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离心风机噪声产生机理及其降噪解决方案

更新时间  2022-11-11 09:05 阅读

离心风机噪声产生机理及其降噪解决方案


离心风机是在各个行业领域里都应用极广的通用机械设备之一,在其应用过程中噪声问题给生产和环境等都带来了许多不利影响。


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离心风机噪声产生机理


机械噪声

离心风机由于长时间的运转,经常会产生各种各样的机械噪声。具体包括:叶轮磨损不均匀或者由于风压造成的零件变形,使整个转子不平衡而产生的噪声;轴承长时间运行以后因为磨损与轴之间产生噪声;因为安装不当以及零部件联接松动也可能有噪声产生;叶轮在高速旋转过程中振动造成机体共振也会形成噪声等。


电机噪声

电机是离心风机通风系统里至关重要的组成部分,然而通常电机都由离心风机生产厂家供给,却并未对电机内部进行严密处理,造成电机噪声较多。具体包括:由于轴承精度不达标而产生轴承噪声;由于径向交变电磁力发生激发而产生电磁噪声;由于换向器整流子碳刷之间发生摩擦而产生摩擦噪声;由于整流子打击而产生打击噪声;由于部件振动导致固有频率和激励频率形成共振而产生窄带噪声;由于转子不平衡以及电磁力轴向分量原因而产生轴向串动噪声;由于电机冷却风扇形成的空气动力噪声等。


气动噪声


气动噪声通常包括旋转噪声和涡流噪声两类。


旋转噪声。也称之为叶片噪声、离散频率噪声,其属于偶极子声源,旋转噪声的频率可以用公式表示:f = inz /60 式中n代表每分钟的转速;z代表叶片数;i代表谐波序号,i=1,2,3,…,i=1为基频。


由式可知,如果把叶片数增加1倍而转速保持不变,因为基频增加1倍,原有奇次谐波成分被取消,假设各谐波成分的强度大体一致,理论上可让旋转噪声降低一半强度。在压力脉冲不尖税情况下,增加叶片数有利于降低噪声。


旋转噪声声压和风机功率之间成正比关系,却与叶轮半径之间成反比关系。因此,如果功率和叶片尖端圆周速度已确定,增大叶轮半径能够降低噪声。由于旋转噪声声压会对叶片尖端圆周速度造成影响,因此在提高圆周速度时可以增加旋转噪声功率。


涡旋噪声。也称之为涡流噪声、紊流噪声。其是因紊流边界层脱离导致气流压力脉动而形成,因边界层脱离以及紊流脉动弹性较大,故漩涡噪声具有很宽的频率范围,也称宽频噪声。

通常涡旋噪声的频率可以用公式表示:fm = iβv/L 式中β代表斯特劳哈尔( St rouHal)系数,β=0.14~0.2,通常取β=0.185;v代表气流和叶片之间相对速度;L代表叶片正表面宽度之于垂直速度平面的投影;i代表频率的谐波序号。


由式可知,涡旋噪声频率主要与气流和叶片之间相对速度有关,旋转叶片圆周速度会因与圆心距离不同而改变,圆心到圆周的速度呈现连续变化趋势。因叶片旋转导致的涡旋噪声会产生连续噪声频谱,其频带宽度会因雷诺数增加而不断增大。根据声源特性分析,涡旋噪声为偶极子源范围,声功率和偶极子源的振速幅值v m的平方成正比关系,而与波数k的4次方成正比关系,因此,涡旋噪声声功率根据流速v的6次方呈现规律变化趋势。


实际上,不同系列的离心风机都会有旋转噪声和涡旋噪声存在。当叶片尖端圆周速度马赫数在0.4以内时会以涡旋噪声为主,而当其超过0.4时会以旋转噪声为主。


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离心风机的降噪策略


机械噪声的降噪策略


离心风机正常运行时,机械噪声与气体动力噪声以及电机噪声相比而言相对较小,在混合噪声里不会产生较大影响,因此可忽略。


电机噪声的降噪策略


电机在设计、制造、选择过程中应关注降低噪声要求,电机使用过程中则应采取降噪策略。首先,要控制叶片噪声与笛声。当叶片不平衡以及和导风圈间隙过小时,应做好校正调整工作;如果叶片和风道沟因共振而出现笛声时,应对叶片数进行调整,以质数片为宜。


其次,应风扇直径以小为宜,风扇尺寸要合理选择,从而避免风扇涡流噪声产生。再次,由于低频段时电磁噪声和电机刚度密切相联,高频段时其和槽配合密切相联,如果低频电磁声产生,则表明电机定子存在偏心以及气隙不均匀问题,应及时修复改进;如果负载有两倍滑差频率噪声产生,则表明转子存在缺陷,应更新修复。再有,可采取适当消声隔声策略,小型电机可以采取消声策略,大型电机可采取隔声策略,具体应对电机散热情况和消声罩隔振减振情况加以认真考虑。


风机噪声降噪策略


机壳噪声的降噪策略。首先,可采取微穿孔板吸声结构,夹层中间不加填料,内壁穿孔率为1%~3%,板厚微0.8mm,孔径为0.8mm。可用一个夹层或两个夹层。层与层之间的间隙为50~100mm。用这种方法试验后的结果是风机的性能基本上没有变化,而噪音却能大幅降低。其次,可以把衬垫贴附在整个机壳的外侧,降噪效果也很明显。


进出风口噪声的降噪策略。通过测试可知,离心风机的进出风口噪声达到最大。通常可以根据声音阻抗失配原理进行降噪,具体可以采取在进风口以前以及出风口后安装上吸声式消声装置的方法。


蜗舌结构的改进设计。因为存在叶片尾迹,叶轮出口切向速度分布曲线的最大值与最小值会很明显。此时蜗舌尖端半径大小和蜗舌与叶轮外径间距大小直接决定了出风口噪声大小。对此可在风舌内侧固定上穿孔板,并内衬上吸声材料的方法解决;也可以对蜗舌边缘进行改变。通常蜗舌边缘与主轴平行,从而使叶轮产生的周向不均匀气流能够共同给蜗舌形成较大脉冲力,再向外辐射噪声增大。如果对蜗舌板进行改进,让蜗舌边缘线和主轴呈现倾斜角度,具体倾斜度可根据叶片气动模型得到叶片出风口风速的切线方向,从而使两个叶片产生的气流共同对蜗舌形成作用,从而达到降噪效果。


叶轮气体通道的改进设计。在THF系列离心风机的叶轮设计中,叶轮进口速度和减速程度应给予密切关注。降低进口速度以及增大减速程度,能够减小叶轮流速,降低流动损失,从而提高叶轮流动效率,有效降低噪声。改进时可应用后掠式扭曲叶片,出风口叶片适当前倾,进风口叶片适当后掠,防止流道扩张过快和气流分离严重,快速解体叶片背面紊流附面层与分界层所产生的涡旋胚,有效提升气流流动效率,降低涡旋噪声。


北京图声天地科技有限公司(Beijing NVM Technology Co., Ltd.)成立于2012年,是北京市科学技术研究院城市安全与环境科学研究所(北京市劳动保护科学研究所)为加速声学噪声振动控制技术成果转化,经北京市政府批准成立的高新技术企业,企业致力于通过创新的设计理念、技术和产品解决城市各类噪声与振动污染问题。

公司是国家高新技术企业、中关村高新技术企业,北京环境物理研究会理事会员,主营业务包括城市环境噪声数字化系统集成与开发、噪声与振动控制(设计、生产及安装)、
室内声学与住宅隔声、复杂声环境分析与控制等,提供技术解决方案、产品设备研制、供货、安装及服务。公司继承北京市科学技术研究院城市安全与环境科学研究所(原北京市劳动保护科学研究所)50多年技术经验和科研成果,秉持严谨的科研态度,为客户提供复杂噪声环境治理解决方案


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