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        煤礦用主通風(fēng)機排水口降噪分析與對策

        2019-12-10 00:40:04馮濤吳冠雄崔凌飛
        天津化工 2019年6期

        馮濤,吳冠雄,崔凌飛

        (天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院,天津300402)

        在人類生產(chǎn)生活中,嘈雜的噪聲環(huán)境,首先會妨礙人們的休息和睡眠,令人心情煩躁。一般超過45dB(A)的噪聲,就會影響正常人的睡眠。在大城市的工業(yè)區(qū),交通要道噪聲都大大超過了45 dB(A)而高達70~80 dB(A),有的達到了90 dB(A)。這些噪聲晝夜不停,給周圍的環(huán)境造成了強烈的噪聲污染,對居民的休息和職工的生產(chǎn)勞動、工作造成了極大的危害。

        在煤礦的生產(chǎn)過程中,風(fēng)機是不可缺少的通用設(shè)備,煤礦主通風(fēng)機在工作過程中產(chǎn)生的噪聲會直接影響周邊居民和廠區(qū)工作人員的身心健康和破壞當?shù)氐陌察o環(huán)境。因此,對主通風(fēng)機的降噪就引起了煤礦工作人員的重視。在分析噪聲產(chǎn)生機理基礎(chǔ)上,從噪聲產(chǎn)生的源頭、傳播路徑和產(chǎn)品設(shè)計等多方面進行降噪處理,產(chǎn)生了一定的效果。以往的降噪雖然得到了一定的效果,但是對主通風(fēng)機排水口的噪聲沒有得到控制。主通風(fēng)機的排水口一般都比較小,氣流在管道內(nèi)傳播,當氣流比較大并且遇到截面變小時,就會在原有噪聲基礎(chǔ)上產(chǎn)生疊加,噪聲非常大,所以對于主通風(fēng)機排水口的降噪處理就變得尤為重要。目前國內(nèi)外對于排水口的降噪問題大多數(shù)是通過對主風(fēng)機進行整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化和綜合治理來進行優(yōu)化處理,達到降噪效果,缺少更多的有針對性的降噪方法和對策。

        1 排水口噪聲產(chǎn)生機理

        風(fēng)機只要正常運轉(zhuǎn)就會產(chǎn)生噪聲,主通風(fēng)機的噪聲主要就是空氣動力噪聲和機械性噪聲。其中空氣動力噪聲主要是風(fēng)機葉片周期性打擊空氣質(zhì)點所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)噪聲和高速氣流在葉片旋轉(zhuǎn)過程中對氣體壓縮和稀疏產(chǎn)生的渦流噪聲,以及兩種噪聲疊加產(chǎn)生的噪聲。而機械性噪聲主要是電機運轉(zhuǎn)下帶動的風(fēng)機殼體振動產(chǎn)生的噪聲和電磁噪聲兩種。

        排水口作為主通風(fēng)機系統(tǒng)的一部分,肯定受到上述兩種噪聲的輻射影響。排水口既是主通風(fēng)機排水口,又是含塵氣流的排放口,也是噪聲外排口。由于排水口比較小,所以通過排水口的噪聲主要形式就是高氣流通過后形成的噴注噪聲,噪聲一般屬于中低頻噪聲,所以如何降低低頻噪聲就成為了降噪的關(guān)鍵[1]。

        通過上述分析可以知道排水口的主要噪聲來源,所以對排水口的降噪不可能通過改變噪聲源來進行控制噪聲。因此只能從噪聲的傳播路徑上來進行噪聲的控制處理,達到降噪的效果。排水口噪聲輻射的部位很顯然就是在出口處,因此主要就考慮在排水口出口實施噪聲控制。

        2 聲音在管道中的傳播特性

        聲源在沒有邊界的空間中的輻射是波陣面逐漸發(fā)散的球面聲波。當輻射聲源在管道中時,聲波的傳播方式簡單,在傳播信道中沒有擴散,因此聲波可以沿管道傳播很遠。通過對圓柱形聲波導(dǎo)管性質(zhì)進行分析來說明聲波在管道中的傳播特性,假設(shè)管壁是剛性的。

        設(shè)有一圓柱形管,半徑為a,一端無限延長?,F(xiàn)在用柱坐標來描述其聲波方程,設(shè)管的徑向坐標為r,極角為θ,軸向坐標為z[1],圓柱形聲波導(dǎo)管模型如圖1 所示,得到三維柱坐標波動方程為:

        求得管中聲壓解為:

        為了得到管中聲波導(dǎo)管的截止頻率,聲壓解又能用以下方式表示:

        式(2.2)代表圓柱形聲波導(dǎo)管中的(m,n)次簡正波。除此之外,還可以得到與矩形管相類似的圓柱形聲波導(dǎo)管的截止頻率,即除零以外最低的簡正頻率,計算公式為:

        當聲源頻率低于fc時,在管中有唯一的,半徑為a 的圓柱形管中以平面波的形式沿z 軸傳播。

        3 聲源噪聲控制對策

        根據(jù)能量守恒定律,能量既不能產(chǎn)生也不能消失,但可以由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。聲波是一種空氣分子的振動能量,通過物體對聲波能量的吸收,能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生熱。

        聲波在理想介質(zhì)中傳播時沒有能量的損耗,聲波在傳播過程中能量保持不變。然而,聲波在實際的傳播過程中是通過非理想介質(zhì),傳播介質(zhì)不僅要吸收聲波的能量,在傳播過程中會產(chǎn)生能量和幅值的衰減。

        聲波產(chǎn)生衰減的原因有:1)聲波傳播時,波陣面在空間中擴展,會產(chǎn)生幾何衰減,在總聲波能量不變的情況下,傳播到不同位置的聲波幅值不同。2)介質(zhì)會對聲波能量進行吸收,轉(zhuǎn)化為熱能。3)介質(zhì)中所含有的粒子對聲波會有散射作用,聲波在傳播過程中遇到這些小的顆粒會發(fā)生散射。

        使聲波產(chǎn)生衰減的介質(zhì)對聲波能量的吸收有粘滯吸收和熱傳導(dǎo)吸收兩種主要的形式。其中一種形式是粘滯吸收。由于傳播介質(zhì)在聲波傳播過程中會發(fā)生變形,而介質(zhì)本身是具有粘性的,在變形及恢復(fù)的過程中會發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化[3]。

        根據(jù)對排水口噪聲產(chǎn)生的機理和聲波在管道中傳播的特性進行分析后,我們可以在排水口安裝消聲器,對排水口進行降噪處理。排水口處的空氣動力性噪聲聲壓級最大,所以在排水口安裝消聲器是快速控制噪聲的最有效措施?,F(xiàn)在應(yīng)用最多的消聲器根據(jù)其原理主要有阻性消聲器、抗性消聲器、微穿孔板消聲器以及復(fù)合式消聲器。根據(jù)聲波產(chǎn)生衰減的原因和排水口產(chǎn)生的噪聲主要是中低頻噪聲的特性,我們這里使用抗性消聲器??剐韵暺髦饕峭ㄟ^管道截面的突變或在管道中間加旁支共振腔體[1],使聲波在傳播的過程中引起阻抗,通過聲波的反射、干涉來降低聲能,來達到消聲的目的。

        根據(jù)抗性消聲器的原理,我們可以在排水口安裝一個多級消聲器,達到多級降噪的目的,也可以改變截面,在傳播過程中接裝一個共振腔,來實現(xiàn)最好的降噪效果。由于是排水口,多級消聲器除了有降噪的作用,還有排水管道的效果,可以在消聲器的末端增加一個U 型管道,當水位不超過U型管的最高水位時,水會暫時存儲,這樣聲波就會從空氣進入到水中,進行一系列反射、折射和干涉使聲能降低,達到降噪的效果。排水口排出來的水中間會摻雜一些粘性物質(zhì),根據(jù)聲波衰減介質(zhì)對聲波能量吸收的特點,粘性介質(zhì)會對聲波進行吸收和能量轉(zhuǎn)化,達到降噪的效果。

        除了對消聲器結(jié)構(gòu)上的設(shè)計來達到降噪效果外,還應(yīng)該在消聲器與排水口連接端口處和排氣口處鋪設(shè)消聲材料,這樣就可以在源頭進行高頻噪聲的降噪,完成初次降噪和終極降噪。

        4 總結(jié)

        對主通風(fēng)機排水口的噪聲控制,最有效的就是從排水口處,即聲源處進行噪聲控制。對已經(jīng)安裝的風(fēng)機,可以在排水口增加一個多級消聲器來進行噪聲控制,同時還應(yīng)該對消聲設(shè)備進行減振、消聲和隔聲等多方面的處理,來消除因為機械振動、設(shè)備振動產(chǎn)生的次生噪聲。所以設(shè)計一種多用途主通風(fēng)機口排水消聲裝置是很有必要的。

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