風機是一種工礦業(yè)中常見的機械設備。在煤礦的開采和挖掘過程中，風機是不可或缺的。通過風機可以有效的給礦井通風，減少事故的發(fā)生率。但不可避免的是風機自身會產(chǎn)生很大的噪聲，這種噪聲往往會干擾工作環(huán)境和影響工人的身體健康。因此，降低煤礦通風機的噪聲，對其噪聲控制是很有意義的一件事情。
一、礦井通風機的分類
礦井通風機按工作范圍分三種：用于全礦井或礦井某翼(區(qū))的，叫主要扇風機，簡稱主扇;用于礦井某些分支風路中調(diào)節(jié)風量，幫助主扇工作的，叫輔助扇風機，簡稱輔扇;用于礦井局部地區(qū)(主要是獨頭掘進井巷)通風的，叫局部扇風機，簡稱局扇。
主扇分離心式和軸流式兩類：
a.離心式扇風機，由動輪，螺形機殼，吸風管和擴散器等組成，動輪又由固定在輪軸上的輪轂和其上的葉片組成。葉片分前傾式、徑向式和后傾式三種，礦用離心式主扇多用后傾式。當動輪旋轉(zhuǎn)時，空氣由吸風管進入動輪的中心部分，折轉(zhuǎn)90°后,沿葉道甩入螺形機殼，再經(jīng)擴散器流出。
b.軸流式扇風機，由裝有葉片的動輪、圓筒形機殼、集風器、整流器、流線體和擴散器等組成。為提高風壓，有的可安置兩段動輪。當動輪旋轉(zhuǎn)時，翼形葉片帶動空氣沿軸向流動，經(jīng)擴散器排出。軸流式扇風機葉片，以一定的安裝角安設在動輪上，調(diào)整安裝角可改變風機性能。離心式扇風機結(jié)構(gòu)簡單，噪聲小，穩(wěn)定工作范圍大，但風量調(diào)節(jié)不便，必須用反風道反風。軸流式扇風機結(jié)構(gòu)較緊湊，性能調(diào)節(jié)方便,調(diào)節(jié)范圍較大,可反轉(zhuǎn)反風;但噪聲大，穩(wěn)定工作范圍小。
二、礦井通風機產(chǎn)生噪聲的原因
通風機在一定工況下運轉(zhuǎn)時,產(chǎn)生的噪聲,主要包括空氣動力產(chǎn)生的噪聲;機械振動產(chǎn)生的噪聲;以及氣體和固體彈性系統(tǒng)互相作用產(chǎn)生的噪聲，即耦合噪聲。其中氣動噪聲和耦合噪聲產(chǎn)生的機理尤為復雜，空氣動力性噪聲是風機的主要噪聲。它分成旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。
1、通風機內(nèi)部流動分離產(chǎn)生的噪聲
葉輪高速旋轉(zhuǎn)時，葉輪機械內(nèi)部流動分離形式是多樣的，產(chǎn)生機理是復雜的。在通風機中，葉輪入口、葉輪內(nèi)部和葉輪出口都存在氣流分離現(xiàn)象。氣流的分離將引起渦流，這些渦流由于粘性力的作用，又會分裂成一系列小渦流，渦流的移動和破裂，使氣流發(fā)生擾動，在氣流中形成壓縮和稀疏過程，由此產(chǎn)生噪聲。
現(xiàn)在的葉輪機械常在非常復雜的設計工況或非設計工況下運行，其內(nèi)部流動十分復雜。在非設計工況下，特別是在葉輪機械的流量小于額定流量一定值時，葉輪機械內(nèi)部流動尤其是葉輪入口前的流動變化十分明顯。這時，入口處的軸面上形成一個旋回流區(qū)，旋渦的方向與軸面垂直;同時，還發(fā)現(xiàn)一個與葉輪轉(zhuǎn)動方向一致的軸向旋渦。即在旋渦區(qū)內(nèi)，流體以一定的角速度繞軸旋轉(zhuǎn)，隨著流量的進一步減小，旋回流區(qū)向吸入管上游和吸入管中心擴展，渦流內(nèi)部進入混沌狀態(tài)。
2、氣固耦合噪聲產(chǎn)生的原因
通風機氣固耦合噪聲問題基本上屬于彈性結(jié)構(gòu)體外部繞流的流動誘發(fā)振動，從而產(chǎn)生噪聲，也就是氣固耦合動力學問題，當葉片由于外界原因以某一固有頻率作初始微幅振動時，將會與周圍氣流發(fā)生能量交換，既可能由于向氣流傳遞能量而使葉片振動衰減，也可能從氣流中吸取能量而使振動加劇。在通風機中，常見的是葉片顫振現(xiàn)象及其引起的噪聲。從流體力學角度來看，耦合噪聲基本上可分為兩類：一類可認為流動分離和邊界層效應對于噪聲發(fā)作沒有重要影響;另一類的噪聲發(fā)作機理與流動分離和旋渦密切相關(guān)。葉輪機械均以后一類更為常見。同時，轉(zhuǎn)子與靜子的氣動干擾、位于進口前方的整流板對轉(zhuǎn)子形成的非定常擾動進氣口流場畸變等都是噪聲產(chǎn)生的因素。此外，當葉輪旋轉(zhuǎn)時，在葉片的出口處，沿著周向氣流的速度和壓力都是不均勻的。這種不均勻的氣流作用在蝸殼上形成壓力隨時間的脈動而產(chǎn)生噪聲。同時，由于風舌的存在，旋轉(zhuǎn)的葉片經(jīng)過時，風舌便產(chǎn)生干擾，使氣流作用在葉片上的力也隨時間脈動，而產(chǎn)生噪聲。
對風機的噪聲進行有效控制,首先應控制其噪聲源,然而,對于噪聲高達110dB(A)以上的煤礦主通風機,要使風機出風口噪聲有大幅度的降低,通過優(yōu)化風機結(jié)構(gòu)控制噪聲源,從而達到大的降噪效果是很難實現(xiàn)的。因此必須考慮從傳播路徑上來控制噪聲。由于煤礦主通風機的噪聲的輻射部位主要是出氣口和機殼。因此,在傳播路徑上對風機實施噪聲控制時,應同時考慮出氣口和機殼的輻射噪聲。
三、煤礦通風機噪聲的控制措施
1、風機機組加裝隔聲罩
煤礦主風機機殼、電動機、基礎振動等部位輻射的噪聲也是主要噪聲源,需要采取綜合治理措施,最常用也是最有效的措施是加裝風機機組隔聲罩。采用加裝隔聲罩措施就是將整個風機機組用密閉的隔聲罩圍包起來。隔聲是利用隔聲結(jié)構(gòu)將噪聲隔擋,減弱噪聲的傳遞。隔聲罩是按隔聲原理設制的,它由隔聲層阻尼村料、吸聲層和護面層組成。這樣使隔聲罩具有隔聲和吸聲雙重降噪效果,可大大提高減噪效果。風機加裝隔聲罩,主要的困難在于解決機組的溫升和冷卻問題。風機機組加裝隔聲罩后,風機運轉(zhuǎn)和電動機所散發(fā)的熱量積蓄在罩內(nèi),使溫度升高。這對電動機的運行極為不利,過高的溫度會降低電機的絕緣性能和工作效率,嚴重時甚至燒毀電機。
目前國內(nèi)外采取的冷卻措施均以風冷方法為最普遍。在風機機殼表面涂阻尼材料也有利減振降噪,阻尼材料具有損耗振動機械能的能力,將阻尼材料噴刷在機殼表面作成自由層,當結(jié)構(gòu)發(fā)生振動輻射噪聲時阻尼層發(fā)生變形,依靠阻尼材料的內(nèi)摩擦耗能,將機械能轉(zhuǎn)化為熱能,消散于周圍環(huán)境中,可達到降噪目的。
2、在風機時出氣口管道上安裝消聲器
在風機噪聲中,進、出氣口輻射的空氣動力性噪聲強度更大 ,所以,首先應將這部分噪聲降下來。在局扇進、出氣口安裝消聲器是抑制其噪聲的最有效措施。由于煤礦主風機在使用時為抽出式通風,噪聲的主要輻射部位在風機的出口,所以一般在出氣口安裝各類消聲器。目前應用的消聲器種類繁多,主要有:阻性消聲器、抗性消聲器、微穿孔板消聲器和復合式消聲器。各類消聲器在消聲降噪上的特性和對風機氣動特性的影響是各個不相同的。
目前對煤礦主風機實施降噪時,通常采用阻性消聲器,阻性消聲器主要吸收中高頻噪聲,而且降噪效果好。如可以在風機出口擴散彎道上設置消聲導流片,消聲導流片內(nèi)部充滿了吸聲材料,具有較好的吸聲效果,同時,由于消聲導流片一般設置在水平風道與擴散塔的轉(zhuǎn)彎處,可以減少出口氣流與擴散塔沖擊造成的動壓損失,提高風機工作效率。與氣流平行布置的消聲導流片數(shù)量應適當,一般不能使風道的通流面積減少過多,否則會降低風機工作效率。另外,還可以在水平風道(離風機出口2m外)內(nèi)布置吸聲磚,吸聲磚沿風道布置長度一般為3~4m,為保證通流面積,應適當增大水平風道的截面積。
3、采取改造風機房的綜合治理措施
如果有專門的風機機房,則可結(jié)合現(xiàn)場情況采取將風機房改造成隔聲間的降噪方法,即把風機機組封閉在風機房內(nèi)使其噪聲傳不出去,這樣機房內(nèi)的噪聲雖大,但外界噪聲則小多了。密封的風機房上要安裝進氣口消聲器,以供風機吸氣和電動機、機殼等散熱之需要。在冷卻風機出氣管路上也可再裝一個消聲器以減弱風機出氣噪聲。若要降低隔聲間內(nèi)的噪聲,可在房間內(nèi)表面采取吸氣處理或懸掛消聲體;對風機機殼和輸氣管采取阻尼措施,涂貼包裹吸聲材料;為隔絕風機基礎振動,減弱固體聲的傳遞,可在風機下安裝減振器或設計專門的隔振基礎。許多實例證明,采取改造風機房的噪聲綜合治理措施,結(jié)果是令人滿意的。
通風機在很多場景都是可以用到的機械設備，其噪聲對人體的危害也是比較大，因此治理好風機的噪聲，對噪聲進行控制，改善工人的工作環(huán)境和保護工人的身體健康都非常的重要。噪聲污染看起開不好治理，只要我們有決心，敢于去做，就一定能夠克服困難，達到滿意的降噪效果。
