高速風(fēng)機在新能源清掃車上的應(yīng)用研究

中圖分類號： u469.7 收稿日期：2025-04-15 DOI： 10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.06.016

Abstract：Newenergyswepershavetheadvantagesofzerochassis emissionsandlownoise.However，thecentrifugal faninstalledonthemhasbeencomplaiedaboutforcausingnoisedisturbancetoresidentsduetotheoudworkingnoiseandthearlyoingoperationofteseeper.Developasmallsizedigspdfnforthispurpose，whileesuringoperatioalperformace，byptimizingthedesignoftheimpelerandvolute，adingimpedancecompositemuflerstotheintakeandexhaustpipes，ndenclosingthe fanandmotorwithsoundprofcomparments，tcanreduceosebyabout8＼～1decibels，chievinglw-oseoperationofthelean ing vehicle.

Keywords：Centrifugal fan;Highspeed fan;Noise;Silencer;Soundproofcompartment;Noisereduction

1前言

目前，清掃車是城市保潔一道亮麗的風(fēng)景，它的工作原理是利用發(fā)動機或者電機等動力源驅(qū)動離心風(fēng)機，風(fēng)機產(chǎn)生的負壓，將地面的垃圾通過吸嘴和吸管收集到垃圾箱內(nèi)部，從而將城市的道路垃圾清掃干凈。新能源清掃車具有零排放，底盤噪聲低等優(yōu)點。

目前存在如下問題：現(xiàn)有清掃車上裝大都匹配高壓大流量離心風(fēng)機，導(dǎo)致上裝的噪聲還是較大，特別是在清晨作業(yè)的時候，噪聲特別明顯，在一些城市甚至還導(dǎo)致市民投訴噪聲擾民，影響市民休息[1]。而這種大流量離心風(fēng)機由于外形尺寸較大，同時清掃車上裝空間有限，目前清掃車廠家僅在風(fēng)機排氣處做消音處理，無法有效地做消音措施。

2噪聲分析

下面將分析噪聲的來源，力圖找到解決方案，實現(xiàn)清掃車的低噪作業(yè)。

當前新能源的清掃車風(fēng)機布置如圖1所示，為了保證作業(yè)效果，大都采用大流量高壓力離心風(fēng)機，其轉(zhuǎn)速在 2 000～2 900r/min 之間，以 18t 純電清掃車為例，其主要噪聲來源是風(fēng)機噪聲。

為保證清掃潔凈率，其某型號離心風(fēng)機在 2600r/min 下的風(fēng)壓為 8000Pa 左右，風(fēng)量為 11000m³/h 左右，純電清掃車的作業(yè)噪聲達到了 80dB （A）左右，并且道路清掃車由于大都在城市的凌晨 5：00-7：00 作業(yè)，存在噪聲擾民的問題。

2.1噪聲類型

下面對風(fēng)機噪聲類型與頻率分布進行解析。

a.機械噪聲。

該噪聲主要由機械部件振動、摩擦或撞擊引發(fā)，例如由于葉輪不平衡、軸承磨損、零件松動或振動等中 lt;1000Hz ，也包括驅(qū)動電機振動等（ lt;300Hz ）。

b.氣動噪聲。

旋轉(zhuǎn)噪聲：由葉片周期性切割氣流產(chǎn)生，頻率與轉(zhuǎn)速和葉片數(shù)相關(guān)，葉輪壓力脈動產(chǎn)生低頻噪聲（50＼～300Hz ）。

渦流噪聲：由流體中渦旋（漩渦）的形成、分裂或脫離引發(fā)，例如氣流與葉片表面分離產(chǎn)生的周期性渦旋，導(dǎo)致高頻噪聲 Γgt;1000Hz 。

c.流體動力噪聲。

氣體在狹窄通道（如風(fēng)道、管道）內(nèi)因流速突變或邊界層分離產(chǎn)生湍流，引發(fā)中低頻噪聲，例如管道彎頭處的高速氣流沖擊。中頻典型場景：管道氣流沖擊（500～1000Hz 。

離心風(fēng)機各種頻率噪聲種類見表1所示。

2.2降噪優(yōu)先級建議

通過針對性區(qū)分噪聲頻段與類型，可更高效制定降噪方案。a.低頻噪聲（ $＼mathopen { } ＼mathclose ＼bgroup lt; 5 0 0 ＼mathrm { ～ H z } ＼mathclose ＼bgroup ＼$ ：優(yōu)先采用減振措施（如橡膠墊）和阻抗復(fù)合消聲器（消音器 + 橡膠墊）。b.中高頻噪聲（ gt;500Hz， ）：選用隔音罩、優(yōu)化流體通道設(shè)計（風(fēng)機葉輪優(yōu)化、蝸殼結(jié)構(gòu)優(yōu)化等）。

2.3綜合降噪方案對比

離心風(fēng)機各種頻率噪聲的解決方法如表2所示。

從表2可以看出，阻抗復(fù)合消音器對低頻效果好，隔音罩對中高頻效果較好，但是由于風(fēng)機外形尺寸較大，清掃車空間有限，無法實現(xiàn)有效操作。為了解決噪

聲問題，通過減小風(fēng)機葉輪及外形尺寸，提高風(fēng)機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)同樣的風(fēng)壓和風(fēng)量，這就是高速風(fēng)機的由來。

2.4實施策略

為此開發(fā)一種小尺寸風(fēng)機，通過提高轉(zhuǎn)速達到傳統(tǒng)大尺寸離心風(fēng)機的性能，同時對高速風(fēng)機及清掃車設(shè)計的優(yōu)化實現(xiàn)降低噪聲的目的。風(fēng)機一般都固定在副車架或者垃圾箱上，風(fēng)機的轉(zhuǎn)速大都超過 2000r/min ，為了保證路面的清掃效果，傳統(tǒng)風(fēng)機的外形尺寸都隨著車型噸位的增大而增加。以18t清掃車為例，風(fēng)機葉輪直徑大都在 700～800mm 之間，風(fēng)機外形尺寸超過 1.2m 以上。非常占用上裝的空間，并且也比較難實現(xiàn)風(fēng)機的降噪。

a.在風(fēng)機進風(fēng)口和出風(fēng)口都安裝阻抗復(fù)合消聲器，快速降低低、中頻段噪聲。b.改造葉輪與加裝隔音罩，針對性削減中、高頻噪聲。最終通過多技術(shù)協(xié)同，可系統(tǒng)控制離心風(fēng)機寬頻噪聲，實現(xiàn)整體降噪8dB（A）以上目標。

3解決思路

所以開發(fā)一種外形尺寸較為小巧的風(fēng)機，但是風(fēng)機的性能能夠滿足當前清掃車的作業(yè)性能。如何實現(xiàn)小風(fēng)機達到大風(fēng)機的風(fēng)壓風(fēng)量，答案是通過提高風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，達到現(xiàn)有轉(zhuǎn)速的2＼～3倍，可以實現(xiàn)與大風(fēng)機一樣的性能。同時為了降低高速風(fēng)機產(chǎn)生的噪聲，由于高速風(fēng)機空間尺寸小了很多，便于采用多種降噪措施。

原離心風(fēng)機葉輪和高速風(fēng)機葉輪分別如圖2和圖3所示。傳統(tǒng)離心風(fēng)機葉片為等截面圓弧形；高速風(fēng)機葉片為機翼變截面型圓弧型，有更好的氣動性能，風(fēng)機效率更高，同時噪聲更低。不銹鋼葉輪模具制作，一致性較好，具有強度更高、耐腐蝕性能好，使用壽命長等優(yōu)點。

由圖4可以看出，高速風(fēng)機比傳統(tǒng)風(fēng)機外形尺寸縮小了近 50% 。這樣在布置隔音倉和消音器等方面有了明顯的空間尺寸優(yōu)勢。同時高速風(fēng)機采用鋁合金蝸殼，比較傳統(tǒng)焊接蝸殼，具有重量更輕，殼體內(nèi)部無焊接直角，到采用大圓弧過渡，所以具有氣動流動更順暢、氣動噪聲更低的優(yōu)點。

如圖5所示，在總布置方面，高速風(fēng)機可以布置風(fēng)機的隔音倉、進風(fēng)阻抗復(fù)合消音器和排風(fēng)阻抗復(fù)合消音器。同時風(fēng)機蝸殼采用鋁合金材料鑄造，為圓弧形狀的內(nèi)腔，氣流更順暢，能有效減小氣流與蝸殼碰撞產(chǎn)生的噪聲，并且風(fēng)機采用機翼變截面圓弧型葉片，有更好的氣動性能。

綜合以上措施，如圖6和圖7所示，經(jīng)過樣車的實車性能測試，在保證潔凈率的前提下，可以使整車噪聲比原新能源清掃風(fēng)機降低8＼～10dB（A），具有較好的低噪聲效果，解決了凌晨作業(yè)噪聲擾民的難題，并且在 20～25km/h 快速洗掃作業(yè)等方面比原離心風(fēng)機更有優(yōu)勢。

4結(jié)語

對高速風(fēng)機在新能源清掃車上的應(yīng)用進行了研究，可得出高速風(fēng)機具有如下優(yōu)點：

a.降低噪聲：解決困擾清掃車20多年的噪聲擾民問題。b.多功能：實現(xiàn)一款風(fēng)機可以替代清掃車5-6-7等全系列風(fēng)機。c.輕量化：普通風(fēng)機的重量為300多 kg ，而高速風(fēng)機重量為80多 kg ，約占普通風(fēng)機的1/4，降低了上裝的重量。d.結(jié)構(gòu)緊湊：風(fēng)機外形尺寸小巧，可以節(jié)省上裝有效的布置空間。同時，高速風(fēng)機也具有如下缺點：a.轉(zhuǎn)速過高：對動平衡要求高、清掃車作業(yè)環(huán)境惡劣，會有大量粉塵和水汽進入風(fēng)機內(nèi)部，會對葉輪造成磨損和腐蝕，破壞風(fēng)機動平衡。b.成本高：鋁合金外殼、不銹鋼葉輪、隔音倉、阻抗復(fù)合消音器等都會增加整車成本。

綜上分析，目前高速風(fēng)機在清掃車上使用的年限較短，可靠性還需要市場充分時間驗證。當然如果能夠解決高速風(fēng)機的使用壽命問題，這無疑也是清掃車風(fēng)機的一次革命。

參考文獻：

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作者簡介：

劉洋，男，1975年生，高級工程師，研究方向為環(huán)衛(wèi)車整體開發(fā)設(shè)計。