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煤矿局部通风机噪声机理及控制方法
发布时间：2013-03-30 08:44 来源：未知
1、引言
在煤矿掘进中，常用局部通风机（以下简称局扇）给独头巷道通风，局扇的噪声是掘进中的主要噪声源，就JBT、BKJ系列局扇而言，其入口和机壳周围的噪声达95dB(A)以上，高的噪声不仅影响工人的健康，而且常掩蔽井下安全警报信号造成事故，所以对局扇的降噪声研究具有十分重要意义。本文在局扇噪声产生的机理基础上，综述了从噪声源和传播途径上控制局扇声的方法。
2、局扇噪声产生机理及其特性
局扇工作时所产生的噪声，包括空气动力性噪声和机械性噪声，其中空气动力性噪声的强度较大，是局扇噪声的主要成分。空气动力性噪声按产生机理可分成旋转噪声和涡流噪声。
旋转噪声是由旋转的叶片周期地打击空气质点引起空气的压力脉动所产生的。其频率就是叶片每秒钟打击空气质点的次数，因此它与叶片数和转速有关。旋转噪声的强度大致与圆周速度的5—6次方成比例。因此，对高速旋转（转速一般为2900转／分）的局扇，旋转噪声所占比例是很高的。涡流噪声是风机旋转时，高速气流在叶片界面和叶顶间隙处分离时产生的涡流分离使气体产生的压缩和稀疏，以声波的形式传播所形成的。其频率取决于叶片与气流的相对速度。因叶片各截面土的圆周速度随半径大小而变化，气流绕过叶片时各点相对速度必然亦不
一样，同时叶片各点厚度也不同。故从圆心到最大半径速度呈连续变化。因此叶轮旋转所产生的涡流噪声呈明显的连续谱。局扇的空动噪声就是旋转噪声与涡流噪声相互叠加的结果。
局扇的机械噪声主要有驱动电机的电磁声和机壳辐射噪声。
要对局扇的噪声进行有效控制，首先应控制其噪声源，然而，对于转速高大2900转／分，噪声高达95dB (A)以上的局扇，要使噪声降到85dB (A)以下，确实很难。因此还必须再考虑从传播路径上来控制噪声。由于局扇噪声的辐射部位主要是进、出气口和机壳。因此，在传播路径上对局扇实施噪声控制时，应同时考虑进，出气口和机壳的辐射。
3、在噪声源上控制局扇噪声的方法
从局扇气动噪声产生机理可知，合理的气动设计是获得低气动噪声最根本的方法，通流部件结构参数的合理选择配匹不但可获得高的效率，而且相应的噪声水平也低。因此，在局扇的结构设计和改造中主要采用几种的降噪方法：
3.1进风口元件结构的合理设计
首先，由于局扇静叶或支撑的后缘与动叶的轴向距离很短，且静叶或支撑位于高速流端面上。因此，从静叶或支撑尾部脱落下来的强度较大的涡流尾迹直接与动叶发生栩互干扰作用，将导致局扇旋转噪声的增加，静叶或支撑尾流的存在还破坏了叶轮进风口流场的均匀性，这将导致局扇的宽频涡流噪声增加。采用减少导流体支撑数，将支撑布置在喇叭口的进风口端面上，并增大局扇进风口部件的轴向尺寸，可使支撑位于气流速度不大的位置，使支撑尾部脱落下来的涡流至动叶前缘时已基本衰减。其次，集流器的圆弧半径太小，使气流进入集流器时不能均匀加速，小均匀的进风口流场不但流动阻力增加，而且会使局扇的噪声提高。若采用两段圆弧构成的喇叭口，增大集流器的圆弧半径，并适当改变整流罩的锥度，可使气流在集流器和整流罩之间均匀加速。对JBT-51局扇的试验表明，进口部件结梅经过合理设计可使噪声的A声级降低3～4dB(A)。
3.2减少动叶叶尖与机壳间的间隙
由于动叶叶尖与机壳间的间隙的存在，使动叶吸力面与压力面之间产生压差流动，它形成叶尖涡流并产生澡流噪声。减小叶尖与机壳间的间隙，可使分离的涡流在叶尖处产生的力波动和间隙回流减弱，同时使作用于随后叶片的干扰力减弱，从而降低噪声。对BKI66N04.5A《8kW)子午局扇的试验表明，在动叶叶尖处加旋转环型围带，使相对间隙减少，可使局扇的A声级降低4—5dB(A)，
3.3动叶上增设附加导叶
在局扇动叶片上增设附加导叶可控制叶轮叶栅中附面层的发展与分离，改善沿叶面的流动状态，扩大叶片排无分离绕流范围，降低因附面层分离而造成的涡流噪声。研究表明，增设中导叶可降噪2～3dB，而组合导卧（上、中、下导叶组合）可降噪声3~4dB，风机效率可提高2N4%*增设端导叶可降噪3~4dB，风机效率提高3-3.5%，端导叶对控制叶尖涡流与=次流噪声很有作用。附加导叶几何形状，安装位置、数量、高度都会对风机噪声和气动性能产生影响，附加导叶沿气流方向而置，吸力面上附加导叶向上弯曲，压力上附加导叶向下弯曲。入口、出口气流角取20(-30(为宜。导叶数尽量少，沿叶面设置l-2个导叶就能获得良好的绕流效果。导叶高度应超过附面层厚度，不能过高或过低，常取0．06-0.07b（b为叶片弦长）为宜。试验证明，在叶片吸力面上设置导叶具有最佳效果。吸力面上导叶设置在分离点后到出口的分离区域内。
3.4合理的动叶与静叶间的轴向间距
在局扇运行时，气流与叶片作相对运动时，叶片后缘的气流尾迹中，速度及压力均小于主流区，使叶栅后的气流速度与压力分布皆不均匀，这种不均匀的流谱在旋转。如果在动叶之后有静叶，则这种非稳定流动与静叶相互作用将产生噪声。动叶与静叶间的距离愈近，噪声愈烈。在JBT51-1局扇上试验表明，将动叶与静叶间的轴向相对间距从4%增大到7.5%，可使噪声降低3dB(A)。试验还表明，当（s增大到1后，降噪不明显。但应指出的是，轴向相对间距过大，会对局扇的气动性能产生较大影响。
4、在传播途径上控制局扇噪声的方法
4.1在局扇进．出气口安装消声器
在局扇噪声中，进，出气口辐射的空气动力性噪声强度最大，所以控制局扇的噪声，首先应将这部分噪声降下来。由于局扇在井下使用时为压入式通风，噪声的主要辐射部位在风机的进口，所以一般在进气口安装消声器。
目前在种类繁多的消声器中，使用在局扇上最多的为阻性消声器，微穿孔板消声器两大类。
由多孔吸声材料制作的阻性消声器主要吸收中高频噪声，对以中高频噪声为主的局扇，有很好的降噪效果，但在多粉尘而且潮湿的井下环境，会使多孔吸声材料受潮，同时，粉尘壳塞吸声材料会降低其吸声性能。因此，必须对多孔吸声材料必须作防水防潮等处理，而且要设计成装拆方便的结构，以更换吸声材料。
微穿孔板消声器一般设计成双层结构以克服其吸声底谷，双层结构的微穿孔板消声器几乎在全频带上都有较好的降噪效果。但它的缺点是制造工艺相对复杂、在井下多粉尘的环境工作时微孔容易阻塞而影响降噪效果。因此，一般也应做成装拆方便的结构。与阻性消声器比较，其降噪效果受气流速度的影响较小，拆卸后可用水清洗微穿孔板或用压缩空气将粉尘除去，而对降噪不产生影响。若对微穿孔板的结构参数进行优化，可达到较好降噪效果。为了对局扇的气动性能不产生大的影响，一般在两类消声器的入口均加锥型的导流装置，导流装置的骨架设计成穿孔板结构，并在导流装置内填充吸声材料。
4.2局扇机壳加阻尼
在局扇进气口安装消声器可以消减空气动力性噪声，即把局扇最强部分的噪声消除掉。但是，如果现场对降噪的要求较高，局扇的机壳辐射的噪声也需要控制时，可在局扇机壳表面涂阻尼材料。阻尼材料具有损耗振动机械能的能力，将阻尼材料喷刷在机壳表面作成自由层，当结构发生振动辐射噪声时阻尼层发生变形，依靠阻尼材料的内摩擦耗能，将机械能转化为热能，消散于周围环境中，可达到降噪目的。但应注意的是阻尼层的厚度应通过试验确定，过大的是阻尼层厚度并不能提高降噪的效果．
5、结语
对风机噪声的控制，最积极最根本的措施是从声源上根治噪声，即设计制造高性能、低噪声的风机是控制风机噪声的根本途径。对已投入使用的风机，进行合理的结构改造和安装适当的消声器是控制风机噪声的是主要手段。
