基于小波变换的矿井通风设备噪音源分析与确定

　　随着社会发展和工业化程度不断提高,噪声污染、水污染和大气污染一起被列为世界三大公害。目前,我国矿井大量使用的轴流式通风机普遍存在着效率低、噪声高的缺点,它产生的强烈噪声可达120dB(A)左右[1](国家安全标准是噪声低于75dB),对周围人群的休息和健康产生了相当严重的影响。由于环境保护和国家相关政策的要求,降低矿井通风机的噪声已经是亟需解决的问题。

　　1　主要通风机噪声来源

　　矿井通风机产生的噪声来源主要有三大类[2]:空气动力性噪声、机械噪声、电动机噪声。

　　1·1　空气动力性噪声

　　高速气流、不稳定气流以及由于气流与物体相互作用产生的噪声,称为空气动力性噪声。按空气动力性噪声的产生机制和特性,又可分为喷射噪声、旋转噪声、涡流噪声和周期性进排气噪声[3]。对于矿井用的主要通风机,空气动力性噪声主要包括旋转噪声和涡流噪声,如果通风机出口直接排至大气,还有排气噪声。通风机的空气动力性噪声就是由旋转噪声与涡流噪声相互叠加而构成的。空气动力性噪声对外界的影响主要是排风噪声。

　　1)旋转噪声。旋转噪声是叶轮高速旋转时,叶片作周期性运动,空气质点受到周期性力的作用,冲击压力波以声速传播所产生的噪声,这种噪声随着叶片几何形状和尺寸的变化,噪声强度也随之不同。产生旋转噪声的部位为蜗壳和叶片风舌。当叶轮旋转时,在叶片出口处沿着周向气流的速度和压力都是不均匀的,冲击到蜗壳上便会产生噪声。气流的不均匀性越强,产生的噪声越大。同时,由于风舌的存在,旋转的叶片经过时,风舌便产生干扰,使气流作用在叶片上的力也随时间脉动,从而产生噪声。旋转噪声有确定的频率,每当叶片经过风舌一次,在风舌上就产生一个脉冲,反过来,在叶片上也产生一个脉冲。叶轮每旋转一周,所受到的干扰次数会直接影响噪声的频率。旋转噪声的频率表达式可用式(1)表示[4]:

　　压力愈高,叶轮圆周速度愈大,噪声则愈大。由于这种脉动波形不是单纯的正弦曲线,所以根据傅立叶级数展开,还有其它的高次谐音,可见,旋转噪声具有离散频谱特性,其基频为叶片通过频率。从旋转噪声的强度看,基频最强,其次是二次谐波,三次谐波,总的趋势是逐渐减弱。对于轴流式通风机,叶片顶部与通风机外壳之间的相互作用也产生噪声。如果叶片顶部与外壳之间的间隙不能保持常数,则在此间隙中,涡流层厚度的周期性变化产生了噪声。例如:直径为Φ1000mm的轴流式通风机的叶片与外壳间的间隙大约为2~3mm,如果外壳直径有±1mm的误差,就会产生较大的噪声同时,在轴流式通风机中,如果动叶数等于导叶数,则所有的动叶和导叶将有可能同时发生干扰,使旋转噪声加强。因此,实际使用的轴流式通风机的导叶数,一般不等于动叶数。离心式通风机与轴流式通风机的噪声频谱是有差别的,在叶片速度和圆周速度相等的条件下,两者的低频噪声相差不大,但由于轴流式通风机的干扰频率较大,因此,引起的高频噪声大于离心式通风机。在流量和压力都相等的条件下,由于轴流式通风机叶轮直径较大、转速较低,所以噪声频率较低,而离心式通风机因转速较高,噪声频率也较高。