風機噪聲產生的機理及減振降噪的原理和方案

2017-07-03 by:CAE仿真在線來源:互聯網

來源:聲博士官網

風機是一種量大面廣的通用機械設備,在化工、石油、冶金、礦山、機械等工業部門以及某些民用部門得到廣泛應用,風機在運轉中產生的噪聲常常成為影響工人健康和干擾環境安靜的禍源,嚴重干擾人們的正常工作和休息,以至成為公害。而風機離散噪聲(旋轉噪聲)與葉輪的旋轉有關。特別在高速、低負荷情況下,這種噪聲尤為突出。

風機噪聲產生的機理

離散噪聲是由于葉片周圍不對稱結構與葉片口設計試驗旋轉所形成的周向不均勻流場相互作用而產生的噪聲,一般認為有以下幾種:

進風口前由于前導葉或金屬網罩存在而產生的進氣干涉噪聲
葉片在不光滑或不對稱機殼中產生的旋轉頻率噪聲
離心出風口由于蝸舌的存在或軸流式風機后導葉的存在而產生的出口干涉噪聲,離散噪聲具有離散的頻譜特性,基頻( i=1時對應的頻率)噪聲最強,高次諧波依此遞減。

風機渦流噪聲:是由氣流流動時的各種分離渦流產生的,一般認為有4種成因:

當具有一定的來流紊流度的氣流流向葉片時產生的來流紊流噪聲
氣流流經葉片表面由于脈動的紊流附面層產生的紊流邊界層噪聲
由于葉片表面紊流附面層在葉片尾緣脫落產生的脫體旋渦噪聲
軸流通風機由于凹面壓力大于凸面而在葉片頂端產生的由凹面流向凸面的二次流被主氣流帶走形成的頂渦流噪聲。

風機減振降噪原理

風機葉片穿孔法降低風機渦流噪聲為了降低風機渦流噪聲,通常可以採用工作輪葉片穿孔法,因為葉片出口處經常出現渦流分離,而採用葉片穿孔方法可以使部分氣流自葉片高壓面流向葉片低壓面,可以促使葉片分離點向流動下方移動,其機理等同于附面層吹風。這樣降低了葉片出口截面的分離區,分離區渦流強度和尺寸減少,噪聲也隨之減少。但是大的穿孔系數會使壓差降低過快,達不到要求的能量頭,因此葉片穿孔法關鍵是穿孔排數、穿孔面積、穿孔系數、穿孔直徑和穿孔偏角的設計,具體降噪方法如下:

1. 增強葉柵的氣動力栽荷, 降低圓周速度

對于風機採用強前向葉片,且多葉片葉輪有利于增大葉柵的氣動力載荷,在得到同樣風量風壓情況下,葉輪葉片外圓上圓周速度可使風機噪聲明顯降低。

2. 合理的蝸舌間隙和蝸舌半徑風機降噪減振

當氣流與葉片做相對運動時, 葉片后緣的氣流尾跡中速度及壓力均小于主流區,使葉柵后的氣流速度與壓力分佈皆不均勻,這種不均勻的氣流在旋轉, 由于在動葉的氣流出口有蝸舌存在, 則這種非穩定流動與蝸舌相互作用將產生噪聲, 距離噪聲愈近噪聲愈烈,通常適當取較大的風舌前端半徑可以降低離心風機的旋轉噪聲與渦流噪聲。

3. 蝸舌傾斜

風機葉輪葉柵氣流的周期性脈動速度所產生的周期性脈動氣動力也使蝸舌相互作用產生旋轉噪聲,此噪聲大小與脈動氣動力的劇烈程度及渦舌的迎風面積有關,把蝸舌做成傾斜式,則同相位的脈動氣動力的作用面積小了,輻射的噪聲也就減小了。

4. 葉輪入(出)口處加紊流化裝置風機降噪減振

在風機葉輪葉片的入口或出口處加紊流化裝置(金屬網)可以使葉片背面的層流附面層立即轉換成紊流附面層, 推遲葉片背面附面層的分離,甚至不分離, 葉片后緣裝上網,網后的氣流速度與壓力梯度能迅速變均勻,若網在渦區中則可將渦區大大縮小,可進一步減噪.

5. 在動葉進出氣邊上設鋸齒形結構風機降噪減振

在動葉進出氣邊上設鋸齒形結構可使葉片上氣流層流附面層較早地轉化為紊流,從而避免層流附面層中的不穩定波導致渦流分離,使渦流分離,噪聲降低。

6. 在蝸舌處設置聲學共振器

蝸舌處設置聲學共振器,當聲波傳到共振器時,小孔孔徑和空腔中的氣體存聲波作用下來回運動,這運動的氣體具有一定的質量,它抗拒由于聲波作用而引起的運動,同時聲波進入小孔孔徑時,由于頸壁的摩擦和阻尼,使相當一部分聲能因熱耗而損失掉。另外充滿氣體的空腔具有阻礙來自小孔的壓力變化的特性,由于這些因素的共同作用,當氣體通過共振器時,噪聲得到了降低。

風機減振降噪方案

風機葉輪、風機軸、皮帶輪及聯軸器等旋轉零部件須進行嚴格的靜平衡和動平衡校正,合格后才能組裝成臺。淮予出廠,同時還應合理選用電機冷卻風扇葉片與導風圈之間的間隙等,有效降低電機冷卻風扇葉片的旋轉噪聲。
定期檢查風機各零部件的聯接螺栓及地腳螺栓是否鬆動,軸承是否異常磨損或潤滑不良。傳動帶是否張緊等。若發現情況異常時,應立即停車排除。
安裝時,風機與鋼筋混凝土基礎之間應墊橡膠、軟木板或毛氈板等軟質材料。使離心風機傳遞給鋼筋混凝土基礎的振動得到最大限度減弱或消除。
在風機的進風口和排風口處安裝一段橡膠軟管,可將離心風機傳遞給風管的振動在橡膠軟管處得到最大限度減弱或消除
合理選用電機冷卻風扇葉片的形狀及直徑等參數。有效降低電機冷卻風扇的渦流噪聲。
風機進風口及排風口處安裝消聲器消聲器是利用多孔吸聲材料來吸收聲能的,當聲波通過襯貼多孔吸聲材料的進風口及排風口處時。聲波將激發多孔吸聲材料中的無數小孔中的空氣分子產生劇烈地運動、其中大部分聲能用于克服摩擦阻力和粘滯阻力并轉變成熱能而消耗掉.從而降低離心風機所產生的空氣動力噪聲。實踐表明。在離心風機的進風口及排風口處安裝消聲器.通常能降低進風口及排風口處產生的空氣動力噪聲約20~30分貝(A)。
因離心風機的葉輪葉片排風口的尺寸通常大于前盤處進風口的尺寸,所以氣流在風機中流動時,將在進風口
圓弧段部位處形成許多渦流。渦流將與風機蝸殼及進風口零部件產生多次頻繁地碰撞而形成空氣動力噪聲。可在風機進風口處位于風機蝸殼內部的外圍處設計製作即增設整流圈及擋板,就能有效地防止氣流在風機進風口處形成渦流,從而降低離心風機所產生的空氣動力噪聲。
風機葉輪葉片設計製作成后掠式扭曲葉片,即該風機葉輪葉片在排風口處適度向前傾斜,而在進風口處又適度向后傾斜,就可以避免氣體流道急劇變化。阻止氣體產生渦流.從而減少離心風機所產生的空氣動力噪聲。