广州—射流风机噪声治理
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射流风机是一种专用轴流通风机,由一台轴流通风机加上进出口1D或2D长(D为叶轮直径)消声器组成。射流风机运行时,将隧道内的一部分空气从风机的一端吸入,并以较高的速度从风机另一端喷射而出。按照动量原理,高速气流将产生推力,并将推力传递给隧道内的气流,使隧道内的气流能够克服各种阻力而持
续流动,实现从隧道一端吸入新鲜空气,从另一端排出污染空气,降低隧道内有毒有害气体浓度和提高隧道内的能见度。
射流风机通常用于中、短程地铁/公路/铁路隧道中的纵向通风换气/排烟系统。由于风机结构和布置简单,所以土建工程造价和设备价格最低,在中、短距离的隧道中采用纵向通风/排烟方式的造价只有通风/排烟方式造价的1/7,所以目前已成为隧道通风/排烟系统的首选设备。
射流风机通常安装于与通行者———人或车辆直接接触的位置(隧道顶部或侧面),所以风机运行时的噪声就成了一个很直观的问题。能否让风机的噪声控制在人能接受的最大A声压级噪声值90dB(A)以内就成一个必须控制的问题。
目前,我国各地地铁/公路/铁路隧道均广泛地运用了该设备,早在20世纪90年代中后期国内生产的射流风机已替代了国外的进口产品。但是在实际使用中,射流风机噪声(A声压级)超标的事却屡有发生,按照JT026.1-1999《公路隧道通风照明设计规范》中要求:射流风机在野外风机出口10m且45°处测得A声级应
小于77dB(A)。射流风机实际在最终使用场合———隧道中,以通常隧道中风机中心距地面5500mm左右计,人在风机进出口下方45°最能感受到噪声是最大的,此时风机由于混响效应(风机噪声为近似为半场面传播,指向性因子Q=2),风机的此处的A声压级将比标准状态下测试值高出10dB(A)左右,也就是将达到87dB(A)左右,勉强达到<90dB(A)要求。因此将射流风机(单台或一组)在标准测试状态下的A声压值控制在77dB(A)以内就成了设计与选型的关键。
由于隧道中射流风机的安装方式有多种:
有时一个安装断面只安装1台,有时一个安装断面要安装2~3台为一组,对于群组运行的场合,因为两台相同噪声的风机并联运行时噪声叠加将增加3dB,所以最终单台风机的噪声控制值应该按实际使用场合中的最终要求来进行推定。
在很多国内工程中,经常看到射流风机因为验收中噪声超标出现重新更换加长的消声器的现象,虽然在更换更长的消声器后噪声有所降低,但是风机总的质量却增加了,这样就不利于通常吊装于隧道顶部的风机的整体安全性;另外对于厂家来说,成本也增加了不少,同时更换工作也十分繁琐复杂。因此,如何能准确预知射流风机的噪声并在结构设计时进行较为精确地控制就成了一个很现实并且迫切需要解决的问题。笔者将对射流风机的消声器的消声结构进行详细设计与计算。
射流风机的噪声主要是空气动力噪声,其它如机械噪声、电磁噪声等,在风机正常运行条件都会比空气动力噪声低20dB以上,这些噪声叠加后不会对总的噪声产生更大的影响,因此可以忽略不计。
射流风机的空气动力噪声主要由旋转噪声和涡流噪声两部分组成。旋转噪声在噪声频谱上表现为离散的峰值。旋转噪声取决于叶轮的负荷。当叶片在大流量区负荷又比较小时,旋转噪声则占噪声的主
要部分。
涡流噪声又称湍流噪声,在噪声频谱上表现为宽频带的连续谱。涡流噪声取决于动叶片上流过的相对速度、机壳与叶片间隙和气动负荷。当叶片工作在小流量区而负荷比较大时,涡流噪声则占主要部分。由于在大流量时旋转噪声占主要地位,而在小流量时涡流噪声占主要地位,所以最小噪声出现在这两个范围之间。旋转噪声和涡流噪声两种噪声的强弱,取决于叶片的几何形状和运行工况。射流风机以大流量、大推力是主要设计指标,所以射流风机噪声主要为旋转噪声。
在实际射流风机设计中,有时因受射流风机气动结构所限(如要求双向可逆),风机的全压效率值有时会比较低,此时风机的声功率级常数常会很大的情况,因此容易出现噪声超标的现象。要解决射流风机噪声的问题应首先从气动结构设计上着手,如采用先进的三维流场最优化设计尽量提高风机的效率,值得一提的是目前有些厂家采用的前掠型叶型结构来降低单向风机的效声,但此种叶型的安全性不够,应谨慎选用,并且气动结构不适用于可逆风机。同时还应注意内部流场的布置,不宜采用B3电机直接装于流道中的做法,因为这样同样降低全压效率造成声功率常数增加,并且还会产生内部的再生噪声。另外由于目前射流风机消声器的消声棉均未采取防水处理,在长时间运行后由于空气湿度或隧道内清洗水的原因会使消声棉失效的情况时有发生,虽然早在10年前就见美国杜邦公司推出一种超薄型的密封包覆材料,但因为价格的原因国内到现在一直未见使用,如果射流风机的最终使用方———隧道或地铁运营商能适当考虑包覆材料的成本而提高射流风机采购价格的话,射流风机消声器采取密封包覆材料后将会延长其使用寿命。