甄志勇

（陽煤集團(tuán)平舒煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，安全生產(chǎn)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的重中之重問題，針對(duì)安全事故頻發(fā)的煤礦企業(yè)，順利通風(fēng)對(duì)安全生產(chǎn)有重要影響。礦用對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于礦下通風(fēng)，能夠確保礦井的安全生產(chǎn)。在使用通風(fēng)機(jī)過程，振動(dòng)和噪聲是主要問題之一。通風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲主要是由于氣流而產(chǎn)生的，因此，需要對(duì)氣流進(jìn)行控制噪聲。下面通過試驗(yàn)的方法對(duì)噪聲源產(chǎn)生的原因及特征進(jìn)行分析。

1 采集和分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.1 通風(fēng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)

在試驗(yàn)過程中，可進(jìn)行相關(guān)部件的調(diào)整或是拆裝進(jìn)行不同參數(shù)的試驗(yàn)。其中，氣流調(diào)節(jié)閥（1）、整流罩（2）、測(cè)試風(fēng)筒（3）、傳聲器（4）、采集面板（5）、氣體壓力傳感器（6）、對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)（7）、U形測(cè)壓計(jì)組成通風(fēng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)（8），其試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)置如圖1所示。

圖1 通風(fēng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)點(diǎn)布置

礦用KDF-5型低噪聲對(duì)旋軸流式局部通風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1所列。

表1 局部通風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

1.2 測(cè)量噪聲聲壓級(jí)結(jié)果分析

在各種工況下對(duì)聲級(jí)計(jì)中試驗(yàn)及測(cè)量倍頻程濾波器，其A級(jí)聲的工況為61 dB，遠(yuǎn)小于測(cè)試中工況91.5 dB和92.8 dB[1]，因此，可分析出，正常情況下環(huán)境對(duì)通風(fēng)機(jī)的噪聲影響較小，幾乎可忽略不計(jì)。而各個(gè)工況下的頻率聲級(jí)如表2所示，工況中的大于國際85 dB（A），需要加強(qiáng)對(duì)工況中通風(fēng)機(jī)本身噪聲研究。

表2 各工況倍頻程聲壓級(jí) dB

2 通風(fēng)機(jī)噪聲分析

進(jìn)行噪聲頻譜的分析就要對(duì)噪聲源進(jìn)行確定，還要根據(jù)接收點(diǎn)的不同進(jìn)行相應(yīng)情況分析。在試驗(yàn)過程中，針對(duì)通風(fēng)機(jī)狀況，將一級(jí)和二級(jí)葉片作為噪聲源，在實(shí)施過程中設(shè)立接收點(diǎn)（通風(fēng)機(jī)出口1 m處，傾斜45°）。根據(jù)實(shí)際情況，將時(shí)間精度下音源發(fā)生的曲面變化過程利用流場(chǎng)的方式計(jì)算出來，并進(jìn)行音源數(shù)據(jù)變化的測(cè)算，通過對(duì)噪聲檢測(cè)點(diǎn)的分析計(jì)算聲音壓強(qiáng)信號(hào)。

在圖2中，噪聲的變化圖反應(yīng)出聲壓級(jí)最大處的接收點(diǎn)為250 Hz，隨著聲壓級(jí)的增大，顯示頻率降低，噪聲頻率范圍是0～500 Hz。在不同頻率的聲壓級(jí)的影響下，進(jìn)而疊加產(chǎn)生噪聲。

圖2 各工況噪聲頻譜曲線

當(dāng)將位于通風(fēng)機(jī)的超細(xì)玻璃纖維噪音值降低，降低16 dB后實(shí)際試驗(yàn)與估量值之間的誤差值為4 dB，因此，可將數(shù)值模擬的方式來測(cè)量通風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪音的結(jié)果。結(jié)合各工況壓力面進(jìn)行分析，不難發(fā)現(xiàn)：處于工況1的一級(jí)葉片壓力值波動(dòng)不大，在試驗(yàn)過程中基本可以忽視，二級(jí)葉片只有在葉頂附近出現(xiàn)壓力波動(dòng)。在工況2中，壓力值波動(dòng)范圍較大，一級(jí)葉片波動(dòng)較大，其葉尖也隨之呈現(xiàn)較大波動(dòng)現(xiàn)象，其中，二級(jí)波動(dòng)幅度工況2較工況1更大。在二級(jí)葉片中，受到入口流動(dòng)無紊亂的影響，其葉內(nèi)流場(chǎng)無規(guī)律可循。另外，在變化強(qiáng)度上，一級(jí)葉片較二級(jí)葉片大。通過對(duì)壓力及吸力兩個(gè)面進(jìn)行綜合分析可知，在強(qiáng)度上，吸力面較壓力面大，壓力波動(dòng)較大的區(qū)域處于葉片前緣和葉尖附近，可推出這兩處是產(chǎn)生噪音的主要場(chǎng)所[2]。

3 風(fēng)機(jī)降噪音策略

通過對(duì)通風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行測(cè)試，對(duì)其噪聲產(chǎn)生原因及特征分析，氣動(dòng)性能的優(yōu)化能夠有效降低空氣動(dòng)力中的噪聲，有效緩解噪聲產(chǎn)生的影響。對(duì)噪聲進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，考慮到經(jīng)濟(jì)的原因，主要采用一級(jí)葉型式機(jī)翼和二級(jí)葉型圓弧形，實(shí)現(xiàn)成功試驗(yàn)。當(dāng)氣體通過二級(jí)圓弧形機(jī)翼時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生附面層分離現(xiàn)象，導(dǎo)致流動(dòng)的損失；其中，一級(jí)葉片數(shù)為8個(gè)，二級(jí)葉片數(shù)為6個(gè)，這兩者葉片數(shù)的差異容易導(dǎo)致兩級(jí)葉輪氣流脈動(dòng)在試驗(yàn)過程中互相疊加，不利于葉輪進(jìn)行協(xié)調(diào)和平穩(wěn)工作，影響通風(fēng)機(jī)的正常效率。在風(fēng)機(jī)中，其軸向距離是7.23 cm，在葉柵中容易影響氣流，容易讓其趨于均勻，然而，如果軸向尺寸在使用過程中逐漸增大，容易導(dǎo)致在葉道內(nèi)的氣流磨差加大損失，不利于整個(gè)通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。受到加工要求等的影響，其徑向間隙是3 mm，在試驗(yàn)過程中，較大徑向的間隙容易導(dǎo)致頁頂氣流的泄露加大，在這種情況下容易造成通風(fēng)機(jī)的損失加大，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

3.1 優(yōu)化氣動(dòng)參數(shù)

1）在實(shí)施過程中，將兩種葉輪片的數(shù)量進(jìn)行合理布置，選擇合理葉輪片數(shù)目。為減少由于兩級(jí)葉輪運(yùn)行過程中氣流脈動(dòng)不同而引起的疊加影響帶來的損失，保證兩種類型的葉輪在穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，將兩級(jí)的葉輪片數(shù)設(shè)置為互為質(zhì)數(shù)，進(jìn)行葉輪片數(shù)目的合理設(shè)置。

2）對(duì)二級(jí)葉輪進(jìn)行優(yōu)化。受到二級(jí)葉輪氣流速度較大的影響，其對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行噪音產(chǎn)生較大不確定性，出現(xiàn)問題較為明顯。實(shí)施過程中，為了達(dá)到兩級(jí)葉輪輸出的負(fù)荷相同目標(biāo)，利用具體措施對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

3）利用流動(dòng)損失較小的翼型作為機(jī)翼。為減少噪聲，優(yōu)化工作流程，減少氣流在流經(jīng)葉片過程中的損失現(xiàn)象，將兩級(jí)的翼型進(jìn)行優(yōu)化，一般采用變截面是LS的型號(hào)。

4）兩級(jí)軸向和徑向間隙的合理選擇。減少噪聲則是根據(jù)具體情況對(duì)機(jī)器設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，在調(diào)整中，為確保在進(jìn)入二級(jí)葉片中的氣流達(dá)到均勻狀態(tài)。另外，針對(duì)徑向間隙對(duì)風(fēng)機(jī)的影響情況，在徑向間隙上，需要根據(jù)噪聲的最低水平進(jìn)行大小實(shí)施，實(shí)現(xiàn)將潛流與二次流的損失降到最低，將選擇范圍設(shè)置成0.5～1 mm 之間[3]。

3.2 優(yōu)化可達(dá)到的效果

進(jìn)行優(yōu)化后，減小了軸向間隙，將優(yōu)化后的通風(fēng)機(jī)與優(yōu)化前進(jìn)行比較可知，在流場(chǎng)中，改造后的一級(jí)葉輪直接進(jìn)入到二級(jí)葉輪中，兩者間存在漩渦，不利于流場(chǎng)的影響，在實(shí)施過程中，流場(chǎng)減短，渦流也減少，對(duì)優(yōu)化礦井通風(fēng)有利。未進(jìn)行優(yōu)化前，通風(fēng)機(jī)的葉片中，葉片的凸面壓力小于凹面壓力，位于葉頂附近位置產(chǎn)生較為明顯的尖端渦及速度遞變現(xiàn)象。通過優(yōu)化，通風(fēng)機(jī)的軸向間隙隨之減小，其葉頂渦流得到有效減小，葉片由于二級(jí)葉輪機(jī)翼型葉片的使用，其氣流軸向間隙動(dòng)能得到增加，對(duì)氣流在葉片凸面的分離進(jìn)行了推遲。對(duì)通風(fēng)機(jī)使用二級(jí)葉輪后的狀況進(jìn)行觀察可知，通過優(yōu)化后，通風(fēng)機(jī)流道處于更加平穩(wěn)的狀態(tài)。

4 結(jié)語

通過此次對(duì)通風(fēng)機(jī)噪聲的試驗(yàn)和分析，解決了礦用KDF-5局部通風(fēng)機(jī)振動(dòng)劇烈和噪聲大等問題,優(yōu)化后的通風(fēng)機(jī)處于平穩(wěn)狀態(tài)，極大地提高了通風(fēng)機(jī)在煤礦生產(chǎn)中的工作效率，對(duì)礦井安全生產(chǎn)有著重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]張文斌，李成成，黃志東.液體粘性軟起動(dòng)裝置在主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)，2015（3）：77-79.

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