煤礦通風機聲源外降噪分析及處理研究

張國亮

（陽城陽泰集團西溝煤業有限公司， 山西 晉城 048106）

1 煤礦通風機噪聲原理與特點

1.1 空氣動力原因

空氣動力生成的噪音危害較大，首先是沖擊噪聲，隨著葉輪旋轉，葉片隨之進行周期運動，空氣質點在受到周期性力的影響下，從而造成巨大的沖擊壓力波，并以聲速傳播，生成噪聲。葉片形狀往往決定了噪聲強度的差異，葉輪圓周速度與噪聲成正比關系，噪聲強烈程度與其速度成正比關系，葉輪旋轉時，造成氣體邊界分離，導致渦流出現渦流噪聲，其運動情況缺乏穩定性，因此，導致其頻率范圍較為寬廣[1]。

1.2 機械振動

因回轉體處于失衡狀態，長期使用的過程中，造成軸承磨損或破壞，其振動過程中存在噪聲；另外，葉片鋼性的缺陷，也將在氣流作用下，攜帶葉片發生振動，進而產生機械振動，生產噪聲。

1.3 互相作用

聲音的傳播具有重疊性，因為葉片會造成自身振動，在此過程中，管道是傳播噪聲的主要途徑，至管道彎曲部時，容易發生沖擊，進一步加大噪聲的程度。管道自然振動頻率與氣流壓力聲波頻率保持一致時，將出現強烈共振的情況，引起噪聲劇增，甚至破壞機器。通風機主軸通過電機、齒輪增速裝置的過程中，也有引起振動的可能，產生二次噪聲；通風機噪屬于雙源輻射聲，表現較為強烈。

2 煤礦通風機噪聲控制原理

在實際生產實踐過程中，衍生出現過多種控制方式，主要是通過控制聲源、傳輸路徑、以及接收防護等方面[2-3]。其具體噪聲控制方案，需結合自身實際情況，進行計算分析。

2.1 煤礦通風機聲源控制方法

1）降低聲源激發力。通過減少因空氣動力而產生的沖擊，降低振動頻率，減少初始噪聲強度是進行噪聲控制的有效方式之一；降低渦流噪聲，優化葉輪與轉軸的動平衡精度，從而達到減少因實際操作過程中，其失衡所造成的噪聲污染；也可以通過良好的潤滑條件，降低摩擦力，從而降低噪聲頻率。另外，聲源的隔振也是減少其激發力的有效方式。

2）降低噪聲部位對激發力的響應。通過降低系統內噪聲輻射部件與激發力的響應情況，是解決噪聲聲源的有效途徑之一。可以更改共振頻率，當其激發力的頻率接近于構件的固有頻率時，在此過程中，能夠在控制其劇烈振動的同時，通過更改頻率，以達到降低其噪聲的目的。因此，有很大概率激起構件發生強烈的共振現象，能夠在短時間內產生激烈的噪聲。可以通過更換材料的方式，選擇阻尼材料，增加能量損耗，從而降低噪聲輻射。

3）規范安裝與定時保養。正確的進行設備安裝，并且定期進行設備維護與保養，能夠有效降低其設備損耗，使通風機處于正常的負荷狀態，由此可，明顯降低其噪聲污染。同時，合理的使用方式與規范的維護保養，是避免其異常聲發生的根本原因。

2.2 控制噪聲傳輸路徑

1）聲源隔離。聲音的傳播過程可被阻擋，利用此原理可以在噪聲源周圍或接收器附近安裝相關的阻斷設施，如隔聲罩等專業隔聲設施，保持其聲源密閉，阻斷其傳播路徑，達到減少聲源污染的效果。

2）聲源吸收與反射。利用聲音可吸收性原理，可以通過采用有效的吸聲材料，進而達到降噪的目的，使其在傳輸過程中不斷衰減。另外，聲波在傳播過程中，受到特殊材料阻斷時會發生反射現象，根據其原理，選擇具有能夠反射聲波的相關材料建設成系統的聲反射系統，使其反射方向朝向聲源，造成阻抗失配，從而提升噪聲的傳播消耗，達到控制的目的。

3 煤礦通風機聲源外降噪的具體實施策略

3.1 改善煤礦通風機的噪聲生成

1）安裝消聲器。在環保離心風機噪聲中，進、出氣口輻射的空氣動力性噪聲最大，首先將局部噪聲降下，在環保離心風機進、出口裝置消聲器是抑止通風機噪聲的最有效措施。目前應用消聲器品種繁多，主要以阻性和抗性為根本類型，一般的阻性消聲器有管式、蜂窩式、片式和折板式消聲器。

2）增加蝸舌間隙或調整蝸舌半徑。風機葉輪葉柵氣流產生的周期性脈動氣動力，會促使蝸舌相互作用，進而產生旋轉噪聲。噪聲大小與脈動氣動力的劇烈程度及蝸舌的迎風面積有一定關聯，可以將蝸舌做成傾斜式，縮小位的脈動氣動力的力作用面積，進而達到降低輻射噪聲效果。同時，葉柵后速度與壓力分布不均勻，旋轉氣流與蝸舌作用將產生噪聲。通常適當取較大的風舌前端半徑可以降低通風機的旋轉噪聲和渦流噪聲。

3）采用旋轉擴壓器。旋轉擴壓器通常是指輪蓋與其直徑形成的空間。在徑向葉輪的過程中，葉片出口的氣流速度較快，在渦殼中得到強化，生成強效的噪聲。葉道的出口周圍屬于正常脫流區，會呈周期性，在增強旋轉噪聲的同時對周邊氣體產生沖擊。因此，選擇有效的方法，降低葉輪出口速度是降低其噪聲的有效途徑之一，煤礦通風機因其功率較大，需選擇特殊的旋轉擴壓器安裝。但其方法不具備全面性，在后向葉輪中，選擇旋轉擴壓器并無直接效果。因此，在安裝旋轉擴壓器的過程中，需注意選擇有效的徑向間隙，調整正確的葉片安裝角度，否則將無法實現降噪效果，甚至造成噪聲干擾。

4）設置進風口整流圈及擋板。煤礦通風機中的葉輪葉片尺寸與前盤處進風口尺寸存在一定的差異，一般相較于其進風口較大，很容易造成旋轉渦流，氣體在進入高速旋轉后，因出風口與進風口大小不一，排出量與吸收量處于失衡狀態，使大量渦流集中于進風口圓弧段部位，產生較強的空氣噪聲。煤礦通風機降噪過程中可通過在風機進風口位置，增設擋板，安裝整流圈，在風機進口處阻止氣流形成，避免渦流沖擊，降低空氣動力噪聲。

3.2 傳播路徑控制

1）建立噪聲隔斷。煤礦單位的作業范圍較為集中，在開展通風機降噪工作的過程中，可以選擇相關聲源隔斷材料，在通風機與作業施工中心建設噪聲阻斷墻，在不影響工作人員正常工作與出行的前提下，選擇隔聲罩，盡可能阻斷其傳播路徑。

2）設置隔聲間防聲罩。防止或降低通風機噪聲的傳播，需要設置隔聲間防聲罩，將通風機放置在具有吸聲性能的隔聲間當中，為達到進氣的需求，需要放置吸氣口與相關管道，在此過程中，將產生噪聲穿透，避免選購不必要的大型功率電動機，造成噪聲污染。在進行電機噪聲降低的過程中，可以采用內表面貼有吸聲材料的防聲罩，以期阻止噪聲的擴散。

3）改造通風機房。結合煤礦單位的具體情況，可對通風機房進行適當改造，盡量達到噪聲無法傳播出通風機室的效果。在密閉的空氣機房內安裝進氣消聲器，同時，需注意風機、電機等設備的散熱情況，在冷風機出口管道部位安裝消聲器，以達到降低噪聲的目的。也可以設置消音設施，如在墻壁上懸掛消音體，在風機的外表和煤氣管道上安裝帶阻尼等方法，將吸聲材料涂層包裹，在通風機振動傳輸的基礎上，降低噪聲在固體上的吸收能力，安裝基于通風機的專屬隔離器。

4 結語

在傳統的煤礦通風機噪聲治理中，往往容易側重于控制聲源或治理傳播途徑，效果不佳。因此，需要結合煤礦通風機產生噪聲的原理，結合自身實際情況，制定具有全面性的處理方案，有效地控制噪聲，為施工安全及工作人員的健康提供保障。

（編輯：苑化軍）