風(fēng)機(jī)是一種工礦業(yè)中常見的機(jī)械設(shè)備。在煤礦的開采和挖掘過程中，風(fēng)機(jī)是不可或缺的。通過風(fēng)機(jī)可以有效的給礦井通風(fēng)，減少事故的發(fā)生率。但不可避免的是風(fēng)機(jī)自身會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，這種噪聲往往會(huì)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(fēng)機(jī)的噪聲，對(duì)其噪聲控制是很有意義的一件事情。
一、礦井通風(fēng)機(jī)的分類
礦井通風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)，簡稱主扇;用于礦井某些分支風(fēng)路中調(diào)節(jié)風(fēng)量，幫助主扇工作的，叫輔助扇風(fēng)機(jī)，簡稱輔扇;用于礦井局部地區(qū)(主要是獨(dú)頭掘進(jìn)井巷)通風(fēng)的，叫局部扇風(fēng)機(jī)，簡稱局扇。
主扇分離心式和軸流式兩類：
a.離心式扇風(fēng)機(jī)，由動(dòng)輪，螺形機(jī)殼，吸風(fēng)管和擴(kuò)散器等組成，動(dòng)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(dāng)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣由吸風(fēng)管進(jìn)入動(dòng)輪的中心部分，折轉(zhuǎn)90°后,沿葉道甩入螺形機(jī)殼，再經(jīng)擴(kuò)散器流出。
b.軸流式扇風(fēng)機(jī)，由裝有葉片的動(dòng)輪、圓筒形機(jī)殼、集風(fēng)器、整流器、流線體和擴(kuò)散器等組成。為提高風(fēng)壓，有的可安置兩段動(dòng)輪。當(dāng)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，翼形葉片帶動(dòng)空氣沿軸向流動(dòng)，經(jīng)擴(kuò)散器排出。軸流式扇風(fēng)機(jī)葉片，以一定的安裝角安設(shè)在動(dòng)輪上，調(diào)整安裝角可改變風(fēng)機(jī)性能。離心式扇風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，噪聲小，穩(wěn)定工作范圍大，但風(fēng)量調(diào)節(jié)不便，必須用反風(fēng)道反風(fēng)。軸流式扇風(fēng)機(jī)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(fēng);但噪聲大，穩(wěn)定工作范圍小。
二、礦井通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生噪聲的原因
通風(fēng)機(jī)在一定工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),產(chǎn)生的噪聲,主要包括空氣動(dòng)力產(chǎn)生的噪聲;機(jī)械振動(dòng)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(dòng)噪聲和耦合噪聲產(chǎn)生的機(jī)理尤為復(fù)雜，空氣動(dòng)力性噪聲是風(fēng)機(jī)的主要噪聲。它分成旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。
1、通風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)分離產(chǎn)生的噪聲
葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)分離形式是多樣的，產(chǎn)生機(jī)理是復(fù)雜的。在通風(fēng)機(jī)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(huì)分裂成一系列小渦流，渦流的移動(dòng)和破裂，使氣流發(fā)生擾動(dòng)，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(jī)械常在非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)工況或非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，其內(nèi)部流動(dòng)十分復(fù)雜。在非設(shè)計(jì)工況下，特別是在葉輪機(jī)械的流量小于額定流量一定值時(shí)，葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)尤其是葉輪入口前的流動(dòng)變化十分明顯。這時(shí)，入口處的軸面上形成一個(gè)旋回流區(qū)，旋渦的方向與軸面垂直;同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)一個(gè)與葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)一步減小，旋回流區(qū)向吸入管上游和吸入管中心擴(kuò)展，渦流內(nèi)部進(jìn)入混沌狀態(tài)。
2、氣固耦合噪聲產(chǎn)生的原因
通風(fēng)機(jī)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(dòng)誘發(fā)振動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲，也就是氣固耦合動(dòng)力學(xué)問題，當(dāng)葉片由于外界原因以某一固有頻率作初始微幅振動(dòng)時(shí)，將會(huì)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(dòng)衰減，也可能從氣流中吸取能量而使振動(dòng)加劇。在通風(fēng)機(jī)中，常見的是葉片顫振現(xiàn)象及其引起的噪聲。從流體力學(xué)角度來看，耦合噪聲基本上可分為兩類：一類可認(rèn)為流動(dòng)分離和邊界層效應(yīng)對(duì)于噪聲發(fā)作沒有重要影響;另一類的噪聲發(fā)作機(jī)理與流動(dòng)分離和旋渦密切相關(guān)。葉輪機(jī)械均以后一類更為常見。同時(shí)，轉(zhuǎn)子與靜子的氣動(dòng)干擾、位于進(jìn)口前方的整流板對(duì)轉(zhuǎn)子形成的非定常擾動(dòng)進(jìn)氣口流場畸變等都是噪聲產(chǎn)生的因素。此外，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(shí)間的脈動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。同時(shí)，由于風(fēng)舌的存在，旋轉(zhuǎn)的葉片經(jīng)過時(shí)，風(fēng)舌便產(chǎn)生干擾，使氣流作用在葉片上的力也隨時(shí)間脈動(dòng)，而產(chǎn)生噪聲。
對(duì)風(fēng)機(jī)的噪聲進(jìn)行有效控制,首先應(yīng)控制其噪聲源,然而,對(duì)于噪聲高達(dá)110dB(A)以上的煤礦主通風(fēng)機(jī),要使風(fēng)機(jī)出風(fēng)口噪聲有大幅度的降低,通過優(yōu)化風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)控制噪聲源,從而達(dá)到大的降噪效果是很難實(shí)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(fēng)機(jī)的噪聲的輻射部位主要是出氣口和機(jī)殼。因此,在傳播路徑上對(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)施噪聲控制時(shí),應(yīng)同時(shí)考慮出氣口和機(jī)殼的輻射噪聲。
三、煤礦通風(fēng)機(jī)噪聲的控制措施
1、風(fēng)機(jī)機(jī)組加裝隔聲罩
煤礦主風(fēng)機(jī)機(jī)殼、電動(dòng)機(jī)、基礎(chǔ)振動(dòng)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(fēng)機(jī)機(jī)組隔聲罩。采用加裝隔聲罩措施就是將整個(gè)風(fēng)機(jī)機(jī)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(shè)制的,它由隔聲層阻尼村料、吸聲層和護(hù)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(fēng)機(jī)加裝隔聲罩,主要的困難在于解決機(jī)組的溫升和冷卻問題。風(fēng)機(jī)機(jī)組加裝隔聲罩后,風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和電動(dòng)機(jī)所散發(fā)的熱量積蓄在罩內(nèi),使溫度升高。這對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行極為不利,過高的溫度會(huì)降低電機(jī)的絕緣性能和工作效率,嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電機(jī)。
目前國內(nèi)外采取的冷卻措施均以風(fēng)冷方法為最普遍。在風(fēng)機(jī)機(jī)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(dòng)機(jī)械能的能力,將阻尼材料噴刷在機(jī)殼表面作成自由層,當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)輻射噪聲時(shí)阻尼層發(fā)生變形,依靠阻尼材料的內(nèi)摩擦耗能,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能,消散于周圍環(huán)境中,可達(dá)到降噪目的。
2、在風(fēng)機(jī)時(shí)出氣口管道上安裝消聲器
在風(fēng)機(jī)噪聲中,進(jìn)、出氣口輻射的空氣動(dòng)力性噪聲強(qiáng)度更大 ,所以,首先應(yīng)將這部分噪聲降下來。在局扇進(jìn)、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(fēng)機(jī)在使用時(shí)為抽出式通風(fēng),噪聲的主要輻射部位在風(fēng)機(jī)的出口,所以一般在出氣口安裝各類消聲器。目前應(yīng)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(fù)合式消聲器。各類消聲器在消聲降噪上的特性和對(duì)風(fēng)機(jī)氣動(dòng)特性的影響是各個(gè)不相同的。
目前對(duì)煤礦主風(fēng)機(jī)實(shí)施降噪時(shí),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(fēng)機(jī)出口擴(kuò)散彎道上設(shè)置消聲導(dǎo)流片,消聲導(dǎo)流片內(nèi)部充滿了吸聲材料,具有較好的吸聲效果,同時(shí),由于消聲導(dǎo)流片一般設(shè)置在水平風(fēng)道與擴(kuò)散塔的轉(zhuǎn)彎處,可以減少出口氣流與擴(kuò)散塔沖擊造成的動(dòng)壓損失,提高風(fēng)機(jī)工作效率。與氣流平行布置的消聲導(dǎo)流片數(shù)量應(yīng)適當(dāng),一般不能使風(fēng)道的通流面積減少過多,否則會(huì)降低風(fēng)機(jī)工作效率。另外,還可以在水平風(fēng)道(離風(fēng)機(jī)出口2m外)內(nèi)布置吸聲磚,吸聲磚沿風(fēng)道布置長度一般為3~4m,為保證通流面積,應(yīng)適當(dāng)增大水平風(fēng)道的截面積。
3、采取改造風(fēng)機(jī)房的綜合治理措施
如果有專門的風(fēng)機(jī)機(jī)房,則可結(jié)合現(xiàn)場情況采取將風(fēng)機(jī)房改造成隔聲間的降噪方法,即把風(fēng)機(jī)機(jī)組封閉在風(fēng)機(jī)房內(nèi)使其噪聲傳不出去,這樣機(jī)房內(nèi)的噪聲雖大,但外界噪聲則小多了。密封的風(fēng)機(jī)房上要安裝進(jìn)氣口消聲器,以供風(fēng)機(jī)吸氣和電動(dòng)機(jī)、機(jī)殼等散熱之需要。在冷卻風(fēng)機(jī)出氣管路上也可再裝一個(gè)消聲器以減弱風(fēng)機(jī)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(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)殼和輸氣管采取阻尼措施,涂貼包裹吸聲材料;為隔絕風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)振動(dòng),減弱固體聲的傳遞,可在風(fēng)機(jī)下安裝減振器或設(shè)計(jì)專門的隔振基礎(chǔ)。許多實(shí)例證明,采取改造風(fēng)機(jī)房的噪聲綜合治理措施,結(jié)果是令人滿意的。
通風(fēng)機(jī)在很多場景都是可以用到的機(jī)械設(shè)備，其噪聲對(duì)人體的危害也是比較大，因此治理好風(fēng)機(jī)的噪聲，對(duì)噪聲進(jìn)行控制，改善工人的工作環(huán)境和保護(hù)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(dá)到滿意的降噪效果。
