圓形軸流風(fēng)機(jī)是葉片式流動(dòng)機(jī)械，其產(chǎn)生的噪聲包括空氣動(dòng)力性噪聲、氣固耦合噪聲、機(jī)械噪聲、電磁噪聲，其中空氣動(dòng)力性噪聲是大風(fēng)量軸流風(fēng)機(jī)的主要噪聲?？諝鈩?dòng)力性噪聲是葉片旋轉(zhuǎn)引起空氣振動(dòng)產(chǎn)生的。圓形軸流風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲是兩種不同的氣動(dòng)噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲是當(dāng)大風(fēng)量軸流風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)推動(dòng)空氣流動(dòng)時(shí)，均勻分布的葉片與周圍空氣相互作用，引起氣體壓力脈沖而產(chǎn)生離散噪聲；產(chǎn)生渦流噪聲的主要原因是由于阻力引起的葉片邊界層渦流、隨主流沿葉片后緣脫落的渦流和葉尖放電。旋渦噪聲是葉片表面上的氣流形成紊流附面層后，隨著壓力的增加，從葉片上旋渦脫離，引起脈動(dòng)產(chǎn)生的寬頻噪聲。

圓形軸流風(fēng)機(jī)噪聲單頻的噪聲較大值存在于低頻階段，且噪聲在2500Hz 以后噪聲頻譜沒有明顯波動(dòng)。有研究表明，100Hz 以下的噪聲，大氣吸收作用微弱，在10km 的傳播范圍內(nèi)，噪聲幾乎不衰減；采用軸流風(fēng)機(jī)對(duì)儲(chǔ)糧進(jìn)行降溫實(shí)驗(yàn)，達(dá)到通風(fēng)降溫的目的，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)糧的節(jié)能、環(huán)保和安全儲(chǔ)糧。400Hz 的噪聲在大氣相對(duì)濕度為50%，溫度為293K 情況下，5km 的傳播范圍衰減3dB。由此可見，低頻噪聲隨傳播距離的變化不大。

本公司采用多功能數(shù)字環(huán)境噪聲分析儀對(duì)某項(xiàng)目上大風(fēng)量軸流風(fēng)機(jī)聲壓級(jí)進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果可知，圓形軸流風(fēng)機(jī)的等效連續(xù)A 聲級(jí)約為87dB(A)，并且噪聲在63Hz 單頻時(shí)峰值達(dá)98dB(A)，在125Hz 單頻時(shí)噪聲峰值達(dá)96dB(A)。該結(jié)果證實(shí)了軸流風(fēng)機(jī)單頻噪聲較大值在低頻段，主要噪聲為低頻噪聲。采集風(fēng)機(jī)殼體在工作狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)，分析振動(dòng)原因，提出相應(yīng)的解決方案，對(duì)風(fēng)機(jī)故障診斷和提高礦井工作環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。

對(duì)圓形軸流風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理是一種具有對(duì)旋結(jié)構(gòu)的軸流風(fēng)機(jī)。兩級(jí)葉輪直接與兩臺(tái)電機(jī)連接，兩級(jí)葉輪作為導(dǎo)葉反向旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)反向旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。本文的研究對(duì)象是FBDNO8.0對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)，主要用于煤礦巷道的強(qiáng)制通風(fēng)。兩級(jí)葉輪額定轉(zhuǎn)速2900r/min，一級(jí)葉輪14片，二級(jí)葉輪10片，葉輪外徑800mm，輪轂比0.60，圓形軸流風(fēng)機(jī)的兩級(jí)葉輪安裝角度分別為46度和30度。工作壓力8000pa，較大流量950m3/min，對(duì)旋風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。兩級(jí)葉輪以相反的速度高速旋轉(zhuǎn)，在風(fēng)機(jī)前部形成較大的負(fù)壓，使風(fēng)機(jī)外的空氣能夠流入風(fēng)中。入口集塵器的作用是保證風(fēng)管內(nèi)氣流均勻、暢通，有效提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，降低風(fēng)機(jī)噪聲。在個(gè)葉輪的旋轉(zhuǎn)作用下，圓形軸流風(fēng)機(jī)氣流的動(dòng)能和壓力勢(shì)能增加，并迅速流向第二個(gè)葉輪，第二個(gè)葉輪可以加速，以獲得更高的能量。氣流高速穩(wěn)定地通過(guò)擴(kuò)散器流出風(fēng)道。風(fēng)機(jī)的整流罩和擴(kuò)壓器分別起到優(yōu)化進(jìn)出風(fēng)流場(chǎng)的作用，以減小氣動(dòng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。進(jìn)出口分別設(shè)置兩層筒形消聲器，其主要功能是消除空氣動(dòng)力噪聲。圓形軸流風(fēng)機(jī)葉片穿孔減噪是應(yīng)用穿孔射流抑制非工作面渦流和分離的原理。與單級(jí)軸流風(fēng)機(jī)相比，對(duì)旋式局部風(fēng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、風(fēng)壓高、流量大、等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于礦井長(zhǎng)距離掘進(jìn)工作面通風(fēng)。

圓形軸流風(fēng)機(jī)降噪原理和穿孔模型

降噪原理在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)生的主要噪聲是機(jī)械噪聲和空氣動(dòng)力噪聲。其中，圓形軸流風(fēng)機(jī)機(jī)械噪聲主要包括電機(jī)噪聲、結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲等。優(yōu)化結(jié)構(gòu)以降低機(jī)械噪聲是必要的?？諝鈩?dòng)力噪聲按產(chǎn)生原因可分為旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲是由葉片與氣流相互作用引起的壓力波動(dòng)引起的。它也被稱為離散噪聲或葉片通過(guò)頻率噪聲。產(chǎn)生渦流噪聲的主要原因是由于阻力引起的葉片邊界層渦流、隨主流沿葉片后緣脫落的渦流和葉尖放電。圓形軸流風(fēng)機(jī)葉片穿孔減噪是應(yīng)用穿孔射流抑制非工作面渦流和分離的原理。當(dāng)邊界層流體的動(dòng)能能夠克服葉片表面的摩擦力時(shí)，葉片表面可能形成回流?；亓鞅恢髁鳉怏w帶走，導(dǎo)致渦流脫落。渦流以噪聲的形式不斷地產(chǎn)生和釋放出大量的能量。進(jìn)出口流量殘差小于10－5，各方向的速度及k、ε等參數(shù)的殘差小于10－4，認(rèn)為當(dāng)前計(jì)算達(dá)到收斂要求。當(dāng)葉片穿孔時(shí)，部分葉片工作面氣流流向非工作面，非工作面氣流獲得更多動(dòng)能，克服葉片表面的摩擦，抑制渦流的產(chǎn)生和脫落。

穿孔模型的圓形軸流風(fēng)機(jī)葉片穿孔主要包括孔徑、孔位分布、孔傾角等參數(shù)。當(dāng)穿孔孔徑過(guò)大時(shí)，圓形軸流風(fēng)機(jī)葉片工作面內(nèi)的氣流流向非工作面，大大降低了風(fēng)機(jī)的靜特性。當(dāng)孔徑過(guò)小時(shí)，通過(guò)孔的氣流不足以抑制渦流。本文將孔徑設(shè)置為準(zhǔn)3毫米。合理的穿孔位置能有效地抑制渦流的產(chǎn)生。排孔位于葉片前緣前方，使分離點(diǎn)沿流動(dòng)方向向后移動(dòng)；葉片中部不穿孔，以保證葉片能提供足夠的升力；葉片后緣設(shè)有三排孔，以抑制分離的產(chǎn)生。區(qū)帶。采用數(shù)值計(jì)算方法研究的對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)幾何參數(shù)為：葉輪直徑約800mm，額定轉(zhuǎn)速2900r/s，兩級(jí)葉輪葉片數(shù)分別為14和10。數(shù)值模擬采用Fluent軟件進(jìn)行。在模擬之前，網(wǎng)格被劃分。計(jì)算區(qū)域包括入口區(qū)域、管道區(qū)域、圓形軸流風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)葉輪區(qū)域和出口區(qū)域。整個(gè)網(wǎng)格劃分為三個(gè)步驟：穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)模擬和噪聲模擬。將RNGK-E模型用于穩(wěn)態(tài)模擬，是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)K-E模型的改進(jìn)。旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)的計(jì)算更準(zhǔn)確，更適合于邊界層流動(dòng)。采用簡(jiǎn)單算法實(shí)現(xiàn)了速度與壓力的耦合。邊界條件為速度入口和自由出口，實(shí)體壁不滑動(dòng)，采用多旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系MRF實(shí)現(xiàn)了動(dòng)、靜界面之間的數(shù)據(jù)傳輸。400Hz的噪聲在大氣相對(duì)濕度為50%，溫度為293K情況下，5km的傳播范圍衰減3dB。