煤矿通风机噪音的产生与防治

郝志宇

（西山煤电集团西曲矿，山西 古交 030200）

1 通风机噪音来源

煤矿行业中常见的通风机结构有离心式、轴流式和混流式等，尽管不同结构通风机产生噪音的特点不同，但是其来源均可归纳为气动噪音、机械噪音和其他噪音，气动噪音和机械噪音是通风机噪音的主要组成部分[1-2]。

1）气动噪音。气动噪音指的是空气动力学噪音，空气在风机叶片高速旋转的作用下被压缩而发出声音，按照产生的形式不同分为涡流噪音和旋转噪音。叶顶间隙和叶片界面的空气在叶片旋转切割作用下产生了气压差，气压大的位置空气被压缩，气压小的位置空气稀疏，疏密程度不同的空气形成了涡流噪音。涡流噪音的频率与叶片与气流的相对速度有关，气流在叶片上的相对速度随着叶片半径增大而增大，因此涡流噪音在声波谱上表现为连续特征。叶片旋转导致空气产生了与转速频率一致的气压脉动，形成了旋转噪音。旋转噪音与叶片数和转速有关，有研究表明旋转噪声与转速的5～6次方成正比[3-4]。

2）机械噪音。机械噪音的产生原理比较简单，风机轴承、轴和底座等部件紧固不良，装配时精度不达标等均会导致发出明显的机械噪音。

3）其他噪音。气动噪音和机械噪音是风机噪音的主要来源，除此以外还有气固耦合噪音和电磁噪音等其他噪音。气固耦合噪音指的是气体和固体以特定方式耦合在一起而产生的噪音，通风机叶片具有一定弹性，在高速旋转时与空气产生能量交换，从而造成叶片以微小幅度振动产生噪音。电磁噪音是一种机电设备普遍存在的噪音，常见于电机、电抗器和变压器等磁性元件[5]，风机的电机内部具有交替变化的磁场，机械部件在此磁场内容易发生振动产生噪音，除此以外还有线圈磁饱和、铁心气隙过大等原因。

2 噪音防治措施

1）进出气口安装消声器（见下页图1）。风机进出气口是气动噪音强度最大的部位，采用安装消声器的办法可显著减低这部分噪音。常用的消声器有阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合型消声器等。阻性消声器是应用最为广泛的一种消声器，根据气流通道结构特点分为片式、直管式和折板式等，该消声器内部的多孔性吸声材料在声波传递过程中产生了摩擦阻力，声能被转换为热能，从而减小了风机进出气口的气动噪音。抗性消声器与阻性消声器的原理不同，它管道内部设计的突变界面和共振腔使进入管道的噪音被反射和干涉，从而削弱声波的能量，按照内部结构不同抗性消声器有扩张室式和共振式。阻抗复合型消声器结合了两种消声器的消声原理，对于中高频噪声采用阻式结构，对于中低频噪声采用抗式结构，最大限度地增大了吸收噪音的带宽。除了上述类型的消声器，也有煤矿采用微穿孔板消声器等其他类型消声器，在降噪改造工程中需要将现场实测噪音情况和本矿井通风机型号结合起来，选择降噪效果最佳的消声器。在选用消音器时，要避免消声器气流消声过大，气流速度一般控制在10～20 m/s，安装多个消音器时采取分段安装，达到最佳降噪效果[6-7]。

图1 消音器剖面示意图

2）改造蜗舌间隙和半径。通风机的叶轮或叶栅会使蜗舌在相互作用力下产生旋转噪声，相互作用力越强、蜗舌的受风面积越大，噪声强度就越高。因此可将蜗舌改造为倾斜式，减小相互作用力的面积，同时将蜗舌半径适当增大，使得风机叶珊的速度和压力分布更均匀。

3）安装旋转扩压器。轮盖及其直径形成的空间可起到旋转扩压器的作用，叶片出口的气流在蜗壳内被加速，流出叶道后进入脱流区，周期性地冲击周围空气，加强旋转噪声。需要注意的是，后向叶轮不适合安装旋转扩压器，叶片安装角度不正确不但不能削弱旋转噪声，还会对其有加强的效果。

4）机组安装隔声罩。除了进出气口产生的气动噪音，风机机壳和电机等部位产生的机械噪音也是主要噪声源。如图2所示[8-10]，将整个风机机组用阻尼材料、吸声层和护面层组成的隔声罩包围起来，起到了削弱噪音和隔绝噪音的效果。隔声罩安装后，隔绝噪音传播的同时也会造成散热问题，电机产生的热量积蓄在隔声罩内部，会造成电机过热烧毁，因此需要对风机冷却系统采取加强措施。冷却方式有自然通风冷却法和强制通风冷却法，自然通风冷却法在隔声罩下部上部开出风口，并在进出风口安装消音器，强制通风冷却法有附加通风机法、负压吸风法和罩内空气循环法等。本文采用的是自然通风冷却法，冷空气从侧方消声器进入风机房，风机房内热空气上升，由顶部消声器排出，可以带走风机热量，保障风机安全。除了隔声罩，也有在机壳表面喷涂阻尼材料的做法，原理是依靠阻尼材料将振动产生的机械能转化为热能。

图2 风机隔声房降噪示意图

5）风机房隔音消声改造。风机房隔音消声改造是一个综合性的工程，可采取的治理措施有[11]：风机房悬挂消声体、墙体贴涂吸声材料、安装减振器、门窗隔声改造等。隔声门和隔声窗都是由专门的材料和工艺制成，隔声门是经过脱脂、脱磷、喷塑等工艺加工的冷轧钢板制成，钢板内填充了8 cm波峰吸音棉。隔声窗是由PVB膜经高温高压粘合而成，并填充由干燥剂，最大程度上隔离所有频段噪音。

3 结语

根据噪音来源不同，煤矿通风机产生的噪音有气动噪音、机械噪音、气固耦合噪音和电磁噪音等。针对气动噪音，可采取安装消音器、改造蜗舌间隙和半径、安装旋转扩压器的方式进行降噪；针对机械噪音，可采取安装隔声罩、风机房改造等方式进行降噪。实际效果表明，通风机降噪隔音改造工程是一个综合性的工程，需要根据实际情况有针对性地采取措施，才能达到预期目标。