高层建筑电梯主机噪声成因分析与改进措施

董 宁

（北京市顺义区特种设备检测所，北京 101300）

0 引言

电梯在为人们带来便利和舒适的同时，其不良的运行状态也会对乘客的人身安全造成一定威胁。电梯在运行过程中会产生复杂的噪声，其中大部分噪声都是频率相对较低的，会影响乘客的舒适度。在设计电梯时，设计师需要提前对机械设备可能产生的噪声问题进行处理。电梯运行中产生的低中频振动噪声会对乘客造成较严重的影响。有研究表明，当噪声频率低于200 Hz 时，会对乘客的内脏器官造成损害，严重时甚至会引起血压升高、内分泌失调等健康问题[1]。且电梯一旦运行，主机噪声会通过多种传播途径向外扩散，部分离机房较近的居民也会连带受到噪声污染的影响。所以，要持续优化电梯结构，提升电梯机房以及井道的隔音能力，减少噪声对人体产生的负面影响。

电梯噪声作为评价舒适感的一项重要指标，其主要传播方式是通过固体振动传播。设计电梯时可以采用结构紧凑的无齿轮曳引机，这种设计在客梯中较为常用的。可以通过减少非必要的间隙，从选材方面有效降低噪声强度。在使电梯结构更为合理、紧凑的同时，还需要确保轿厢本身的结实程度，以保证电梯的工作安全。改善电梯主机噪声可以为人们提供更加舒适、便利的生活环境，也是电梯相关从业者的工作方向。

1 电梯主机噪声成因分析

电梯噪声的原因之一，是电梯设计不够科学。电梯设计需要有相对高的技术水平来规避常见的噪声来源。但由于电梯普及率较高、使用量较大，导致设计师人才满足不了市场需求。如果没有针对具体使用场景进行科学、合理的设计，仅仅根据固有经验完成设计，容易导致电梯在投入使用时出现噪声问题。通常来说，电梯主机噪声是低频噪声，是令人难以忍受的。在生产过程中，为了节省成本采用廉价材料也会导致出现噪声问题。

另外，电梯主机噪声的很大部分原因是安装调试不到位。磁力器的稳定性对电梯的工作状态有着很大影响[2]。在电梯日常检修运行中，应检查鼓式制动器间隙是否合理。制动器内部的电磁铁通电后，铁芯在套筒内移动摩擦发出的响声也是电梯常见的噪声之一。

在进行电梯噪声性能分析时，发现电梯上行过程中，接近顶楼的位置会出现较大的哨声。对信号进行傅里叶变换，发现随着电梯高度的增加，噪声频率也随之增大。通过分析时域信号推断，如果主机出现嗡嗡的噪声，可能与铁芯、套筒调试不好、定位不准、主机侧接线端连接不稳定有关。如果制动和松闸过程存在一定的连接间隙，使用时间一长就会使间隙变大，并产生局部振动变形，造成噪声的增加。

2 电梯主机噪声改进措施

2.1 接触器周围布置吸音垫

在电梯的启动、停止过程中，接触器体积小，则吸合时的接触面积小，所以产生的噪声也比较小[3]。同样，门锁回路或者制动器体积偏大，接触面积大，会导致发出噪声更大。可以采用隔断传递路径的方式进行降噪，在接触器外面加装隔音盒，从而降低噪声传入人耳的强度（图1）。

图1 隔断噪声传递路径

为了增加隔音能力，选择使用5 mm 厚度的橡胶材料替换原先1 mm 厚度的材料。同时，为了增强隔音盒的吸音能力，采用阻燃性的白色聚酯吸音毡来代替原先的毛毡，确保失火情况下材料不会燃烧。由于增厚了隔音材料，提升了同等面积的吸音能力，使隔音效果大幅提升。经检测，原装置的降噪能力为12 dB，布置吸音垫后降噪能力提升至19 dB。

2.2 调整电梯主机送风量

在布置好吸音垫的基础上，接下来从风机结构方面入手，调整主机的送风量。电梯主机配置有两组电磁铁组成鼓式磁力器。机组结构是无法调整的，但可以通过变频调速来降低风机转速。利用电机频率公式计算与风量的关系，并综合考虑打开抱闸后易出现的异步电机断条等情况[4]。风轮旋转时，每个叶片两侧由于空气流速不同而产生压力差。在瞬态流场监测点处将声压转换后采用傅里叶变换从而得到声压级频谱：

其中，Qr为定向分量声压值，Qref为参考声压。将空气中的参考声压设定为2×10-2Pa。

在轿壁板的背面粘贴阻尼材料，可以起到一定的减振作用。为方便对声压级频谱进行分析，参考声压在基频处达到最高声压级，往后依次降低。由于蒸发腔回风口处于电梯顶端，主机工作时开启回风阀，此时风噪和机械噪声全部通过媒介传播到空气中。调整回风方式，将低端回风通过两侧墙壁送回至蒸发腔。此方式也可以产生较为明显的降噪效果。

2.3 通风口内加装消音器

从风管进入布风器时的风速较大，在电梯主机通风口内安装消音器。使送风和室内原有空气融合，以进一步降低噪声。末端风口噪声以高频湍流噪声为主，噪声直接在房间辐射，主要与此处气流速度有关。电梯主机出风口直立式导风板在运行的过程中会有振动带来的声音。将步进电机安装到电机台上，转轴带动曲柄往返重复做回转动作。电机曲柄垂直于频域振动的信号范围，与电机振动信号比对后发现振幅有明显的区别[5]。

为了达到风量要求，需要测量消音器的长度和大小并计算：

其中，Δs为消声量要求，∂o为气流速度，φ（∂o）为平均流速，S截为消音器截面长度，F 为横截面周长。

流线渐宽式形状消音器加装在布风器，可以使气流减速从而降低噪声。在其他参数不变的情况下，风速由原来的2.541 m/s 降至2.320 m/s，下降率约2.1%。可见通过设置消音器可以起到降低噪声的效果。

3 实验

3.1 实验设计

本次实验检测仪器选用NL-22/NL-32 精密声级计、传感器、麦克风及支架。测试传感器采用NPV 三向加速度传感器。测量值和结果可显示在液晶面板上，具有多次读数、数据保存功能。传感器的一端固定在电梯主机测试点处，另一端连接在噪声振动数据采集分析仪上。在弯头添加高阻尼减振胶，使用导流片在三通风管底部进行弯管导流[6]。

为了减小振动测试采集数据时产生较大误差，在使用麦克风测量电梯主机的噪声时，麦克风放置在三角支架上，麦克风与电梯主机的距离为1 m。数据采集完成后，使用Artemis 声学软件导出分析。测量仪器与流程如图2 所示。

图2 测量仪器与流程

根据电梯主机实际工作中的负载情况，按照布置测试点的规律放置传感器。为识别准确噪声源，对电梯主机以及附近区域分别进行辐射噪声测试。用支架固定住噪声传感器，对于每个部位的测试点进行多次测量。运用表面振动法将得到的噪声指数进行分析和计算。采集各部位的振动速度数据，按照能量合成法叠加功率，为进一步减振降噪提供基础。

记录风机噪声的实测数据，对比运行全程和风机打开时的频谱。使用数字式测风仪测定轿厢内部输出风速。同时，将改进后的风机安装至顶部位置，把转化量设置为目标风量。将测风仪测出的数值与目标噪声值进行比对和记录分析，得到间距与风速之间的对应关系。此外，增大出口尺寸、变更出口角度，对轿内的噪声也有明显影响。

3.2 实验结果分析

采用本文提出的措施进行改进后，噪声明显减弱。将测得的数据与改进前以及传统降噪方式进行综合对比，具体结果见表1。

表1 电梯主机噪声改进前后对比 dB

由表1 数据可知，改进前电梯主机噪声最大值达到66 dB，采用传统降噪方式虽然能够有一定的降噪作用，但效果不明显，噪声降幅与整改前差异不大，普遍降幅只有2～3 dB，噪声最小值在60 dB 左右浮动。采用本文提出的措施对电梯主机进行降噪处理，效果较为明显，可以将噪声最小值降低到52 dB，平均降幅达到10 dB，乘客在轿厢内可以明显感觉出噪声的降低。后期通过多次微调和验证，进一步优化降噪处理措施，最终达到较为明显的降噪效果，改善了轿厢内的整体环境，提高了乘客的乘梯舒适度。

4 结束语

电梯实际运行中产生的噪声给乘客的正常使用带来一定的困扰。随着电梯行业高速发展，电梯主机的降噪措施逐渐受到重视。为了以给乘客提供更加舒适的乘梯感受，本文对电梯主机噪声问题进行了深入研究。由于高速气流以及压力场的变化，产生的噪声较大。对于噪声明显异常的电梯，应及时排查异响原因，以保证乘客的人身安全。同时，需要加强电梯维护工作的管理水平，完善检修标准，提升运维工作人员的技术能力。本文针对电梯主机噪声问题进行分析，提出改进措施，并通过实验对比验证了改进措施的有效性，为改善电梯环境提供参考。