席電波

（山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司， 山西 沁水 048400）

引言

在煤礦的采煤生產(chǎn)過程中，通風(fēng)機(jī)的作用非常重要，可以為井下提供適宜的工作環(huán)境，還能降低粉塵和瓦斯的安全威脅。通風(fēng)機(jī)的性能，具體要看兩個指標(biāo)，就是風(fēng)機(jī)的效率以及風(fēng)機(jī)的噪聲。由于通風(fēng)機(jī)工作時噪聲較大，會對長期在礦場環(huán)境中工作人員的身心健康造成較大的傷害，還會降低生產(chǎn)效率，影響礦場人員之間的交流，更為嚴(yán)重的是會讓工作人員聽不見設(shè)備運轉(zhuǎn)異常和危險的報警聲音，增加礦場事故發(fā)生的概率[1]。

雖然現(xiàn)在的一些技術(shù)有了進(jìn)步，提高了通風(fēng)機(jī)的效率，但是通風(fēng)機(jī)造成的噪聲污染問題，還是沒有得到更進(jìn)一步的解決。所以，為了降低通風(fēng)機(jī)的噪聲，有必要對設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些特殊設(shè)計改進(jìn)，以達(dá)到降低噪聲的目的[2]。

1 通風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生原因

在礦場的工作過程中，通風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的噪聲主要包括了兩個方面：對空氣高速擾動造成噪聲和機(jī)械設(shè)備的噪聲[3]。

1.1 空氣擾動

在通風(fēng)機(jī)的運行過程中，對空氣的擾動造成的噪聲很難治理，而且是噪聲污染最主要的部分。由于通風(fēng)機(jī)在工作時，它的葉片會高速旋轉(zhuǎn)，這就對周圍的空氣造成撞擊，擾動氣流，從而形成比較大的噪聲。這種噪聲又分為了兩類；一類是在風(fēng)機(jī)的葉片進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)時，撞擊周圍的空氣，造成氣流涌動，氣壓變化形成比較大的噪聲，這種稱為旋轉(zhuǎn)噪聲；另一類是風(fēng)機(jī)的葉片不僅在旋轉(zhuǎn)過程中對氣流造成擾動，而且還在葉片的背面由于氣壓的影響形成了渦流。這種渦流具有黏滯作用，會形成很多個小的渦流，產(chǎn)生比較大的噪聲，這種稱為渦流噪聲[4]。

由于噪聲的產(chǎn)生，是因葉片的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致空氣的氣壓發(fā)生變化，擾動了氣流，所以噪聲的頻率和葉片的轉(zhuǎn)速呈正比的關(guān)系，也就是葉片的轉(zhuǎn)速越高，造成噪聲頻率越高。而且，在整個葉片長度上，葉片上每個點的速度不一樣，那么噪聲的頻率和葉片的長度以及葉片的數(shù)目也存在一定的關(guān)系[5]。

1.2 機(jī)械設(shè)備噪聲

在設(shè)備運行過程中，肯定會有一定的電磁聲，傳送帶由于摩擦傳動、齒輪之間相互嚙合造成的噪聲，以及電動機(jī)機(jī)殼的振動噪聲等等。這些都是設(shè)備運行過程中會產(chǎn)生的噪聲。但是這些噪聲相對來說是比較容易控制的，而且造成的影響也比較小，通過加裝一些隔聲裝置就可以降低噪聲。主要的噪聲污染控制還是以空氣擾動為主[6]。

2 進(jìn)氣口降噪設(shè)計

通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口是產(chǎn)生噪聲的最主要地方之一，降低這個地方的噪聲，對降低煤礦通風(fēng)機(jī)的噪聲有著很大作用。為了降低進(jìn)氣口的噪聲，采用將吸聲體安裝在進(jìn)氣口。采用的吸聲體是圓底劈尖的外形，如圖1 所示。

它外部的框架，采用的是多空鋼板，而內(nèi)部填充采用的是超細(xì)玻璃棉的吸聲材料，這種吸聲材料在日常生活中很常見，不僅能夠抗高溫，而且吸聲的頻率范圍很廣，還耐腐蝕。它表面被設(shè)計為光滑流線，整體呈圓底劈尖形，這樣不僅可以降低對空氣流動的阻力，而且增大了吸聲體對噪聲的有效吸聲面積，可以達(dá)到更好的降噪效果。同時，對于沒有被吸收的聲波也會因為劈尖的形狀多次反射而消耗掉聲波能量。

吸聲體被安裝在進(jìn)氣口，不僅能夠更加有效地降低噪聲，而且能夠單獨吸收聲音，并不需要依賴其他結(jié)構(gòu)，吸聲面積比普通的二維裝置更大，利用率更高，效果更好。

圖1 吸聲體外形

3 擴(kuò)散筒芯筒降噪設(shè)計

通風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口，也是產(chǎn)生噪音最主要的部件之一。目前來說，對出氣口的降低噪聲主要采用的是安裝消聲器的方法。但是其結(jié)構(gòu)會對氣流產(chǎn)生比較大的阻力，造成一部分的能量損耗，所以有必要對這種方法進(jìn)行改進(jìn)。

在出氣口有一個結(jié)構(gòu)為擴(kuò)散筒芯筒，它主要是為了讓氣流從轉(zhuǎn)輪葉片的出口進(jìn)入到管道中時能夠平穩(wěn)過渡。由于出氣口的葉輪面積相比較于管道面積要小一些，所以氣流從出口流入到管道中時，也就是從小的管道流進(jìn)大的管道中，會造成一部分的阻力損失。而擴(kuò)散筒芯筒的安裝，可以讓氣流逐步平穩(wěn)流動，均勻分布，減小阻力損失。對通風(fēng)機(jī)出風(fēng)口的噪聲控制，目前的一些方法是在芯筒的表面采用吸聲設(shè)計，就是在表面貼一層吸聲材料例如玻璃纖維棉，然后采用多孔的鋼板進(jìn)行固定。雖然這種方法可以起到一定的控制噪聲的目的，但是仍然存在一些問題：

雖然是貼了一層的吸聲材料，但是吸聲的結(jié)構(gòu)比較簡單，對于由氣流的不穩(wěn)定流動產(chǎn)生的噪聲，只用吸聲材料來降低噪音是不夠的，還要采用其他措施才能達(dá)到減小噪音的效果；煤礦場中的作業(yè)環(huán)境是比較惡劣的，在氣流中會經(jīng)常含有一些粉塵以及水蒸氣等，而這些物質(zhì)和表面接觸，會讓吸聲材料的功能減弱，進(jìn)而會降低吸聲的效果，甚至在長時間的接觸后，完全喪失消聲的功能；在出氣口產(chǎn)生的噪聲，除了氣流引起的噪聲，其實還有一些機(jī)械設(shè)備運行產(chǎn)生的噪聲，比如電磁噪聲，還有機(jī)殼振動噪聲等等，這些噪聲，對于只有一層的吸聲材料來說是不能夠進(jìn)行有效吸收的。

所以根據(jù)這些存在的問題，需對出氣口的擴(kuò)散筒芯筒的降噪結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，仍然采用圓錐的形狀，但是將之前的兩層鋼板改成一層，只用一層多孔鋼板，但是在鋼板的背面，需要貼上一層吸聲材料，也就是玻璃纖維布，然后在芯筒內(nèi)部，采用鋼板制作的圓形彎道隔板安裝多層，在這些彎道隔板的前后兩面，都貼上吸聲材料。彎道隔板，可以將芯筒的內(nèi)部，分隔成好幾個空間，然后在每個空間都可以放置小的消聲體，利用超細(xì)玻璃棉對多余的空間進(jìn)行填充，如圖2 所示。

圖2 芯筒結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)有氣流通過時，利用玻璃纖維網(wǎng)對一些粉塵、水蒸氣等雜質(zhì)進(jìn)行吸收，以防止對吸聲材料的損害；而產(chǎn)生的噪聲可以通過超細(xì)玻璃棉進(jìn)行吸收，同時，可以利用彎道隔板對噪聲的傳播起到阻擋作用，經(jīng)過多次的反射消耗聲波能量，同時又有消聲體的存在，可以把其余的噪聲進(jìn)一步進(jìn)行減弱，這些步驟可以很好地控制噪聲，達(dá)到降低噪聲的目的。

4 降噪效果

在進(jìn)氣口，利用吸聲體進(jìn)行降噪設(shè)計后，控制噪聲的效果明顯，通過吸聲體后經(jīng)過測量，噪聲的聲壓級別下降了10.5 dB，對頻率范圍為900～1 600 Hz 的噪聲具有很好的降噪效果，而且對風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓來說，吸聲體的影響很小。

在出氣口，設(shè)計了擴(kuò)散筒芯筒的降噪結(jié)構(gòu)，也有很好的降噪效果，經(jīng)過測量后，噪聲的聲壓級別也是下降了11.2 dB，而且這個設(shè)計結(jié)構(gòu)，對于氣流的阻力和風(fēng)機(jī)的能量消耗都沒有什么影響。

5 結(jié)論

通過對通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口和出氣口分別進(jìn)行降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計，達(dá)到了比較好的降噪效果，不僅能夠解決煤礦場中噪聲造成的環(huán)境污染問題，而且對于通風(fēng)機(jī)的功率并沒有什么影響，具有很好使用的效果。