董 寧

（北京市順義區(qū)特種設(shè)備檢測所，北京 101300）

0 引言

電梯在為人們帶來便利和舒適的同時，其不良的運行狀態(tài)也會對乘客的人身安全造成一定威脅。電梯在運行過程中會產(chǎn)生復(fù)雜的噪聲，其中大部分噪聲都是頻率相對較低的，會影響乘客的舒適度。在設(shè)計電梯時，設(shè)計師需要提前對機(jī)械設(shè)備可能產(chǎn)生的噪聲問題進(jìn)行處理。電梯運行中產(chǎn)生的低中頻振動噪聲會對乘客造成較嚴(yán)重的影響。有研究表明，當(dāng)噪聲頻率低于200 Hz 時，會對乘客的內(nèi)臟器官造成損害，嚴(yán)重時甚至?xí)鹧獕荷摺?nèi)分泌失調(diào)等健康問題[1]。且電梯一旦運行，主機(jī)噪聲會通過多種傳播途徑向外擴(kuò)散，部分離機(jī)房較近的居民也會連帶受到噪聲污染的影響。所以，要持續(xù)優(yōu)化電梯結(jié)構(gòu)，提升電梯機(jī)房以及井道的隔音能力，減少噪聲對人體產(chǎn)生的負(fù)面影響。

電梯噪聲作為評價舒適感的一項重要指標(biāo)，其主要傳播方式是通過固體振動傳播。設(shè)計電梯時可以采用結(jié)構(gòu)緊湊的無齒輪曳引機(jī)，這種設(shè)計在客梯中較為常用的。可以通過減少非必要的間隙，從選材方面有效降低噪聲強度。在使電梯結(jié)構(gòu)更為合理、緊湊的同時，還需要確保轎廂本身的結(jié)實程度，以保證電梯的工作安全。改善電梯主機(jī)噪聲可以為人們提供更加舒適、便利的生活環(huán)境，也是電梯相關(guān)從業(yè)者的工作方向。

1 電梯主機(jī)噪聲成因分析

電梯噪聲的原因之一，是電梯設(shè)計不夠科學(xué)。電梯設(shè)計需要有相對高的技術(shù)水平來規(guī)避常見的噪聲來源。但由于電梯普及率較高、使用量較大，導(dǎo)致設(shè)計師人才滿足不了市場需求。如果沒有針對具體使用場景進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計，僅僅根據(jù)固有經(jīng)驗完成設(shè)計，容易導(dǎo)致電梯在投入使用時出現(xiàn)噪聲問題。通常來說，電梯主機(jī)噪聲是低頻噪聲，是令人難以忍受的。在生產(chǎn)過程中，為了節(jié)省成本采用廉價材料也會導(dǎo)致出現(xiàn)噪聲問題。

另外，電梯主機(jī)噪聲的很大部分原因是安裝調(diào)試不到位。磁力器的穩(wěn)定性對電梯的工作狀態(tài)有著很大影響[2]。在電梯日常檢修運行中，應(yīng)檢查鼓式制動器間隙是否合理。制動器內(nèi)部的電磁鐵通電后，鐵芯在套筒內(nèi)移動摩擦發(fā)出的響聲也是電梯常見的噪聲之一。

在進(jìn)行電梯噪聲性能分析時，發(fā)現(xiàn)電梯上行過程中，接近頂樓的位置會出現(xiàn)較大的哨聲。對信號進(jìn)行傅里葉變換，發(fā)現(xiàn)隨著電梯高度的增加，噪聲頻率也隨之增大。通過分析時域信號推斷，如果主機(jī)出現(xiàn)嗡嗡的噪聲，可能與鐵芯、套筒調(diào)試不好、定位不準(zhǔn)、主機(jī)側(cè)接線端連接不穩(wěn)定有關(guān)。如果制動和松閘過程存在一定的連接間隙，使用時間一長就會使間隙變大，并產(chǎn)生局部振動變形，造成噪聲的增加。

2 電梯主機(jī)噪聲改進(jìn)措施

2.1 接觸器周圍布置吸音墊

在電梯的啟動、停止過程中，接觸器體積小，則吸合時的接觸面積小，所以產(chǎn)生的噪聲也比較小[3]。同樣，門鎖回路或者制動器體積偏大，接觸面積大，會導(dǎo)致發(fā)出噪聲更大。可以采用隔斷傳遞路徑的方式進(jìn)行降噪，在接觸器外面加裝隔音盒，從而降低噪聲傳入人耳的強度（圖1）。

圖1 隔斷噪聲傳遞路徑

為了增加隔音能力，選擇使用5 mm 厚度的橡膠材料替換原先1 mm 厚度的材料。同時，為了增強隔音盒的吸音能力，采用阻燃性的白色聚酯吸音氈來代替原先的毛氈，確保失火情況下材料不會燃燒。由于增厚了隔音材料，提升了同等面積的吸音能力，使隔音效果大幅提升。經(jīng)檢測，原裝置的降噪能力為12 dB，布置吸音墊后降噪能力提升至19 dB。

2.2 調(diào)整電梯主機(jī)送風(fēng)量

在布置好吸音墊的基礎(chǔ)上，接下來從風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)方面入手，調(diào)整主機(jī)的送風(fēng)量。電梯主機(jī)配置有兩組電磁鐵組成鼓式磁力器。機(jī)組結(jié)構(gòu)是無法調(diào)整的，但可以通過變頻調(diào)速來降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。利用電機(jī)頻率公式計算與風(fēng)量的關(guān)系，并綜合考慮打開抱閘后易出現(xiàn)的異步電機(jī)斷條等情況[4]。風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時，每個葉片兩側(cè)由于空氣流速不同而產(chǎn)生壓力差。在瞬態(tài)流場監(jiān)測點處將聲壓轉(zhuǎn)換后采用傅里葉變換從而得到聲壓級頻譜：

其中，Qr為定向分量聲壓值，Qref為參考聲壓。將空氣中的參考聲壓設(shè)定為2×10-2Pa。

在轎壁板的背面粘貼阻尼材料，可以起到一定的減振作用。為方便對聲壓級頻譜進(jìn)行分析，參考聲壓在基頻處達(dá)到最高聲壓級，往后依次降低。由于蒸發(fā)腔回風(fēng)口處于電梯頂端，主機(jī)工作時開啟回風(fēng)閥，此時風(fēng)噪和機(jī)械噪聲全部通過媒介傳播到空氣中。調(diào)整回風(fēng)方式，將低端回風(fēng)通過兩側(cè)墻壁送回至蒸發(fā)腔。此方式也可以產(chǎn)生較為明顯的降噪效果。

2.3 通風(fēng)口內(nèi)加裝消音器

從風(fēng)管進(jìn)入布風(fēng)器時的風(fēng)速較大，在電梯主機(jī)通風(fēng)口內(nèi)安裝消音器。使送風(fēng)和室內(nèi)原有空氣融合，以進(jìn)一步降低噪聲。末端風(fēng)口噪聲以高頻湍流噪聲為主，噪聲直接在房間輻射，主要與此處氣流速度有關(guān)。電梯主機(jī)出風(fēng)口直立式導(dǎo)風(fēng)板在運行的過程中會有振動帶來的聲音。將步進(jìn)電機(jī)安裝到電機(jī)臺上，轉(zhuǎn)軸帶動曲柄往返重復(fù)做回轉(zhuǎn)動作。電機(jī)曲柄垂直于頻域振動的信號范圍，與電機(jī)振動信號比對后發(fā)現(xiàn)振幅有明顯的區(qū)別[5]。

為了達(dá)到風(fēng)量要求，需要測量消音器的長度和大小并計算：

其中，Δs為消聲量要求，?o為氣流速度，φ（?o）為平均流速，S截為消音器截面長度，F(xiàn) 為橫截面周長。

流線漸寬式形狀消音器加裝在布風(fēng)器，可以使氣流減速從而降低噪聲。在其他參數(shù)不變的情況下，風(fēng)速由原來的2.541 m/s 降至2.320 m/s，下降率約2.1%?？梢娡ㄟ^設(shè)置消音器可以起到降低噪聲的效果。

3 實驗

3.1 實驗設(shè)計

本次實驗檢測儀器選用NL-22/NL-32 精密聲級計、傳感器、麥克風(fēng)及支架。測試傳感器采用NPV 三向加速度傳感器。測量值和結(jié)果可顯示在液晶面板上，具有多次讀數(shù)、數(shù)據(jù)保存功能。傳感器的一端固定在電梯主機(jī)測試點處，另一端連接在噪聲振動數(shù)據(jù)采集分析儀上。在彎頭添加高阻尼減振膠，使用導(dǎo)流片在三通風(fēng)管底部進(jìn)行彎管導(dǎo)流[6]。

為了減小振動測試采集數(shù)據(jù)時產(chǎn)生較大誤差，在使用麥克風(fēng)測量電梯主機(jī)的噪聲時，麥克風(fēng)放置在三角支架上，麥克風(fēng)與電梯主機(jī)的距離為1 m。數(shù)據(jù)采集完成后，使用Artemis 聲學(xué)軟件導(dǎo)出分析。測量儀器與流程如圖2 所示。

圖2 測量儀器與流程

根據(jù)電梯主機(jī)實際工作中的負(fù)載情況，按照布置測試點的規(guī)律放置傳感器。為識別準(zhǔn)確噪聲源，對電梯主機(jī)以及附近區(qū)域分別進(jìn)行輻射噪聲測試。用支架固定住噪聲傳感器，對于每個部位的測試點進(jìn)行多次測量。運用表面振動法將得到的噪聲指數(shù)進(jìn)行分析和計算。采集各部位的振動速度數(shù)據(jù)，按照能量合成法疊加功率，為進(jìn)一步減振降噪提供基礎(chǔ)。

記錄風(fēng)機(jī)噪聲的實測數(shù)據(jù)，對比運行全程和風(fēng)機(jī)打開時的頻譜。使用數(shù)字式測風(fēng)儀測定轎廂內(nèi)部輸出風(fēng)速。同時，將改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)安裝至頂部位置，把轉(zhuǎn)化量設(shè)置為目標(biāo)風(fēng)量。將測風(fēng)儀測出的數(shù)值與目標(biāo)噪聲值進(jìn)行比對和記錄分析，得到間距與風(fēng)速之間的對應(yīng)關(guān)系。此外，增大出口尺寸、變更出口角度，對轎內(nèi)的噪聲也有明顯影響。

3.2 實驗結(jié)果分析

采用本文提出的措施進(jìn)行改進(jìn)后，噪聲明顯減弱。將測得的數(shù)據(jù)與改進(jìn)前以及傳統(tǒng)降噪方式進(jìn)行綜合對比，具體結(jié)果見表1。

表1 電梯主機(jī)噪聲改進(jìn)前后對比 dB

由表1 數(shù)據(jù)可知，改進(jìn)前電梯主機(jī)噪聲最大值達(dá)到66 dB，采用傳統(tǒng)降噪方式雖然能夠有一定的降噪作用，但效果不明顯，噪聲降幅與整改前差異不大，普遍降幅只有2～3 dB，噪聲最小值在60 dB 左右浮動。采用本文提出的措施對電梯主機(jī)進(jìn)行降噪處理，效果較為明顯，可以將噪聲最小值降低到52 dB，平均降幅達(dá)到10 dB，乘客在轎廂內(nèi)可以明顯感覺出噪聲的降低。后期通過多次微調(diào)和驗證，進(jìn)一步優(yōu)化降噪處理措施，最終達(dá)到較為明顯的降噪效果，改善了轎廂內(nèi)的整體環(huán)境，提高了乘客的乘梯舒適度。

4 結(jié)束語

電梯實際運行中產(chǎn)生的噪聲給乘客的正常使用帶來一定的困擾。隨著電梯行業(yè)高速發(fā)展，電梯主機(jī)的降噪措施逐漸受到重視。為了以給乘客提供更加舒適的乘梯感受，本文對電梯主機(jī)噪聲問題進(jìn)行了深入研究。由于高速氣流以及壓力場的變化，產(chǎn)生的噪聲較大。對于噪聲明顯異常的電梯，應(yīng)及時排查異響原因，以保證乘客的人身安全。同時，需要加強電梯維護(hù)工作的管理水平，完善檢修標(biāo)準(zhǔn)，提升運維工作人員的技術(shù)能力。本文針對電梯主機(jī)噪聲問題進(jìn)行分析，提出改進(jìn)措施，并通過實驗對比驗證了改進(jìn)措施的有效性，為改善電梯環(huán)境提供參考。