礦用通風(fēng)機(jī)的降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

席電波

（山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司， 山西 沁水 048400）

引言

在煤礦的采煤生產(chǎn)過程中，通風(fēng)機(jī)的作用非常重要，可以為井下提供適宜的工作環(huán)境，還能降低粉塵和瓦斯的安全威脅。通風(fēng)機(jī)的性能，具體要看兩個(gè)指標(biāo)，就是風(fēng)機(jī)的效率以及風(fēng)機(jī)的噪聲。由于通風(fēng)機(jī)工作時(shí)噪聲較大，會(huì)對(duì)長期在礦場環(huán)境中工作人員的身心健康造成較大的傷害，還會(huì)降低生產(chǎn)效率，影響礦場人員之間的交流，更為嚴(yán)重的是會(huì)讓工作人員聽不見設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)異常和危險(xiǎn)的報(bào)警聲音，增加礦場事故發(fā)生的概率[1]。

雖然現(xiàn)在的一些技術(shù)有了進(jìn)步，提高了通風(fēng)機(jī)的效率，但是通風(fēng)機(jī)造成的噪聲污染問題，還是沒有得到更進(jìn)一步的解決。所以，為了降低通風(fēng)機(jī)的噪聲，有必要對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些特殊設(shè)計(jì)改進(jìn)，以達(dá)到降低噪聲的目的[2]。

1 通風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生原因

在礦場的工作過程中，通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的噪聲主要包括了兩個(gè)方面：對(duì)空氣高速擾動(dòng)造成噪聲和機(jī)械設(shè)備的噪聲[3]。

1.1 空氣擾動(dòng)

在通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行過程中，對(duì)空氣的擾動(dòng)造成的噪聲很難治理，而且是噪聲污染最主要的部分。由于通風(fēng)機(jī)在工作時(shí)，它的葉片會(huì)高速旋轉(zhuǎn)，這就對(duì)周圍的空氣造成撞擊，擾動(dòng)氣流，從而形成比較大的噪聲。這種噪聲又分為了兩類；一類是在風(fēng)機(jī)的葉片進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，撞擊周圍的空氣，造成氣流涌動(dòng)，氣壓變化形成比較大的噪聲，這種稱為旋轉(zhuǎn)噪聲；另一類是風(fēng)機(jī)的葉片不僅在旋轉(zhuǎn)過程中對(duì)氣流造成擾動(dòng)，而且還在葉片的背面由于氣壓的影響形成了渦流。這種渦流具有黏滯作用，會(huì)形成很多個(gè)小的渦流，產(chǎn)生比較大的噪聲，這種稱為渦流噪聲[4]。

由于噪聲的產(chǎn)生，是因葉片的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致空氣的氣壓發(fā)生變化，擾動(dòng)了氣流，所以噪聲的頻率和葉片的轉(zhuǎn)速呈正比的關(guān)系，也就是葉片的轉(zhuǎn)速越高，造成噪聲頻率越高。而且，在整個(gè)葉片長度上，葉片上每個(gè)點(diǎn)的速度不一樣，那么噪聲的頻率和葉片的長度以及葉片的數(shù)目也存在一定的關(guān)系[5]。

1.2 機(jī)械設(shè)備噪聲

在設(shè)備運(yùn)行過程中，肯定會(huì)有一定的電磁聲，傳送帶由于摩擦傳動(dòng)、齒輪之間相互嚙合造成的噪聲，以及電動(dòng)機(jī)機(jī)殼的振動(dòng)噪聲等等。這些都是設(shè)備運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生的噪聲。但是這些噪聲相對(duì)來說是比較容易控制的，而且造成的影響也比較小，通過加裝一些隔聲裝置就可以降低噪聲。主要的噪聲污染控制還是以空氣擾動(dòng)為主[6]。

2 進(jìn)氣口降噪設(shè)計(jì)

通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口是產(chǎn)生噪聲的最主要地方之一，降低這個(gè)地方的噪聲，對(duì)降低煤礦通風(fēng)機(jī)的噪聲有著很大作用。為了降低進(jìn)氣口的噪聲，采用將吸聲體安裝在進(jìn)氣口。采用的吸聲體是圓底劈尖的外形，如圖1 所示。

它外部的框架，采用的是多空鋼板，而內(nèi)部填充采用的是超細(xì)玻璃棉的吸聲材料，這種吸聲材料在日常生活中很常見，不僅能夠抗高溫，而且吸聲的頻率范圍很廣，還耐腐蝕。它表面被設(shè)計(jì)為光滑流線，整體呈圓底劈尖形，這樣不僅可以降低對(duì)空氣流動(dòng)的阻力，而且增大了吸聲體對(duì)噪聲的有效吸聲面積，可以達(dá)到更好的降噪效果。同時(shí)，對(duì)于沒有被吸收的聲波也會(huì)因?yàn)榕獾男螤疃啻畏瓷涠牡袈暡芰俊?/p>

吸聲體被安裝在進(jìn)氣口，不僅能夠更加有效地降低噪聲，而且能夠單獨(dú)吸收聲音，并不需要依賴其他結(jié)構(gòu)，吸聲面積比普通的二維裝置更大，利用率更高，效果更好。

圖1 吸聲體外形

3 擴(kuò)散筒芯筒降噪設(shè)計(jì)

通風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口，也是產(chǎn)生噪音最主要的部件之一。目前來說，對(duì)出氣口的降低噪聲主要采用的是安裝消聲器的方法。但是其結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)氣流產(chǎn)生比較大的阻力，造成一部分的能量損耗，所以有必要對(duì)這種方法進(jìn)行改進(jìn)。

在出氣口有一個(gè)結(jié)構(gòu)為擴(kuò)散筒芯筒，它主要是為了讓氣流從轉(zhuǎn)輪葉片的出口進(jìn)入到管道中時(shí)能夠平穩(wěn)過渡。由于出氣口的葉輪面積相比較于管道面積要小一些，所以氣流從出口流入到管道中時(shí)，也就是從小的管道流進(jìn)大的管道中，會(huì)造成一部分的阻力損失。而擴(kuò)散筒芯筒的安裝，可以讓氣流逐步平穩(wěn)流動(dòng)，均勻分布，減小阻力損失。對(duì)通風(fēng)機(jī)出風(fēng)口的噪聲控制，目前的一些方法是在芯筒的表面采用吸聲設(shè)計(jì)，就是在表面貼一層吸聲材料例如玻璃纖維棉，然后采用多孔的鋼板進(jìn)行固定。雖然這種方法可以起到一定的控制噪聲的目的，但是仍然存在一些問題：

雖然是貼了一層的吸聲材料，但是吸聲的結(jié)構(gòu)比較簡單，對(duì)于由氣流的不穩(wěn)定流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，只用吸聲材料來降低噪音是不夠的，還要采用其他措施才能達(dá)到減小噪音的效果；煤礦場中的作業(yè)環(huán)境是比較惡劣的，在氣流中會(huì)經(jīng)常含有一些粉塵以及水蒸氣等，而這些物質(zhì)和表面接觸，會(huì)讓吸聲材料的功能減弱，進(jìn)而會(huì)降低吸聲的效果，甚至在長時(shí)間的接觸后，完全喪失消聲的功能；在出氣口產(chǎn)生的噪聲，除了氣流引起的噪聲，其實(shí)還有一些機(jī)械設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲，比如電磁噪聲，還有機(jī)殼振動(dòng)噪聲等等，這些噪聲，對(duì)于只有一層的吸聲材料來說是不能夠進(jìn)行有效吸收的。

所以根據(jù)這些存在的問題，需對(duì)出氣口的擴(kuò)散筒芯筒的降噪結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，仍然采用圓錐的形狀，但是將之前的兩層鋼板改成一層，只用一層多孔鋼板，但是在鋼板的背面，需要貼上一層吸聲材料，也就是玻璃纖維布，然后在芯筒內(nèi)部，采用鋼板制作的圓形彎道隔板安裝多層，在這些彎道隔板的前后兩面，都貼上吸聲材料。彎道隔板，可以將芯筒的內(nèi)部，分隔成好幾個(gè)空間，然后在每個(gè)空間都可以放置小的消聲體，利用超細(xì)玻璃棉對(duì)多余的空間進(jìn)行填充，如圖2 所示。

圖2 芯筒結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)有氣流通過時(shí)，利用玻璃纖維網(wǎng)對(duì)一些粉塵、水蒸氣等雜質(zhì)進(jìn)行吸收，以防止對(duì)吸聲材料的損害；而產(chǎn)生的噪聲可以通過超細(xì)玻璃棉進(jìn)行吸收，同時(shí)，可以利用彎道隔板對(duì)噪聲的傳播起到阻擋作用，經(jīng)過多次的反射消耗聲波能量，同時(shí)又有消聲體的存在，可以把其余的噪聲進(jìn)一步進(jìn)行減弱，這些步驟可以很好地控制噪聲，達(dá)到降低噪聲的目的。

4 降噪效果

在進(jìn)氣口，利用吸聲體進(jìn)行降噪設(shè)計(jì)后，控制噪聲的效果明顯，通過吸聲體后經(jīng)過測量，噪聲的聲壓級(jí)別下降了10.5 dB，對(duì)頻率范圍為900～1 600 Hz 的噪聲具有很好的降噪效果，而且對(duì)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓來說，吸聲體的影響很小。

在出氣口，設(shè)計(jì)了擴(kuò)散筒芯筒的降噪結(jié)構(gòu)，也有很好的降噪效果，經(jīng)過測量后，噪聲的聲壓級(jí)別也是下降了11.2 dB，而且這個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對(duì)于氣流的阻力和風(fēng)機(jī)的能量消耗都沒有什么影響。

5 結(jié)論

通過對(duì)通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口和出氣口分別進(jìn)行降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，達(dá)到了比較好的降噪效果，不僅能夠解決煤礦場中噪聲造成的環(huán)境污染問題，而且對(duì)于通風(fēng)機(jī)的功率并沒有什么影響，具有很好使用的效果。