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      軸流式風(fēng)機是礦井下廣泛使用的局部通風(fēng)設(shè)備,該系列局部通風(fēng)機的噪聲很高。這樣高噪聲的礦井環(huán)境,不僅危害礦工的健康，更嚴重的是高強度的噪市常常掩蔽井下的警報信號,以致造成嚴重的人身傷亡事故。在對軸流風(fēng)機噪聲源進行理論和實驗研究的基礎(chǔ)上,研制了一種適合于該系列局部通風(fēng)機的FXZ一1阻性軸流風(fēng)機消聲器,這種軸流風(fēng)機消聲器克服了其他同類型軸流風(fēng)機消聲器的缺點,具有防潮、防塵,使用壽命長,安裝使用方便等特點,特別適宜于在礦井惡劣的環(huán)境條件下使用。經(jīng)過礦井下的工業(yè)試驗,證明FXZ一1軸流風(fēng)機消聲器是降低JBT系列局部通風(fēng)機噪聲的有效設(shè)備。
軸流風(fēng)機噪聲源分析
       在軸流風(fēng)機噪聲中,空氣動力噪聲是主要成分，機械噪聲跟空氣動力噪聲相比要小得多。下面主要討論風(fēng)機空氣動力噪聲的機理和降低途徑。
       空氣動力噪聲是氣體的流動或物體在氣流中運動引起空氣的振動產(chǎn)生的。根據(jù)其產(chǎn)生的機理不同可以分為兩種類型;旋轉(zhuǎn)噪聲(即離散噪聲)和渦流噪聲(即寬頻帶噪聲),因而軸流風(fēng)機的噪聲譜上存在一系列離散噪聲峰值,這是由于渦流噪聲和離散旋轉(zhuǎn)噪聲疊加的結(jié)果。在風(fēng)機噪聲中,離散嗓聲和渦流噪聲的相對強度隨風(fēng)機類型而變化。對于單級低速軸流風(fēng)機來說，寬帶渦流噪聲是主要的,面對多級高速軸流風(fēng)機來說,離散頻率噪聲占主導(dǎo)地位,這是與渦流噪聲和高散噪聲的機理密切相關(guān)的。
       禍流噪聲是由具有隨機性質(zhì)的脈動力引起的，其產(chǎn)生的機理可以從以下四個方面進行分析:
       (I)葉片表面上的氣流形成意流附面層后,附面層中氣流紊流的壓力脈動作用于葉片，產(chǎn)生了噪聲。意流附面層發(fā)展越嚴重,所產(chǎn)生的噪聲也越強。
       (2)氣流流經(jīng)葉片時,由于附面層發(fā)展到一定程度,特別是氣道擴壓度較大時，會產(chǎn)生渦流脫離,渦流脫離將引起較大的脈動,經(jīng)典的例子是卡門渦街。周期性的禍流脫離將導(dǎo)致相應(yīng)環(huán)量的改變,也使葉片上氣流作用力發(fā)生變化,使葉片的氣動性能變壞,以致于輻射出很強的噪聲。此外，葉片尾緣的渦流脫離若被后面的葉片撞擊,噪聲將更大。
       (3)由于束流的親流度引起葉片作用力的脈動造成噪聲。當(dāng)具有一定意流度的氣流流向葉片時，葉片前緣各點沖角的大小,將取決于氣流平均速度和瞬時擾動速度。在衰流情況下,瞬時擾動速度是明顯無規(guī)律變化的,因而也使沖角產(chǎn)生無規(guī)律的變化,導(dǎo)致升力的無規(guī)律脈動而產(chǎn)生噪聲。
       (4)當(dāng)氣流流經(jīng)軸流風(fēng)機通道時,葉片凹面壓力大于凸面壓力,形成壓差,在葉片端面氣流從凹面流向凸面,形成二次渦流噪聲。
       隨機性質(zhì)升力脈動引起的渦流噪聲在頻講上具有寬頻帶的性質(zhì),其頻率可表示為Fi = Sr(1)式中Sr--斯特勞哈爾常數(shù),Sr=0.14~0.20；W一氣體與葉片相對速度:L一葉片正表面在垂直于速度平面上的投影;請波序號,i=1.2,3旋轉(zhuǎn)噪聲是由于工作輪上均勻分布的葉片打擊周圍的氣體介質(zhì),引起周圍氣體壓力脈動而產(chǎn)生的噪聲。在多級軸流風(fēng)機中，一方面由于葉片及葉片上的壓力場隨著工作輪旋轉(zhuǎn)對周圍介質(zhì)擾動而造成噪聲；另一方面由于前后排葉片相互作用的空氣動力對葉片造成脈動力面產(chǎn)生噪聲。這兩種噪聲都具有周期性,在頻譜上表現(xiàn)為離散峰值,其頻率與風(fēng)機轉(zhuǎn)速有關(guān),因而常稱之為旋轉(zhuǎn)噪聲。其頻率可表示為Fr=Ki60(2)式中n一風(fēng)機工作輪每分鐘轉(zhuǎn)速；z一風(fēng)機工作輪葉片數(shù);請波序號,i= 1,2.3.
       對于本文所研究的軸流風(fēng)機來說,渦流噪聲和旋轉(zhuǎn)噪聲都起著重要作用。對于JBT62-2(28 kW)軸流風(fēng)機的實驗研究表明(見圖1),在寬帶的渦流噪聲上疊加了一-系列離散峰值噪聲,峰值噪市基頻與風(fēng)機葉片旋轉(zhuǎn)率在分析精度范圍內(nèi)是相同的。
2 軸流風(fēng)機消聲器理論探討
       軸流風(fēng)機消聲器在降低空氣動力性噪聲方面得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)軸流風(fēng)機消聲器機理大致可分為;阻性消市器、抗性軸流風(fēng)機消聲器、阻抗復(fù)合式軸流風(fēng)機消聲器,微穿孔板軸流風(fēng)機消聲器，小孔擴散軸流風(fēng)機消聲器，陶瓷軸流風(fēng)機消聲器等。
       阻性軸流風(fēng)機消聲器具有良好的中高頻吸聲性能,而低頻吸聲性能較差。只要適當(dāng)增加吸聲材料的厚度和密度,低頻性能也可大大改善�？剐暂S流風(fēng)機消聲器消聲頻帶窄,應(yīng)用于單一峰值的噪聲具有針對性強、低中頻吸聲性能較好等特點，抗性軸流風(fēng)機消聲器尤其適用于降低小管道排氣噪聲。阻抗復(fù)合式軸流風(fēng)機消聲器綜合了阻性軸流風(fēng)機消聲器和抗性軸流風(fēng)機消聲器特點,適用于寬頻帶消聲的場合。但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。微穿孔板軸流風(fēng)機消聲器具有較好的低中頻寬帶吸聲性能,但成本較高，主要適用于降低超凈化空調(diào)以及電廠鍋爐排氣、放空等噪聲。小孔擴散軸流風(fēng)機消聲器和陶瓷軸流風(fēng)機消聲器是較新型的軸流風(fēng)機消聲器,主要用于降低高壓排氣放空噪聲。
       由前面的理論分析和實驗研究知道,JBT系列軸流風(fēng)機噪聲具有寬帶的性質(zhì),在中高頻范圍內(nèi)都具有較高的噪聲，因而阻性軸流風(fēng)機消聲器或阻抗復(fù)合式軸流風(fēng)機消聲器在清聲頻帶上都可適用于降低JBT軸流風(fēng)機噪聲�？紤]到阻抗復(fù)合式軸流風(fēng)機消聲器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,成本較高,在礦井下使用不方便等因素,則選用阻性式軸流風(fēng)機消聲器結(jié)構(gòu)是合適的。
       阻性軸流風(fēng)機消聲器利用聲阻進行消聲。在實際工程中,常利用吸聲材料來制作阻性軸流風(fēng)機消聲器,當(dāng)聲波通過村有多孔吸聲材料的管道時，聲波將激發(fā)多孔材料中無數(shù)小孔內(nèi)空氣分子的振動,其中一部分聲能將用于克服摩擦阻力和粘滯力而變?yōu)闊崮?從而達到吸收聲能、降低噪聲的目的。
       吸聲材料的吸市系數(shù)a直接影響到阻性清聲器的消聲量,材料的吸聲系數(shù)越大,相同結(jié)構(gòu)的消市器的消聲量將越大。目前常用的吸聲材料有超細玻璃紆維、毛氈、周瓷纖維等,這些材料的共同特點是空隙率大,而且材料中的孔與孔連通,因而都具有較大的吸聲系數(shù)。在這些吸聲材料中,超細玻璃棉的吸聲性能最好,價格也較低廉,因而得到了廣泛應(yīng)用。但超細玻璃纖維的缺點是在潮濕、多灰塵的環(huán)境條件下容易失效。
       吸聲材料層的吸聲特性與吸聲材料本身的特性噪聲的頻率、材料層的厚度、容重,環(huán)境的溫度，濕度和所使用的材料護面層等因素有關(guān)。在吸聲材料、吸聲頻率范圍確定之后,及聲材料層容重和厚度的選擇直接影響軸流風(fēng)機消聲器性能,這些需要通過實驗優(yōu)化確定。從聲學(xué)角度考慮,護面層本身具有一定聲質(zhì)量和聲阻。聲阻往往可以忽略不計,因為吸聲材料本身具有很大聲阻;聲質(zhì)量的作用會使共振頻率向低頻方向移動,這在實際問題中是有利的。質(zhì)量所產(chǎn)生的貫抗與頻率成正比,因此它在低頻時的作用往往可以忽略.而在高頻時會產(chǎn)生較大影響,從而使吸聲系數(shù)下降,這一般是不利的.但吸聲材料通常在高頻具有很高的吸聲系數(shù),因而護面層的使用可以保護吸聲材料,而且在通常情況下對吸聲性能也是有利的。
       軸流風(fēng)機消聲器的結(jié)構(gòu)決定了軸流風(fēng)機消聲器的動態(tài)性能:出于技術(shù)和經(jīng)濟的考慮,要求軸流風(fēng)機消聲器消聲量大、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。對風(fēng)機性能影響要小。吸聲錐體(尖劈)是一種高效吸聲結(jié)構(gòu)。