風(fēng)力機(jī)近尾跡輻射噪聲NAH測(cè)量

侯 熠

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院 內(nèi)蒙古呼和浩特 010051)

風(fēng)力機(jī)近尾跡輻射噪聲NAH測(cè)量

侯 熠

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院 內(nèi)蒙古呼和浩特 010051)

風(fēng)電機(jī)組的主要噪聲集中體現(xiàn)在葉片的氣動(dòng)噪聲上，機(jī)艙的機(jī)械噪聲己經(jīng)得到了很好的控制。而目前對(duì)福射噪聲傳播機(jī)理不明確，其中一個(gè)重要的方法就是直接對(duì)噪聲進(jìn)行采集分析。此次試驗(yàn)是在直流式風(fēng)洞中進(jìn)行對(duì)旋轉(zhuǎn)風(fēng)力機(jī)近尾跡的輻射噪聲定位測(cè)試研究，測(cè)量了不同風(fēng)速不同尖速比的輻射噪聲，建立了聲壓級(jí)與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明隨著風(fēng)速增大葉片旋轉(zhuǎn)基頻增大，對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)增大；試驗(yàn)工況不同，聲源位置在葉片不發(fā)生變化在葉片的0.72處且不發(fā)生改變。試驗(yàn)通過現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集分析近尾跡輻射設(shè)噪聲，對(duì)噪聲控制分析具有一定的價(jià)值意義。

氣動(dòng)噪聲 近尾跡 旋轉(zhuǎn)葉片 尖速比 聲壓級(jí)

引言

隨著新能源的提倡發(fā)展，越來越多的人關(guān)注可再生能源的應(yīng)用。即使在發(fā)達(dá)國(guó)家，風(fēng)能作為一種髙效清潔的新能源也日益受到重視。風(fēng)力機(jī)的使用給偏遠(yuǎn)地區(qū)帶來許多方便，同時(shí)也能緩解因?yàn)榛鹆Πl(fā)電帶來的資源浪費(fèi)。但風(fēng)電機(jī)組的噪聲影響也日益增大，給附近居民和生態(tài)環(huán)境帶來了不便。所以針對(duì)風(fēng)力機(jī)的降噪處理逐漸成為了人們關(guān)心的熱點(diǎn)，確定旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的噪聲源位置能對(duì)設(shè)計(jì)改進(jìn)葉片及降噪起到一定指導(dǎo)意義。[1]

風(fēng)力機(jī)噪聲研究過程歷經(jīng)多年的發(fā)展，特別是近年來的迅速發(fā)展，已在模擬計(jì)算和試驗(yàn)測(cè)試等方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但這些研究成果與人們的預(yù)期仍存在一定的距離。結(jié)合目前測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，對(duì)風(fēng)力機(jī)輻射噪聲指向性、頻帶分布、能量以及傳播規(guī)律等研究仍有待深入。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)逐漸增強(qiáng)，對(duì)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)噪聲的研究變得越來越重要，而且，為設(shè)計(jì)低噪風(fēng)力機(jī)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和技術(shù)支持也亟待發(fā)展建立。[2]

一、試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)用到的設(shè)備是丹麥B&K公司的聲陣列(直徑為0.78m，頻率范圍(10～20000Hz)滿足測(cè)試需求，且配合60個(gè)傳聲器采集數(shù)據(jù))及B&K公司數(shù)據(jù)采集前端及 LAN-XI 機(jī)箱前端；試驗(yàn)用的風(fēng)洞為內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)風(fēng)能太陽能利用技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

圖1 數(shù)據(jù)采集前端及LAN-XI機(jī)箱前端

試驗(yàn)按照GB/T 6882-2008《聲學(xué)聲壓法測(cè)定噪聲源功率級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)，在風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)平面下游進(jìn)行位置點(diǎn)三維區(qū)域劃分，以風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面為準(zhǔn)，聲陣列布置在后面20cm位置處測(cè)試。實(shí)驗(yàn)開始先利用熱敏風(fēng)速儀標(biāo)定風(fēng)速，待風(fēng)速穩(wěn)定進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集。由于實(shí)驗(yàn)過程中傳聲器接受所有的聲音，為了提高聲音采樣測(cè)量精度，克服環(huán)境因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，因此測(cè)量下應(yīng)避免由于環(huán)境等因素的干擾，獲得可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)，首先對(duì)背景噪聲進(jìn)行測(cè)量；本次試驗(yàn)工況為風(fēng)速為6-7m/s，尖速比為4.5，5；試驗(yàn)中對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)多次采集，每次采集時(shí)間為1s，目的是為了減小試驗(yàn)中產(chǎn)生的誤差。[3]

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

以風(fēng)速為7m/s尖速比分別為4.5和5為例，待風(fēng)速穩(wěn)定后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集后數(shù)據(jù)分析如圖2：

由圖可以清楚看出，噪聲源的位置并沒有隨風(fēng)速與尖速比改變而改變，即葉片的0.72處為最大的噪聲源點(diǎn)。[4]

此外試驗(yàn)過程中的風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻以及對(duì)應(yīng)聲壓級(jí)和頻率變化如表1所示：

圖2 v=7m/s λ=4.5、5以及6m/sλ=4.5

?

試驗(yàn)結(jié)果說明隨著風(fēng)速增大，聲壓級(jí)是逐漸增大的，旋轉(zhuǎn)基頻也同樣是逐漸增大的；相同風(fēng)速下尖速比增大，對(duì)應(yīng)的葉片旋轉(zhuǎn)基頻與聲壓級(jí)是增大的。

結(jié)語

通過試驗(yàn)的方法對(duì)運(yùn)行中的風(fēng)力機(jī)進(jìn)行近尾跡輻射噪聲的聲源定位測(cè)量，我們可以得出以下結(jié)論：

1.排除環(huán)境噪聲后發(fā)現(xiàn)，風(fēng)力機(jī)近尾跡輻射噪聲主要由葉片旋轉(zhuǎn)基頻及其諧波構(gòu)成的離散噪聲組成，且該離散噪聲中由葉片離散的旋轉(zhuǎn)噪聲為主導(dǎo)噪聲。聲源位置是該葉片0.72處，且不隨工況改變發(fā)生位置改變。[5]

2.風(fēng)力機(jī)近尾跡輻射噪聲主要以低頻噪聲為主且能量隨頻率成衰減趨勢(shì)，隨著風(fēng)速尖速比增大聲壓級(jí)也成增大趨勢(shì)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)基頻增大。

3.從試驗(yàn)角度分析噪聲源位置，有利于針對(duì)該位置范圍作降噪設(shè)計(jì)，同時(shí)氣動(dòng)噪聲的測(cè)量也是衡量葉片好壞的重要的參數(shù)之一，為開展對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)近尾跡聲場(chǎng)研究工作積累了經(jīng)驗(yàn)。

[1]Catherine D.de Groot- Hedlin.Atmospheric Varia-bility and Infrasound Monitoring[M].USA： Springer，010： 470-502.

[2]Chong T P，Joseph P E，Gruber M.Airfoil self-noise reduction by non-flat plate type trailing edge serrations[J].Applied Acoustics，2013，74( 4) ： 607-613.

[3]司海青，同光.風(fēng)力機(jī)噪聲的預(yù)測(cè)方法研究[J].空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào)，2011，9(6)：801—804.

[4]汪建文，楊，志鷹，雪青等.小型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪葉尖近尾跡區(qū)域噪聲輻射測(cè)試與分析[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2010，2(1)：27-31.

[5]吳九匯.噪聲分析與控制[M].中國(guó)：西安交通大學(xué)出版社,2011.16-17.

[6]汪建文，代元軍，趙宏宇等.葉尖小翼對(duì) S 參考翼型風(fēng)力機(jī)葉尖尾跡區(qū)域噪聲影響的實(shí)驗(yàn)研究[A].中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)會(huì)議論文[C].2012.