1 离心式通风机噪声产生的机理 风机在一定工况下运转时 产生的噪声主要包括空气
动力噪声~ 机械噪声及气体和固体弹性系统相互作用产生 的气固耦合噪声O 在风机的这些噪声中 空气动力噪声约占 45% 机械噪声约 占 30% 气 固 耦 合 噪 声 约 占 25% [13]O 下 面对这三种主要噪声产生的机理分别加以阐述O 1. 1 空气动力噪声
空气动力噪声主要包括旋转噪声和旋涡噪声 通风机 的空气动力性噪声就是两者相互叠加的结果O 1. 1. 1 旋转噪声产生的机理
旋转噪声又称离散频率噪声或通过频率噪声O 当风机 旋转时 旋转叶轮上的叶片通道出口处 沿周向的气流压力
收稿日期: 2001 05 21 作者简介: 俱利锋( 1973-) 女( 汉) 陕西 硕士研究生
机械性噪声是风机在制造或安装过程中9由于工艺等 方面的缺陷所引起的O 如: 回转体的不平衡和排气管~ 调压 阀等振动引起的噪声O 同时9当轴承磨损或破坏和叶片刚性 不足时气流的作用使叶片振动9齿轮或皮带传动所产生的 冲击和摩擦等原因所伴随的噪声O 对通风机而言主要有驱 动电机的电磁声~ 冷却风扇的噪声和机壳辐射噪声等O l. 9 通风机的气固耦合噪声
与气流速度都有颇大的变化O 当蜗舌与叶片出口边缘间的 间隙较小时 旋转的叶片通道掠过蜗舌处 就会出现周期性
的压力和速度脉动O 此种脉动所产生的噪声被称为旋转噪 声O 更形象一点可以说 旋转噪声是由旋转的叶片周期性地 打击空气质点引起空气脉动所产生的O 其频率就是叶片每 秒钟打击空气质点的次数 因此它与叶片数和转速有关O 其 基本频率 也称为叶片通过频率 以符号 f1 表示[1]O
目前低噪声多叶片叶轮离心风机的气动力参数一般取
为[9]: 叶轮叶片内外直径比值 Dl / DZ = O. SS ~ O. 99叶片数 Z = sO ~ 6O9叶片入口安装角 Bl = SO ~ l OO 9叶片出口安 装角 BZ = l 6O ~ l 7O 9叶片相对宽度 I/ DZ = O. 79机壳宽 度与叶片宽度的比值 D/ I = l . 4 ~ l . s9蜗舌处的相对间隙
( NOrthwestern POlytechnical University Xi/ an 710072) Abstract: The pneumatic nOise the mechanical nOise and the nOise which is prOduced because gas cOuples with sOlid are the main parts Of centrifugal fan nOise. We analysed these nOise mechanism in detail and discussed several methOds fOr reducing nOise in designing and refOrming centrifugal fan systematically. If we can use these methOds suitably the nOise Of centrifugal fan will be reduced effectively. At the same time we prOvided references fOr the design Of centrifugal fan fOr reducing nOise the refOrming Of centrifugal fan fOr reducing nOise and the nOise reductiOn Of Other mOdel fans. Key wOrds: Centrif ugal f an; NOise; Mechanism; NOise reductiOn
Z 离心式通风机几种常用的降噪方法 Z. l 增加叶轮外径与蜗舌的间隙
不论旋转噪声还是涡流噪声9都与叶轮外径与蜗舌间 隙中的气流特性密切相关9所以考虑采用这种降噪方法O 采 用该降噪方法还基于以下原因:
(l) 由于叶片尾迹的存在9在非常接近于叶轮出口处 的周向速度分布9会有最大和最小值的形成O 在这一区域放 置蜗舌将产生强的压力脉动9因而形成了叶片通过频率和 其谐波的有效声辐射O 当加大蜗舌与叶轮间的距离时9周向 速度分布变得较为平滑9在蜗舌处的压力脉动的幅值也会 减少O
流体力学角度9耦合噪声基本上可分为两类: 一类可 认为流动分离和边界层效应对于噪声产生没有重要影响; 另一类噪声产生机理与流动分离和旋涡密切相关O 当叶轮 旋转时9在叶片的出口处9沿着周向气流的速度和压力都是 不均匀的9这种不均匀的气流作用在蜗壳上形成压力随时 间的脉动而产生噪声O 同时9由于蜗舌的存在9旋转的叶片 经过时9蜗舌便产生干扰9使气流作用在叶片上的力也随时 间脉动9而产生噪声O
= Sh( V/ D) 式 中: Sh 为 StrOuhal 数9在 O. lS~ O. Z Z 之 间; V 为 气 流 与 叶片的相对速度9m/S ; D 为叶片宽度在垂直于速度方向 上的投影9m O 因为在叶片全长上9 V 和 D 是连续变化的9 故 也是连续变化的9由上式可以再一次说明旋涡噪声宽 频率的特性O 旋涡噪声的频率特性9决定了旋涡噪声源可以 类比为直流电源9旋涡噪声声压可类比为直流电压O 旋涡噪 声的强度与气流的 S 次方成比例O l. Z 通风机的机械性噪声
(Z) 蜗舌接近叶轮将周期性地阻塞两叶片间的流动O 不稳定的流动建立起不稳定的叶片力9这种力是叶轮产生 离散噪声的一个原因O 很明显9当蜗舌放置在远离叶轮的地 方9流动阻塞就会缓解9从而可以降低噪音O 不过9蜗舌间隙 也不能过大9当间隙增大到一定程度后9噪声不再下降9过 大的蜗舌间隙反而会使风机的气动性能降低O 所以9应求助 于实验和经验的手段确定合适的间隙值O
( 西北工业大学 西安 710072)
俱利锋
摘 要: 对离心式通风机噪声产生的机理进行了分析 并重点讨论离心式通风机在设计与改造中几种常用的降噪
方法O 可为离心风机降噪设计和降噪结构改造提供参考O
关 键 词: 离心风机; 噪声; 机理; 降噪
中图分类号: TB53
文献标识码: A
A Review Of the NOise Mechanism Of Centrif ugal Fan and MethOds f Or NOise ReductiOn JU Li-f eng XI De-ke
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机械科学与技术
第 Zl 卷
噪声和叶尖涡流噪声O 其产生的主要原因是由于靠近叶片 出口处的边界层脱体~ 气流在蜗壳中扩压流动时的脱体~ 叶 片进口处流动分离和偏离最佳工况时流动的恶化等造成
的O 直观上可认为9当通风机旋转时9高速气流在叶片界面 上和叶顶间隙中分离时产生旋涡9旋涡分离时所产生的压 缩和稀疏9以声波的形式传播所形成的O 其频率取决于叶片 和气流的相对速度O 因叶片各截面上的圆周速度随半径大 小而变化9气流绕过叶片时各点相对速度必不相同9同时叶 片各点的厚度也不同9故从圆心到最大半径处速度呈连续 变化9因此旋涡噪声呈明显的连续谱即具有很宽的频率范 围9故通常也称之为宽频噪声O 发生在叶片全长上的旋涡噪 声 频 率 为[Z]
双进口风机常常由两半组成 两者分开制造 一起安 装 如果一半边叶片的位置在另一半边两叶片之间 沿着蜗 舌所产生的压力是异相位的 因此可以降低叶片产生的噪 声 错开布置的双列叶片叶轮的叶片减噪是基于蜗舌处压 力局部抵消的原理 就像倾斜蜗舌降噪那样 错开布置叶片 在用于小型风机时较容易 对于大型焊接式风机 这种不对 称的结构由于焊接时叶轮后盘上的热应力和热变形产生了 许多问题 2. 6 叶轮进~ 出口加紊流网
第 21 卷 第 2 期 2002 年 3 月
机械科学与技术 MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY
VOl. 21 NO. 2 March 2002
文章编号: 1003-8728( 2002) 02-0465-03
离心式通风机噪声机理及设计与改造中的降噪方法综述
俱利锋 席德科
对离心通风机采用强前向叶片9且多叶片叶轮有利于 增 大 叶 栅 的 气 动 力 载 荷 O 因 为 风 机 噪 声 的 声 功 率 与 U s成. 6~正6 比9因此在得到同样的风量和风压的情况下9叶轮叶片外圆 上的圆周速度 U 可适当降低9以此可获得 A 声级的明显降 低9从而达到降低噪声的目的O
tanO = ( t - Z :) / I 式中: :为蜗舌半径9m ; t 为 叶 轮 出 口 栅 距9m ; I 为 叶 片 宽 度9m O
蜗舌倾斜的方向应是向后盖板侧升高9若方向弄反9效
第2期
俱利锋等: 离心式通风机噪声机理及设计与改造中的降噪方法综述
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率反而会降低 适当地倾斜蜗舌不增加风机尺寸 不影响风 机效率 几乎对所有工况都有效 增大蜗舌间隙或使蜗舌倾 斜 都会有效地降低旋转噪声 同时也能使旋涡噪声略有下 降 但两者的效果不能叠加 如两种方法中任意一种已有了 明显的效果 则另一种就不会再有很大的减噪效果 2. 5 双进口或双列叶片叶轮的叶片错开布置
:/ DZ O. l Z O Z. 4 倾斜蜗舌
通风机蜗舌的边缘9一般都平行于轴O 这样9从叶轮流 出的周向不均匀气流9就会同时作用在蜗舌上9使蜗舌受到 很大的脉冲力O 如果使叶片出气边或蜗舌边缘线与轴线倾 斜9就会使作用在蜗舌上的脉冲气流相位错开9减小蜗舌上 的脉冲力O 这样的话9会使通风机的旋转噪声大为下降O 蜗 舌的倾斜程度9最好是两个叶片出来的气流同时作用在蜗 舌上9这样减噪效果比较好O 蜗舌的倾斜角 O 可由下式计 算 [s]得
直观上叶片旋转引起自身的振动通过管道传递9往往 在管道弯曲部发生冲击和涡流9造成振动使噪声增大9特别 是当气流压力声波频率和管道自然振动频率一致时9将发 生强烈共振9噪声突然增大9严重时还会致使机器破坏O 气 固耦合噪声产生的原因很多9但噪声发作的机理始终与气 体的绕流~ 流动分离和涡流引起的压力脉动密切相关O