空冷器風(fēng)機的噪聲治理方案

馮軒

（哈爾濱空調(diào)股份有限公司，哈爾濱 150078）

0 引言

我國是使用冷卻塔較多的國家，在當(dāng)今各大電廠和石油化工產(chǎn)業(yè)中，空冷式換熱器應(yīng)用廣泛?？绽淦魇遣捎每諝膺M行冷卻的工業(yè)熱交換裝置，實際上是需要通過空冷器中風(fēng)機的做功來實現(xiàn)空冷器管束換熱。風(fēng)機則是利用一個或多個裝有葉片的葉輪的旋轉(zhuǎn)與氣體或空氣的相互作用來壓縮氣體或空氣中的流體機械。在1980年代的數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)時使用直徑4.7 m風(fēng)機的工業(yè)用冷卻塔國內(nèi)就有6000余臺，隨著風(fēng)機裝機容量的不斷擴大以及大型空冷風(fēng)機的推廣應(yīng)用，風(fēng)機的噪聲問題越來越引起人們的關(guān)注，特別是對新建項目的風(fēng)機群所引起的噪聲的控制治理，已經(jīng)成為環(huán)保機關(guān)審批的關(guān)鍵指標(biāo)。本文通過舉例、提出治理噪聲的方法以及噪聲的計算步驟，使風(fēng)機在運行時噪聲達到最低，減少噪聲在人們生產(chǎn)生活中的危害。

1 主要噪聲源分析

空冷軸流風(fēng)機噪聲源主要有以下4種：1）風(fēng)機葉輪在工作時產(chǎn)生的氣動噪聲；2）風(fēng)機傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的機械噪聲，如：風(fēng)機采用皮帶傳動時，皮帶與葉輪組傳動時相互摩擦產(chǎn)生的噪聲；3）風(fēng)機在運行中電動機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的電磁噪聲，如風(fēng)機為減速機傳動，那么噪聲就是電機與減速機共同產(chǎn)生的；4）與風(fēng)機相連接的鋼結(jié)構(gòu)在風(fēng)機運行中相互碰撞、相互振動產(chǎn)生的噪聲。其中，風(fēng)機葉輪轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的氣動噪聲值最大，是最主要的噪聲源。

2 降低風(fēng)機葉片噪聲的工程方法

軸流風(fēng)機的氣動噪聲與風(fēng)機的性能參數(shù)、運動參數(shù)和幾何特性參數(shù)有關(guān)，國內(nèi)外計算風(fēng)機氣動噪聲的方法有很多，通過風(fēng)機廠家多年的研究和現(xiàn)場測試，推薦空冷風(fēng)機聲功率級噪聲的預(yù)測關(guān)系式如下：

式中：PWL為聲功率級，dB；C為常數(shù)值，dB，表征風(fēng)機葉型對噪聲的影響，對于ENF型葉片，C=37，對于ELF型葉片，C=35，對于PFT型葉片，C=40.5，對于LPFT型葉片C=36.5；U 為葉尖速度，m/s；Ps為靜壓，Pa；Q 為流量，m3/s；D為葉輪直徑，m；ΔdB為修正值，與進風(fēng)口形狀和進氣流被遮擋的情況（障礙物）有關(guān)。

式中：L為葉片長度（葉高），m；Cm為葉片平均寬度，m；n為葉片數(shù)；15.23為由英制單位改為公制單位后，常數(shù)值由原+40變?yōu)?15.23。

式中：SPL為空冷風(fēng)機聲壓級噪聲，dB；A為常數(shù)值，dB，鼓風(fēng)式為35.8，引風(fēng)式為32.8；N為軸功率，kW。

在不同的空氣條件下，平均聲壓級與聲功率級的關(guān)系式如下：

式中：x為測量儀器與聲源的距離，m；Δ為與空氣條件有關(guān)的修正量，標(biāo)準(zhǔn)空氣條件下，Δ=0。

就氣動性能參數(shù)而言，從式（1）、（2）中可以看到，靜壓和流量增加，噪聲增大，反之亦然；從式（3）中可以看出，軸功率增加，噪聲增大，反之亦然，由此可得出結(jié)論：在滿足壓力流量的前提下，選用高效風(fēng)機對降低噪聲是有利的；減小葉尖速度可以使風(fēng)機在運行中的噪聲大大降低。式（1）和式（3）表明增大直徑能夠降低噪聲，但直徑增大，成本和空間尺寸也隨之增加，當(dāng)轉(zhuǎn)速已定時，增大直徑反而使葉尖速度增加，噪聲增大。可見，必須確保直徑和轉(zhuǎn)速的最佳匹配，才能滿足風(fēng)量、壓力的使用要求，降低噪聲。從式（2）中看出，噪聲與葉片寬度的0.6次方有關(guān)，與葉片數(shù)的一次方有關(guān)，在風(fēng)機轉(zhuǎn)速與直徑一定的情況下，采用葉片數(shù)較少的寬葉片比葉片數(shù)較多的窄葉片降低噪聲更為有利。

空冷風(fēng)機聲壓級噪聲的實際值與期望值的關(guān)系為：

式中，SPLe為空冷風(fēng)機聲壓級噪聲的期望值，SPLs為空冷風(fēng)機聲壓級噪聲的實際值，ne為期望轉(zhuǎn)速，ns為實際轉(zhuǎn)速。

計算步驟如圖1所示。

3 噪聲治理舉例

已知空冷塔風(fēng)機，D=2.4 m，葉片數(shù) Z＝4，L=0.96 m，Cm=0.26 m，ns=350r/min，Φ=18°，Q=76000 m3/h，Ps=101.9 Pa，SPL=80dB。

治理要求：期望值SPLe=73dB時，求ne、Ze為多少？

圖1 計算步驟

計算結(jié)果：

1）由式（5），代入 SPLs=80dB，ns=350 r/min 后，得出ne=252 r/min，取作 252 r/min；

2）由Ze=1.1Z（ns/ne）2，Z=4，ns=350 r/min，ne=252 r/min，得出Ze=8；

3）由式（2），PWL=56lg（3.14×350×2.4/60）+10lg（101.9×0.96×0.260.6×8）-15.23=91.84+26.18-15.23=102.79；

4）由式（4），取 x=5.9 m，Δ=0得預(yù)測值為

5）SPLs-SPLe=76.38-73=3.38dB。

由此可見預(yù)測值比期望值高出3.38dB。

4 結(jié)語

本文分析總結(jié)了用于降低風(fēng)機運轉(zhuǎn)時噪聲的工程方法，以及計算風(fēng)機噪聲的步驟，在不改變風(fēng)機直徑的情況下，可通過降低轉(zhuǎn)速、盡量減少風(fēng)機葉片數(shù)、調(diào)整葉片安裝角等方法，通過舉例計算風(fēng)機實際與期望噪聲的差距，進而合理有效地治理噪聲。

［1］WALLS R A.Axial Flow Fans and Ducts［M］.John Wiley＆ Sons，1983.

［2］吳秉禮.軸流通風(fēng)機氣動噪聲預(yù)測與治理［J］.流體機械，1998（4）：31-35.