陶瓷工业常用离心风机噪声的产生与控制
1、前言
陶瓷工业常用的离心风机是通风与除尘装置的关键设备，如陶瓷原料的干法粉磨工序（雷蒙磨机、锻锤式磨粉机及鼠笼式打粉机等磨粉设备）利用离心风机将达到规定粒度要求的陶瓷粉料排出机外；喷雾干燥器、隧道式干燥器、室式干燥器、链式干燥器及窑炉等设备利用离心风机进行热交换，以便提高制品的加热速度及加热质量等；旋风除尘器及布袋除尘器（又叫布筒除尘器）等利用离心风机对生产车间进行除尘处理，确保生产车间清洁明亮及文明生产等；此外，利用离心风机还可以完成陶瓷粉料的输送等。噪声是陶瓷工业常用离心风机的致命缺陷。事实上，噪声是由多种不同频率声音的无规律的杂乱组合，它不仅妨碍人们的谈话、打电话、开会、学习、工作、休息、及睡眠等，而且还会严重影响人们的身心健康及降低工作效率等。所以说积极和探讨陶瓷工业常用离心风机噪声的产生原因、危害性及其控制途径，对保护操作工人的身体健康及提高企业的经济效益等具有重要的意义。
2、噪声产生的原因
陶瓷工业常用离心风机所产生的噪声通常可区分为机械噪声、电机噪声及空气动力噪声。
2.1 机械噪声
陶瓷工业常用离心机的叶轮通常是直接安装在电机轴上或通过联轴器、风机轴或通过皮带轮、风机轴及传动带与电机轴联接起来，并随电机轴一起高速旋转。虽然陶瓷工业常用离心风机的设计制造满足了强度和刚度的要求，并且风机出厂时，风机轴、风机叶轮、联轴器及皮带轮等旋转零部件都已经过严格的静平和动平校正合格后才组装成台的。但因陶瓷工业常用离心风机的转速高，生产环境恶劣，空气潮湿及粉尘飞扬等；而陶瓷粉料及尘埃等固体颗粒的主要成分仍是石英和（或）方石英，其硬度特别高；显然陶瓷工业常用离心风机工作时，风机叶轮等旋转零部件极易磨损而产生机械噪声等，并表现在以下几个方面：
(1) 风机叶轮的不均匀磨损，并在风机风压的作用下，导致风机叶轮产生变形，结果风机工作时，因风机叶轮的不平衡而产生机械噪声等。
(2) 因风机轴承的磨损，造成轴承滚动体与其接触工作表面形成较大的间隙而产生机械噪声；严重时，轴承的内、外圈与风机轴、轴承座也会形成较大的间隙而产生机械噪声。
(3)有些风机通常采用多根传动带同时工作，若传动带的长度尺寸相差较大，那么风机工作时，有些传动带张紧了，另一些传动带还没有张紧，结果就产生了机械噪声。
(4) 因风机的安装不规范式工作零部件的联接螺栓等松动造成机械噪声。
(5) 因风机的高速旋转，导致风机的某一零部件产生共振而造成机械噪声。
2.2 电机噪声
电机是陶瓷工业常用离心风机的重要组成部分，通常风机生产厂家采用的电机都是由电机专业生产厂家提供的，风机生产厂家通常对电机内部不再进行处理，而是直接使用。事实上，电机的噪声种类繁多，通常主要表现在以下几方面：
(1) 因电机轴承的精度较差面产生的机械噪声。
(2) 因电机内部径向交变的电磁力的激发而产生的电磁噪声。
(3) 因换向器整流子碳磨擦导电环和整流子本身产生的机械噪声。
(4) 因某些零部件的振动使其固有频率与激振力频率相近而产生共振，从而形成噪声。
(5) 因电机转子的不平衡或（和）电磁力的轴向分量产生的轴向窜动而造成的噪声。
(6) 因电机冷却风扇的形状尺寸等参数不太合理而产生的空气动力噪声。
2.3 空气动力噪声
陶瓷工业常用离心机所产生的空气动力噪声通常可分为旋转噪声、涡流噪声和撞击噪声。
2.3.1 旋转噪声
旋转噪声又叫叶片噪声，它是由高速旋转的风机叶片对气体产生的周期性的压力而造成气体压力和速度的脉动变化所产生的噪声。具体说来是，当风机叶轮片绕风机轴旋转时，风机叶轮的叶片相对于气流运动，那么在高速旋转的风机叶轮叶片气体通道的出口处，沿圆周方向的气体通道面积较小的蜗舌（叶轮叶片与蜗壳之间的径间距离为最小处）处时，就会形成周期性的气体压力脉动和速度脉动和速度脉动而造成噪声。此外，风机叶轮叶片在自由空间旋转时，与其邻近的某固定位置的气体将受到风机叶轮叶片用其压力场的激振力作用，造成气体压力的起伏变化；由于风机高速旋转时，风机叶轮叶片频繁地逐个通过该位置，相应地产生了气体压力脉动，并向周围辐射而形成噪声。
2.3.2 涡流噪声
涡流噪声又称涡旋噪声，一方面，气流由进风口、轴盘及前盘进入离心风机内部时，由于气体流道的急剧变化，气体将产生剧烈地压缩或膨胀而形成涡流。另一方面，气流在通过风机叶轮叶片通道时，由于气体边界层的脱流也会形成涡流噪声。具体说来是，风机叶轮叶片相对气流运动时，气流将受到风机叶轮叶片的阻挡而形成绕流运动，那么沿风轮叶片表面的气流流线将在风机叶轮叶片背面处脱离，并在风机叶轮叶片背面处产生一个无气体流动的相对静止状态的气体聚积区，由于此气体聚集区与气流的边界是不稳定的，气流将通过粘滞力等产生卷吸作用，带动此气体聚积区内的相对静止状态的气体运动，并在风机叶轮叶片背面处形成涡旋源，涡旋源逐渐发展扩大并最终成为涡流，当涡流范围扩大到一定程度时，涡旋源将从风机叶轮叶片背面处脱离并随着气流向下游流动。当涡旋源刚一脱离时，风机叶轮叶片背面处又会形成新的涡旋源，并重复上述相似的过程。
由此可见，涡旋源在风机叶轮叶片背面处不断地形成、发展壮大及脱离并产生许多顺流而下的涡流。由于涡流的中心部位与边缘处的压力并不相同，因此在涡旋源从风机叶轮叶片背面的脱离过程中，涡流将解体分裂，导致气体产生扰动，那么风机叶轮叶片将频繁地受到此交变气体的扰动作用力。根据作用力与反作用力的原理可知，风机叶轮叶片将频繁地向气体施加周期性的反作用力，造成气体产生周期性的压缩与膨胀，并向周围辐射声波，即产生涡流噪声。
2.3.3 撞击噪声
陶瓷工业常用离心风机所产生的撞击噪声是由气流进入和离开离心风机叶轮叶片时，产生的冲击噪声以及气流流经蜗壳蜗舌时所产生的哨声噪声等组成的。
3、噪声的危害性
通常陶瓷工业常用离心风机所产生的噪声会通过不同的途径和不同的方式污染人们的生活和工作环境，并严重地危害人们的身体健康。主要表现在以下几方面：
(1) 噪声影响人们的心理情绪并诱发多种疾病
噪声干扰人们的谈话、打电话、开会、学习、工作、休息及睡眠等，并严重的损害人们的身体健康。若人们长年累月地生活在噪声的环境中，人们及易厌烦、脾气暴躁等，天长日久，还会损伤人耳的听觉功能，导致听力下降，严重时甚至造成噪声性耳聋。同时临床经验也表明，心脏病、高血压、肠胃病及癌症等疾病的发展与恶化，都与噪声的强度有着密切的关系。此外，噪声还会造成头晕、头痛、精神疲惫、失眠多梦、记忆力减退及生育能力降低等多种疾病。
(2) 噪声影响安全生产及降低工作效率
由于噪声的干扰，人们极易疲劳，注意力分散，精力下降等导致工作质量的降低及工作效率的下降等。同时由于噪声的掩蔽效应，人们不易觉察发生事故的预兆各种各告警信号的存在，极易造成易造成设备的损害及人身伤亡事故的发生，严重危害安全生产。
4、噪声的控制途径
陶瓷工业常用离心风机所产生的噪声，通常是通过进风管道、进风口、机壳、排风管道、排风口及风机基础等空间进行传播的，并严重危害人们的生存环境。为此我国政府颁发了《工业企业噪声卫生标准（试行草案）》及国际标准化组织（ＩＳＯ）也规定，工矿企业的噪声不能超过８５ 分贝（Ａ），公共建筑、饭店、宾馆及娱乐休闲场所等产生的噪声也不能超过７５ 分贝（Ａ）。根据人们对噪声的承受能力，距离陶瓷工业生产厂区最近的住宅区，白天要求噪声不能超过５０－６０分贝（Ａ），晚上要求噪声不能超过４０－４５分贝（Ａ）。事实上，在距离陶瓷工业常用离心机周围１－１．５米范围内测得的噪声通常高达９０－１００ 分贝（Ａ），有时甚至高达１０５ 分贝（Ａ ）。因此，我们必须对陶瓷工业常用离心机的噪声进行有效地控制和治理，其控制途径大致如下：
4.1 控制机械噪声的途径
(1) 风机叶轮、风机轴、皮带轮及联轴器等旋转零部件须进行严格的静平衡和平衡校正合格后，才能组装成台准予出厂。
(2) 定期检查风机各零部件的联接螺栓及地脚螺栓是否松动，轴承是否异常磨损及润滑不良，传动带是否张紧等。若发现情况异常时，应立即停车排除，绝不能带“病”工作。
(3) 安装时，风机与钢筋混凝土基础之间应垫橡胶、软木板或毛毡板等软质材料，以便陶瓷工业常用离心风机传递给钢筋混凝土基础的振动得到最大限度地减弱或消除，达到降低陶瓷工业常用离心风机噪声的目的。
(4) 在风机的进风口和排风口处安装一段橡胶软管，可将陶瓷工业常用离心风机传递给风管的振动在橡胶软管处得到最大限度地减弱或消除，达到降低陶瓷工业常用离心机噪声的目的。
4.2 控制电机噪声的途径
(1) 电机冷却风扇叶片须进行严格的静平衡和动平衡校正合格后，才能组装成台准予出厂。同时还应合理选用电机冷却风扇叶片与导风圈之间的间隙等，达到有效地降低电机冷却风扇叶片的旋转噪声等。
(2) 合理选用电机冷却风扇叶片的形状尺寸及风扇叶片的直径尺寸等参数，达到有效地降低电机冷却风扇的涡流噪声等。
(3) 若电机产生低频电磁噪声，表明电机定子有偏心，气隙不均匀，电机定子经修复或更换后就能消除电机产生的低频电磁噪声；若电机产生高频电磁噪声，表明电机转子有缺陷，电机转子经修复或更换后也能消除电机产生的高频电磁噪声。
(4) 应定期检查电机内部各零部件的联接螺栓是否松动，电机轴承是否异常磨损及润滑不良等。若发现情况异常时，应立即停车排除，绝不能带“病” 工作 。
4.3 控制空气动力噪声的途径
(1) 风机进风口及排风口处安装消声器
消声器是利用多孔吸声材料来吸收声能的，当声波通过衬贴多孔吸声材料的进风口及排风口处时，声波将激发多孔吸声材料中的无数小孔中的空气分子产生剧烈地运动，其中部分声能用于克服磨擦阻力和粘滞阻力并转变成热能而消耗掉，从而达到降低陶瓷工业常用离心机所产生的空气动力噪声的目的。实践生产经验表明，在陶瓷工业常用离心风机的进风口及排风口处安装消声器，通常能降低进风口及排风口处产生的空气动力噪声约 ２０－３０ 分贝（Ａ）。
(2) 风机进风口设置整流装置
因陶瓷工业常用离心风机的叶轮叶片排风口的尺寸通常大于前盘处进风口的尺寸，所以气流在风机中流动时，将在进风口圆弧段部位处形成许多涡流（如图１所示），涡流将与风机蜗壳及进风口零部件产生多次频繁地碰撞而形成空气动力噪声。若在风机进风口处位于风机蜗壳内部的外围处设计制作防止产生涡流的整流装置（如图１所示），即增设整流圈及挡板，就能有效地防止气流在风机进风口处形成涡流，从而达到降低陶瓷工业常用离心机所产生的空气动力噪声的目的。
 |
 |
1--进风口 2--蜗壳 3--前盘 4--叶轮叶片 5--后盘 6--风机轴 7--整流圈 8--挡板
(3) 改善风机蜗壳的结构形式
陶瓷工业常用离心机蜗壳的作用是收集从风机叶轮流出的高速气流，并将此高速气流引导至排风口，在这一过程中，高速气流将撞击风机蜗壳并产生空气动力噪声。通过优化和改善蜗壳的生产工艺，并精密制作流线形的对数螺线蜗卷曲线的风机蜗壳，就能有效地减少陶瓷工业常用离心机所产生的空气动力噪声。
(4) 改善风机叶轮的气体流道
降低陶瓷工业常用离心机叶轮进风口的风速，可有效地减少风机叶轮气体流道的流速，达到降低陶瓷工业常用离心机所产生的空气动力噪声的目的。若风机叶轮叶片设计制作成后设计制作成后掠式扭曲叶片，即该风机叶轮叶片在排风口处适度向前倾斜，而在进风口处又适度向后倾斜，这样就可以避免气体流道急剧变化时，阻止气体产生涡流，从而达到减少陶瓷工业常用离心风机所产生的空气动力噪声的目的。
4.4 控制噪声的其他途径
通常声音在穿过均匀致密的墙体材料时，声能将被减弱或消除，声能减弱得越多，那么隔音效果就越好。若用吸声材料制作一隔声罩或隔声间，将陶瓷工业常用离心机封闭在此小空间内，就能阻止其噪声向外界传播，从而减少陶瓷工业常用离心风机所产生的噪声目的。
5、结束语
目前，陶瓷工业常用离心风机噪声的产生与控制是世界各国陶瓷科技工作者和陶瓷生产企业共同关注的课题。我们认为应在陶瓷工业常用离心风机的设计和制造中，优化和完善陶瓷工业常用离心风机结构，并精心制作，尽量减少空气动力噪声的产生。同时，对风机叶轮、风机轴、皮带轮及联轴器等旋转零部件应进行严格的静平衡和动平衡校正合格后，才能组装成台准予出厂等，以减少因风机振动而产生的机械噪声，然而由于陶瓷工业常用离心风机的叶轮转速高，陶瓷工业生产环境恶劣，空气潮湿及粉尘飞扬等，造成陶瓷工业常用离心风机工作时，风机叶轮叶片极易产生磨损而形成噪声。因此我们应通过陶瓷工业常用离心机的噪声进行检测、分析和研究等工作后，确定其噪声的主要来源及其传播途径，并采取有效的噪声治理措施，达到减弱或切断噪声的传播途径或消除噪声源的目的，确保最大限度减轻陶瓷工业常用离心机对周围环境的噪声污染，从而提高人们的生活质量及促进陶瓷工业的可持续发展。
参考文献
[1]：林聚英 通风除尘与气力输送．中国财政经济出版社，1996.06
[2]：周谟仁 流体力学 泵与风机．中国
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
