气动力生成的噪音危害较大，首先是冲击噪声，随着叶轮旋转，叶片随之进行周期运动，空气质点在受到周期性力的影响下，从而造成巨大的冲击压力波，并以声速传播，生成噪声。叶片形状往往决定了噪声强度的差异，叶轮圆周速度与噪声成正比关系，噪声强烈程度与其速度成正比关系，叶轮旋转时，造成气体边界分离，导致涡流出现涡流噪声，其运动情况缺乏稳定性，因此，导致其频率范围较为宽广[1]。

1.2 机械振动

因回转体处于失衡状态，长期使用的过程中，造成轴承磨损或破坏，其振动过程中存在噪声；另外，叶片钢性的缺陷，也将在气流作用下，携带叶片发生振动，进而产生机械振动，生产噪声。

1.3 互相作用

声音的传播具有重叠性，因为叶片会造成自身振动，在此过程中，管道是传播噪声的主要途径，至管道弯曲部时，容易发生冲击，进一步加大噪声的程度。管道自然振动频率与气流压力声波频率保持一致时，将出现强烈共振的情况，引起噪声剧增，甚至破坏机器。通风机主轴通过电机、齿轮增速装置的过程中，也有引起振动的可能，产生二次噪声；通风机噪属于双源辐射声，表现较为强烈。

2 煤矿通风机噪声控制原理

在实际生产实践过程中，衍生出现过多种控制方式，主要是通过控制声源、传输路径、以及接收防护等方面[2-3]。其具体噪声控制方案，需结合自身实际情况，进行计算分析。

2.1 煤矿通风机声源控制方法

1）降低声源激发力。通过减少因空气动力而产生的冲击，降低振动频率，减少初始噪声强度是进行噪声控制的有效方式之一；降低涡流噪声，优化叶轮与转轴的动平衡精度，从而达到减少因实际操作过程中，其失衡所造成的噪声污染；也可以通过良好的润滑条件，降低摩擦力，从而降低噪声频率。另外，声源的隔振也是减少其激发力的有效方式。

2）降低噪声部位对激发力的响应。通过降低系统内噪声辐射部件与激发力的响应情况，是解决噪声声源的有效途径之一。可以更改共振频率，当其激发力的频率接近于构件的固有频率时，在此过程中，能够在控制其剧烈振动的同时，通过更改频率，以达到降低其噪声的目的。因此，有很大概率激起构件发生强烈的共振现象，能够在短时间内产生激烈的噪声。可以通过更换材料的方式，选择阻尼材料，增加能量损耗，从而降低噪声辐射。

3）规范安装与定时保养。正确的进行设备安装，并且定期进行设备维护与保养，能够有效降低其设备损耗，使通风机处于正常的负荷状态，由此可，明显降低其噪声污染。同时，合理的使用方式与规范的维护保养，是避免其异常声发生的根本原因。

2.2 控制噪声传输路径

1）声源隔离。声音的传播过程可被阻挡，利用此原理可以在噪声源周围或接收器附近安装相关的阻断设施，如隔声罩等专业隔声设施，保持其声源密闭，阻断其传播路径，达到减少声源污染的效果。

2）声源吸收与反射。利用声音可吸收性原理，可以通过采用有效的吸声材料，进而达到降噪的目的，使其在传输过程中不断衰减。另外，声波在传播过程中，受到特殊材料阻断时会发生反射现象，根据其原理，选择具有能够反射声波的相关材料建设成系统的声反射系统，使其反射方向朝向声源，造成阻抗失配，从而提升噪声的传播消耗，达到控制的目的。

3 煤矿通风机声源外降噪的具体实施策略

3.1 改善煤矿通风机的噪声生成

1）安装消声器。在环保离心风机噪声中，进、出气口辐射的空气动力性噪声最大，首先将局部噪声降下，在环保离心风机进、出口装置消声器是抑止通风机噪声的最有效措施。目前应用消声器品种繁多，主要以阻性和抗性为根本类型，一般的阻性消声器有管式、蜂窝式、片式和折板式消声器。

2）增加蜗舌间隙或调整蜗舌半径。风机叶轮叶栅气流产生的周期性脉动气动力，会促使蜗舌相互作用，进而产生旋转噪声。噪声大小与脉动气动力的剧烈程度及蜗舌的迎风面积有一定关联，可以将蜗舌做成倾斜式，缩小位的脉动气动力的力作用面积，进而达到降低辐射噪声效果。同时，叶栅后速度与压力分布不均匀，旋转气流与蜗舌作用将产生噪声。通常适当取较大的风舌前端半径可以降低通风机的旋转噪声和涡流噪声。

3）采用旋转扩压器。旋转扩压器通常是指轮盖与其直径形成的空间。在径向叶轮的过程中，叶片出口的气流速度较快，在涡壳中得到强化，生成强效的噪声。叶道的出口周围属于正常脱流区，会呈周期性，在增强旋转噪声的同时对周边气体产生冲击。因此，选择有效的方法，降低叶轮出口速度是降低其噪声的有效途径之一，煤矿通风机因其功率较大，需选择特殊的旋转扩压器安装。但其方法不具备全面性，在后向叶轮中，选择旋转扩压器并无直接效果。因此，在安装旋转扩压器的过程中，需注意选择有效的径向间隙，调整正确的叶片安装角度，否则将无法实现降噪效果，甚至造成噪声干扰。

4）设置进风口整流圈及挡板。煤矿通风机中的叶轮叶片尺寸与前盘处进风口尺寸存在一定的差异，一般相较于其进风口较大，很容易造成旋转涡流，气体在进入高速旋转后，因出风口与进风口大小不一，排出量与吸收量处于失衡状态，使大量涡流集中于进风口圆弧段部位，产生较强的空气噪声。煤矿通风机降噪过程中可通过在风机进风口位置，增设挡板，安装整流圈，在风机进口处阻止气流形成，避免涡流冲击，降低空气动力噪声。

3.2 传播路径控制

1）建立噪声隔断。煤矿单位的作业范围较为集中，在开展通风机降噪工作的过程中，可以选择相关声源隔断材料，在通风机与作业施工中心建设噪声阻断墙，在不影响工作人员正常工作与出行的前提下，选择隔声罩，尽可能阻断其传播路径。

2）设置隔声间防声罩。防止或降低通风机噪声的传播，需要设置隔声间防声罩，将通风机放置在具有吸声性能的隔声间当中，为达到进气的需求，需要放置吸气口与相关管道，在此过程中，将产生噪声穿透，避免选购不必要的大型功率电动机，造成噪声污染。在进行电机噪声降低的过程中，可以采用内表面贴有吸声材料的防声罩，以期阻止噪声的扩散。

3）改造通风机房。结合煤矿单位的具体情况，可对通风机房进行适当改造，尽量达到噪声无法传播出通风机室的效果。在密闭的空气机房内安装进气消声器，同时，需注意风机、电机等设备的散热情况，在冷风机出口管道部位安装消声器，以达到降低噪声的目的。也可以设置消音设施，如在墙壁上悬挂消音体，在风机的外表和煤气管道上安装带阻尼等方法，将吸声材料涂层包裹，在通风机振动传输的基础上，降低噪声在固体上的吸收能力，安装基于通风机的专属隔离器。