局部通風機綜合降噪研究與工程實踐

高一博

(西山煤電集團 西銘礦，山西 太原 030024)

煤礦在開掘施工作業(yè)時，為了稀釋煤層及圍巖釋放的有毒有害氣體，為職工提供新鮮空氣，創(chuàng)造良好工作環(huán)境，采用局部通風機對掘進工作面進行不間斷供風[1].目前，井下開掘工作面局部通風機普遍噪聲較大，而噪聲污染已成為僅次于大氣污染和水污染的第三大公害，嚴重危害井下職工身體健康，對井下作業(yè)環(huán)境造成一定的安全風險[2].在西銘礦五采區(qū)左回風巷開拓面和2-6132掘進工作面等地點使用FBDNo7.12X45局部通風機，環(huán)境噪音均超過100 dB，高于《煤礦安全生產(chǎn)標準化管理體系基本要求及評分辦法》職業(yè)健康衛(wèi)生有關(guān)噪聲的規(guī)定。為此，本文通過調(diào)整局部通風機進氣方向，并與廠家合作對消音器結(jié)構(gòu)設(shè)計提出改進方案，優(yōu)化局部通風機降噪裝置，達到了降噪達標效果。

1 局部通風機噪聲產(chǎn)生機理

根據(jù)局部通風機結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)，噪聲產(chǎn)生可以分為機械噪聲、電機噪聲和空氣動力性噪聲，其產(chǎn)生機理為：

1)機械噪聲主要由以下4方面原因造成:風機安裝位置不平整或零件松動；軸承運行時相互摩擦；葉輪磨損不均勻或因風壓導致零件的變形，使整個轉(zhuǎn)子不平衡；葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動[3].

2)主機電機噪聲主要由以下4方面原因造成:轉(zhuǎn)子不平衡或電磁力軸向分量產(chǎn)生的軸向串動聲；徑向交變的電磁力激發(fā)的電磁噪聲；換向器整流子碳刷摩擦導電環(huán)而產(chǎn)生的摩擦噪聲；由于某些部件振動使其固有頻率與激勵頻率產(chǎn)生共振，形成很強的窄帶噪聲[4-5].

3)通風機的空氣動力性噪聲按產(chǎn)生機理可分為旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲是通風機葉片旋轉(zhuǎn)時，周期性打擊空氣而引起的氣體壓力脈動噪聲；湍流噪聲主要是通風機葉片旋轉(zhuǎn)時附著在葉片上的空氣不斷脫落成漩渦而產(chǎn)生的噪聲[6].

2 局部通風機常用消音方式分析

目前國內(nèi)局部通風機常用的消音方式如下：

1)雙層機殼內(nèi)填充吸音材料。在進出口側(cè)加裝阻性消聲器，通常采用密集微穿孔板配合填充巖棉的形式來降低進出口的輻射噪聲。消聲器由兩部分組成:消聲外筒和消聲內(nèi)芯，消聲內(nèi)芯一方面起到整流的作用，一方面可以增加消聲面積，這種方式很適合于軸流風機的結(jié)構(gòu)，對中高頻噪聲的降噪有一定效果[5].

2)風機整體加裝獨立消聲室，是將風機整體安裝在一個密閉的消聲空間內(nèi)以降低風機運行時的電磁噪聲、機殼部分的振動噪聲及葉輪部位的氣流輻射噪聲。但由于局部通風機通常安設(shè)在的掘進工作面巷道口，消聲室占用空間大，巷道口空間有限，對運輸和行人安全造成不利影響，且成本費用高。

3)主機葉輪部位加裝可拆卸的隔音罩降低葉輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的噪音，安裝簡單便捷，而且成本較低，但對風機的整體運行時噪聲的降低貢獻不大。

通過對3種消音方式的對比分析和單一測試，局部通風機噪聲均大于100 dB，不符合職業(yè)健康衛(wèi)生要求。

3 改進方案與現(xiàn)場測試

為了進行針對性的降噪，通過對局部通風機噪聲產(chǎn)生機理的分析，確認了井下局部通風機噪音大的主要原因是空氣在進風口摩擦產(chǎn)生的輻射噪音。針對此狀況提出升級優(yōu)化主機消音方式+進風口加裝彎頭消音器和插板消音器+出風口加裝錐筒式消音器綜合降噪解決方案。

3.1 主機消音方式升級優(yōu)化與測試

對主機與外殼間增加了全包覆多重消音新材料，在機殼間填充了高分子消音材料，其聲特性阻抗使聲波在界面產(chǎn)生反射，隔斷高頻聲波；其內(nèi)阻尼高，可以阻斷中低頻聲波；材料本身的彈性及全包覆的密封性，有效避免噪聲傳播擴大。經(jīng)測試，風流經(jīng)主機體后，噪音可衰減25 dB(A).

3.2 進風口降噪方式改進與測試

1)在進風口加裝彎頭消音器，進風口由矩形鋼板制成，內(nèi)置彎形隔墻、直板分隔墻若干個，分別用螺栓固定在殼體上，風流沿垂直方向進入，經(jīng)隔墻、分隔墻的多次反射，吸收了摩擦噪聲。經(jīng)測試噪音可衰減15～26 dB(A).

2)在進風口消音筒內(nèi)加裝插板消音器，風流進入消音筒后，中高頻聲波經(jīng)過在多孔材料的孔隙中摩擦而轉(zhuǎn)化成熱能耗散掉，使通過消音器的聲波減弱；低頻聲波在消音插板中來回反射，有效減弱了摩擦噪聲。經(jīng)測試噪音可衰減15～20 dB(A).

3.3 出風口降噪方式測試與改進

在出風口加裝錐筒式消音器，在圓筒形消音器的中軸線上安裝前大后小的消音錐體，風流經(jīng)過消音筒和消聲錐筒將一部分反射噪聲由消音錐吸入，風流沿平行于通風機旋轉(zhuǎn)軸的方向?qū)С觯行樟朔瓷湓肼暋＝?jīng)測試噪音可衰減10～15 dB(A).

3.4 綜合降噪效果現(xiàn)場測試

局部通風機整體降噪結(jié)構(gòu)示意圖見圖1.采用升級優(yōu)化主機消音方式+進風口加裝彎頭消音器和插板消音器+出風口加裝錐筒式消音器綜合降噪解決方案后，在西銘礦采區(qū)回風巷、五采區(qū)左回風巷開拓面和2-6132掘進工作面進行了現(xiàn)場測試，測試數(shù)據(jù)見表1，通過對測試數(shù)據(jù)的對比分析，采取綜合降噪技術(shù)后，局部通風機噪聲下降了40 dB(A)左右，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境得到顯著改善，在保證職工身體健康的同時，也確保了安全生產(chǎn)。

圖1 局部通風機整體降噪結(jié)構(gòu)示意圖

表1 局部通風機噪聲監(jiān)測對比數(shù)據(jù)表

4 結(jié) 論

經(jīng)試驗測定，采取進風口降噪或出風口降噪等單一降噪措施后，降噪效果不明顯，且具有較大差異性。通過比較分析，采用進風口降噪措施效果較好，噪聲能降低15～26 dB(A)；采用出風口降噪措施效果不顯著，噪聲降低10～15 dB(A)；采用單一優(yōu)化主機降噪措施，雖能達到降噪效果，但維持時間不長，是后期風機噪聲的主要來源。

在五采區(qū)左回風巷開拓面和2-6132掘進工作面采用綜合降噪措施后，局部通風機噪聲從120 dB(A)左右降低至80 dB(A)左右，有效降低了局部通風機噪聲，改善了作業(yè)環(huán)境，預防了職業(yè)病的發(fā)生。