煤礦通風機噪音的產生與防治

郝志宇

（西山煤電集團西曲礦，山西 古交 030200）

1 通風機噪音來源

煤礦行業中常見的通風機結構有離心式、軸流式和混流式等，盡管不同結構通風機產生噪音的特點不同，但是其來源均可歸納為氣動噪音、機械噪音和其他噪音，氣動噪音和機械噪音是通風機噪音的主要組成部分[1-2]。

1）氣動噪音。氣動噪音指的是空氣動力學噪音，空氣在風機葉片高速旋轉的作用下被壓縮而發出聲音，按照產生的形式不同分為渦流噪音和旋轉噪音。葉頂間隙和葉片界面的空氣在葉片旋轉切割作用下產生了氣壓差，氣壓大的位置空氣被壓縮，氣壓小的位置空氣稀疏，疏密程度不同的空氣形成了渦流噪音。渦流噪音的頻率與葉片與氣流的相對速度有關，氣流在葉片上的相對速度隨著葉片半徑增大而增大，因此渦流噪音在聲波譜上表現為連續特征。葉片旋轉導致空氣產生了與轉速頻率一致的氣壓脈動，形成了旋轉噪音。旋轉噪音與葉片數和轉速有關，有研究表明旋轉噪聲與轉速的5～6次方成正比[3-4]。

2）機械噪音。機械噪音的產生原理比較簡單，風機軸承、軸和底座等部件緊固不良，裝配時精度不達標等均會導致發出明顯的機械噪音。

3）其他噪音。氣動噪音和機械噪音是風機噪音的主要來源，除此以外還有氣固耦合噪音和電磁噪音等其他噪音。氣固耦合噪音指的是氣體和固體以特定方式耦合在一起而產生的噪音，通風機葉片具有一定彈性，在高速旋轉時與空氣產生能量交換，從而造成葉片以微小幅度振動產生噪音。電磁噪音是一種機電設備普遍存在的噪音，常見于電機、電抗器和變壓器等磁性元件[5]，風機的電機內部具有交替變化的磁場，機械部件在此磁場內容易發生振動產生噪音，除此以外還有線圈磁飽和、鐵心氣隙過大等原因。

2 噪音防治措施

1）進出氣口安裝消聲器（見下頁圖1）。風機進出氣口是氣動噪音強度最大的部位，采用安裝消聲器的辦法可顯著減低這部分噪音。常用的消聲器有阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復合型消聲器等。阻性消聲器是應用最為廣泛的一種消聲器，根據氣流通道結構特點分為片式、直管式和折板式等，該消聲器內部的多孔性吸聲材料在聲波傳遞過程中產生了摩擦阻力，聲能被轉換為熱能，從而減小了風機進出氣口的氣動噪音。抗性消聲器與阻性消聲器的原理不同，它管道內部設計的突變界面和共振腔使進入管道的噪音被反射和干涉，從而削弱聲波的能量，按照內部結構不同抗性消聲器有擴張室式和共振式。阻抗復合型消聲器結合了兩種消聲器的消聲原理，對于中高頻噪聲采用阻式結構，對于中低頻噪聲采用抗式結構，最大限度地增大了吸收噪音的帶寬。除了上述類型的消聲器，也有煤礦采用微穿孔板消聲器等其他類型消聲器，在降噪改造工程中需要將現場實測噪音情況和本礦井通風機型號結合起來，選擇降噪效果最佳的消聲器。在選用消音器時，要避免消聲器氣流消聲過大，氣流速度一般控制在10～20 m/s，安裝多個消音器時采取分段安裝，達到最佳降噪效果[6-7]。

圖1 消音器剖面示意圖

2）改造蝸舌間隙和半徑。通風機的葉輪或葉柵會使蝸舌在相互作用力下產生旋轉噪聲，相互作用力越強、蝸舌的受風面積越大，噪聲強度就越高。因此可將蝸舌改造為傾斜式，減小相互作用力的面積，同時將蝸舌半徑適當增大，使得風機葉珊的速度和壓力分布更均勻。

3）安裝旋轉擴壓器。輪蓋及其直徑形成的空間可起到旋轉擴壓器的作用，葉片出口的氣流在蝸殼內被加速，流出葉道后進入脫流區，周期性地沖擊周圍空氣，加強旋轉噪聲。需要注意的是，后向葉輪不適合安裝旋轉擴壓器，葉片安裝角度不正確不但不能削弱旋轉噪聲，還會對其有加強的效果。

4）機組安裝隔聲罩。除了進出氣口產生的氣動噪音，風機機殼和電機等部位產生的機械噪音也是主要噪聲源。如圖2所示[8-10]，將整個風機機組用阻尼材料、吸聲層和護面層組成的隔聲罩包圍起來，起到了削弱噪音和隔絕噪音的效果。隔聲罩安裝后，隔絕噪音傳播的同時也會造成散熱問題，電機產生的熱量積蓄在隔聲罩內部，會造成電機過熱燒毀，因此需要對風機冷卻系統采取加強措施。冷卻方式有自然通風冷卻法和強制通風冷卻法，自然通風冷卻法在隔聲罩下部上部開出風口，并在進出風口安裝消音器，強制通風冷卻法有附加通風機法、負壓吸風法和罩內空氣循環法等。本文采用的是自然通風冷卻法，冷空氣從側方消聲器進入風機房，風機房內熱空氣上升，由頂部消聲器排出，可以帶走風機熱量，保障風機安全。除了隔聲罩，也有在機殼表面噴涂阻尼材料的做法，原理是依靠阻尼材料將振動產生的機械能轉化為熱能。

圖2 風機隔聲房降噪示意圖

5）風機房隔音消聲改造。風機房隔音消聲改造是一個綜合性的工程，可采取的治理措施有[11]：風機房懸掛消聲體、墻體貼涂吸聲材料、安裝減振器、門窗隔聲改造等。隔聲門和隔聲窗都是由專門的材料和工藝制成，隔聲門是經過脫脂、脫磷、噴塑等工藝加工的冷軋鋼板制成，鋼板內填充了8 cm波峰吸音棉。隔聲窗是由PVB膜經高溫高壓粘合而成，并填充由干燥劑，最大程度上隔離所有頻段噪音。

3 結語

根據噪音來源不同，煤礦通風機產生的噪音有氣動噪音、機械噪音、氣固耦合噪音和電磁噪音等。針對氣動噪音，可采取安裝消音器、改造蝸舌間隙和半徑、安裝旋轉擴壓器的方式進行降噪；針對機械噪音，可采取安裝隔聲罩、風機房改造等方式進行降噪。實際效果表明，通風機降噪隔音改造工程是一個綜合性的工程，需要根據實際情況有針對性地采取措施，才能達到預期目標。