矿用低噪局部通风机设计中的降噪方法研究

　　1 概述

　　降低风机噪声,进行噪声控制的研究具有十分重要的现实意义。人们已经在这方面进行了大量的研究[1~4],但对风机设计中的噪声控制方法研究得较少,本文对此进行探讨。

　　2 风机噪声特性及控制原理

　　通风机的噪声主要来自气动噪声和机械噪声两个方面。前者可分为旋转噪声和涡流噪声。当风机在一定条件下运转时,叶片和空气介质周期性地作用,引起压力脉动,形成了周期性的旋转噪声。风机压力越高,叶轮圆周速度越大,其噪声越大。旋转噪声的基频与风机叶轮转速、叶片数等因素有关,当叶轮转速为n,叶片数为Z时,其基本频率fc由下式确定:

　　涡流噪声又称紊流噪声,气体流经叶片表面时,产生边界层分离,形成大量气体涡流,当气体涡流在叶片上分离时,形成了涡流噪声。涡流噪声的频率取决于风机叶片的形状以及叶片和气体的相对速度,涡流噪声频率范围较宽。涡流噪声的频率f可用下式计算:

式中K--斯特劳哈尔数0.15~0.22

　　v--叶片的相对速度,m/s

　　D--叶片在气体进口方向的宽度,m

　　一般通风机转速较低,噪声以中低频宽带为主。为了有效地控制风机的噪声,弄清风机产生噪声的部位是十分必要的。许多研究表明风机产生噪声的主要部位有:(1)进气口和出气口气流不均形成的空气动力性噪声;(2)机壳以及电机、轴承等产生的机械性噪声;(3)基础振动产生的噪声[3、4]。在这几部分噪声中,以进、出气口部位产生的空气动力性噪声最强。因此,在对风机采取噪声控制措施时,应首先考虑对这一部分噪声的控制。

　　通风机噪声的控制方法主要有降低声源的噪声、控制传输路径的噪声和接收器的防护措施三类。最根本的控制方法是前两种。在设计局部通风机时,除了保证设计制造精度外,我们采用主、被动相结合的降噪方法,即:(1)尽量减少空气动力性噪声;(2)尽量增大声音的吸收。

　　风机的噪声多数是由数个声源同时发声,其合成声压要按对数法则运算,即按能量叠加规律进行[5]。在设计风机时,一方面从减少空气动力性噪声出发进行主动降噪,即对风机产生噪声的主要通流部件进行良好的气动设计,以达到减少噪声的目的;另一方面则从声的吸收方面考虑,利用消声结构和吸声材料吸收噪声达到进一步降的目的,即被动降噪。实践表明,局部通风机设计方案降噪效果明显。

　　3 设计实例

　　子午加速风机由于具有轴流式和离心式风机的优点,近年来逐渐受到人们的重视,作者对其进行了设计和实验研究。为了保证设计质量和低噪声水平,在噪声控制的分析基础上,着重对影响风机性能和噪声的主要通流部件进行了气动设计,并对整机进行了消声处理。