煤矿通风机噪声治理控制措施
2018-12-14 11:06 静之源官方
风机是一种工矿业中常见的机械设备。在煤矿的开采和挖掘过程中，风机是不可或缺的。通过风机可以有效的给矿井通风，减少事故的发生率。但不可避免的是风机自身会产生很大的噪声，这种噪声往往会干扰工作环境和影响工人的身体健康。因此，降低煤矿通风机的噪声，对其噪声控制是很有意义的一件事情。
一、矿井通风机的分类
矿井通风机按工作范围分三种：用于全矿井或矿井某翼（区）的，叫主要扇风机，简称主扇；用于矿井某些分支风路中调节风量，帮助主扇工作的，叫辅助扇风机，简称辅扇；用于矿井局部地区（主要是独头掘进井巷）通风的，叫局部扇风机，简称局扇。
主扇分离心式和轴流式两类：
a.离心式扇风机，由动轮，螺形机壳，吸风管和扩散器等组成，动轮又由固定在轮轴上的轮毂和其上的叶片组成。叶片分前倾式、径向式和后倾式三种，矿用离心式主扇多用后倾式。当动轮旋转时，空气由吸风管进入动轮的中心部分，折转90°后,沿叶道甩入螺形机壳，再经扩散器流出。
b.轴流式扇风机，由装有叶片的动轮、圆筒形机壳、集风器、整流器、流线体和扩散器等组成。为提高风压，有的可安置两段动轮。当动轮旋转时，翼形叶片带动空气沿轴向流动，经扩散器排出。轴流式扇风机叶片，以一定的安装角安设在动轮上，调整安装角可改变风机性能。离心式扇风机结构简单，噪声小，稳定工作范围大，但风量调节不便，必须用反风道反风。轴流式扇风机结构较紧凑，性能调节方便,调节范围较大,可反转反风；但噪声大，稳定工作范围小。
二、矿井通风机产生噪声的原因
通风机在一定工况下运转时,产生的噪声,主要包括空气动力产生的噪声；机械振动产生的噪声；以及气体和固体弹性系统互相作用产生的噪声，即耦合噪声。其中气动噪声和耦合噪声产生的机理尤为复杂，空气动力性噪声是风机的主要噪声。它分成旋转噪声和涡流噪声。
1、通风机内部流动分离产生的噪声
叶轮高速旋转时，叶轮机械内部流动分离形式是多样的，产生机理是复杂的。在通风机中，叶轮入口、叶轮内部和叶轮出口都存在气流分离现象。气流的分离将引起涡流，这些涡流由于粘性力的作用，又会分裂成一系列小涡流，涡流的移动和破裂，使气流发生扰动，在气流中形成压缩和稀疏过程，由此产生噪声。
现在的叶轮机械常在非常复杂的设计工况或非设计工况下运行，其内部流动十分复杂。在非设计工况下，特别是在叶轮机械的流量小于额定流量一定值时，叶轮机械内部流动尤其是叶轮入口前的流动变化十分明显。这时，入口处的轴面上形成一个旋回流区，旋涡的方向与轴面垂直；同时，还发现一个与叶轮转动方向一致的轴向旋涡。即在旋涡区内，流体以一定的角速度绕轴旋转，随着流量的进一步减小，旋回流区向吸入管上游和吸入管中心扩展，涡流内部进入混沌状态。
2、气固耦合噪声产生的原因
通风机气固耦合噪声问题基本上属于弹性结构体外部绕流的流动诱发振动，从而产生噪声，也就是气固耦合动力学问题，当叶片由于外界原因以某一固有频率作初始微幅振动时，将会与周围气流发生能量交换，既可能由于向气流传递能量而使叶片振动衰减，也可能从气流中吸取能量而使振动加剧。在通风机中，常见的是叶片颤振现象及其引起的噪声。从流体力学角度来看，耦合噪声基本上可分为两类：一类可认为流动分离和边界层效应对于噪声发作没有重要影响；另一类的噪声发作机理与流动分离和旋涡密切相关。叶轮机械均以后一类更为常见。同时，转子与静子的气动干扰、位于进口前方的整流板对转子形成的非定常扰动进气口流场畸变等都是噪声产生的因素。此外，当叶轮旋转时，在叶片的出口处，沿着周向气流的速度和压力都是不均匀的。这种不均匀的气流作用在蜗壳上形成压力随时间的脉动而产生噪声。同时，由于风舌的存在，旋转的叶片经过时，风舌便产生干扰，使气流作用在叶片上的力也随时间脉动，而产生噪声。
对风机的噪声进行有效控制,首先应控制其噪声源,然而,对于噪声高达110dB(A)以上的煤矿主通风机,要使风机出风口噪声有大幅度的降低,通过优化风机结构控制噪声源,从而达到大的降噪效果是很难实现的。因此必须考虑从传播路径上来控制噪声。由于煤矿主通风机的噪声的辐射部位主要是出气口和机壳。因此,在传播路径上对风机实施噪声控制时,应同时考虑出气口和机壳的辐射噪声。
三、煤矿通风机噪声的控制措施
1、风机机组加装隔声罩
煤矿主风机机壳、电动机、基础振动等部位辐射的噪声也是主要噪声源,需要采取综合治理措施,最常用也是最有效的措施是加装风机机组隔声罩。采用加装隔声罩措施就是将整个风机机组用密闭的隔声罩围包起来。隔声是利用隔声结构将噪声隔挡,减弱噪声的传递。隔声罩是按隔声原理设制的,它由隔声层阻尼村料、吸声层和护面层组成。这样使隔声罩具有隔声和吸声双重降噪效果,可大大提高减噪效果。风机加装隔声罩,主要的困难在于解决机组的温升和冷却问题。风机机组加装隔声罩后,风机运转和电动机所散发的热量积蓄在罩内,使温度升高。这对电动机的运行极为不利,过高的温度会降低电机的绝缘性能和工作效率,严重时甚至烧毁电机。
目前国内外采取的冷却措施均以风冷方法为最普遍。在风机机壳表面涂阻尼材料也有利减振降噪,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。
2、在风机时出气口管道上安装消声器
在风机噪声中,进、出气口辐射的空气动力性噪声强度最大,所以,首先应将这部分噪声降下来。在局扇进、出气口安装消声器是抑制其噪声的最有效措施。由于煤矿主风机在使用时为抽出式通风,噪声的主要辐射部位在风机的出口,所以一般在出气口安装各类消声器。目前应用的消声器种类繁多,主要有:阻性消声器、抗性消声器、微穿孔板消声器和复合式消声器。各类消声器在消声降噪上的特性和对风机气动特性的影响是各个不相同的。
目前对煤矿主风机实施降噪时,通常采用阻性消声器,阻性消声器主要吸收中高频噪声,而且降噪效果好。如可以在风机出口扩散弯道上设置消声导流片,消声导流片内部充满了吸声材料,具有较好的吸声效果,同时,由于消声导流片一般设置在水平风道与扩散塔的转弯处,可以减少出口气流与扩散塔冲击造成的动压损失,提高风机工作效率。与气流平行布置的消声导流片数量应适当,一般不能使风道的通流面积减少过多,否则会降低风机工作效率。另外,还可以在水平风道(离风机出口2m外)内布置吸声砖,吸声砖沿风道布置长度一般为3~4m,为保证通流面积,应适当增大水平风道的截面积。
3、采取改造风机房的综合治理措施
如果有专门的风机机房,则可结合现场情况采取将风机房改造成隔声间的降噪方法,即把风机机组封闭在风机房内使其噪声传不出去,这样机房内的噪声虽大,但外界噪声则小多了。密封的风机房上要安装进气口消声器,以供风机吸气和电动机、机壳等散热之需要。在冷却风机出气管路上也可再装一个消声器以减弱风机出气噪声。若要降低隔声间内的噪声,可在房间内表面采取吸气处理或悬挂消声体;对风机机壳和输气管采取阻尼措施,涂贴包裹吸声材料;为隔绝风机基础振动,减弱固体声的传递,可在风机下安装减振器或设计专门的隔振基础。许多实例证明,采取改造风机房的噪声综合治理措施,结果是令人满意的。
通风机在很多场景都是可以用到的机械设备，其噪声对人体的危害也是比较大，因此治理好风机的噪声，对噪声进行控制，改善工人的工作环境和保护工人的身体健康都非常的重要。噪声污染看起开不好治理，只要我们有决心，敢于去做，就一定能够克服困难，达到满意的降噪效果。
一、矿井通风机的分类
矿井通风机按工作范围分三种：用于全矿井或矿井某翼（区）的，叫主要扇风机，简称主扇；用于矿井某些分支风路中调节风量，帮助主扇工作的，叫辅助扇风机，简称辅扇；用于矿井局部地区（主要是独头掘进井巷）通风的，叫局部扇风机，简称局扇。
主扇分离心式和轴流式两类：
a.离心式扇风机，由动轮，螺形机壳，吸风管和扩散器等组成，动轮又由固定在轮轴上的轮毂和其上的叶片组成。叶片分前倾式、径向式和后倾式三种，矿用离心式主扇多用后倾式。当动轮旋转时，空气由吸风管进入动轮的中心部分，折转90°后,沿叶道甩入螺形机壳，再经扩散器流出。
b.轴流式扇风机，由装有叶片的动轮、圆筒形机壳、集风器、整流器、流线体和扩散器等组成。为提高风压，有的可安置两段动轮。当动轮旋转时，翼形叶片带动空气沿轴向流动，经扩散器排出。轴流式扇风机叶片，以一定的安装角安设在动轮上，调整安装角可改变风机性能。离心式扇风机结构简单，噪声小，稳定工作范围大，但风量调节不便，必须用反风道反风。轴流式扇风机结构较紧凑，性能调节方便,调节范围较大,可反转反风；但噪声大，稳定工作范围小。
二、矿井通风机产生噪声的原因
通风机在一定工况下运转时,产生的噪声,主要包括空气动力产生的噪声；机械振动产生的噪声；以及气体和固体弹性系统互相作用产生的噪声，即耦合噪声。其中气动噪声和耦合噪声产生的机理尤为复杂，空气动力性噪声是风机的主要噪声。它分成旋转噪声和涡流噪声。
1、通风机内部流动分离产生的噪声
叶轮高速旋转时，叶轮机械内部流动分离形式是多样的，产生机理是复杂的。在通风机中，叶轮入口、叶轮内部和叶轮出口都存在气流分离现象。气流的分离将引起涡流，这些涡流由于粘性力的作用，又会分裂成一系列小涡流，涡流的移动和破裂，使气流发生扰动，在气流中形成压缩和稀疏过程，由此产生噪声。
现在的叶轮机械常在非常复杂的设计工况或非设计工况下运行，其内部流动十分复杂。在非设计工况下，特别是在叶轮机械的流量小于额定流量一定值时，叶轮机械内部流动尤其是叶轮入口前的流动变化十分明显。这时，入口处的轴面上形成一个旋回流区，旋涡的方向与轴面垂直；同时，还发现一个与叶轮转动方向一致的轴向旋涡。即在旋涡区内，流体以一定的角速度绕轴旋转，随着流量的进一步减小，旋回流区向吸入管上游和吸入管中心扩展，涡流内部进入混沌状态。
2、气固耦合噪声产生的原因
通风机气固耦合噪声问题基本上属于弹性结构体外部绕流的流动诱发振动，从而产生噪声，也就是气固耦合动力学问题，当叶片由于外界原因以某一固有频率作初始微幅振动时，将会与周围气流发生能量交换，既可能由于向气流传递能量而使叶片振动衰减，也可能从气流中吸取能量而使振动加剧。在通风机中，常见的是叶片颤振现象及其引起的噪声。从流体力学角度来看，耦合噪声基本上可分为两类：一类可认为流动分离和边界层效应对于噪声发作没有重要影响；另一类的噪声发作机理与流动分离和旋涡密切相关。叶轮机械均以后一类更为常见。同时，转子与静子的气动干扰、位于进口前方的整流板对转子形成的非定常扰动进气口流场畸变等都是噪声产生的因素。此外，当叶轮旋转时，在叶片的出口处，沿着周向气流的速度和压力都是不均匀的。这种不均匀的气流作用在蜗壳上形成压力随时间的脉动而产生噪声。同时，由于风舌的存在，旋转的叶片经过时，风舌便产生干扰，使气流作用在叶片上的力也随时间脉动，而产生噪声。
对风机的噪声进行有效控制,首先应控制其噪声源,然而,对于噪声高达110dB(A)以上的煤矿主通风机,要使风机出风口噪声有大幅度的降低,通过优化风机结构控制噪声源,从而达到大的降噪效果是很难实现的。因此必须考虑从传播路径上来控制噪声。由于煤矿主通风机的噪声的辐射部位主要是出气口和机壳。因此,在传播路径上对风机实施噪声控制时,应同时考虑出气口和机壳的辐射噪声。
三、煤矿通风机噪声的控制措施
1、风机机组加装隔声罩
煤矿主风机机壳、电动机、基础振动等部位辐射的噪声也是主要噪声源,需要采取综合治理措施,最常用也是最有效的措施是加装风机机组隔声罩。采用加装隔声罩措施就是将整个风机机组用密闭的隔声罩围包起来。隔声是利用隔声结构将噪声隔挡,减弱噪声的传递。隔声罩是按隔声原理设制的,它由隔声层阻尼村料、吸声层和护面层组成。这样使隔声罩具有隔声和吸声双重降噪效果,可大大提高减噪效果。风机加装隔声罩,主要的困难在于解决机组的温升和冷却问题。风机机组加装隔声罩后,风机运转和电动机所散发的热量积蓄在罩内,使温度升高。这对电动机的运行极为不利,过高的温度会降低电机的绝缘性能和工作效率,严重时甚至烧毁电机。
目前国内外采取的冷却措施均以风冷方法为最普遍。在风机机壳表面涂阻尼材料也有利减振降噪,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。
2、在风机时出气口管道上安装消声器
在风机噪声中,进、出气口辐射的空气动力性噪声强度最大,所以,首先应将这部分噪声降下来。在局扇进、出气口安装消声器是抑制其噪声的最有效措施。由于煤矿主风机在使用时为抽出式通风,噪声的主要辐射部位在风机的出口,所以一般在出气口安装各类消声器。目前应用的消声器种类繁多,主要有:阻性消声器、抗性消声器、微穿孔板消声器和复合式消声器。各类消声器在消声降噪上的特性和对风机气动特性的影响是各个不相同的。
目前对煤矿主风机实施降噪时,通常采用阻性消声器,阻性消声器主要吸收中高频噪声,而且降噪效果好。如可以在风机出口扩散弯道上设置消声导流片,消声导流片内部充满了吸声材料,具有较好的吸声效果,同时,由于消声导流片一般设置在水平风道与扩散塔的转弯处,可以减少出口气流与扩散塔冲击造成的动压损失,提高风机工作效率。与气流平行布置的消声导流片数量应适当,一般不能使风道的通流面积减少过多,否则会降低风机工作效率。另外,还可以在水平风道(离风机出口2m外)内布置吸声砖,吸声砖沿风道布置长度一般为3~4m,为保证通流面积,应适当增大水平风道的截面积。
3、采取改造风机房的综合治理措施
如果有专门的风机机房,则可结合现场情况采取将风机房改造成隔声间的降噪方法,即把风机机组封闭在风机房内使其噪声传不出去,这样机房内的噪声虽大,但外界噪声则小多了。密封的风机房上要安装进气口消声器,以供风机吸气和电动机、机壳等散热之需要。在冷却风机出气管路上也可再装一个消声器以减弱风机出气噪声。若要降低隔声间内的噪声,可在房间内表面采取吸气处理或悬挂消声体;对风机机壳和输气管采取阻尼措施,涂贴包裹吸声材料;为隔绝风机基础振动,减弱固体声的传递,可在风机下安装减振器或设计专门的隔振基础。许多实例证明,采取改造风机房的噪声综合治理措施,结果是令人满意的。
通风机在很多场景都是可以用到的机械设备，其噪声对人体的危害也是比较大，因此治理好风机的噪声，对噪声进行控制，改善工人的工作环境和保护工人的身体健康都非常的重要。噪声污染看起开不好治理，只要我们有决心，敢于去做，就一定能够克服困难，达到满意的降噪效果。
