矿用通风机的降噪结构设计研究

2021-04-08席电波

机械管理开发 2021年2期

席电波

（山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司，山西沁水 048400）

引言

在煤矿的采煤生产过程中，通风机的作用非常重要，可以为井下提供适宜的工作环境，还能降低粉尘和瓦斯的安全威胁。通风机的性能，具体要看两个指标，就是风机的效率以及风机的噪声。由于通风机工作时噪声较大，会对长期在矿场环境中工作人员的身心健康造成较大的伤害，还会降低生产效率，影响矿场人员之间的交流，更为严重的是会让工作人员听不见设备运转异常和危险的报警声音，增加矿场事故发生的概率[1]。

虽然现在的一些技术有了进步，提高了通风机的效率，但是通风机造成的噪声污染问题，还是没有得到更进一步的解决。所以，为了降低通风机的噪声，有必要对设备的结构进行一些特殊设计改进，以达到降低噪声的目的[2]。

1 通风机噪声产生原因

在矿场的工作过程中，通风机运转产生的噪声主要包括了两个方面：对空气高速扰动造成噪声和机械设备的噪声[3]。

1.1 空气扰动

在通风机的运行过程中，对空气的扰动造成的噪声很难治理，而且是噪声污染最主要的部分。由于通风机在工作时，它的叶片会高速旋转，这就对周围的空气造成撞击，扰动气流，从而形成比较大的噪声。这种噪声又分为了两类；一类是在风机的叶片进行高速旋转时，撞击周围的空气，造成气流涌动，气压变化形成比较大的噪声，这种称为旋转噪声；另一类是风机的叶片不仅在旋转过程中对气流造成扰动，而且还在叶片的背面由于气压的影响形成了涡流。这种涡流具有黏滞作用，会形成很多个小的涡流，产生比较大的噪声，这种称为涡流噪声[4]。

由于噪声的产生，是因叶片的旋转导致空气的气压发生变化，扰动了气流，所以噪声的频率和叶片的转速呈正比的关系，也就是叶片的转速越高，造成噪声频率越高。而且，在整个叶片长度上，叶片上每个点的速度不一样，那么噪声的频率和叶片的长度以及叶片的数目也存在一定的关系[5]。

1.2 机械设备噪声

在设备运行过程中，肯定会有一定的电磁声，传送带由于摩擦传动、齿轮之间相互啮合造成的噪声，以及电动机机壳的振动噪声等等。这些都是设备运行过程中会产生的噪声。但是这些噪声相对来说是比较容易控制的，而且造成的影响也比较小，通过加装一些隔声装置就可以降低噪声。主要的噪声污染控制还是以空气扰动为主[6]。

2 进气口降噪设计

通风机的进气口是产生噪声的最主要地方之一，降低这个地方的噪声，对降低煤矿通风机的噪声有着很大作用。为了降低进气口的噪声，采用将吸声体安装在进气口。采用的吸声体是圆底劈尖的外形，如图1 所示。

它外部的框架，采用的是多空钢板，而内部填充采用的是超细玻璃棉的吸声材料，这种吸声材料在日常生活中很常见，不仅能够抗高温，而且吸声的频率范围很广，还耐腐蚀。它表面被设计为光滑流线，整体呈圆底劈尖形，这样不仅可以降低对空气流动的阻力，而且增大了吸声体对噪声的有效吸声面积，可以达到更好的降噪效果。同时，对于没有被吸收的声波也会因为劈尖的形状多次反射而消耗掉声波能量。

吸声体被安装在进气口，不仅能够更加有效地降低噪声，而且能够单独吸收声音，并不需要依赖其他结构，吸声面积比普通的二维装置更大，利用率更高，效果更好。

图1 吸声体外形

3 扩散筒芯筒降噪设计

通风机的出风口，也是产生噪音最主要的部件之一。目前来说，对出气口的降低噪声主要采用的是安装消声器的方法。但是其结构会对气流产生比较大的阻力，造成一部分的能量损耗，所以有必要对这种方法进行改进。

在出气口有一个结构为扩散筒芯筒，它主要是为了让气流从转轮叶片的出口进入到管道中时能够平稳过渡。由于出气口的叶轮面积相比较于管道面积要小一些，所以气流从出口流入到管道中时，也就是从小的管道流进大的管道中，会造成一部分的阻力损失。而扩散筒芯筒的安装，可以让气流逐步平稳流动，均匀分布，减小阻力损失。对通风机出风口的噪声控制，目前的一些方法是在芯筒的表面采用吸声设计，就是在表面贴一层吸声材料例如玻璃纤维棉，然后采用多孔的钢板进行固定。虽然这种方法可以起到一定的控制噪声的目的，但是仍然存在一些问题：

虽然是贴了一层的吸声材料，但是吸声的结构比较简单，对于由气流的不稳定流动产生的噪声，只用吸声材料来降低噪音是不够的，还要采用其他措施才能达到减小噪音的效果；煤矿场中的作业环境是比较恶劣的，在气流中会经常含有一些粉尘以及水蒸气等，而这些物质和表面接触，会让吸声材料的功能减弱，进而会降低吸声的效果，甚至在长时间的接触后，完全丧失消声的功能；在出气口产生的噪声，除了气流引起的噪声，其实还有一些机械设备运行产生的噪声，比如电磁噪声，还有机壳振动噪声等等，这些噪声，对于只有一层的吸声材料来说是不能够进行有效吸收的。

所以根据这些存在的问题，需对出气口的扩散筒芯筒的降噪结构进行设计，仍然采用圆锥的形状，但是将之前的两层钢板改成一层，只用一层多孔钢板，但是在钢板的背面，需要贴上一层吸声材料，也就是玻璃纤维布，然后在芯筒内部，采用钢板制作的圆形弯道隔板安装多层，在这些弯道隔板的前后两面，都贴上吸声材料。弯道隔板，可以将芯筒的内部，分隔成好几个空间，然后在每个空间都可以放置小的消声体，利用超细玻璃棉对多余的空间进行填充，如图2 所示。

图2 芯筒结构图

当有气流通过时，利用玻璃纤维网对一些粉尘、水蒸气等杂质进行吸收，以防止对吸声材料的损害；而产生的噪声可以通过超细玻璃棉进行吸收，同时，可以利用弯道隔板对噪声的传播起到阻挡作用，经过多次的反射消耗声波能量，同时又有消声体的存在，可以把其余的噪声进一步进行减弱，这些步骤可以很好地控制噪声，达到降低噪声的目的。