在煤礦掘進(jìn)中，常用局部通風(fēng)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱局扇）給獨(dú)頭巷道通風(fēng)，局扇的噪聲是掘進(jìn)中的主要噪聲源，就JBT、BKJ系列局扇而言，其入口和機(jī)殼周圍的噪聲達(dá)95dB(A)以上，高的噪聲不僅影響工人的健康，而且常掩蔽井下安全警報(bào)信號(hào)造成事故，所以對(duì)局扇的降噪聲研究具有十分重要意義。本文在局扇噪聲產(chǎn)生的機(jī)理基礎(chǔ)上，綜述了從噪聲源和傳播途徑上控制局扇聲的方法。
2、局扇噪聲產(chǎn)生機(jī)理及其特性
局扇工作時(shí)所產(chǎn)生的噪聲，包括空氣動(dòng)力性噪聲和機(jī)械性噪聲，其中空氣動(dòng)力性噪聲的強(qiáng)度較大，是局扇噪聲的主要成分。空氣動(dòng)力性噪聲按產(chǎn)生機(jī)理可分成旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。
旋轉(zhuǎn)噪聲是由旋轉(zhuǎn)的葉片周期地打擊空氣質(zhì)點(diǎn)引起空氣的壓力脈動(dòng)所產(chǎn)生的。其頻率就是葉片每秒鐘打擊空氣質(zhì)點(diǎn)的次數(shù)，因此它與葉片數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)。旋轉(zhuǎn)噪聲的強(qiáng)度大致與圓周速度的5—6次方成比例。因此，對(duì)高速旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速一般為2900轉(zhuǎn)／分）的局扇，旋轉(zhuǎn)噪聲所占比例是很高的。渦流噪聲是風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，高速氣流在葉片界面和葉頂間隙處分離時(shí)產(chǎn)生的渦流分離使氣體產(chǎn)生的壓縮和稀疏，以聲波的形式傳播所形成的。其頻率取決于葉片與氣流的相對(duì)速度。因葉片各截面土的圓周速度隨半徑大小而變化，氣流繞過葉片時(shí)各點(diǎn)相對(duì)速度必然亦不
一樣，同時(shí)葉片各點(diǎn)厚度也不同。故從圓心到最大半徑速度呈連續(xù)變化。因此葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的渦流噪聲呈明顯的連續(xù)譜。局扇的空動(dòng)噪聲就是旋轉(zhuǎn)噪聲與渦流噪聲相互疊加的結(jié)果。
局扇的機(jī)械噪聲主要有驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電磁聲和機(jī)殼輻射噪聲。
要對(duì)局扇的噪聲進(jìn)行有效控制，首先應(yīng)控制其噪聲源，然而，對(duì)于轉(zhuǎn)速高大2900轉(zhuǎn)／分，噪聲高達(dá)95dB (A)以上的局扇，要使噪聲降到85dB (A)以下，確實(shí)很難。因此還必須再考慮從傳播路徑上來控制噪聲。由于局扇噪聲的輻射部位主要是進(jìn)、出氣口和機(jī)殼。因此，在傳播路徑上對(duì)局扇實(shí)施噪聲控制時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮進(jìn)，出氣口和機(jī)殼的輻射。
3、在噪聲源上控制局扇噪聲的方法
從局扇氣動(dòng)噪聲產(chǎn)生機(jī)理可知，合理的氣動(dòng)設(shè)計(jì)是獲得低氣動(dòng)噪聲最根本的方法，通流部件結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇配匹不但可獲得高的效率，而且相應(yīng)的噪聲水平也低。因此，在局扇的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改造中主要采用幾種的降噪方法：
3.1進(jìn)風(fēng)口元件結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)
首先，由于局扇靜葉或支撐的后緣與動(dòng)葉的軸向距離很短，且靜葉或支撐位于高速流端面上。因此，從靜葉或支撐尾部脫落下來的強(qiáng)度較大的渦流尾跡直接與動(dòng)葉發(fā)生栩互干擾作用，將導(dǎo)致局扇旋轉(zhuǎn)噪聲的增加，靜葉或支撐尾流的存在還破壞了葉輪進(jìn)風(fēng)口流場(chǎng)的均勻性，這將導(dǎo)致局扇的寬頻渦流噪聲增加。采用減少導(dǎo)流體支撐數(shù)，將支撐布置在喇叭口的進(jìn)風(fēng)口端面上，并增大局扇進(jìn)風(fēng)口部件的軸向尺寸，可使支撐位于氣流速度不大的位置，使支撐尾部脫落下來的渦流至動(dòng)葉前緣時(shí)已基本衰減。其次，集流器的圓弧半徑太小，使氣流進(jìn)入集流器時(shí)不能均勻加速，小均勻的進(jìn)風(fēng)口流場(chǎng)不但流動(dòng)阻力增加，而且會(huì)使局扇的噪聲提高。若采用兩段圓弧構(gòu)成的喇叭口，增大集流器的圓弧半徑，并適當(dāng)改變整流罩的錐度，可使氣流在集流器和整流罩之間均勻加速。對(duì)JBT-51局扇的試驗(yàn)表明，進(jìn)口部件結(jié)梅經(jīng)過合理設(shè)計(jì)可使噪聲的A聲級(jí)降低3～4dB(A)。
3.2減少動(dòng)葉葉尖與機(jī)殼間的間隙
由于動(dòng)葉葉尖與機(jī)殼間的間隙的存在，使動(dòng)葉吸力面與壓力面之間產(chǎn)生壓差流動(dòng)，它形成葉尖渦流并產(chǎn)生澡流噪聲。減小葉尖與機(jī)殼間的間隙，可使分離的渦流在葉尖處產(chǎn)生的力波動(dòng)和間隙回流減弱，同時(shí)使作用于隨后葉片的干擾力減弱，從而降低噪聲。對(duì)BKI66N04.5A《8kW)子午局扇的試驗(yàn)表明，在動(dòng)葉葉尖處加旋轉(zhuǎn)環(huán)型圍帶，使相對(duì)間隙減少，可使局扇的A聲級(jí)降低4—5dB(A)，
3.3動(dòng)葉上增設(shè)附加導(dǎo)葉
在局扇動(dòng)葉片上增設(shè)附加導(dǎo)葉可控制葉輪葉柵中附面層的發(fā)展與分離，改善沿葉面的流動(dòng)狀態(tài)，擴(kuò)大葉片排無分離繞流范圍，降低因附面層分離而造成的渦流噪聲。研究表明，增設(shè)中導(dǎo)葉可降噪2～3dB，而組合導(dǎo)臥（上、中、下導(dǎo)葉組合）可降噪聲3~4dB，風(fēng)機(jī)效率可提高2N4%*增設(shè)端導(dǎo)葉可降噪3~4dB，風(fēng)機(jī)效率提高3-3.5%，端導(dǎo)葉對(duì)控制葉尖渦流與=次流噪聲很有作用。附加導(dǎo)葉幾何形狀，安裝位置、數(shù)量、高度都會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲和氣動(dòng)性能產(chǎn)生影響，附加導(dǎo)葉沿氣流方向而置，吸力面上附加導(dǎo)葉向上彎曲，壓力上附加導(dǎo)葉向下彎曲。入口、出口氣流角取20(-30(為宜。導(dǎo)葉數(shù)盡量少，沿葉面設(shè)置l-2個(gè)導(dǎo)葉就能獲得良好的繞流效果。導(dǎo)葉高度應(yīng)超過附面層厚度，不能過高或過低，常取0．06-0.07b（b為葉片弦長(zhǎng)）為宜。試驗(yàn)證明，在葉片吸力面上設(shè)置導(dǎo)葉具有最佳效果。吸力面上導(dǎo)葉設(shè)置在分離點(diǎn)后到出口的分離區(qū)域內(nèi)。
3.4合理的動(dòng)葉與靜葉間的軸向間距
在局扇運(yùn)行時(shí)，氣流與葉片作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，葉片后緣的氣流尾跡中，速度及壓力均小于主流區(qū)，使葉柵后的氣流速度與壓力分布皆不均勻，這種不均勻的流譜在旋轉(zhuǎn)。如果在動(dòng)葉之后有靜葉，則這種非穩(wěn)定流動(dòng)與靜葉相互作用將產(chǎn)生噪聲。動(dòng)葉與靜葉間的距離愈近，噪聲愈烈。在JBT51-1局扇上試驗(yàn)表明，將動(dòng)葉與靜葉間的軸向相對(duì)間距從4%增大到7.5%，可使噪聲降低3dB(A)。試驗(yàn)還表明，當(dāng)（s增大到1后，降噪不明顯。但應(yīng)指出的是，軸向相對(duì)間距過大，會(huì)對(duì)局扇的氣動(dòng)性能產(chǎn)生較大影響。
4、在傳播途徑上控制局扇噪聲的方法
4.1在局扇進(jìn)．出氣口安裝消聲器
在局扇噪聲中，進(jìn)，出氣口輻射的空氣動(dòng)力性噪聲強(qiáng)度最大，所以控制局扇的噪聲，首先應(yīng)將這部分噪聲降下來。由于局扇在井下使用時(shí)為壓入式通風(fēng)，噪聲的主要輻射部位在風(fēng)機(jī)的進(jìn)口，所以一般在進(jìn)氣口安裝消聲器。
目前在種類繁多的消聲器中，使用在局扇上最多的為阻性消聲器，微穿孔板消聲器兩大類。
由多孔吸聲材料制作的阻性消聲器主要吸收中高頻噪聲，對(duì)以中高頻噪聲為主的局扇，有很好的降噪效果，但在多粉塵而且潮濕的井下環(huán)境，會(huì)使多孔吸聲材料受潮，同時(shí)，粉塵殼塞吸聲材料會(huì)降低其吸聲性能。因此，必須對(duì)多孔吸聲材料必須作防水防潮等處理，而且要設(shè)計(jì)成裝拆方便的結(jié)構(gòu)，以更換吸聲材料。
微穿孔板消聲器一般設(shè)計(jì)成雙層結(jié)構(gòu)以克服其吸聲底谷，雙層結(jié)構(gòu)的微穿孔板消聲器幾乎在全頻帶上都有較好的降噪效果。但它的缺點(diǎn)是制造工藝相對(duì)復(fù)雜、在井下多粉塵的環(huán)境工作時(shí)微孔容易阻塞而影響降噪效果。因此，一般也應(yīng)做成裝拆方便的結(jié)構(gòu)。與阻性消聲器比較，其降噪效果受氣流速度的影響較小，拆卸后可用水清洗微穿孔板或用壓縮空氣將粉塵除去，而對(duì)降噪不產(chǎn)生影響。若對(duì)微穿孔板的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可達(dá)到較好降噪效果。為了對(duì)局扇的氣動(dòng)性能不產(chǎn)生大的影響，一般在兩類消聲器的入口均加錐型的導(dǎo)流裝置，導(dǎo)流裝置的骨架設(shè)計(jì)成穿孔板結(jié)構(gòu)，并在導(dǎo)流裝置內(nèi)填充吸聲材料。
4.2局扇機(jī)殼加阻尼
在局扇進(jìn)氣口安裝消聲器可以消減空氣動(dòng)力性噪聲，即把局扇最強(qiáng)部分的噪聲消除掉。但是，如果現(xiàn)場(chǎng)對(duì)降噪的要求較高，局扇的機(jī)殼輻射的噪聲也需要控制時(shí)，可在局扇機(jī)殼表面涂阻尼材料。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。但應(yīng)注意的是阻尼層的厚度應(yīng)通過試驗(yàn)確定，過大的是阻尼層厚度并不能提高降噪的效果．
5、結(jié)語
對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲的控制，最積極最根本的措施是從聲源上根治噪聲，即設(shè)計(jì)制造高性能、低噪聲的風(fēng)機(jī)是控制風(fēng)機(jī)噪聲的根本途徑。對(duì)已投入使用的風(fēng)機(jī)，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)改造和安裝適當(dāng)?shù)南暺魇强刂骑L(fēng)機(jī)噪聲的是主要手段。
