風(fēng)機是一種工礦業(yè)中常見(jiàn)的機械設備。在煤礦的開(kāi)采和挖掘過(guò)程中，風(fēng)機是不可或缺的。通過(guò)風(fēng)機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)機的噪聲，對其噪聲控制是很有意義的一件事情。
一、礦井通風(fēng)機的分類(lèi)
礦井通風(fēng)機按工作范圍分三種：用于全礦井或礦井某翼(區)的，叫主要扇風(fēng)機，簡(jiǎn)稱(chēng)主扇;用于礦井某些分支風(fēng)路中調節風(fēng)量，幫助主扇工作的，叫輔助扇風(fēng)機，簡(jiǎn)稱(chēng)輔扇;用于礦井局部地區(主要是獨頭掘進(jìn)井巷)通風(fēng)的，叫局部扇風(fēng)機，簡(jiǎn)稱(chēng)局扇。
主扇分離心式和軸流式兩類(lèi)：
a.離心式扇風(fēng)機，由動(dòng)輪，螺形機殼，吸風(fēng)管和擴散器等組成，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。當動(dòng)輪旋轉時(shí)，空氣由吸風(fēng)管進(jìn)入動(dòng)輪的中心部分，折轉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(fēng)機，由裝有葉片的動(dòng)輪、圓筒形機殼、集風(fēng)器、整流器、流線(xiàn)體和擴散器等組成。為提高風(fēng)壓，有的可安置兩段動(dòng)輪。當動(dòng)輪旋轉時(shí)，翼形葉片帶動(dòng)空氣沿軸向流動(dòng)，經(jīng)擴散器排出。軸流式扇風(fēng)機葉片，以一定的安裝角安設在動(dòng)輪上，調整安裝角可改變風(fēng)機性能。離心式扇風(fēng)機結構簡(jiǎn)單，噪聲小，穩定工作范圍大，但風(fēng)量調節不便，必須用反風(fēng)道反風(fēng)。軸流式扇風(fēng)機結構較緊湊，性能調節方便,調節范圍較大,可反轉反風(fēng);但噪聲大，穩定工作范圍小。
二、礦井通風(fēng)機產(chǎn)生噪聲的原因
通風(fēng)機在一定工況下運轉時(shí),產(chǎn)生的噪聲,主要包括空氣動(dòng)力產(chǎn)生的噪聲;機械振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲;以及氣體和固體彈性系統互相作用產(chǎn)生的噪聲，即耦合噪聲。其中氣動(dòng)噪聲和耦合噪聲產(chǎn)生的機理尤為復雜，空氣動(dòng)力性噪聲是風(fēng)機的主要噪聲。它分成旋轉噪聲和渦流噪聲。
1、通風(fēng)機內部流動(dòng)分離產(chǎn)生的噪聲
葉輪高速旋轉時(shí)，葉輪機械內部流動(dòng)分離形式是多樣的，產(chǎn)生機理是復雜的。在通風(fēng)機中，葉輪入口、葉輪內部和葉輪出口都存在氣流分離現象。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(guò)程，由此產(chǎn)生噪聲。
現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，其內部流動(dòng)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(shí)，葉輪機械內部流動(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，旋渦的方向與軸面垂直;同時(shí)，還發(fā)現一個(gè)與葉輪轉動(dòng)方向一致的軸向旋渦。即在旋渦區內，流體以一定的角速度繞軸旋轉，隨著(zhù)流量的進(jìn)一步減小，旋回流區向吸入管上游和吸入管中心擴展，渦流內部進(jìn)入混沌狀態(tài)。
2、氣固耦合噪聲產(chǎn)生的原因
通風(fēng)機氣固耦合噪聲問(wèn)題基本上屬于彈性結構體外部繞流的流動(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(wèn)題，當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?chē)鷼饬靼l(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)機中，常見(jiàn)的是葉片顫振現象及其引起的噪聲。從流體力學(xué)角度來(lái)看，耦合噪聲基本上可分為兩類(lèi)：一類(lèi)可認為流動(dòng)分離和邊界層效應對于噪聲發(fā)作沒(méi)有重要影響;另一類(lèi)的噪聲發(fā)作機理與流動(dòng)分離和旋渦密切相關(guān)。葉輪機械均以后一類(lèi)更為常見(jiàn)。同時(shí)，轉子與靜子的氣動(dòng)干擾、位于進(jìn)口前方的整流板對轉子形成的非定常擾動(dòng)進(jìn)氣口流場(chǎng)畸變等都是噪聲產(chǎn)生的因素。此外，當葉輪旋轉時(shí)，在葉片的出口處，沿著(zhù)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，旋轉的葉片經(jīng)過(guò)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。
對風(fēng)機的噪聲進(jìn)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(fēng)機,要使風(fēng)機出風(fēng)口噪聲有大幅度的降低,通過(guò)優(yōu)化風(fēng)機結構控制噪聲源,從而達到大的降噪效果是很難實(shí)現的。因此必須考慮從傳播路徑上來(lái)控制噪聲。由于煤礦主通風(fēng)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(fēng)機實(shí)施噪聲控制時(shí),應同時(shí)考慮出氣口和機殼的輻射噪聲。
三、煤礦通風(fēng)機噪聲的控制措施
1、風(fēng)機機組加裝隔聲罩
煤礦主風(fēng)機機殼、電動(dòng)機、基礎振動(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)機機組隔聲罩。采用加裝隔聲罩措施就是將整個(gè)風(fēng)機機組用密閉的隔聲罩圍包起來(lái)。隔聲是利用隔聲結構將噪聲隔擋,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(fēng)機加裝隔聲罩,主要的困難在于解決機組的溫升和冷卻問(wèn)題。風(fēng)機機組加裝隔聲罩后,風(fēng)機運轉和電動(dòng)機所散發(fā)的熱量積蓄在罩內,使溫度升高。這對電動(dòng)機的運行極為不利,過(guò)高的溫度會(huì )降低電機的絕緣性能和工作效率,嚴重時(shí)甚至燒毀電機。
目前國內外采取的冷卻措施均以風(fēng)冷方法為最普遍。在風(fēng)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(dòng)機械能的能力,將阻尼材料噴刷在機殼表面作成自由層,當結構發(fā)生振動(dòng)輻射噪聲時(shí)阻尼層發(fā)生變形,依靠阻尼材料的內摩擦耗能,將機械能轉化為熱能,消散于周?chē)h(huán)境中,可達到降噪目的。
2、在風(fēng)機時(shí)出氣口管道上安裝消聲器
在風(fēng)機噪聲中,進(jìn)、出氣口輻射的空氣動(dòng)力性噪聲強度更大 ,所以,首先應將這部分噪聲降下來(lái)。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)機的出口,所以一般在出氣口安裝各類(lèi)消聲器。目前應用的消聲器種類(lèi)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(lèi)消聲器在消聲降噪上的特性和對風(fēng)機氣動(dòng)特性的影響是各個(gè)不相同的。
目前對煤礦主風(fēng)機實(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)機出口擴散彎道上設置消聲導流片,消聲導流片內部充滿(mǎn)了吸聲材料,具有較好的吸聲效果,同時(shí),由于消聲導流片一般設置在水平風(fēng)道與擴散塔的轉彎處,可以減少出口氣流與擴散塔沖擊造成的動(dòng)壓損失,提高風(fēng)機工作效率。與氣流平行布置的消聲導流片數量應適當,一般不能使風(fēng)道的通流面積減少過(guò)多,否則會(huì )降低風(fēng)機工作效率。另外,還可以在水平風(fēng)道(離風(fēng)機出口2m外)內布置吸聲磚,吸聲磚沿風(fēng)道布置長(cháng)度一般為3~4m,為保證通流面積,應適當增大水平風(fēng)道的截面積。
3、采取改造風(fēng)機房的綜合治理措施
如果有專(zhuān)門(mén)的風(fēng)機機房,則可結合現場(chǎng)情況采取將風(fēng)機房改造成隔聲間的降噪方法,即把風(fēng)機機組封閉在風(fēng)機房?jì)仁蛊湓肼晜鞑怀鋈?這樣機房?jì)鹊脑肼曤m大,但外界噪聲則小多了。密封的風(fēng)機房上要安裝進(jìn)氣口消聲器,以供風(fēng)機吸氣和電動(dòng)機、機殼等散熱之需要。在冷卻風(fēng)機出氣管路上也可再裝一個(gè)消聲器以減弱風(fēng)機出氣噪聲。若要降低隔聲間內的噪聲,可在房間內表面采取吸氣處理或懸掛消聲體;對風(fēng)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(fēng)機基礎振動(dòng),減弱固體聲的傳遞,可在風(fēng)機下安裝減振器或設計專(zhuān)門(mén)的隔振基礎。許多實(shí)例證明,采取改造風(fēng)機房的噪聲綜合治理措施,結果是令人滿(mǎn)意的。
通風(fēng)機在很多場(chǎng)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(fēng)機的噪聲，對噪聲進(jìn)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(kāi)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(mǎn)意的降噪效果。
