HD6·5-1型大功率局部通风机阻性消声技术研究

　　0　概述

　　矿山的通风设备直接关系到矿山的安全生产和周边地区的环境污染(主要是噪声).目前国内大量采用的如JBT510-2(5·5 kW)、JBT52-2(11 kW)、JBT61-2(14 kW)、JBT62-2(28kW)型轴流通风机,其工作噪声值分别为103、108、114、118dB,对周围环境及操作人员造成较大伤害.通风机降噪的问题已经越来越引起人们的关注.淮南矿业集团新近研制成功的轴流式HD-6·5型矿用局部通风机,通风量大(达450m³/min),风压高(达4413.15Pa),功率大(2台22kW交流电机),而噪声却被有效控制在85~88dB(A).由此可见,其在消声降噪的处理方面效果显著.本风机不仅应用航空航天最先进的空气动力学原理来设计关键件叶轮盘,用于降低风机的空气动力噪声及风机旋转噪声,而且还附加采用了广谱消声措施.由阻性消声和耗能消声两部分组成消声部件,使风机的噪声有效降低在85±3dB(A)水平以下.以下介绍本通风机降噪的关键技术之一阻性消声技术.

　　1　阻性消声器

　　阻性消声器的原理是利用声阻进行消声.在实际工程中,主要是利用吸声材料来制作阻性消声器.一般说,阻性消声器具有良好的中高频消声性能,而低频消声性能较差,但实践证明只要适当增加吸声材料的厚度和密度及较低的穿孔率,低中频消声性能也能大大改善.也就是说,可以用阻性消声的原理制作宽频带阻性消声器.

　　在消声器中,对于一定宽度的气流通道,当频率高至一定限度时,由于相应的波长与通道宽度(或直径)相比较短,声波呈束状通过,很少与吸声表面接触,消声器性能会因此显著下降,此频率可按下述公式计算[1]:

　　而对于一定厚度和密度的吸声材料,当频率低至一定限度时,由于波长太长,吸声性能会显著下降.当吸声系数降至共振吸声系数的一半时,与此相应的频率称为下限截止频率.对于给定的吸声材料,此频率的大小主要决定于吸声材料的厚度与密度.下限频率可以按下式计算[1]

　　上两式中:f上限、f下限为消声器的上限、下限截止频率,Hz;b1为吸声材料厚度,m;b2为通道直径或有效宽度,m;β为材料类型、密度护面穿孔率有关的系数,由试验确定; C为声速,常温下为344m/s.由(1)、(2)两式可见,减小通道直径可以提高消声器上限消声频率;吸声材料的厚度和密度愈大,下限截止频率愈低.因此,设计时应尽量增加吸声材料的厚度和密度,减小通道直径.

　　阻性消声器的消声值计算可按赛宾公式.一般在中低频时,理论计算值与实测值很好地符合;在高频时,理论计算值高于实测值.在上限截止频率以下,可使用下面形式的赛宾公式[1]:

　　式中:ΔL0为没有气流时的消声值,dB;P为消声器通道端面周长,m;S为消声器通道横断面积,m²;L为消声器长度,m;k为无规入射的吸声系数αT的函数,取垂直入射吸声系数α0=0·80(较低值)时,对应的αT为0·98,k为1·3[1].