淺談?shì)S流風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)異音的成因及解決方式

李敬妙

淺談?shì)S流風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)異音的成因及解決方式

李敬妙

（石家莊通業(yè)電氣制造有限公司，河北 石家莊 050035）

軸流風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)中，它的電機(jī)與葉輪通常采用直連式，安裝簡(jiǎn)便，能為空調(diào)冷凝器帶來(lái)較好的散熱效果。但有時(shí)軸流風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)存在異音，給人們帶來(lái)不良的聽覺(jué)效果。究其原因可以歸納為四個(gè)方面，即葉輪與電機(jī)起動(dòng)特性匹配不當(dāng)，會(huì)在風(fēng)機(jī)起動(dòng)瞬間存在起動(dòng)異音；機(jī)械方面的原因，風(fēng)機(jī)部件中動(dòng)、靜部件干涉導(dǎo)致的異音；葉輪本身存在不完善的因素，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，介質(zhì)流動(dòng)不均衡導(dǎo)致異音；風(fēng)機(jī)與電機(jī)部件產(chǎn)生共振，致使風(fēng)機(jī)通電時(shí)有異音的存在。重點(diǎn)對(duì)軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)異音的成因及解決方式進(jìn)行了探討。

軸流風(fēng)機(jī)；運(yùn)轉(zhuǎn)異音；成因；解決方式

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生異音，要準(zhǔn)確分析其成因，根據(jù)其原因采取相應(yīng)的策略，如在轉(zhuǎn)矩匹配、協(xié)調(diào)動(dòng)靜部件和采用不同振動(dòng)頻率等方面，進(jìn)而減少異音的產(chǎn)生。

1 軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)異音的成因

1.1 軸流風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩變化與電機(jī)轉(zhuǎn)矩變化匹配不當(dāng)

軸流風(fēng)機(jī)的起動(dòng)是指通入電源從轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)瞬間到風(fēng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的全過(guò)程，選用的電機(jī)應(yīng)有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于由于風(fēng)機(jī)葉輪重量引起的阻轉(zhuǎn)矩、風(fēng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩及與風(fēng)機(jī)葉輪偏心引起的偏心力矩之和（其中偏心力矩很小可以忽略不計(jì)，風(fēng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的增加逐漸增大）。由于三相異步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中會(huì)存在最小轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電機(jī)的最小轉(zhuǎn)矩不能足夠滿足風(fēng)機(jī)葉輪隨著轉(zhuǎn)速升高對(duì)轉(zhuǎn)矩的需求時(shí)，風(fēng)機(jī)將在該轉(zhuǎn)速運(yùn)行點(diǎn)出現(xiàn)負(fù)重過(guò)大的情況而發(fā)出異常聲音。

1.2 風(fēng)機(jī)動(dòng)靜部件相互干涉

在風(fēng)機(jī)內(nèi)部，轉(zhuǎn)動(dòng)部件為葉輪，葉輪由葉片與軸轂組成。靜止部件通常指導(dǎo)風(fēng)筒，當(dāng)葉輪按一定速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，若葉片頂端與導(dǎo)風(fēng)筒出口處的間隙較小或?qū)эL(fēng)筒圓柱度超差或葉輪輪轂安裝時(shí)偏心，都會(huì)使風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，葉片頂端與導(dǎo)風(fēng)筒干涉并發(fā)出異響。

1.3 軸流風(fēng)機(jī)內(nèi)部存在不穩(wěn)定流動(dòng)

1.3.1 軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)口入流不均勻

一般來(lái)說(shuō)，在軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)口入流時(shí)應(yīng)當(dāng)是均勻的，這樣才能使風(fēng)力更為平均地散發(fā)出去，從而讓軸流風(fēng)機(jī)能夠良好地進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。但在實(shí)際運(yùn)行中，部分軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)口形狀并不對(duì)稱，再加上進(jìn)口入流會(huì)受到干擾，軸流風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)口處流動(dòng)一般難以趨于平衡[1]。當(dāng)進(jìn)口入流不均勻，在軸流風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)葉片就會(huì)受到影響，從而導(dǎo)致起動(dòng)異音的出現(xiàn)。

1.3.2 軸流風(fēng)機(jī)吸力面發(fā)生流動(dòng)分離

軸流風(fēng)機(jī)在起動(dòng)的時(shí)候，軸向速度相對(duì)來(lái)說(shuō)較小，使葉片進(jìn)口入流的沖角變得相對(duì)較大，整個(gè)軸流風(fēng)機(jī)吸力面就會(huì)發(fā)生流動(dòng)分離。整個(gè)軸流風(fēng)機(jī)內(nèi)部的流量分配不集中，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生異音。

1.3.3 葉片頂部產(chǎn)生泄漏渦團(tuán)

在軸流風(fēng)機(jī)中，葉片頂部是主要受力部分，當(dāng)流量來(lái)臨時(shí)，葉片頂部承擔(dān)著引導(dǎo)流量通過(guò)相應(yīng)間隙進(jìn)入整個(gè)軸流風(fēng)機(jī)的任務(wù)，一旦在間隙中發(fā)生泄漏，產(chǎn)生泄漏渦團(tuán)，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)使軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不流暢，從而產(chǎn)生異音。

1.3.4 葉片尾部產(chǎn)生流動(dòng)脫落的現(xiàn)象

葉片尾部在軸流風(fēng)機(jī)的起動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)中起到維持流量穩(wěn)定的作用，當(dāng)流量過(guò)大，超過(guò)軸流風(fēng)機(jī)的正常負(fù)荷時(shí)，葉片尾部所維持的流量就會(huì)變得不穩(wěn)定，繼而出現(xiàn)流動(dòng)脫落的現(xiàn)象。流動(dòng)脫落會(huì)產(chǎn)生一系列分離渦，使軸流風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)變得十分紊亂，紊亂的渦流不斷運(yùn)動(dòng)和發(fā)展，甚至被主流帶向軸流風(fēng)機(jī)的出口，造成軸流風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能下降，非正常渦流的出現(xiàn)同時(shí)伴隨著強(qiáng)烈的非正常壓力脈動(dòng)，從而誘發(fā)運(yùn)轉(zhuǎn)異音的產(chǎn)生。

1.3.5 葉輪流道產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速的現(xiàn)象

當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，流量數(shù)量呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，且這個(gè)趨勢(shì)達(dá)到峰值，在流量引導(dǎo)通道中會(huì)形成部分失速渦團(tuán)，它們自轉(zhuǎn)的方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，會(huì)阻礙主要流量的合理運(yùn)轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致流量通道不穩(wěn)定，整個(gè)葉輪流道就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速的現(xiàn)象[2]。當(dāng)此種現(xiàn)象發(fā)生后，部分流量通道會(huì)被阻塞，而其余的流量則會(huì)被驅(qū)趕至其余流量通道，整個(gè)軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需能量失衡，軸流風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能會(huì)大大降低，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)異音就會(huì)出現(xiàn)。

1.4 風(fēng)機(jī)與電機(jī)部件產(chǎn)生共振

引發(fā)共振的原因多種多樣，可能是因?yàn)闈L動(dòng)軸承裝配不良、軸承表面出現(xiàn)損壞而形成共振，也可能是風(fēng)機(jī)軸系的臨界轉(zhuǎn)速下降到與電機(jī)轉(zhuǎn)速相同，電機(jī)部件的頻率不能支撐風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生共振。當(dāng)風(fēng)機(jī)與電機(jī)部件產(chǎn)生共振時(shí)，風(fēng)機(jī)在通電時(shí)就會(huì)產(chǎn)生異音。

2 軸流風(fēng)機(jī)起動(dòng)異音的解決措施

2.1 電機(jī)起動(dòng)特性與葉輪合理匹配

風(fēng)機(jī)起動(dòng)是指電機(jī)接入電源從轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速的全過(guò)程，為保證電機(jī)有一定的過(guò)載和起動(dòng)加速能力，選用的電機(jī)應(yīng)具有一定的最大轉(zhuǎn)矩和足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通常電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩的2倍左右，可以帶動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪很快地起動(dòng)，以保證所選用的電機(jī)能提供足夠的轉(zhuǎn)矩以克服風(fēng)機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩，使風(fēng)機(jī)從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速，其中的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須克服的阻轉(zhuǎn)矩包括以下3個(gè)組成部分：風(fēng)機(jī)葉輪重量引起的阻轉(zhuǎn)矩、風(fēng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、葉輪偏心引起偏心力矩。其中與速度有關(guān)的偏心力矩足夠小通常可以忽略不計(jì)，風(fēng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而呈平方關(guān)系遞增。

由于三相異步電機(jī)的氣隙中存在基波以及一系列高次諧波的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其中這些諧波磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生一系列附加轉(zhuǎn)矩，它會(huì)使異步電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程出現(xiàn)最小轉(zhuǎn)矩，在電機(jī)的速度與轉(zhuǎn)矩曲線中存在現(xiàn)凹點(diǎn)，此時(shí)的最小轉(zhuǎn)矩小于電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

基于風(fēng)機(jī)負(fù)載起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)矩特性——風(fēng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而逐漸增加，電機(jī)僅具有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是不夠的，還應(yīng)保證電機(jī)的最小轉(zhuǎn)矩大于風(fēng)機(jī)在加速過(guò)程中的阻轉(zhuǎn)矩，由此可見提高電機(jī)的最小轉(zhuǎn)矩是解決由于起動(dòng)過(guò)程中因轉(zhuǎn)矩匹配不當(dāng)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)起動(dòng)異音的主要手段。

轉(zhuǎn)矩曲線上形成的凹點(diǎn)主要來(lái)自異步附加轉(zhuǎn)矩和同步附加轉(zhuǎn)矩，兩者都是由于定、轉(zhuǎn)子繞組在氣隙中建立的同極對(duì)數(shù)磁場(chǎng)相互作用所產(chǎn)生的。電機(jī)選用合適的槽配合、轉(zhuǎn)子扭斜等均是提高最小轉(zhuǎn)矩的有效手段。

通過(guò)上述方法改善了電機(jī)的起動(dòng)特性，在起動(dòng)過(guò)程避免由于轉(zhuǎn)矩不匹配帶來(lái)的起動(dòng)異音。

2.2 優(yōu)化風(fēng)機(jī)動(dòng)靜部件間隙

對(duì)于風(fēng)機(jī)動(dòng)靜部件相互干涉的問(wèn)題，由于葉片頂端與導(dǎo)風(fēng)筒的間隙對(duì)風(fēng)機(jī)情能的影響很大，可以根據(jù)風(fēng)機(jī)的加工工藝情況合理選擇葉片頂端與導(dǎo)風(fēng)筒的間隙、保證導(dǎo)風(fēng)筒的圓柱度及輪轂與電機(jī)軸的同軸度等方法，這樣能夠有效避免兩者之間相互干涉，進(jìn)而防止異音的產(chǎn)生。

2.3 對(duì)軸流風(fēng)機(jī)內(nèi)部不穩(wěn)定流動(dòng)問(wèn)題的解決措施

2.3.1 選擇合理的運(yùn)行工作點(diǎn)

要想保證軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定并且不出現(xiàn)異音，需根據(jù)風(fēng)機(jī)的性能曲線合理選擇風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)，為確保其處于穩(wěn)定的狀態(tài)，風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離喘振區(qū)域?？梢酝ㄟ^(guò)優(yōu)化風(fēng)機(jī)葉片的安裝角及葉處片形狀，避免風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)不進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)，避免風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)喘振異音。

2.3.2 采取葉型加彎方法改良軸流風(fēng)機(jī)葉片

由于葉片頂部容易產(chǎn)生泄漏渦團(tuán)，葉片尾部容易產(chǎn)生流動(dòng)脫落的現(xiàn)象，這些因素都會(huì)造成軸流風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生異音。因此對(duì)軸流風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行改良能從根本上抑制軸流風(fēng)機(jī)起動(dòng)異音的產(chǎn)生，目前國(guó)內(nèi)大多采用葉型加彎的方法進(jìn)行改良，從葉片的間距上進(jìn)行處理，采用不等間距葉片，使動(dòng)/靜葉片數(shù)互為質(zhì)數(shù)可以抑制風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)噪聲，進(jìn)而降低軸流風(fēng)機(jī)起動(dòng)異音的頻率；從葉片的材料上進(jìn)行處理，采用附加導(dǎo)葉，通過(guò)控制分離點(diǎn)位置，盡可能抑制附面層分離，降低葉尾尾跡寬度，從而有效抑制葉片尾緣渦流噪聲，進(jìn)而從根本上抑制軸流風(fēng)機(jī)起動(dòng)異音的出現(xiàn)；從葉片組合上進(jìn)行處理，采用葉片穿孔的組合方式來(lái)降低流量中的阻力系數(shù)，進(jìn)而減少甚至消除異音。

2.4 對(duì)風(fēng)機(jī)內(nèi)部振動(dòng)頻率進(jìn)行優(yōu)化

檢查風(fēng)機(jī)安裝是否出現(xiàn)問(wèn)題，重新進(jìn)行找平調(diào)整。校正葉輪的平衡精度。擰緊有關(guān)連接件，讓風(fēng)機(jī)支撐部件連接穩(wěn)固[3]。查找共振部件，改變部件的固有頻率，讓其臨界轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)出較大的差異，這樣才能夠避免共振現(xiàn)象的出現(xiàn)，進(jìn)而減少異音的產(chǎn)生。

3 結(jié)語(yǔ)

軸流風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)及日常生活中，當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)異音，要根據(jù)實(shí)際情況分析異音產(chǎn)生的原因，并對(duì)癥下藥，采取對(duì)應(yīng)的措施來(lái)處理這一現(xiàn)象，從而改善生活質(zhì)量并延長(zhǎng)軸流風(fēng)機(jī)的使用壽命。

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TD724

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.059

2095－6835（2019）17－0127－02

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕