高層建筑電梯主機噪聲成因分析與改進措施

董 寧

（北京市順義區特種設備檢測所，北京 101300）

0 引言

電梯在為人們帶來便利和舒適的同時，其不良的運行狀態也會對乘客的人身安全造成一定威脅。電梯在運行過程中會產生復雜的噪聲，其中大部分噪聲都是頻率相對較低的，會影響乘客的舒適度。在設計電梯時，設計師需要提前對機械設備可能產生的噪聲問題進行處理。電梯運行中產生的低中頻振動噪聲會對乘客造成較嚴重的影響。有研究表明，當噪聲頻率低于200 Hz 時，會對乘客的內臟器官造成損害，嚴重時甚至會引起血壓升高、內分泌失調等健康問題[1]。且電梯一旦運行，主機噪聲會通過多種傳播途徑向外擴散，部分離機房較近的居民也會連帶受到噪聲污染的影響。所以，要持續優化電梯結構，提升電梯機房以及井道的隔音能力，減少噪聲對人體產生的負面影響。

電梯噪聲作為評價舒適感的一項重要指標，其主要傳播方式是通過固體振動傳播。設計電梯時可以采用結構緊湊的無齒輪曳引機，這種設計在客梯中較為常用的。可以通過減少非必要的間隙，從選材方面有效降低噪聲強度。在使電梯結構更為合理、緊湊的同時，還需要確保轎廂本身的結實程度，以保證電梯的工作安全。改善電梯主機噪聲可以為人們提供更加舒適、便利的生活環境，也是電梯相關從業者的工作方向。

1 電梯主機噪聲成因分析

電梯噪聲的原因之一，是電梯設計不夠科學。電梯設計需要有相對高的技術水平來規避常見的噪聲來源。但由于電梯普及率較高、使用量較大，導致設計師人才滿足不了市場需求。如果沒有針對具體使用場景進行科學、合理的設計，僅僅根據固有經驗完成設計，容易導致電梯在投入使用時出現噪聲問題。通常來說，電梯主機噪聲是低頻噪聲，是令人難以忍受的。在生產過程中，為了節省成本采用廉價材料也會導致出現噪聲問題。

另外，電梯主機噪聲的很大部分原因是安裝調試不到位。磁力器的穩定性對電梯的工作狀態有著很大影響[2]。在電梯日常檢修運行中，應檢查鼓式制動器間隙是否合理。制動器內部的電磁鐵通電后，鐵芯在套筒內移動摩擦發出的響聲也是電梯常見的噪聲之一。

在進行電梯噪聲性能分析時，發現電梯上行過程中，接近頂樓的位置會出現較大的哨聲。對信號進行傅里葉變換，發現隨著電梯高度的增加，噪聲頻率也隨之增大。通過分析時域信號推斷，如果主機出現嗡嗡的噪聲，可能與鐵芯、套筒調試不好、定位不準、主機側接線端連接不穩定有關。如果制動和松閘過程存在一定的連接間隙，使用時間一長就會使間隙變大，并產生局部振動變形，造成噪聲的增加。

2 電梯主機噪聲改進措施

2.1 接觸器周圍布置吸音墊

在電梯的啟動、停止過程中，接觸器體積小，則吸合時的接觸面積小，所以產生的噪聲也比較小[3]。同樣，門鎖回路或者制動器體積偏大，接觸面積大，會導致發出噪聲更大。可以采用隔斷傳遞路徑的方式進行降噪，在接觸器外面加裝隔音盒，從而降低噪聲傳入人耳的強度（圖1）。

圖1 隔斷噪聲傳遞路徑

為了增加隔音能力，選擇使用5 mm 厚度的橡膠材料替換原先1 mm 厚度的材料。同時，為了增強隔音盒的吸音能力，采用阻燃性的白色聚酯吸音氈來代替原先的毛氈，確保失火情況下材料不會燃燒。由于增厚了隔音材料，提升了同等面積的吸音能力，使隔音效果大幅提升。經檢測，原裝置的降噪能力為12 dB，布置吸音墊后降噪能力提升至19 dB。

2.2 調整電梯主機送風量

在布置好吸音墊的基礎上，接下來從風機結構方面入手，調整主機的送風量。電梯主機配置有兩組電磁鐵組成鼓式磁力器。機組結構是無法調整的，但可以通過變頻調速來降低風機轉速。利用電機頻率公式計算與風量的關系，并綜合考慮打開抱閘后易出現的異步電機斷條等情況[4]。風輪旋轉時，每個葉片兩側由于空氣流速不同而產生壓力差。在瞬態流場監測點處將聲壓轉換后采用傅里葉變換從而得到聲壓級頻譜：

其中，Qr為定向分量聲壓值，Qref為參考聲壓。將空氣中的參考聲壓設定為2×10-2Pa。

在轎壁板的背面粘貼阻尼材料，可以起到一定的減振作用。為方便對聲壓級頻譜進行分析，參考聲壓在基頻處達到最高聲壓級，往后依次降低。由于蒸發腔回風口處于電梯頂端，主機工作時開啟回風閥，此時風噪和機械噪聲全部通過媒介傳播到空氣中。調整回風方式，將低端回風通過兩側墻壁送回至蒸發腔。此方式也可以產生較為明顯的降噪效果。

2.3 通風口內加裝消音器

從風管進入布風器時的風速較大，在電梯主機通風口內安裝消音器。使送風和室內原有空氣融合，以進一步降低噪聲。末端風口噪聲以高頻湍流噪聲為主，噪聲直接在房間輻射，主要與此處氣流速度有關。電梯主機出風口直立式導風板在運行的過程中會有振動帶來的聲音。將步進電機安裝到電機臺上，轉軸帶動曲柄往返重復做回轉動作。電機曲柄垂直于頻域振動的信號范圍，與電機振動信號比對后發現振幅有明顯的區別[5]。

為了達到風量要求，需要測量消音器的長度和大小并計算：

其中，Δs為消聲量要求，?o為氣流速度，φ（?o）為平均流速，S截為消音器截面長度，F 為橫截面周長。

流線漸寬式形狀消音器加裝在布風器，可以使氣流減速從而降低噪聲。在其他參數不變的情況下，風速由原來的2.541 m/s 降至2.320 m/s，下降率約2.1%。可見通過設置消音器可以起到降低噪聲的效果。

3 實驗

3.1 實驗設計

本次實驗檢測儀器選用NL-22/NL-32 精密聲級計、傳感器、麥克風及支架。測試傳感器采用NPV 三向加速度傳感器。測量值和結果可顯示在液晶面板上，具有多次讀數、數據保存功能。傳感器的一端固定在電梯主機測試點處，另一端連接在噪聲振動數據采集分析儀上。在彎頭添加高阻尼減振膠，使用導流片在三通風管底部進行彎管導流[6]。

為了減小振動測試采集數據時產生較大誤差，在使用麥克風測量電梯主機的噪聲時，麥克風放置在三角支架上，麥克風與電梯主機的距離為1 m。數據采集完成后，使用Artemis 聲學軟件導出分析。測量儀器與流程如圖2 所示。

圖2 測量儀器與流程

根據電梯主機實際工作中的負載情況，按照布置測試點的規律放置傳感器。為識別準確噪聲源，對電梯主機以及附近區域分別進行輻射噪聲測試。用支架固定住噪聲傳感器，對于每個部位的測試點進行多次測量。運用表面振動法將得到的噪聲指數進行分析和計算。采集各部位的振動速度數據，按照能量合成法疊加功率，為進一步減振降噪提供基礎。

記錄風機噪聲的實測數據，對比運行全程和風機打開時的頻譜。使用數字式測風儀測定轎廂內部輸出風速。同時，將改進后的風機安裝至頂部位置，把轉化量設置為目標風量。將測風儀測出的數值與目標噪聲值進行比對和記錄分析，得到間距與風速之間的對應關系。此外，增大出口尺寸、變更出口角度，對轎內的噪聲也有明顯影響。

3.2 實驗結果分析

采用本文提出的措施進行改進后，噪聲明顯減弱。將測得的數據與改進前以及傳統降噪方式進行綜合對比，具體結果見表1。

表1 電梯主機噪聲改進前后對比 dB

由表1 數據可知，改進前電梯主機噪聲最大值達到66 dB，采用傳統降噪方式雖然能夠有一定的降噪作用，但效果不明顯，噪聲降幅與整改前差異不大，普遍降幅只有2～3 dB，噪聲最小值在60 dB 左右浮動。采用本文提出的措施對電梯主機進行降噪處理，效果較為明顯，可以將噪聲最小值降低到52 dB，平均降幅達到10 dB，乘客在轎廂內可以明顯感覺出噪聲的降低。后期通過多次微調和驗證，進一步優化降噪處理措施，最終達到較為明顯的降噪效果，改善了轎廂內的整體環境，提高了乘客的乘梯舒適度。

4 結束語

電梯實際運行中產生的噪聲給乘客的正常使用帶來一定的困擾。隨著電梯行業高速發展，電梯主機的降噪措施逐漸受到重視。為了以給乘客提供更加舒適的乘梯感受，本文對電梯主機噪聲問題進行了深入研究。由于高速氣流以及壓力場的變化，產生的噪聲較大。對于噪聲明顯異常的電梯，應及時排查異響原因，以保證乘客的人身安全。同時，需要加強電梯維護工作的管理水平，完善檢修標準，提升運維工作人員的技術能力。本文針對電梯主機噪聲問題進行分析，提出改進措施，并通過實驗對比驗證了改進措施的有效性，為改善電梯環境提供參考。