1、離心風機噪聲的產生機理及控制途徑 當前位置：中國制冷網 > 技術交流 > 正文   時間：2009-06-17   來源：中國制冷網   點擊次數：783次【摘要】分析了離心通風機噪聲產生的機理。介紹了幾種降噪措施。實際應用中取得良好效果。【關鍵詞】離心通風機噪聲控制Abstract： The mechanism of noise generation of fan for fan is analyzed. A few measures of noise reducing is in

2、troduced. Good result is obtained in practical use.Key words ：:Fan  Noise  Control 引言      風機是一種量大面廣的通用機械設備，幾乎所有的行業都有使用。而在風機使用的過程中，噪音的存在能對生產、環境等產生很大的影響，隨著工業發展對風機性能要求的提高，風機設計和制造技術也不斷提高，人們對風機降噪的問題也提上了日程。目前采用的能有效降低風機噪音的方法有很多，但均不完善。例如：8-09、9-12前傾風機、G/Y4-73、4-68機翼型后傾風機、6-39、

3、5-48單板弧后傾風機等,在沒有特殊處理或無隔聲裝置的情況下,在距風機出風口處1m左右測得的噪聲一般可達90110dB(A),有些高壓、大流量的離心風機,如：9-19、9-26噪聲甚至達120130dB(A)。根據國際標準化組織(ISO)建議:在工業廠區內,噪聲要求不超過85dB(A); 在公共建筑、飯店、賓館、精密儀器儀表等領地,噪聲要求不超過75dB(A)。根據人們對噪聲所能承受的程度,距離風機最近的住宅區,白天要求噪聲不超過5060dB(A),晚上要求噪聲不超過4045dB(A) 。 因此,對于當今較為普及離心通風機噪聲的產生要進行深入研究,識別噪聲源,從而實現噪聲的有效控制是有意義的。

4、 一、離心風機噪聲產生 1.1通風機的機械噪聲風機在經過一段時間的運轉后,會產生多種機械噪聲。(1) 葉輪磨損不均勻或因風壓導致零件的變形,使整個轉子不平衡而產生的噪聲。(2) 軸承在運行后由于磨損,與軸相互產生的噪聲。(3) 由于安裝不良或各零件聯接松動而產生的噪聲。(4) 葉輪高速旋轉產生振動,導致機體某一部分共振而產生的噪聲。1.2 電機噪聲     在整個通風系統中,電機是其中一個重要組成部分,但一般風機的生產廠家采用的電機均由電機生產廠家提供,風機生產廠家一般不作電機內部處理,但電機的噪聲種類繁多,本文簡述如下：(1) 軸承本身精度不

5、夠而產生的軸承噪聲;(2) 徑向交變的電磁力激發的電磁噪聲;(3) 換向器整流子碳刷摩擦導電環而產生的摩擦噪聲;(4) 整流子的打擊噪聲;(5) 由于某些部件振動使自己的固有頻率與激勵頻率產生共振 , 形成很強的窄帶噪聲;(6) 轉子不平衡或電磁力軸向分量產生的軸向串動聲;(7) 電機冷卻風扇產生的空氣動力噪聲。 1.3離心風機的氣動噪聲氣動噪聲包括旋轉噪聲和渦流噪聲(1)旋轉噪聲產生旋轉噪聲又稱葉片噪聲,或稱離散頻率噪聲，屬于偶極子聲源，旋轉噪聲的頻率為,f = inz / 60  (1)式中n 每分鐘的轉速 z 葉片數i 諧波序號,i = 1，2，3，i=1為基頻  &

6、#160;  由式(1)可以看出,若將葉片數增加1倍而轉速保持不變時,由于基頻增加1倍,原來的奇次諧波成分被取消,假定各諧波成分的強度近似相同,理論上旋轉噪聲的強度將降低一半。即使壓力脈沖不很尖稅,葉片數的增多對降低噪聲也是有利的。     旋轉噪聲的聲壓與風機的功率成正比,而與葉輪的半徑成反比。所以,當功率與葉片尖端的圓周速度給定時,從降低噪聲的角度應盡量使葉輪半徑大一些。葉片尖端的圓周速度對旋轉噪聲的聲壓非常敏感,隨圓周速度的提高 ,旋轉噪聲的聲功率迅速地增加。(2) 渦旋噪聲產生     渦旋噪聲又

7、稱渦流噪聲,或稱紊流噪聲。是由于紊流邊界層及其脫離引起氣流壓力脈動造成的，邊界層脫離和紊流脈動彈性較大，故漩渦噪聲具有很寬的頻率范圍，也稱寬頻噪聲。渦旋噪聲的頻率為 式中 斯特勞哈爾( St rouhal)系數,   =0. 14 0. 2 , 一般取0.185 w 氣流與葉片的相對速度L 葉片正表面的寬度在垂直于速度平面上的投影i 頻率諧波序號     由式(2)可知,渦旋噪聲的頻率取決于葉片與氣體的相對速度,而旋轉葉片的圓周速度則隨著與圓心的距離而變化。從圓心到圓周,速度連續變化。葉片旋轉所產生的渦旋噪聲就具有連續的噪聲頻譜,頻帶

8、寬度也將隨雷諾數的提高而緩慢地增大。從聲源特性上說,渦旋噪聲屬偶極子源,聲功率與偶極子源振速幅值v m的平方成正比,與波數k的4次方成正比,因此,渦旋噪聲的聲功率按流速v的6次方規律變化。實際各種系列離心風機,旋轉噪聲與渦旋噪聲總是同時存在。若葉片尖端的圓周速度相應的馬赫數小于0.4,渦旋噪聲則占主導地位 , 若葉片尖端的圓周速度相應的馬赫數大于 0.4,旋轉噪聲則占主導地位。 二、離心風機噪聲的控制途徑 2.1 機械噪聲的控制    在正常運行的風機系統中,機械噪聲相對于氣體動力噪聲和電機噪聲來說,相對較小,在混合噪聲中,機械噪聲可以忽略不計。2.2 電機噪聲的

9、控制     在設計制造或選用電機時要側重考慮降低電機噪聲;在使用電機時則要側重考慮控制電機噪聲。(1)葉片聲和笛聲的控制葉片不平衡或葉片與導風圈的間隙太小,只需校正或調整即可;若葉片與風道溝共振產生笛聲,須改變葉片數,葉片最好采用質數片。(2)適當減小風扇直徑,合理選擇風扇尺寸參數,可降低風扇渦流噪聲。(3)電磁噪聲在低頻段與電機剛度有關,高頻段與槽配合有關。若出現電網頻率的低頻電磁聲,說明電機定子有偏心、氣隙不均勻,應返修改進;若負載出現兩倍滑差頻率的噪聲,說明轉子有缺陷,應更新或返修。(4)采用消聲隔聲措施以消聲為主的常用于小型電機,以隔聲為主的常

10、用于大型電機。一要注意電機的散熱,二要注意消聲罩的隔振與減振。2.3 風機噪聲的控制(1) 機殼處的噪聲控制1微穿孔板吸聲結構，夾層中間不加填料，內壁穿孔率為1%3%,板厚微0.8mm，孔徑為0.8mm。可用一個夾層或兩個夾層。層與層之間的間隙為50100mm。用這種方法試驗后的結果是風機的性能基本上沒有變化，而噪音卻有大幅度的降低。 2可以將襯墊貼附在整個機殼的外側,其降噪的效果也較為明顯。(2) 進、出風口處的噪聲控制     經測試,離心風機在進風口與出風口,其噪聲最大。一般的方法是利用聲的阻抗失配原理,在進風口前和出風口后安裝吸聲式消聲裝置來減低

11、風機噪聲。如：圖一(3) 蝸舌結構的改進     由于存在著葉片尾跡,在葉輪出口處的切向速度分布曲線呈現明顯的最大值和最小值。蝸舌尖端半徑的大小及蝸舌與葉輪外徑的間距大小對出風口處的噪聲影響較大。一種方法是在風舌的內側固定一層穿孔板,內襯一種超細玻璃棉作為吸聲材料,其結構與前面的機殼襯層相似。另一種方法是改變蝸舌的邊緣。一般風機蝸舌的邊緣是平行于主軸,讓葉輪流出的周向不均勻的氣流同時作用在蝸舌上,使蝸舌受到很大的脈沖力而向外輻射較強的噪聲。現改用如圖6所示的蝸舌板,蝸舌邊緣線與主軸傾斜,其傾斜的程度根據葉片的氣動模型計算出葉片出風口處風速的切線方向,讓兩

12、個葉片出來的氣流同時作用在蝸舌上。如：在 THF 系列風機中,蝸舌邊緣與主軸的傾斜角為18°,使作用在蝸舌上的脈沖氣流相互錯開,減少蝸舌上的脈沖力,有效降低風機的旋轉噪聲。(4)葉輪氣體流道的改進    在THF系列風機葉輪的設計中,葉輪的進口速度和葉輪中的減速程度,是特別值得關注的問題。降低葉輪中的進口速度和增大葉輪中的減速程度,可使葉輪中的流速減小,減少流動損失,提高葉輪的流動效率,還可以有效地降低噪聲。      采用后掠式扭曲葉片,葉片在出風口處適度前傾,在進風部位后掠,可以避免流道的急劇擴張,防止氣流嚴重

13、分離,讓葉片背面產生的紊流附面層和分界層所形成的渦旋胚以最快的速度解體,從而提高了氣流在葉道中的流動效率 ,也減少了渦旋所產生的噪聲。經同型號風機性能測試比較,THF 系列風機的效率提高了3%5%,噪聲同時下降810dB(A),尤其在大風量區,效率高,噪聲低,其氣動性能在國內外同類型風機中趨于領先地位。三、結束語    風機系統產生的是一個非常復雜的噪聲源,要通過對噪聲的測量、分析、診斷技術等來確定主要噪聲源,依據輕重緩急的原則,采取幾項合理的治理措施 , 才會有良好的效果。 參考文獻：離心風機噪聲污染分析與控制方法-中國水泥技術網2009-6-15作者: 王艷，

14、洪開軍  離心風機是水泥生產企業常用的輔助設備，主要用于通風與除塵裝置中，如旋風除塵器及布袋除塵器等。噪聲污染是離心風機運行中存在的致命弱點，研究和探討水泥生產中離心風機噪聲的產生原因、危險性及其控制途徑，對保證操作工人的身體健康及提高企業的經濟效益等具有重要意義。1 風機噪聲分類及噪聲機理    風機噪聲就其主要聲源產生機理而言，可分為旋轉噪聲和渦流噪聲；就其頻譜特性而言，可分為寬頻噪聲與離散噪聲。11離散噪聲(旋轉噪聲)    它與葉輪的轉速有關，在高速、低負荷情況下，這種噪聲尤為突出。離散噪聲是由于葉片周圍不對稱結構與

15、葉片旋轉所形成的周向不均流場相互作用而產生的噪聲，主要體現在以下幾方面：(1)來流引起的進氣干擾的噪聲，這是因進風口前裝有前導葉或金屬網罩而產生的進氣干涉噪聲，在這種情況下，當工作輪旋轉時，動葉周期性地承受前面靜葉排出不均勻氣流，則氣流作用在動葉上的力也是周期性脈動而產生噪聲。(2)葉片在不光滑或不對稱機殼中產生的旋轉頻率噪聲，由于機殼內壁形成所必需的條件是旋轉對稱，否則氣流流動狀態將不再與軸線完全對稱，也就是說周向的圓周速度不再是常數，所以氣流便會產生旋流動。(3)因離心風機葉片出口蝸舌的存在或軸流風機后導葉的存在而產生的出口干涉噪聲。在葉片出口處沿著工作輪圓周，由于存在尾跡，氣流的速度和壓

16、力都不均勻，這種不均勻的氣流作用在蝸殼上，形成了壓力隨時間的脈動。反過來它又影響葉輪中氣流的流動，于是葉片上的氣流也就具有隨時問變化的脈動性質。    這種葉片通過頻率f1稱為基頻。即f1=nZ60             (1)式中：f1基頻，Hz      n葉片轉數，rmin      Z葉片數    同時，由于

17、這種脈動波形不會是單純的正弦曲線，所以根據級數展開，它還有其他的高次諧音fi，表達式為fi=nZi60(i=1，2，3，)，因此旋轉噪聲具有離散頻譜特性，其基頻為葉片通過頻率，還有它的高次諧音。顯然，從旋轉噪聲的強度看，基頻最強，其次是二次諧波、三次諧波，總的趨勢是逐漸減弱的。12 寬頻噪聲(渦流噪聲)    渦流噪聲主要是由于氣流流經葉片時產生紊流附面層及漩渦與漩渦分裂脫體，引起葉片上壓力脈動而造成的。產生的原因主要體現在以下幾方面：(1)氣流流經葉片、前盤、后盤的內外表面；流經蝸殼內表面及局部表面，氣流紊亂引起壓力脈動而產生噪聲。(2)氣流流經葉片前后盤的內外

18、表面及蝸殼表面時，由于附面層發展到一定程度會產生渦流脫離，脫離渦流將造成較大的脈動。在低雷諾數下，周期性渦流的脫離將導致相應環量的改變，也使物體上的氣流作用力產生變化。(3)當具有一定紊流度的氣流流向葉片時，葉片前緣各點沖角大小將取決于氣流平均速度和瞬時擾動速度，在紊流情況下擾動速度是無規律地變化的，因而也使沖角發生無規律的變化，導致升力的無規律脈動而產生噪聲。    這種旋流具有很寬的頻率范圍，通常稱為寬頻噪聲，同時它主要是由于旋渦剝落引起的，所以物體繞流旋渦剝落具有確定頻率。即       ft=St

19、vd                          (2)式中：ft旋渦剝落頻率，Hz     St斯哈托數，St=02     v特征速度，ms     d特征直徑或長度，m    所以，這種寬

20、頻噪聲又表現出只具有峰值。即     ft=0.2v1d1                           (3)式中：v1風速，ms      d1導線直徑，m2  風機噪聲級換算    若要對離心風機的

21、運行噪聲進行有效控制，首先就必須了解其噪聲特性及其噪聲級換算的一些基本方法。為了能夠客觀公正地衡量一臺離心風機的噪聲性能，根據JBT8690-1998(工業通風機噪聲限值)規定，各類通風機噪聲在最佳工況點的比A聲級LSA的計算公式如下：    LSA=LA-10lg(Q·P2)+198                (4)式中：LSA通風機的比A聲級，dB    &#

22、160;  LA對應于通風機工況點的A聲級，dB       Q通風機測試工況點流量，m3min       P通風機測試工況點全壓，Pa    通過式(4)計算得到的k，實際上就是通風機產生單位流量、單位全壓時的噪聲計算相對值。這樣，就等于有了比較各種類型通風機噪聲的衡量基準。實踐證明，同系列的離心通風機的LSA曲線基本相同。如與風機的性能、效率()曲線對應繪制成圖，就會發現LSA曲線與曲線很像解析幾何中的雙曲線(圖1)。由圖1可見，

23、風機最大處，LSA最小。且隨著風機流量的增大或減小，曲線向左右回落；而LSA曲線則朝相反方向上翹。這又形象地說明，當風機內部流動情況最佳時，才可能獲得最大的效率和最低的噪聲。另外，在選擇、設計離心風機噪聲控制方案時，我們必需預測該機在實際運行時產生噪聲級的大小。而在實踐中，獲取該資料的途徑無非兩條：(1)查找有關資料；(2)向供貨商索取。但有時得到的是該機的一條比A聲級LSA曲線，而不是直接的具體噪聲級。這時就需要利用式(4)進行換算，例如某水泥廠在工藝設計時決定選用9-196離心通風機，其運行工況性能：Q為8033m3min，P為8818Pa，對應工況點比A聲級LSA=18.8dB，計算A聲

24、級。圖1  6-23-26.3性能曲線圖     LA=LSA+10lg(Q·P2)-198=18.8+10lg(80.33×88182)-19.8=97dB。    可見，風機噪聲明顯高于企業允許限值(85dB)，故需對其進行有效控制。3 風機噪聲控制方法31合理選型    (1)在選用風機之前，首先應確保工藝設計的準確性。要使設計工況點的風量、全壓基本上與風網實際運行時的風量、全壓相接近。如果設計時余量過大，在實際運行時就要關小風機蝶閥。這樣做有3個缺點：a導致

25、風網阻力增加，造成全壓與動力浪費。b因阻力增加而浪費掉的P相應產生的噪聲LA不會消失，仍要產生出來。c關小風機蝶閥會造成風機進氣(或出氣)狀況惡化，增大渦流噪聲。    (2)工藝設計完成后，在風量和全壓方面能滿足生產需求的運行方案有很多，應選用在該工況點具有最高效率和最低噪聲的風機，以確保運行噪聲最低。32 優化結構    (1)增強葉柵的氣動力載荷，降低圓周速度。對于風機采用強前向葉片，且多葉片葉輪有利于增大葉柵的氣動力載荷，在得到同樣風量風壓的情況下，葉輪葉片外圓上圓周速度u可使風機噪聲明顯降低。  

26、0; (2)采用合理的蝸舌間隙和蝸舌半徑。增加風舌與葉輪之間的間隙t可降低基頻和諧波。氣流與葉片作相對運動時，葉片后緣的氣流尾跡中，速度及壓力均小于主流區，致使葉柵后的氣流速度與壓力分布皆不均勻。這種不均勻的流譜在旋轉，如果在動葉之后有靜葉或風舌，則這種非穩定流動與靜葉或風舌相互作用將產生噪聲。距離愈近，噪聲愈大。但根據有關資料介紹進行試驗，當t大到一定程度后，噪聲不再降低，卻使風機氣動性能變壞，如風量、風壓都有所下降。實驗表明，在風舌間隙tR=025和風舌半徑rR=02時，具有最大風機效率和最小噪聲(R為葉輪半徑)。    (3)蝸舌傾斜風機。葉輪葉柵氣流的周期

27、性脈動速度所產生的周期性脈動氣動力也使蝸舌相互作用產生旋轉噪聲，此噪聲大小與脈動氣動力的劇烈程度及蝸舌的迎風面積有關，把蝸舌做成傾斜式，則同相位的脈動氣動力的作用面積小了，輻射的噪聲也就減小了，蝸舌的傾斜角可按tan=(t-2r)b計算，其中，r為蝸舌半徑，t為葉輪出口柵距，b為葉片寬度。    (4)葉輪入(出)口處加紊流化裝置。在風機葉輪葉片的入口或出口處加紊流化裝置(金屬網)可以使葉片背面的層流附面層立即轉換成紊流附面層，推遲葉片背面附面層的分離，甚至不分離，葉片后緣裝上網，網后的氣流速度與壓力梯度能迅速變均勻，若網在渦區中則可將渦區大大縮小，這對減噪是有利

28、的。    (5)葉輪上增設分流葉片(短葉片)。在風機中，對無分流葉片的葉輪，當葉片較少時，在葉片通道后半段易產生負速度區，容易導致氣流分離；當葉片較多時又容易產生進口阻塞和氣流分離。    (6)在動葉進出氣邊上設鋸齒形結構。在動葉進出氣邊上設鋸齒形結構可使葉片上氣流層流附面層較早地轉化為紊流，避免層流附面層中的不穩定波導致渦流分離，降低噪聲。    (7)在蝸舌處設置聲學共振器。蝸舌處設置聲學共振器，當聲波傳到共振器時，小孔孔徑和空腔中的氣體在聲波作用下來回運動，這運動的氣體具有一定的質量，它抗拒由于

29、聲波作用而引起的運動，同時聲波進入小孔孔徑時，頸壁的摩擦和阻尼，會使相當一部分聲能因熱耗而損失掉。另外，充滿氣體的空腔具有阻礙來自小孔的壓力變化的特性。由于這些因素的共同作用，當氣體通過共振器時，噪聲得到降低。    (8)在蝸殼內設置擋流圈。中低壓離心風機的蝸殼寬度與葉輪出口寬度一般較大，氣流自葉輪進入蝸殼的擴壓變大，在葉輪前盤外側與蝸殼間產生大尺度旋渦，使渦流噪聲增大，效率降低。而蝸殼寬度又不宜過小，否則將增大蝸殼的張開度，使蝸殼出口端面長寬比過大，給后面的管路連接帶來困難，同時也使摩擦損失增加。為了減小渦流區，增加風機進口集流器與葉輪入口邊間的密封效果，可在

30、蝸殼中加各種形式的擋流圈。33 消聲    風機高速旋轉時產生強烈的空氣動力性噪聲，為阻止聲音外傳播又允許氣流通過，在風機氣流通道上，裝上消聲裝置，使風機本身發生的噪聲和管道中的空氣動力噪聲降低。定型常用的消聲裝置有：    (1)常用的阻性消聲器、片式消聲器、蜂窩式消聲器、管式消聲器、迷宮式消聲器等。    (2)常用的抗性消聲器、共振式消聲器、擴張式消聲器、混合式消聲器、障板式消聲器等。    (3)常用的阻抗復合消聲器、擴張室阻抗復合式消聲器、共振腔阻性復合式消聲器、阻抗共復合式消聲器。34 隔聲    隔聲是噪聲控制工程中常用的技術措施，利用墻體各種板材及構件作為屏蔽物，或利用維護結構，把噪聲控制在一定范圍之內，使噪聲在空氣中的傳播受阻而不能順利通過，從而達到降低噪聲的目的，常用的方法有：&#