煤矿轴流式局部通风机的降噪对策
摘要：煤矿局部通风机 简称局扇 的噪声是煤矿掘进中的主要噪声源 ， 本文分析了局扇产生噪声的机理， 提出了在传播途径上降低局扇噪声的对策。
关键词： 局扇； 噪声
1.局扇噪声产生机理及其特性
在煤矿掘进中使用的JBT、BKJ系列局扇，其噪声一般都在95DB以上，高的噪声不仅影响工人的健康， 而且常掩蔽井下安全警号 造成事故的发生。
局扇在一定工况下运转时，产生的噪声主要包括空气动力性噪声和机械性噪声两大部分，其中空气动力性噪声的强度最大，是局扇噪声的主要成分。
局扇的空气动力性噪声按产生机理可分为旋转噪声和涡流噪声。
旋转噪声是由旋转的叶片周期地打击空气质点引起空气的压力脉动所产生的。其频率就是叶片每秒钟打击空气质点的次数，因此它与叶片数和转速有关。旋转噪声的强度大致与圆周速度的5-6 次方成比例。当圆周速度增大一倍时，声压级将增加10-15DB ， 对转速高达2900r/min 的局扇而言， 其旋转噪声都较大， 在气动噪声中占主要成分。涡流噪声是局扇旋转时，高速气流在叶片界面上和间隙中分离时产生涡流，涡流分离时所产生的压缩和稀疏，以声波的形式传播所形成的。其频率取决于叶片与气流的相对速度。因叶片各截面上的圆周速度随半径大小而变化，气流绕过叶片时各点相对速度必然亦不一样，同时叶片各点厚度也不同。故从圆心到最大半径速度呈连续变化。因此叶轮旋转所产生的涡流噪声呈明显的连续谱。涡流噪声的强度与气流的 8次方成比例。 对局扇而言， 涡流噪声产生的原因主要有两方面，一是动叶叶尖与蜗壳之间的间隙产生间隙涡流噪声；二是气流通过叶面时在叶面上产生的附面层与叶片表面产生的涡流脱落噪声。局扇的空气动力性噪声就是旋转噪声与涡流噪声相互叠加的结果。
局扇的机械性噪声主要是驱动电机的电磁噪声和机壳振动辐射的噪声等。
要对局扇的噪声进行有效控制，就必须弄清其噪声源和辐射部位。局扇噪声的辐射部位主要有：( 1) 进气口和出气口辐射的空气动力性噪声； ( 2)机壳及电机等辐射的机械性噪声。 其中， 以进、出气口部位辐射的空气动力性噪声为最强。 因此，在传播路径上对通风机采取噪声控制措施时，首先应考虑对局扇进、出气口部位辐射的气动噪声进行控制。
对局扇实施噪声控制，有主动控制和被动控制两种方法。主动控制就是控制局扇的噪声源的噪声，其具体的方法有：动叶与静叶数合理匹配、减小动叶与机壳之间的间隙、在动叶叶片上穿斜孔、 适当增大动叶与静叶之间的间距、 在动叶吸力面和压力面上加附加导叶等，这些方法对局扇的降噪均有一定的效果， 但降低量一般不大。 对噪声高达 95dB以上的局扇而言， 要达到工矿企业噪声卫生标准的要求，还必须采用事后的被动降噪方法，即在局扇噪声的传播途径上实施噪声控制。本文着重讨论局扇噪声传播途径上的控制对策。
2 在传播途径上降低局扇噪声的对策
2. 1 在局扇进、 出气口安装消声器由于局扇的进、出气口辐射的空气动力性噪声强度最大， 所以控制局扇的噪声， 首先应将这部分噪声降下来。而局扇在井下使用时为压入式通风， 噪声的主要辐射部位在风机的进口， 所以一般应在局扇的进气口安装消声器。
消声器的种类较多， 如阻性消声器、 抗性消声器、阻抗复合消声器、微穿孔板消声器等。目前，在局扇上使用最多的是阻性消声器、微穿孔板消声器两大类。
由多孔吸声材料(如超细玻璃棉等)制作的阻性消声器， 主要吸收局扇的中高频噪声， 而且具有较好的吸声效果。但在多粉尘而且潮湿的井下环境， 会使多孔吸声材料受潮， 同时， 粉尘充塞吸声材料会降低其吸声性能。因此，必须对多孔吸声材料作防水防潮处理，而且要设计成装拆方便的结构，以更换吸声材料。对阻性消声器的制作应注意吸声材料充填的厚度和密度，应考虑局扇主要噪声的频带范围。
微穿孔板消声器有单层和多层结构，对用于局扇降噪的微穿孔板消声器，一般设计成双层结构以避免单层结构的吸声底谷。使用双层结构的微穿孔板消声器几乎可在全频带上降低局扇的噪声，而且有较好的降噪效果。但它的缺点是制造工艺相对复杂、 在井下多粉尘的环境工作时， 微孔容易阻塞而影响降噪效果。与阻性消声器比较，其降噪效果受气流速度的影响较小，拆卸后可用水清洗微穿孔板或用压缩空气将粉尘除去，而对降噪不产生影响。对双层微穿孔板消声器设计时， 就对微穿孔板的结构参数(穿孔孔径、 穿孔率、板厚、 两层穿孔板之间的间距) 进行优化， 在优化时就考虑局扇噪声峰值所在的频带范围，以达到较好降噪效果。
在上述两类消声器设计时，为了对局扇的气动性能不产生大的影响，一般可在两类消声器的入口加锥形的导流装置，导流装置的骨架可设计成穿孔板结构， 并在导流装置内填充吸声材料， 以同时起到降噪作用。
2. 1 局扇机壳加阻尼
在局扇进出口辐射噪声得到有效控制后，机壳辐射的噪声就变得较为突出，对 JBT系列的几种局扇的现场测试表明，机壳辐射的噪声在巷道混响场中都高达 90dB以上， 所以必须对其进行控制。 阻尼材料具有损耗振动机械能的能力， 将阻尼材料喷刷在机壳表面做成自由层，当结构发生振动辐射噪声时阻尼层发生变形，依靠阻尼材料的内摩擦耗能， 将机械能转化为热能， 消散于周围环境中， 可达到降噪目的。 但应注意的是阻尼层的厚度应通过试验确定，过大的阻尼层厚度并不能提高降噪的效果。
已有的试验研究表明，在局扇入口加双层微穿孔消声器， 并在机壳表面涂上一层阻尼材料， 可使局扇的降噪达 20 dB， 完全可以达到工矿企业噪声卫生标准的要求。
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