YKK系列电机降噪研究设计

徐勇，刘硕

（东方电气集团东方电机有限公司，四川 德阳 618000）

1 概述

噪声污染是除水污染、大气污染之外的另一重要污染源。随着国家对环境保护越来越重视，噪声污染越来越受到人们的重视，低噪声已成为目前电机产品的一项重要性能指标。

对于YKK系列电机来说，通风噪音是最主要的噪声源。特别是高转速的YKK电机通风噪声更大，在电机噪声中占据最大比例。本文从风扇的降噪和风道吸收噪声方面着手研究，以达到降低电机噪声的目的。

2 噪声源测试与分析

要有效地降低电机噪声，了解噪声源的特性是必要的。为了掌握个部分噪声源的噪声特性，选取一台YKK800-4（5000kW，1495r/min）的异步电机进行噪声测定，在试验台带等效负荷运行，距该电机1米处测量电机噪声。测点分布和测试数据见图1和表1，电机噪声频谱见图2。

表1

图1 电机噪声测点布置示意图

从电机噪声测试结果看出，电机进风端（4、5、6测点）和出风端（1、2、8测点）噪声高于电机两侧（3、7测点）的噪声，说明电机主要噪声源为电机外风路系统的进出风口。为了进一步了解电机主要噪声源的特性，对电机噪声进行了噪声频谱测量，测量结果见图2。

图2 电机噪声频谱图

从噪声频谱分析结果看，电机驱动端（冷却器出风口）噪声频率主要集中在100～300Hz区间，这主要是由于冷却管出口处，空气流道截面突变，造成冷却空气振动而发出噪音。电机非驱动端（风扇入口）噪音频率主要集中在40～150Hz区间，这是由于风扇高速旋转时，与空气摩擦产生的噪声。

根据噪声测定和噪声频谱分析，要降低YKK系列电机的噪声，重点在于降低外风扇的噪声和对进出风口进行降噪处理。

3 降噪措施及效果

3.1 降低风扇噪声

风机的气动噪声，主要由于气体在风机流道内不稳定流动，造成气体与气体、物体相互作用产生。从噪声产生机理看，气动噪声主要由旋转噪声和涡流噪声组成。

（1）旋转噪声。旋转噪声主要是由叶片冲击周围空气，引起压力脉动而产生，所以旋转噪声又称为叶片噪声。蜗舌与风扇外圆间隙及形状对旋转噪声影响较大。当蜗舌间隙小时，噪音很高，随着蜗舌间隙增大，噪声下降。由于蜗舌间隙不同，同一个通风机的噪声声压级约差18dB（A）。

蜗舌尖端半径的大小对离心风机的气动特性无显著影响，但对噪声的影响却不能忽视。研究表明蜗舌半径大小变化，对噪声最大影响量约6dB（A）。增大蜗舌半径能显著降低风扇噪音。

因此在设计风扇时，增大蜗舌与风扇外圆间隙、增大蜗舌半径，以降低离心风扇的旋转噪音。

（2）涡流噪音。涡流噪声主要是由于气体风扇流道内产生涡流而造成的，因此抑制涡流产生能降低涡流噪声。

对风机流道内流场进行有限元分析表明，当风机叶片后倾角度较小（气流进口攻角大）时，气流在叶片在低压侧发生严重附面层分离，在相邻叶片间发生明显的涡流现象。根据分析减小风扇进口安装角，并适当调整参数后，叶轮入口处流动冲击明显变小，涡流基本消失。

3.2 在噪声传播路径上降噪

采取一些措施可以有效降低离心风扇的气动噪声，但是噪音还是不能满足标准要求，因此在噪音传播路径上采取降噪措施是有效的。具体措施为，在电机的外风路进出风口增加消音罩，并在消音罩内表面敷设吸声材料。这样就可以增加噪声的传播路径，使噪声在传播过程中经多次反射而被吸音材料吸收，具体结构见图3。

在电机外风扇的进风口和排风口增加了室式消音器。室式消音器具有以下几方面优点：结构简单，制作安装方便；对中低频噪声有明显的降噪效果，正好针对进出风口噪声频率特点；气动流阻小。计算结果表明，这种室式消音器可获得6～8dB（A）的消音量，其空气流阻约为15Pa。

图3 电机消音罩示意图

另外，在室式消音器内壁设置吸声结构，将内壁改造成吸声壁。吸声壁采用复合吸声结构（见图4），在内壁表面依次敷设超细玻璃丝棉，平纹玻璃布，金属孔板。该结构能大大抑制通过壳体壁面的噪声透射和壁板受激振动所辐射的二次噪声。通过声学计算，该结构可获得10～15dB（A）的噪声降低量。

图4 吸声壁结构示意图

3.3 降噪效果

对电机采取上述降噪措施后，进行电机空载噪声测定，测点位置见图1，噪声值见表2。

表2

从试验结果看出，对电机采取一些列降噪措施后，噪声最高点获得了14～15dB（A）的降噪量，平均噪声也降至83dB（A），完全达到了预期降噪目标。

4 结语

针对不同型号的产品，采用本文所用的降噪措施后，都取得了相同等级的降噪效果，证明本降噪方案的有效性。采用了本降噪方案的YKK系列电机已投入使用，现场测试噪音指标达到同类先进水平。