吸聲蝸殼在離心風(fēng)機降噪中的應(yīng)用研究

周志勇，王宗娟，周朦佳，賈志彬

(1. 浙江億利達(dá)風(fēng)機股份有限公司，浙江 臺州 318056； 2. 上海瑞晨環(huán)?？萍加邢薰荆虾?200127)

0 引言

離心式風(fēng)機是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的通用輔助設(shè)備[1]，而風(fēng)機噪聲尤其大型風(fēng)機噪聲很大，嚴(yán)重影響人的身心健康，所以降低風(fēng)機噪聲有著重要的意義。由于蝸殼壁面是離心風(fēng)機主要的氣動噪聲源[2],蝸殼不消聲時，聲波在風(fēng)機蝸殼內(nèi)連續(xù)反射，形成一個混響聲場，聲壓級較高。采用消聲蝸殼后，被吸收的聲能多，被反射的聲能少，其聲場的聲壓級就會降低[3]。

對于離心風(fēng)機消聲蝸殼降噪效果的研究，國內(nèi)外很多學(xué)者都做了不少的研究工作。Bartenwerfer 等將蝸板外側(cè)消聲部分的外殼做成方形，里面填充消聲材料對離心風(fēng)機進(jìn)行降噪試驗研究，使改進(jìn)后的風(fēng)機A聲級降低了9～12dB(A)[4]。劉曉良等研究了消聲蝸殼消聲材料厚度、空腔厚度等對風(fēng)機降噪效果的影響，結(jié)果表明：適當(dāng)增加消聲材料厚度或空腔厚度可以提高消聲蝸殼的降噪效果[5]。到目前為止，對消聲蝸殼的研究基本都集中在周向蝸板上加裝消聲材料，對風(fēng)機側(cè)板加消聲材料的消聲蝸殼降噪效果研究得還比較少。

本文以某后向離心風(fēng)機為研究對象，對4種組合方式的消聲蝸殼進(jìn)行了試驗測量，研究了每一種組合的降噪效果及對風(fēng)機氣動性能的影響。

1 試驗裝置和試驗方法

1.1 風(fēng)機結(jié)構(gòu)參數(shù)

研究對象為一款高效離心式后向風(fēng)機，額定流量360m3/h,額定全壓400Pa。風(fēng)機主要幾何參數(shù)如表1。

表1 風(fēng)機幾何參數(shù)

續(xù)表1

圖1為本試驗風(fēng)機的結(jié)構(gòu)簡圖，在風(fēng)機蝸板和前后蓋板上可分別固定穿孔鋼板，穿孔板與蝸殼本體之間形成10 mm的空腔，空腔內(nèi)填充超細(xì)玻璃棉，形成消聲蝸殼。以此形成4種消聲蝸殼組合：A組合，周向蝸板有消聲層；B組合，蝸殼后蓋板有消聲層；C組合，周向蝸板和后蓋板有消聲層；D組合，周向蝸板和前蓋板有消聲層。選用的穿孔板采用板厚1 mm，孔徑6 mm，穿孔率約為22%。各種加裝吸聲結(jié)構(gòu)組合，風(fēng)機蝸殼內(nèi)部的通流結(jié)構(gòu)尺寸和原風(fēng)機一致。

圖1 風(fēng)機消聲結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 測試系統(tǒng)

試驗在符合ISO3745標(biāo)準(zhǔn)的半消聲室中進(jìn)行，其四周墻壁及屋頂均裝有消聲尖劈，消聲室截止頻率100 Hz，本底噪聲為26 dB(A)。試驗裝置和測試系統(tǒng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1236-2000《工業(yè)通風(fēng)機用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗》和GB/T2888-91《風(fēng)機和羅茨鼓風(fēng)機噪聲測量方法》的要求設(shè)計、制造、測試[6-7]。風(fēng)機進(jìn)氣口端連接符合GB/T 1236規(guī)定的風(fēng)機性能試驗進(jìn)氣試驗裝置。使用智能壓力風(fēng)速風(fēng)量儀測出PL3位置的靜壓和PL5處的流量壓差，然后再根據(jù)其他測量的數(shù)據(jù)算出風(fēng)機全壓和靜壓試驗裝置如圖2所示。

試驗采用進(jìn)口堵片方式調(diào)節(jié)流量，從大流量至小流量共選取8個工況點，分別測試每個工況點的風(fēng)機流量、壓力、功耗和噪聲。最后計算風(fēng)機標(biāo)況下流量、全壓、全壓效率、總A聲級。

1—90°弧進(jìn)口噴嘴；2—整流柵；3—錐形過渡段；4—離心風(fēng)機；5—電機；6—噪聲計圖2 離心通風(fēng)機試驗系統(tǒng)裝置

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 消聲蝸殼對風(fēng)機氣動性能的影響

原風(fēng)機與不同消聲組合試驗所得的氣動性能對比如圖3所示。試驗結(jié)果表明：由于穿孔板相對于光滑的鋁板有著較高的壁面摩擦阻力，導(dǎo)致加裝穿孔板后的風(fēng)機壓力和效率在整個測試工況范圍內(nèi)都有不同程度的降低。4種消聲組合方式的壓力損失并不相同，當(dāng)額定轉(zhuǎn)速為3 800r/min，在設(shè)計工況下，A組合改進(jìn)風(fēng)機全壓降低了約16.0Pa，效率下降了約1.28%；B組合改進(jìn)風(fēng)機全壓降低了約5.0Pa，效率下降了約0.9%；C組合改進(jìn)風(fēng)機全壓降低了約36.8Pa，效率下降了約3.18%；D組合改進(jìn)風(fēng)機全壓降低了約45.8Pa，效率下降了約3.28%。主要由于安裝穿孔板的面積不同，導(dǎo)致不同消聲組合方式的摩擦損失不同。B組合即只在風(fēng)機后蓋板上安裝穿孔板，風(fēng)機壓力損失最小。不同工況下，風(fēng)機壓力和效率損失也不相同，在設(shè)計工況及偏大流量工況下，風(fēng)機壓力和效率損失較大，效率也同步降低。主要原因是大流量工況下，蝸殼內(nèi)部氣流速度較高，氣流與穿孔板之間的摩擦損失增加。

圖3 原風(fēng)機與改進(jìn)風(fēng)機氣動性能對比

2.2 A型消聲蝸殼的降噪效果

圖4是消聲蝸殼為A組合形式時與原風(fēng)機的出口A聲級隨流量變化的對比圖。由圖4可以看出，不同工況下，A型消聲蝸殼的降噪效果不同，在額定工況點附近，降噪效果最好；在大流量工況下，降噪效果變差，這主要因為大流量情況下，蝸殼內(nèi)氣體流速較大，而氣體流速對吸聲材料的吸聲效果影響很大[8]；在小流量工況下，風(fēng)機流動惡化，風(fēng)機振動較大，導(dǎo)致振動噪聲很大以致降噪效果反而變差。與原風(fēng)機相比，在額定工況點A聲級降低約4.5 dB(A)，在大流量工況下，A聲級降低約3.6 dB(A)，在小流量工況下，A聲級降低約1.9 dB(A)。

圖5是原風(fēng)機和A型改進(jìn)風(fēng)機在高效點的噪聲頻譜圖。根據(jù)風(fēng)機參數(shù)，風(fēng)機旋轉(zhuǎn)噪聲基頻為760Hz，由頻譜圖可看出在500～800Hz之間的低頻噪聲并沒有降低，而1 250-2 000Hz之間吸聲材料的降噪效果非常好，噪聲下降明顯。主要原因就是選用的吸聲材料超細(xì)玻璃棉在高頻率下，吸聲系數(shù)較大，因此多孔吸聲材料其吸聲效果是高頻優(yōu)于低頻的[9]。

圖4 風(fēng)機A聲級對比

圖5 風(fēng)機噪聲頻譜對比圖

2.3 B型消聲蝸殼的降噪效果

圖6是消聲蝸殼為B組合形式時與原風(fēng)機的出口A聲級隨流量變化的對比圖。與原風(fēng)機相比，在額定工況點A聲級降低約7dB(A)，在大流量工況，A聲級降低約5.0dB(A)，在小流量工況下，A聲級降低約2.4dB(A)。

圖7是原風(fēng)機和B型改進(jìn)風(fēng)機在高效點的噪聲頻譜圖。在125～500Hz頻段之間，風(fēng)機A聲級有所增大，原因是后蓋板加上消聲材料后，葉輪軸向安裝長度加長引起低頻電機振動，噪聲增加。在中高頻段后蓋板加消聲材料的降噪效果很好，這種方式對于氣動噪聲及高頻振動等起到很好的吸收作用，尤其是整機包括電機的高頻振動噪聲過濾程度明顯。

圖6 風(fēng)機A聲級對比

圖7 風(fēng)機噪聲頻譜對比圖

2.4 C型消聲蝸殼的降噪效果

圖8是消聲蝸殼為C組合形式時與原風(fēng)機的出口A聲級隨流量變化的對比圖。與原風(fēng)機相比，在額定工況點總A聲級降低約7.2 dB(A)，在大流量工況，A聲級降低約5.5 dB(A)，在小流量工況，A聲級降低約3.5 dB(A)。圖9是原風(fēng)機和C型改進(jìn)風(fēng)機在高效點的噪聲頻譜圖。

圖8 風(fēng)機A聲級對比

圖9 風(fēng)機噪聲頻譜對比圖

2.5 D型消聲蝸殼的降噪效果

圖10是消聲蝸殼為D組合形式時與原風(fēng)機的出口A聲級隨流量變化的對比圖。與原風(fēng)機相比，在額定工況點，A聲級降低約5.14 dB(A)，在大流量工況，總A聲級降低約5.0 dB(A)，在小流量工況，A聲級降低約2.0 dB(A)。降噪效果稍微好于A型改進(jìn)風(fēng)機，但不明顯?？梢娗吧w板加裝消聲材料降噪效果并不好，主要原因由于進(jìn)口處有集流器，導(dǎo)致安裝消聲材料的面積相對于后蓋板小很多，吸聲效果不明顯。圖11是原風(fēng)機和D型改進(jìn)風(fēng)機在高效點的噪聲頻譜圖。

圖10 風(fēng)機A聲級對比

圖11 風(fēng)機噪聲頻譜對比圖

2.6 4種消聲方式的降噪效果比較

圖12是原風(fēng)機與4種消聲方式風(fēng)機的A聲級對比。從圖中可以看出，每一種方式都有著不錯的降噪效果，其中C型改進(jìn)風(fēng)機降噪效果最好，在額定工況點附近總A聲級能降低約7 dB(A)；B型改進(jìn)風(fēng)機降噪效果也比較理想，優(yōu)于A和D型改進(jìn)風(fēng)機；A型改進(jìn)風(fēng)機的消聲效果最差。出現(xiàn)上述情況的原因應(yīng)該是電機噪聲通過蝸殼會被放大，而沒有被吸聲材料有效吸收。但后蓋板加裝消聲材料，恰好吸收了電機的部分噪聲，因此后蓋板加裝吸聲材料降低風(fēng)機噪聲明顯。

圖12 風(fēng)機A聲級比較

3 結(jié)語

本文對吸聲蝸殼對風(fēng)機降噪效果進(jìn)行了研究，分別對單獨蝸板、后蓋板、蝸板與后蓋板、蝸板與前蓋板加裝消聲材料的4種方式進(jìn)行了試驗測量，在風(fēng)機全工況范圍內(nèi)，風(fēng)機噪聲都有不同程度的降低，其中蝸板加后蓋板組合的降噪效果最好。由于穿孔板摩擦損失較大，氣體流動阻力增加，導(dǎo)致風(fēng)機壓力和效率都有不同程度的降低。

通過試驗證明相對于周向蝸板加裝消聲材料，風(fēng)機后蓋板加裝消聲材料消聲效果明顯，且結(jié)構(gòu)簡單、制造方便風(fēng)機壓力損失最小。也證明了消聲蝸殼有很好的降噪效果，并且風(fēng)機蝸殼尺寸雖然有一定的增大，但相對于消聲器等其他降噪方法優(yōu)勢還是很明顯的。對風(fēng)機進(jìn)出口安裝條件有限制并且對噪聲有一定要求的離心風(fēng)機，吸聲蝸殼是較好的選擇。

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