礦用大型風機擴散消聲器的研制
摘要：利用通風機出口擴散理論和空氣動力性噪聲降噪有機結合，在結構上采用擴散段和消聲段相結合，以將消聲、回收動能和降低阻力三個問題同時解決。使礦用大型風機噪聲排放達到國家排放標準，為我國礦用大型風機的噪聲治理找到一條新途徑。
關鍵詞：大型風機 消聲器 研制
在礦井開采過程中，機電設備的噪聲污染己達到非常嚴重的程度，特別是大型風機，由于其功率大，轉速高，在運行過程中會產生強烈的空氣動力性噪聲和機械噪聲，對環境造成嚴重污染，影響了人們的正常工作和生活。國產大型風機其噪聲值多在110 dB(A)以上，因此在實際生產過程中，除選用低噪聲設備外，必須對噪聲的傳輸途徑進行控制，即噪聲治理，才能達到國家相關排放標準，減少對環境的污染。
1 大型風機擴散消聲器的設計依據
1.1 大型風機噪聲特征及治理方案
大型風機噪聲是煤礦的主要噪聲源之一，治理難度大，治理費用高，一直是噪聲治理的難題之一。根據山東新汶礦業集團公司協莊煤礦西風井的噪聲源布置、噪聲估算和該類型風機噪聲類比數據、風機性能參數和電機房、風機房尺寸，風機擴散理論以及《工業企業廠界噪聲標準》中Ⅱ類標準，即晝間60 dB(A)，夜間50 dB(A)，設計研制了擴散型消聲器。
1.1.1 風機擴散理論和擴散器的作用
所謂擴散器就是一個過流斷面積逐漸加大的流道。
風機外殼出口處氣流有較高的動壓，隨著氣流直接拋入大氣的同時，其動壓損失于大氣，無益于通風，若將動壓的一部分轉換為靜壓，可以減少損失，在阻力損失最小的前提下，最大限度地增加靜壓，這就是通風機外殼出口處安裝擴散器的目的。
1.1.2 聲學設計
以新汶礦業集團公司協莊煤礦西風井為例，設計說明如下:
該風機房位于山東省新泰市谷里鎮小窯溝村北、蒙館公路南，場地東西長115.5 m，南北寬26.8 m，總占地面積3093 m2。
風機型號為GAF22.4-15-11（兩臺）；出口噪聲為106 dB(A)；風量Q=125 m3/s；風機出口段層尺寸d=2553 mm。風機出口噪聲及頻譜特性如表1所示。
根據現場情況，利用風機的擴散理論研制設計了擴散型消聲塔(見圖1)，從而達到消聲、節能的雙重目的。
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表1 風機出口噪聲及頻譜特性
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 圖1 擴散消聲器示意圖 |
1.2 消聲量的確定
根據對協莊礦西風井兩臺GAF22.4-15-11風機模擬測試，分析可知擴散器口噪聲很高，而且頻帶寬是風機噪聲的重要來源，同時風機內空氣污濁濕度大，為了保證通流面積的逐漸擴大和動能最大限度的回收，根據多次測算，擴散角設計成10°，呈圓錐性，從風機口算起塔體垂直高17 m，頂部安裝不同厚度消聲片兩層，每層3 m，消聲器出口的噪聲限值： LAK=LAM+20lg3(r/D)+K
式中：LAK為消聲器的出口噪聲值，dB(A)；LAM為達標點噪聲值，取50 dB(A)；r為消聲器的出口至達標點的距離，取27 m；D為擴散器出口當量直徑，取6.14 m；K為根據模擬測試經推算得到的系數，取3。
則：LAK=50+20lg（3×27/6.14）+3=72.4 dB(A)
1.3 消聲器氣流再生噪聲的計算
在阻性消聲器內，氣流產生的噪聲主要有兩種，一種是消聲器內壁面或其他構件在氣流沖擊下產生振動而輻射噪聲，即結構噪聲以低頻噪聲為主，另一種是消聲器高速氣流的湍流脈動而起的噪聲，即為湍流噪聲，以中高頻噪聲為主。
再生噪聲A聲級與氣體流速的關系為： LA=A+60lV
式中：A為與消聲材料有關的系數；V為消聲器內流速m/s。
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表2 為再生噪聲級與流速的關系
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本設計125 m3/s計算，在擴散器的上方設置兩段消聲，上消聲段的平均直徑為2257 mm,下消聲段的平均直徑為1749 mm，根據擴散理論和再生噪聲，確定：上層流速（面積16 m2），為125/16＝7.8 m/s；下層流速（面積9.6 m2）為125/9.6＝13 m/s；擴散器出口再生噪聲可達73 dB(A)。
1.4 吸聲材料的選擇及性能
由于井下的空氣潮濕有毒，所以作為擴散器口消聲器的吸聲材料應具有防潮、防腐和阻燃性質，經過多個方案比較確定：擴散板采用B型穿孔板，這種板的特點是強度高、裝飾性好、吸聲效果佳、防火、防水。
吸聲體采用300、200、150 mm三種不同規格吸聲片組成，材料為防水離心玻璃棉，其中高頻吸聲系數在0.8以上，由于厚度加大，低頻吸聲系數也在0.3以上，這樣做的目的在于加寬吸聲頻帶，提高吸聲效果，盡可能地滿足風機低頻吸聲的要求。
1.5 風機房隔聲及吸聲處理
從風機主扇噪聲構成來看，在風機出口安裝擴散型消聲器，只是對風機的空氣動力性噪聲有所降低，但對于電機噪聲、機殼噪聲仍需采取其他措施。以新汶礦業集團公司協莊煤礦西風井主扇為例，還必須對這兩部分噪聲加以綜合治理，經過反復推測比較采取了如下措施。
（1）房建成隔聲間，不僅墻體有足夠的隔聲量，其門、窗也根據等透視原則設計成隔聲門、窗。
（2）房內吸聲，為保證高、中、低頻均有降噪量，室內吸聲體包括房頂鋪滿式吸聲頂，四周墻壁安裝了低頻吸聲性能較好的雙腔共振吸聲體。
（3）由于電機功率大，散熱量高，因此根據電機散熱量設計，安裝散熱罩，以保證電機的正常運轉。
（4）機房安裝換氣消聲器，以保證機房內氣流暢通。
2 風機噪聲治理前后噪聲測試情況
在消聲塔出口處檢測可知：消聲塔出口處噪聲值為74 dB(A)，消聲塔的消聲量為△L=106-74=32 dB(A)。隔聲墻外設4個監測點，并對各測點治理前后的噪聲進行監測，經治理后隔聲室1 m處的噪聲值為65 dB(A)左右，隔聲量為38 dB(A)左右，風機房到界外的距離為20 m，經過20 m的自然衰減，邊界外噪聲不超過50 dB(A)，達到了國家規定的排放標準。
3 結 論
新汶礦業集團公司協莊煤礦西風井噪聲治理工程竣工，投入正常運行后，機房全封閉，機房內溫度低于同期未改造前的溫度，改造后的風機運轉正常。礦機阻力沒有增加，達到通風阻力不超過98.0665 Pa要求。保證了礦井的生產安全，經環境監測部門監測，廠界外噪聲達到了國家排放標準，使周圍居民免受噪聲之苦，改善了周圍居民的生活環境質量，解除了居民與企業的污染糾紛，居民與企業關系大大改善，生產、生活秩序恢復正常，社會穩定，社會環境效益明顯。
參考文獻
1 楊玉啟.機械噪聲控制技術.北京：中國農業機械出版社，1983
2 方舟群.噪聲控制.北京：北京出版社，1984
3 王文奇.噪聲控制技術及其應用.沈陽：遼寧科學技術出版社，1985
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