矿井通风机噪声控制与振动隔离设计doc.docx
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矿井通风机噪声控制与振动隔离设计doc
摘要
在进行煤矿井下开采时,有害气体(一氧化碳、硫化氢、二氧化硫等)和粉尘等严重影响了工人的健康和工作效率。
因此需要采用通风机设备来保证井下的通风和正常生产工作。
根据煤矿的不同情况,需要因地制宜的选择好通风机设备。
本文针对煤矿中通风设备的选型设计并选择与之相匹配的电动机、隔振设计和风机房的总体布局及其噪声控制工程。
在风机的选型上本文采用矿用离心式通风机。
设计风机和电机的隔振及整个风机房的布置和噪声控制(隔声、消声、吸声)并进行相应材料的选择,以达到隔振降噪的要求。
在设计时需考虑机房内的散热通风,以达到煤矿在通风环境下降低噪声且机房中机器安全等要求。
本文介绍了离心通风机设计方案的选择的基本过程,分析了离心式通风机的基本要求。
对于离心式通风机的设计有一定的参考价值。
关键词离心式通风机;隔振;噪声控制;吸声;隔声
摘要
1绪论
......................................................
1
1.1
矿山通风设备概述............................................
1
1.2
本课题研究的目的及意义......................................
1
2矿用离心式通风机设备选型设计.............................
2
2.1
风机选型设计................................................
2
2.2
选型设计过程...........................................
9
3通风机房隔振的设计.......................................
10
3.1
振动的危害.................................................
10
3.2
隔振设计...................................................
11
3.2.1
设计资料...............................................
11
3.2.2
隔振方式及参数选用原则.................................
17
3.3
隔振设计计算步骤...........................................
28
4风机房噪声治理............................................
29
4.1
噪声的危害.................................................
29
4.2
噪声控制的基础.............................................
29
4.2.1
噪声描述的参数........................................
29
4.2.2
声基本评价量..........................................
30
4.3
噪声控制具体措施...........................................
31
4.4
已知设计数据...............................................
33
4.5
风机房隔声设计.............................................
35
4.6
风机房吸声设计.............................................
39
4.7
机房通风设计...............................................
44
5结论........................................................
47
参考文献.....................................................
48
致谢词.......................................................
49
1绪论
1.1煤矿通风设备概述
现在煤矿生产多在井下开采,由于井下有害、有毒气体的不断涌出,再加上以爆炸的煤尘都对井下工作人员的健康非常不利,特别是当有害气体和煤尘的含量超限的,还有可能造成后果严重的瓦斯、煤尘爆炸。
通风机的作用就是把地面新鲜空气送到井下,供工人呼吸,同时把有害气体从井下排除,使有害气体的浓度降低到对人体无害的程度,为此现代煤矿中称通风机为“矿井肺脏”。
由于煤矿设备具有如此重要性,故对于主要通风设备提出如下要求:
(1)必须安装在地面。
装有风机的井口必须封闭严密;
(2)必须装备两部同等能力的通风机,其中一部作为备用。
必要时,
备用通风机必须能在10分钟内启动;
(3)为保证通风机供电,要有两条专用供电线路;
(4)必须装有使风流反向的装备或具有反风能力,而且能在10分钟内
改变巷道中的风流方向,反向后的风量应不小于正常风量的40%;
(5)装有主通风机的出风进口必须安装防爆门。
其面积不得小于该井
的断面积,并且必须正对风井风流方向;
1.2本课题研究的目的及意义
控制噪声与振动污染是环境保护防治的四大污染之一。
近20年来我国
噪声与振动技术取得了迅速的发展,国家也制定了噪声与振动的标准。
本课题的研究不仅有实际的工程应用价值,而且还有理论研究的意义。
并
且对于各类型的风机以及风机房的隔振与噪声控制和其他发生件多,分布
面广,污染影响大的工业噪声控制均有一定得参考价值。
1
2矿用离心式通风机设备选型设计
2.1风机选型设计
2.1.1设计数据
表1.1设计数据
前期后期
通风量负压通风量负压风瓦斯等供电电压
井级
1400009501400001400做箕斗低
380V
提升
2.2选型设计过程
计算风源必须产生的风量和风压:
由于原始资料提供的
矿井通风的风量和风
压,并不包括通风设备中风源以外的风道装置漏风和阻力损失。
因此,要
求风源必须产生的风量
3
式(1.1)
Qy=kQ(m/s)
Q—原始资料提供的通风量(m3/s);K—设备漏风系数.
当风井不作提升时,k=1.1~1.15;兼作箕斗井时,k=1.15~1.20;当风井不作提升时,k=1.25~1.30;
依[4]《规范》第2-133条:
由于风井做箕斗提升,k=1.15~1.20;
则风源必须产生的风量为Qy=kQ=(1.15~1.20)×140000=(1.61~1.68)
×105m3/h=(44.72~46.67)m3/s
其产生的风压为,因离心式风机常提供全压特性
前期:
Hyst'hminh100=1210pa
2
后期Hyst''hmaxh100=1650pa
(1)预选风机:
目前,风机制造厂在提供轴流式风机的同时,随机提供扩散器,离心
式风机则不提供扩散器。
提供的特性曲线也不统一,对于轴流式风机装置,
通常是装置的静压特性,对于离心风机则是风机的全压特性,轴流风机静
压特性的装置所含的内容也不一样。
总的来说,选择风机有两种方法:
其
一,利用风源类型特性选择;其二,利用风源个别特性选择。
风机选择注意事项:
1.在一个井筒中应尽量采用单一风机工作制,确有困难时,采用两台并联,最好是同类型同型号。
2.选择的风机应满足第一水平各个时期的负压变化,并适当照顾下一水平的通风要求,负压变化较大时,可考虑分期选配电机,初装电动机的使用年限不宜少于10年;
3.选用轴流式风机时,在最大负压和风量时,用的叶片安装角应比最大安装角小5度。
4.选择的风机,应有足够的调节范围,以满足使用年限内,工况不超出工业利用取得的要求。
根据风源产生的工况参数,预选4-72-11型No.20B离心通风机:
转数
560r/min。
(2)配置扩散器选用对称的平面扩散器
选用对称平面扩散器,选用扩散比n=2.2,扩散角15,此时相对
长度l=2,全损失系数k0.36。
换算风机装置静压特性:
风机和配置的扩散器组成风机装置,可用式[4](3-13)求得,该式中自风机外形尺寸图查得截面积
3
FB1B41.401.602.24m2;将F值、全部损失系数ξk和密度ρ之
值代入[4](3-13)得,式中Q以
m3/h计算则上式改写为:
Hz,stH
3.3109Q2(Pa)
式(1.2)
相应装置静效率
:
QHz,st
式(1.3)
z,st
1000N
自4-72-11-NO.20B风机全压特性曲线和功率特性曲线上去可以全面表征特性的诸工况,其参数见下表
表1.2风机全压特性曲线和功率特性曲线参数
Q(m3/h)
124500
135600
146700
157800
168900
180000
H(Pa)
1880
1840
1780
1700
1600
1490
Hz,st(Pa)
1828
1780
1708
1618
1505
1382
N(KW)
70.46
74.19
75.46
77.81
80.85
83
zst
0.895
0.902
0.921
0.910
0.873
0.833
(3)确定调节方式
装置的静压特性曲线并不穿过工况k'和k",为了得到此两工况,必须
进行调节。
鉴于风机本身无调节机构,必须借助外部装置来改变风机的转
速,已获得各预期的工况。
4
通过k'和k"做比例曲线。
该两曲线的表达式分别为:
H'
1210
2Q2
4.67
108Q2
式(1.4)
(161000)
和
H
1550
2Q2
5.85
108Q2
式(1.5)
(16800)
式中Q以m3
/h计算。
利用此两式求出的两条比例曲线坐标曲线参数列
于表中。
两比例曲线分别穿过工况
k'和k"并分别交装置静压特性曲线于ke'
和ke"。
此两点的坐标参数分别为
表1.3坐标参数
Q(m
3
/h)
124500
135600
146700
157800
168900
180000
H'(Pa)
714
847
1005
1163
1332
1513
H''(Pa)
973
1154
1259
1457
1669
1895
5
图2.1
由图2.1得:
ke(48.5,1450)ke(46.5,1650)
对应于同一比列曲线上的两点k'和ke',以及另一比列曲线上的两点k"和
ke"。
运用比例定律,求得各通风时期的转速
工况k的转速n
QY
560
44.72
511r/min
ne
49
Qke
工况
k
的转速
Qy
45
553/min
n
ne
560
45.5
r
Qke
(4)确定工况:
分别求出通风容易时期和通风困难时期的工况,以检查是否满足通风
6
要求,根据计算得到的风源必须产生的风量和风压,可以求得相应等效网路特性,讲求得的各时期的等效网路特性,绘在风源特性图上,它与相应的风压特性的交点,即为各时期的工况点,通风机选择正确,工况点位于工业利用区内。
在通风容易时期,风机以转速n运转时,其装置静压特性曲线必穿过k点。
无疑在时期等效网络特性也必然穿过k点。
因此,两特性曲线的交点
必然是预计的工况点k点,同理,在通风困难时期,风机以转速n运转时,工况点为k点。
工况点参数列于下表。
表1.4工况点参数
工况k点
通风
Qz
Qy(m3
/h)
Hz,st
Hy,st(Pa
n(r/min)
z,st
N(KW)
容易
)
时期
161000
1450
511
0.89
72.9
工况k点
通风
Qz
Qy(m3
/h)
Hz,st
Hy,st
n(r/min)
z,st
N(KW)
困难
(Pa)
时期
16200
1570
553
0.845
83.6
(5)选择电机:
在各个时期必须输出的功率,决定电机容量时,应考虑到由于矿井网
路特性不够精确,所需功率有可能不足的情况,增加10~20%的备用量,除
此之外,还应考虑由于电机负载小,对功率因数cos的不良影响。
若拟采用同步电动机,则应按同步电动机服务年限内最大功率选择,
以改善功率因数。
假若通风机困难时期发生在电机服务年限内,则电机功
率为Nd(1.11.2)N''采用感应电动机时,则应按同步电机服务年限内最
7
大功率选择,以改善功率因数。
通风容易时期要求电机必须输出的功率分别为:
QZHz,st
N
1000z,st
c
QzHz,st
N
1000z,st
c
161001450
76.7KW
10000.890.953600
451570
88KW
10000.8450.95
N76.7
功率比N880.870.6
所以整个通风时期可以选用一台电机,其功率为:
Nd(1.1~1.2)N(1.1~1.2)8896.8~105.6KW
故选用JS126-8型电动机。
(6)计算平均年耗电量:
串激调速装置的无极调速功能,可以保证由通风容易时期到困难时期
的全部变动范围内,在风量不变的条件下,使工况由k到k,假定随着运
转时间的延续,风压呈线性规律变化。
由于通风网路阻力系数随着开采
工作的推移而变化,工况点和电耗也随之而变。
因此,难以非常精确的计
算电耗。
对于通风网路阻力系数变化不大,而且中期无需进行调节的通风
机。
则按下式计算平均年电耗量
N
N
72.983.6
E
rT
243657.6761105KWh
2d
w
20.940.95
式中ηd——电机效率;
ηw——电网效率;r——每天工作小时数;T
—每年工作昼夜数。
(7)决定主要设备
按[4]《规定》第2-131条规定,沼气突出的矿井和高沼气的矿井的主要
8
通风设备,以及低沼气的大、中型矿井主要通风设备必须配备两套,一套
工作,一套备用。
低沼气小型矿井主要通风机,宜采用皮带传动,一般装
一台,但另设一台备用电机,并应有迅速倒换电机的措施。
根据规定,所
以各风井应配备两台4-72-11型NO20B风机,一台备用,一台工作,供电
电压6KV,可选用JS126-8型电机两台,各风机配备一台,该电动机功率
110KW,电压6KV,同步转速560r/min。
串级调速装置可选用一套,两台风
机共用。
9
3通风机房隔振的设计
在振动控制技术中,隔振是目前振动控制工程上应用最为广泛和有效
的措施,利用隔振器以降低因机器本身的扰力作用引起机器支撑结构或地
基的振动,成为积极隔振,本设计即为积极隔振,为减少精密仪器和设备
或者其他隔振体在外部震源的作用下的振动,成为消极隔振。
3.1振动的危害
(1)振动对机械设备的危害
在工业生产中,机械设备运转发生的振动大多是有害的。
振动使机械
设备本身疲劳和磨损,从而缩短机械设备的使用寿命,甚至使机械设备的
构件发生刚度和强度破坏。
对于机械加工机床,如振动过大,就会使加工
精度降低;飞机机翼的震颤,机轮的摆振和发动机的异常震动,往往会造
成严重的事故。
这些机械设备的振动,不但自身危害甚大,而振动辐射强
烈的噪声会严重污染环境。
当然振动不是都有害,也有可利用的一方面。
如矿山用的振动筛,工业用
的抛光机,建材用的振动器,它们均是利用振动原理设计的。
(2)振动对人体健康的影响
人体可近似看成弹性体,骨骼近似一般固体,但比较脆,肌肉比较柔
弱,并有一定弹性。
实验表明,人体各部分器官都有固定频率。
如人全身
约是6赫兹,当身体各部分的器官固有频率与外界传来的振动频率一直和
接近时,就会引起器官的共振,此时器官受到的影响和危害最大。
在矿山工厂水电等许多行业,有相当数量的工人从事振动作业,在工
作中需要紧握强烈振动的工具和设备。
这些操作者及其他有关工作人员,
由于长期工作,会患振动职业病。
其病症一般是手麻手无力重症患者手指
10
变形,下肢冠状动脉和脑血管扩张。
除此以外,振动还能造成听力损害。
当振动频率在125-250赫兹内,长时间的振动能导致语言听力下降。
3.2隔振设计
3.2.1设计资料
1.设备的型号,规格及轮廓的尺寸图等。
2.设备的质心位置、质量和质量惯性矩。
3.设备底座外廓图、附属设备、底座厚度地脚螺栓和预埋件的位置。
4.与设备和其基础连接的有关的管路图。
5.当隔振器支撑在楼板或支架上时需有支撑结构的图。
若隔振器设置在基础上时则需有地质资料、地基动力参数和相邻基础的有关资料。
6.动力设备为周期性扰力时,需要有工作频率及设备启动和停止时频率增减情况的资料,若为冲击扰力时,需有冲击扰力作用时间和两次冲击扰力的时间间隔。
7.对积极隔振要知道动力设备正常运转时所产生的扰力的大小及其作用的位置。
若无扰力或扰力矩的资料,则必须有机器运转部件的质量、几何尺寸、传动方式及机器转动部分的质量偏心矩等资料。
8.所选用或设计的隔振器的特性(如承载力、压缩极限、刚度和阻尼比等)以及使用的环境条件。
9.隔振器所处位置的空间大小、最低和最高温度及酸、碱、油等侵蚀介质发生的可能性。
表3.1风机相关参数
风机型号电机型号产地隔振效率
4-42-1120BJS126-8北京≥85
3.2.2隔振方式及参数选用原则
11
(1)隔振台座的位置
隔振器可直接设置在机器的机座下,也可设置在与机座刚性连接的基础下面,通常称与机座刚性连接的基础为隔振台座或刚性台座。
刚性台座从材料角度可分为两类:
一类为槽钢角码等焊接而成;另一类是由钢筋混凝土浇铸而成。
在下列情况下,应设置刚性台座。
1)机器机座的刚度不足;
2)直接在机座下设置隔振器有困难;
3)为了减少被隔振对象的振动,需要增加隔振体系得质量和质量惯性
矩;
4)被隔振对象是由几部分或几个单独的机器组成。
(2)隔振方式的选择
隔振方式:
通常分为支撑式、悬挂式、和悬挂支撑式。
支撑式,隔振器设置在被隔振设备机座或刚性台座下。
悬挂式,被隔振设备安装在两端为铰的刚性吊环悬挂的刚性台座或直
接将隔振设备的底座挂在刚性吊环上。
悬挂式可用于隔离水平方向振动。
在考虑隔振方式的同时,应考虑下列要求:
1)便于隔振器安装、观察、维修以及更换所需要的空间。
2)有利于生产和操作。
3)应尽可能的缩短隔振体系得重心和扰力用线之间的距离。
隔振器在平面上的布置,应力求使其刚度中心与隔振体系(包括隔振
对象和刚性台座)的重心在同一垂直线上。
对于积极隔振,当难于满足上
述要求时则刚度中心与重心的水平距离不应大于所在边长的5%,此时垂直
向振幅的计算可不考虑回转的影响。
对消极隔振,应使隔振体系的重心与
刚度中心重合。
12
对于附带有各种管道系统的机组设备,除了机组设备本身要采用隔振器外,管道和机组设备之间应加柔性;管道和天花板、墙体等建筑构件连
接处均应安装弹性接件(如弹性吊架或弹性托架),必要时,导电电线也应
采用多股软线或其他措施。
隔振体系的固有频率0应低于干扰圆频率e,
至少应满足/0>1.41。
一般情况下,/0比值在2.2~4.5范围内选
取,当振源为矩形或三角形时,脉冲作用时间t0与隔振体系固有周期T之
比,应分别符合t0/T≤0.1或0.2。
在下列情况之一时,隔振体系应具有足够的阻尼
1.在开机和停机的过程中,扰频经过共振区时,需避免出现过大的振动位移,一般阻尼比取0.06~0.10。
2.对冲击振动,阻尼比在0.15~0.30范围内选择,一般取0.25左右。
3.消极隔振的台座因操作原因产生振动时,应有阻尼,以使其迅速平
稳
一般阻尼比在0.06~0.15范围内选取。
隔振参数选用的步骤:
隔振的基本参数是隔振体系的质量m和质量惯性矩J,隔振器的刚度k
和阻尼比
,隔振体系的传递率和隔振体系的容许振动线位移(或容许振
动速度)。
在正式详细的进行隔振计算之前,隔振体系的基本参数的选
择,可假定隔振体系为单自由度体系(对一般的简单隔振工程
如刚性台座
制作合适,隔振器布置合理,也可视为单自由度体系),按下列步骤进行:
1.
根据实际工程需要,确定振动传递率
,则隔振效率
为=1-
,
2.
由传递率求出隔振体系的固有频率
(rad/s):
u
0
1u
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