离心风机气动噪声降噪技术探究

庄益娈,徐洪海,裘科名,张 璟,杨艺伟

(绍兴市上虞区产品质量监督检验所,浙江 绍兴 312300)

离心风机气动噪声降噪技术探究

庄益娈,徐洪海,裘科名,张 璟,杨艺伟

(绍兴市上虞区产品质量监督检验所,浙江 绍兴 312300)

当前,工业生产规模在不断扩大,噪声污染已经成为工业三大污染之一.风机是进行工业生产的重要设备,其自身产生的噪声问题受到社会各界及相关部门的重视.离心风机是风机的基本种类,也是进行降噪的重要设备.对离心风机气动噪声降噪技术进行了探析,通过理论性研究和分析离心风机的声场特性等,制订更多气动噪声降噪策略,旨在降低工业噪声污染.

离心风机;气动噪声;降噪技术;声场特性

离心风机是现代化工业生产的辅助设备,也是工业噪声污染的来源之一,所以目前对离心风机展开降噪技术探究,对于控制噪声排放具有现实意义.

1 理论计算方法分析

现阶段,离心风机噪声大多都是以气动噪声为主,实质上分为离散噪声和宽带噪声.

噪声产生的主要原因是,蜗壳与叶轮叶片之间相互作用,通过各个出气通道广泛传播.近些年,国内外都对离心风机的噪声防噪技术做了相应的研究,在声源传播和测试技术等方面都获得了相应的成绩,但是仍有许多需要进一步完善的地方[1].

1.1 点源模型

点源模型是风机的一项十分有用的技术,主要原理是此类模型所探究的高频率波长要大于实际物理尺寸.所以,为了更好地满足此项标准,对于发生频率噪声较大的叶片,需要在应用点源模型时,将其视为不同的独立声源,这样能够对风机叶片展长分布的独立声源总和进行判定.当前,有研究人员由噪声声场旋转点的特点模拟了声源特性,通过具体方程式对噪声运动传播进行分析.此类方程能够有效地适应不同叶片上的各个微量元素,通过微元素的积分来探求实际声场.但是,目前风机实际叶片不是垂直叶片,在模拟过程中有一定的难度,应用点源模型时会在精确度上造成相应的误差.此外,对点源模型自由声场进行探究时,需要综合考虑蜗壳的影响等.

1.2 蜗舌尖劈模拟

静止平板尾部紊流边界发射的理论计算方法已经得到初步认证,但是对叶轮机械降噪还需要进行全面改进.有相关研究人员认为还需要综合考虑叶片旋转对声音发射的综合影响,通过具体的实验材料验证各个叶片的实际参数,并通过关系式推导出旋转叶片的离心风机叶轮尾流边界发声公式,这就是无蜗壳假设环境下的计算公式.通过公式建立初期模型,能够计算出实际流场,这样就能通过方程计算来探究旋转叶片上实际所能承受的力,最后推导出点源声场来计算具体声压值.通过该模型进行风机噪声数值的探究,能够获取许多具有参考价值的计算值,有效地改变各个参数数据的准确性.

1.3 宽频噪声基础上的模拟

宽频噪声也被称为"涡流噪声",数值的变化起伏主要与实际对应流场相关,因此需要对涡流噪声进行定义分析.通过离心风机的边界条件能够探究出基础方程公式,通过对方程公式进行数量化分析,能够对流程形成的边界区和主流区进行探究,正确地分析其主要应用价值.有研究人员对离心风机宽频噪声建立了相应模型,通过不同理论探究总结噪声实际波动方程,然后再借助量纲分析及声学定律来探究相应的关系式;得出具体关系式之后,再通过不同的试验进行探索,综合分析声压密度与各个组成参数之间的关系.通过此类模型能够确定声压与各个数值的关系,从试验中探究风机降噪问题.

1.4 边界单元法计算

当前,边界单元法实际计算案例较多,形式不同但是根本目的都是相似的.大多研究人员都通过相应的积分方程计算蜗壳表面速度的实际分布及声压积分关系.通过计算传感器获取蜗壳外部的振动速度,然后计算蜗壳的声压及进口或是出口的声功率.这样在对进出口声压进行测量的过程中,会受到气流的综合影响,使得实际测得的数值受到较大程度的干扰,所以数据准确性受到一定影响.此外,蜗壳振动点不均匀,会受到时间变化和表面振动幅度的影响.在实际测量过程中,需要对大量点的振动速度进行测量,实际工作烦琐且可靠性较低,所以此类方法在一定程度上也具有一定的局限性.

2 试验研究方法探析

2.1 进出口管道实验

目前,由于缺乏实际理论数值,所以大多试验都是在理论定性的基础上展开的,主要是对带有消声器的进出口管理进行噪声测定试验,然后根据试验数据结果对频谱进行分析来断定噪声的传播路径.在具体试验过程中,需要综合考虑径向间隙、蜗壳扩张角、轴向等问题,还需要对叶片数量、蜗舌半径等基本参数进行判定,综合分析此类参数对离心风机噪声产生的主要影响.但是此类分析及试验探究的工作繁重,各个参数之间影响也较大.

2.2 风机机壳的声学优化

当前,风机气动噪声中机壳型线对噪声的影响也较大,如何获取更优质的型线是需要重点探究的问题.在大多数实践研究的过程中,通过修改机壳蜗舌来降低基频强度,或是更换蜗舌的形状,使得噪声设计达到最佳状态.有研究人员通过对动植物生物进化基本原理进行研究,探究出相应的试验程序,并通过各个角向位置与蜗舌壁面离转子轴的距离来分析蜗舌.但是,此类试验程序只考虑了蜗壳自身参数的影响,而忽略了实际的结构参数.

2.3 风机结构的优化试验方法

目前,大量试验是在确定各个参数的前提下开展的,通过改变其中一项数值来获取结构参数,但是没有考虑到各个参数之间的影响关系,所以需要借助优化试验方法.通过正交回归试验设计分析及最优回归设计方法,比如根据风机实际风压值来断定各个参数之间的函数关系式,然后通过优化方法对关系式展开计算.此类思想是在确定结构参数的基础上展开的,综合考虑各个参数之间相互关系,通过回归方程来优化计算,能够获取试验的目标函数,得到非线性方程的优化设计.然后将各个变量引入到回归分析法中,对每个变量展开试验,保留显著变量后分析最优回归方程.

2.4 通过计算机指导试验

目前,大多试验过程较为繁杂,加上设备较重,实际工作量比较大,所以可以通过电脑监控及数据分析来处理.通过微机展开数字化动态分析,对噪声、信号接收处理,计算机辅助测试,模态分析等进行测试判定.通过虚拟仪器库功能来完善各项分析工作,使得离心风机的测试和数据分析步入全新阶段.

3 结束语

总而言之,当前离心风机气动噪声技术还处于发展阶段,通过理论数据计算及试验探究方法能够验证基本理论公式,确定声压与各个参数之间的关系,从而确定具体的关系式.离心风机气动噪声降噪是一项长期性的探究工作,需要相关研究人员从更多的实践中得出更多高效的技术方法.

[1]朱志能,崔浪浪,吴和远,等.空间站用离心风机降噪技术研究与验证[J].风机技术,2016,58(5):44-48.

[2]赵忖,祁大同,毛义军,等.离心风机气动噪声控制的理论与实验研究[J].风机技术,2013(6):24-34,40.

〔编辑:刘晓芳〕

TB535

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.068

2095-6835(2017)22-0068-02