高層建筑電梯主機噪聲成因分析與改進措施

董 寧

（北京市順義區(qū)特種設備檢測所，北京 101300）

0 引言

電梯在為人們帶來便利和舒適的同時，其不良的運行狀態(tài)也會對乘客的人身安全造成一定威脅。電梯在運行過程中會產(chǎn)生復雜的噪聲，其中大部分噪聲都是頻率相對較低的，會影響乘客的舒適度。在設計電梯時，設計師需要提前對機械設備可能產(chǎn)生的噪聲問題進行處理。電梯運行中產(chǎn)生的低中頻振動噪聲會對乘客造成較嚴重的影響。有研究表明，當噪聲頻率低于200 Hz 時，會對乘客的內臟器官造成損害，嚴重時甚至會引起血壓升高、內分泌失調等健康問題[1]。且電梯一旦運行，主機噪聲會通過多種傳播途徑向外擴散，部分離機房較近的居民也會連帶受到噪聲污染的影響。所以，要持續(xù)優(yōu)化電梯結構，提升電梯機房以及井道的隔音能力，減少噪聲對人體產(chǎn)生的負面影響。

電梯噪聲作為評價舒適感的一項重要指標，其主要傳播方式是通過固體振動傳播。設計電梯時可以采用結構緊湊的無齒輪曳引機，這種設計在客梯中較為常用的?？梢酝ㄟ^減少非必要的間隙，從選材方面有效降低噪聲強度。在使電梯結構更為合理、緊湊的同時，還需要確保轎廂本身的結實程度，以保證電梯的工作安全。改善電梯主機噪聲可以為人們提供更加舒適、便利的生活環(huán)境，也是電梯相關從業(yè)者的工作方向。

1 電梯主機噪聲成因分析

電梯噪聲的原因之一，是電梯設計不夠科學。電梯設計需要有相對高的技術水平來規(guī)避常見的噪聲來源。但由于電梯普及率較高、使用量較大，導致設計師人才滿足不了市場需求。如果沒有針對具體使用場景進行科學、合理的設計，僅僅根據(jù)固有經(jīng)驗完成設計，容易導致電梯在投入使用時出現(xiàn)噪聲問題。通常來說，電梯主機噪聲是低頻噪聲，是令人難以忍受的。在生產(chǎn)過程中，為了節(jié)省成本采用廉價材料也會導致出現(xiàn)噪聲問題。

另外，電梯主機噪聲的很大部分原因是安裝調試不到位。磁力器的穩(wěn)定性對電梯的工作狀態(tài)有著很大影響[2]。在電梯日常檢修運行中，應檢查鼓式制動器間隙是否合理。制動器內部的電磁鐵通電后，鐵芯在套筒內移動摩擦發(fā)出的響聲也是電梯常見的噪聲之一。

在進行電梯噪聲性能分析時，發(fā)現(xiàn)電梯上行過程中，接近頂樓的位置會出現(xiàn)較大的哨聲。對信號進行傅里葉變換，發(fā)現(xiàn)隨著電梯高度的增加，噪聲頻率也隨之增大。通過分析時域信號推斷，如果主機出現(xiàn)嗡嗡的噪聲，可能與鐵芯、套筒調試不好、定位不準、主機側接線端連接不穩(wěn)定有關。如果制動和松閘過程存在一定的連接間隙，使用時間一長就會使間隙變大，并產(chǎn)生局部振動變形，造成噪聲的增加。

2 電梯主機噪聲改進措施

2.1 接觸器周圍布置吸音墊

在電梯的啟動、停止過程中，接觸器體積小，則吸合時的接觸面積小，所以產(chǎn)生的噪聲也比較小[3]。同樣，門鎖回路或者制動器體積偏大，接觸面積大，會導致發(fā)出噪聲更大?？梢圆捎酶魯鄠鬟f路徑的方式進行降噪，在接觸器外面加裝隔音盒，從而降低噪聲傳入人耳的強度（圖1）。

圖1 隔斷噪聲傳遞路徑

為了增加隔音能力，選擇使用5 mm 厚度的橡膠材料替換原先1 mm 厚度的材料。同時，為了增強隔音盒的吸音能力，采用阻燃性的白色聚酯吸音氈來代替原先的毛氈，確保失火情況下材料不會燃燒。由于增厚了隔音材料，提升了同等面積的吸音能力，使隔音效果大幅提升。經(jīng)檢測，原裝置的降噪能力為12 dB，布置吸音墊后降噪能力提升至19 dB。

2.2 調整電梯主機送風量

在布置好吸音墊的基礎上，接下來從風機結構方面入手，調整主機的送風量。電梯主機配置有兩組電磁鐵組成鼓式磁力器。機組結構是無法調整的，但可以通過變頻調速來降低風機轉速。利用電機頻率公式計算與風量的關系，并綜合考慮打開抱閘后易出現(xiàn)的異步電機斷條等情況[4]。風輪旋轉時，每個葉片兩側由于空氣流速不同而產(chǎn)生壓力差。在瞬態(tài)流場監(jiān)測點處將聲壓轉換后采用傅里葉變換從而得到聲壓級頻譜：

其中，Qr為定向分量聲壓值，Qref為參考聲壓。將空氣中的參考聲壓設定為2×10-2Pa。

在轎壁板的背面粘貼阻尼材料，可以起到一定的減振作用。為方便對聲壓級頻譜進行分析，參考聲壓在基頻處達到最高聲壓級，往后依次降低。由于蒸發(fā)腔回風口處于電梯頂端，主機工作時開啟回風閥，此時風噪和機械噪聲全部通過媒介傳播到空氣中。調整回風方式，將低端回風通過兩側墻壁送回至蒸發(fā)腔。此方式也可以產(chǎn)生較為明顯的降噪效果。

2.3 通風口內加裝消音器

從風管進入布風器時的風速較大，在電梯主機通風口內安裝消音器。使送風和室內原有空氣融合，以進一步降低噪聲。末端風口噪聲以高頻湍流噪聲為主，噪聲直接在房間輻射，主要與此處氣流速度有關。電梯主機出風口直立式導風板在運行的過程中會有振動帶來的聲音。將步進電機安裝到電機臺上，轉軸帶動曲柄往返重復做回轉動作。電機曲柄垂直于頻域振動的信號范圍，與電機振動信號比對后發(fā)現(xiàn)振幅有明顯的區(qū)別[5]。

為了達到風量要求，需要測量消音器的長度和大小并計算：

其中，Δs為消聲量要求，?o為氣流速度，φ（?o）為平均流速，S截為消音器截面長度，F(xiàn) 為橫截面周長。

流線漸寬式形狀消音器加裝在布風器，可以使氣流減速從而降低噪聲。在其他參數(shù)不變的情況下，風速由原來的2.541 m/s 降至2.320 m/s，下降率約2.1%?？梢娡ㄟ^設置消音器可以起到降低噪聲的效果。

3 實驗

3.1 實驗設計

本次實驗檢測儀器選用NL-22/NL-32 精密聲級計、傳感器、麥克風及支架。測試傳感器采用NPV 三向加速度傳感器。測量值和結果可顯示在液晶面板上，具有多次讀數(shù)、數(shù)據(jù)保存功能。傳感器的一端固定在電梯主機測試點處，另一端連接在噪聲振動數(shù)據(jù)采集分析儀上。在彎頭添加高阻尼減振膠，使用導流片在三通風管底部進行彎管導流[6]。

為了減小振動測試采集數(shù)據(jù)時產(chǎn)生較大誤差，在使用麥克風測量電梯主機的噪聲時，麥克風放置在三角支架上，麥克風與電梯主機的距離為1 m。數(shù)據(jù)采集完成后，使用Artemis 聲學軟件導出分析。測量儀器與流程如圖2 所示。

圖2 測量儀器與流程

根據(jù)電梯主機實際工作中的負載情況，按照布置測試點的規(guī)律放置傳感器。為識別準確噪聲源，對電梯主機以及附近區(qū)域分別進行輻射噪聲測試。用支架固定住噪聲傳感器，對于每個部位的測試點進行多次測量。運用表面振動法將得到的噪聲指數(shù)進行分析和計算。采集各部位的振動速度數(shù)據(jù)，按照能量合成法疊加功率，為進一步減振降噪提供基礎。

記錄風機噪聲的實測數(shù)據(jù)，對比運行全程和風機打開時的頻譜。使用數(shù)字式測風儀測定轎廂內部輸出風速。同時，將改進后的風機安裝至頂部位置，把轉化量設置為目標風量。將測風儀測出的數(shù)值與目標噪聲值進行比對和記錄分析，得到間距與風速之間的對應關系。此外，增大出口尺寸、變更出口角度，對轎內的噪聲也有明顯影響。

3.2 實驗結果分析

采用本文提出的措施進行改進后，噪聲明顯減弱。將測得的數(shù)據(jù)與改進前以及傳統(tǒng)降噪方式進行綜合對比，具體結果見表1。

表1 電梯主機噪聲改進前后對比 dB

由表1 數(shù)據(jù)可知，改進前電梯主機噪聲最大值達到66 dB，采用傳統(tǒng)降噪方式雖然能夠有一定的降噪作用，但效果不明顯，噪聲降幅與整改前差異不大，普遍降幅只有2～3 dB，噪聲最小值在60 dB 左右浮動。采用本文提出的措施對電梯主機進行降噪處理，效果較為明顯，可以將噪聲最小值降低到52 dB，平均降幅達到10 dB，乘客在轎廂內可以明顯感覺出噪聲的降低。后期通過多次微調和驗證，進一步優(yōu)化降噪處理措施，最終達到較為明顯的降噪效果，改善了轎廂內的整體環(huán)境，提高了乘客的乘梯舒適度。

4 結束語

電梯實際運行中產(chǎn)生的噪聲給乘客的正常使用帶來一定的困擾。隨著電梯行業(yè)高速發(fā)展，電梯主機的降噪措施逐漸受到重視。為了以給乘客提供更加舒適的乘梯感受，本文對電梯主機噪聲問題進行了深入研究。由于高速氣流以及壓力場的變化，產(chǎn)生的噪聲較大。對于噪聲明顯異常的電梯，應及時排查異響原因，以保證乘客的人身安全。同時，需要加強電梯維護工作的管理水平，完善檢修標準，提升運維工作人員的技術能力。本文針對電梯主機噪聲問題進行分析，提出改進措施，并通過實驗對比驗證了改進措施的有效性，為改善電梯環(huán)境提供參考。