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矿厂用主风机消音器的选择与改进说明?
发布时间:2023/12/21 点击次数:306

矿厂用主风机消音器的选择与改进说明? 

     矿厂用主风机消音器的选择与改进说明?针对煤矿主井通风机噪声大形成噪声污染威胁工作人员身体健康的问题,分析了常用的小孔消音器和抗性消音器对风机的消音效果和空气动力性能的影响,并对阻力小、降噪效果好的抗性消音器进行了改进。经性能测试表明,改进后的抗性消音器可以将风机噪声值从116dB(A)降低至83dB(A),且不会对风机振动造成不良影响。
    平均每采1t煤需要向井下输送5t空气,因此主风机是煤矿安全生产的重要设备。但在主风机处于工作状态时会产生巨大的噪声,不仅会对机房的工作人员和附近的居民造成巨大的影响,还造成了大量的能量损失。
    据统计煤矿主通风机的电能消耗超过了煤矿总电耗的10%。目前降低主风机运行噪声常用的方法是在风机出口安装风机消音器,但在安装风机消音器会降低风机的效率。某矿的主井通风机正常工作时的平均噪声为116dB(A),严重影响了机房附近工作人员和居民的身体健康,被多次投诉。该矿在采用多种降噪措施之后,不是降噪效果不佳就是导致风机性能衰减。研发一种节能、低损的主风机消音器来减小主通风机的通风阻力,降低能量损失,控制噪声的产生。
1主风机噪声机理分析
    主风机产生的噪声包括空气动力性噪声与机械性噪声。机械性噪声是由于风机的轴承、齿轮和叶片在转动时机械摩擦产生的噪声。机械性噪声是因为轴承存在的几何形状误差与表面质量导致的,形状误差是加工过程中不可避免的,但可以通过选用精度较高的部件和采用润滑措施尽可能地降低机械噪声。空气动力性噪声是风机噪声的主要噪声,包括旋转噪声和涡流噪声。旋转噪声是因为叶片周期性地击打空气产生的脉冲噪声。产生涡流噪声是由于叶片界面与叶顶间隙处出现涡流分离使气体产生高压与负压,出现音爆。因为主风机的噪声通过出气口和机壳传递,可通过切断声音传播路径消除或降低噪声。
2风机消音器设计方案分析
    常用的消音器有小孔消音器和抗性消音器。小孔消音器的原理是等量的气流以相同的流速向相同的出口环境中排放时,出口直径越小,产生的噪声频率越高,当频率高于人耳听觉即可实现降噪。小孔消音器与风道为无缝连接,其外形为圆台形,椎体的外表面有穿孔板,内衬材质为消音棉。抗性消音器的原理是利用声波的反射与干涉来使声波的能量降低实现降噪。
    抗性消音器的结构为:风机排出的气流通过1个内插管后进入1个空腔,气流通道的截面突然变化,气流在空腔内出现湍流使声波的传播方向发生变化,气流的动量降低,从而产生噪声的能力下降。因为气流依次经过膨胀腔、堵板和扩散腔。扩散腔内气流的截面面积较大,因此气流在此部分的流速会减小,静压就随之增大。在扩展腔的后部安装有直管,采用直管起引导作用,使气流沿水平方向流动,避免气流回流。
    利用2种方案进行模拟分析。由于小孔消音器上存在大量的小孔,小孔的尺寸向较于消音器整体尺寸很小,因此若采用三维模型不仅图形绘制工作量巨大且对计算机的要求极高,为保证模拟结果的准确性和模拟的高效性,根据小孔消音器结果分析可得,风机排出的气流进入小孔消音器时,由于风机消音器入口口径较风机出口口径更大,因此气体的压力降低,气流的动量降低。随后气流经过内插管与隔板碰撞,通过小孔进入外腔。模拟结果显示外腔出口处的气体压力相较于进口处的气体压力损失了55%,这表明小孔消音器在降低噪声的同时会产生巨大的阻力。
    由于抗性风机消音器的结构与外形相对简单,因此直接建立三维网格模型进行模拟。根据抗性消音器的CFD模拟结果分析可得,采用抗性消音器造成的压力损失仅为21%。因此选择抗性消音器作为主风机的风机消音器。但是在抗性消音器的出口处存在严重的回流现象,导致风机内部的气流也出现干扰,因而需要对抗性消音器做进一步的改进。
3抗性消音器的改进
    在风机消音器的出口处产生回流是因为从小孔中流出的气流是向斜下方流动的,上部空气在高速气流的带动下,上部的空气被吸走后,风机出口的气流来补充上部空气的空缺,形成了回流。因此可使气流依次经过扩大腔、直管,后进入锥形扩散腔,利用直管将气流方向进行校正,这样就可以避免锥形扩散腔内形成回流。
    对增加直管后的抗性风机消音器进行模拟,发现从扩散腔中流出的气流在直观进行导流校正之后速度方向相较改进之前已经有较大改善,但还是存在回流。因此可以将直管的长度延长。现将扩散腔中的管口向外延伸,形成内插管结构。
    在构建内插管模型后,出口的气流速度已经基本趋于直线,仍存在回流现象。但是消音器的外形尺寸必须与风机外形相匹配,不能无限增大。如果直管过长就会导致后部的锥形扩散距离过小,降低扩散性能。因此可将内插直管结构改为内插锥管与直管配合结构。模拟结果表明采用内插椎管与一小段直管配合的结构可以有效校正气流的流动方向,而且产生的回流相较于直流气流可以忽略。因此抗性风机消音器终采用内插椎管+直管的形式。
4风机消音器性能测试
    该矿将改进的抗性风机消音器安装至主风机的出风口处,对噪声和风机振动进行检测以检验使用效果。
    1)噪声测试。采用ND10型声级计检测通风机出风口处的噪声,经过检测:安装风机消音器后噪声值为83dB(A),相较于治理前的噪声值116dB(A),抗性消音器消声量为33dB(A),满足设计要求。
    2)风机振动影响。为检测加装风机消音器是够会是风机振动更严重,选用比利时生产的振动测试仪对安装风机消音器前后风机振动情况进行检测,经检测:安装效应器前后,风机在各种功率条件下振动幅度与振动频率基本一致,可以忽略风机消音器对风机振动的影响。
    相较于小孔消音器,抗性消音器既能降低噪音而且对风机的阻力影响较小。通过模拟,抗性消音器采用内插椎管+直管替换直管可以进一步降低气流动能损失,提高风机效率。实验表明,采用改进后的抗性消音器可以将噪声值降低33dB(A),且不会对风机振动造成不良影响。因此,改进后的抗性消音器达到了降噪、保能的目标,为机房工作人员的身体健康提供了保障。

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