浅谈轴流风机运转异音的成因及解决方式

2019-11-30李敬妙

科技与创新 2019年17期

李敬妙

浅谈轴流风机运转异音的成因及解决方式

李敬妙

（石家庄通业电气制造有限公司，河北石家庄 050035）

轴流风机广泛应用于暖通空调系统中，它的电机与叶轮通常采用直连式，安装简便，能为空调冷凝器带来较好的散热效果。但有时轴流风机在运转时存在异音，给人们带来不良的听觉效果。究其原因可以归纳为四个方面，即叶轮与电机起动特性匹配不当，会在风机起动瞬间存在起动异音；机械方面的原因，风机部件中动、静部件干涉导致的异音；叶轮本身存在不完善的因素，风机运转过程中，介质流动不均衡导致异音；风机与电机部件产生共振，致使风机通电时有异音的存在。重点对轴流风机运转异音的成因及解决方式进行了探讨。

轴流风机；运转异音；成因；解决方式

一般来说，当轴流风机运转时产生异音，要准确分析其成因，根据其原因采取相应的策略，如在转矩匹配、协调动静部件和采用不同振动频率等方面，进而减少异音的产生。

1 轴流风机运转异音的成因

1.1 轴流风机起动时转矩变化与电机转矩变化匹配不当

轴流风机的起动是指通入电源从转子堵转瞬间到风机达到额定转速的全过程，选用的电机应有足够大的起动转矩，其起动转矩应大于由于风机叶轮重量引起的阻转矩、风机的负载转矩及与风机叶轮偏心引起的偏心力矩之和（其中偏心力矩很小可以忽略不计，风机的负载转矩随着转速的增加逐渐增大）。由于三相异步电动机在起动过程中会存在最小转矩，当电机的最小转矩不能足够满足风机叶轮随着转速升高对转矩的需求时，风机将在该转速运行点出现负重过大的情况而发出异常声音。

1.2 风机动静部件相互干涉

在风机内部，转动部件为叶轮，叶轮由叶片与轴毂组成。静止部件通常指导风筒，当叶轮按一定速度转动时，若叶片顶端与导风筒出口处的间隙较小或导风筒圆柱度超差或叶轮轮毂安装时偏心，都会使风机运转过程中，叶片顶端与导风筒干涉并发出异响。

1.3 轴流风机内部存在不稳定流动

1.3.1 轴流风机进口入流不均匀

一般来说，在轴流风机进口入流时应当是均匀的，这样才能使风力更为平均地散发出去，从而让轴流风机能够良好地进行运转。但在实际运行中，部分轴流风机进口形状并不对称，再加上进口入流会受到干扰，轴流风机叶片进口处流动一般难以趋于平衡[1]。当进口入流不均匀，在轴流风机起动时叶片就会受到影响，从而导致起动异音的出现。

1.3.2 轴流风机吸力面发生流动分离

轴流风机在起动的时候，轴向速度相对来说较小，使叶片进口入流的冲角变得相对较大，整个轴流风机吸力面就会发生流动分离。整个轴流风机内部的流量分配不集中，运转时就会产生异音。

1.3.3 叶片顶部产生泄漏涡团

在轴流风机中，叶片顶部是主要受力部分，当流量来临时，叶片顶部承担着引导流量通过相应间隙进入整个轴流风机的任务，一旦在间隙中发生泄漏，产生泄漏涡团，在运转时就会使轴流风机运转不流畅，从而产生异音。

1.3.4 叶片尾部产生流动脱落的现象

叶片尾部在轴流风机的起动及运转中起到维持流量稳定的作用，当流量过大，超过轴流风机的正常负荷时，叶片尾部所维持的流量就会变得不稳定，继而出现流动脱落的现象。流动脱落会产生一系列分离涡，使轴流风机的内部流动变得十分紊乱，紊乱的涡流不断运动和发展，甚至被主流带向轴流风机的出口，造成轴流风机气动性能下降，非正常涡流的出现同时伴随着强烈的非正常压力脉动，从而诱发运转异音的产生。

1.3.5 叶轮流道产生旋转失速的现象

当轴流风机运行时，流量数量呈现减少的趋势，且这个趋势达到峰值，在流量引导通道中会形成部分失速涡团，它们自转的方向与叶轮的旋转方向相反，会阻碍主要流量的合理运转，从而导致流量通道不稳定，整个叶轮流道就会产生旋转失速的现象[2]。当此种现象发生后，部分流量通道会被阻塞，而其余的流量则会被驱赶至其余流量通道，整个轴流风机运转所需能量失衡，轴流风机气动性能会大大降低，运转时异音就会出现。

1.4 风机与电机部件产生共振

引发共振的原因多种多样，可能是因为滚动轴承装配不良、轴承表面出现损坏而形成共振，也可能是风机轴系的临界转速下降到与电机转速相同，电机部件的频率不能支撑风机的正常运转，进而产生共振。当风机与电机部件产生共振时，风机在通电时就会产生异音。

2 轴流风机起动异音的解决措施

2.1 电机起动特性与叶轮合理匹配

风机起动是指电机接入电源从转子堵转到额定转速的全过程，为保证电机有一定的过载和起动加速能力，选用的电机应具有一定的最大转矩和足够大的起动转矩，通常电机的起动转矩是额定转矩的2倍左右，可以带动风机叶轮很快地起动，以保证所选用的电机能提供足够的转矩以克服风机的阻转矩，使风机从静止加速到额定转速，其中的起动转矩必须克服的阻转矩包括以下3个组成部分：风机叶轮重量引起的阻转矩、风机的负载转矩、叶轮偏心引起偏心力矩。其中与速度有关的偏心力矩足够小通常可以忽略不计，风机的负载转矩随着风机转速的增大而呈平方关系递增。

由于三相异步电机的气隙中存在基波以及一系列高次谐波的旋转磁场，其中这些谐波磁场会产生一系列附加转矩，它会使异步电机在起动过程出现最小转矩，在电机的速度与转矩曲线中存在现凹点，此时的最小转矩小于电机的起动转矩。

基于风机负载起动过程中转矩特性——风机的负载转矩随着转速的增加而逐渐增加，电机仅具有足够大的起动转矩是不够的，还应保证电机的最小转矩大于风机在加速过程中的阻转矩，由此可见提高电机的最小转矩是解决由于起动过程中因转矩匹配不当导致风机起动异音的主要手段。

转矩曲线上形成的凹点主要来自异步附加转矩和同步附加转矩，两者都是由于定、转子绕组在气隙中建立的同极对数磁场相互作用所产生的。电机选用合适的槽配合、转子扭斜等均是提高最小转矩的有效手段。

通过上述方法改善了电机的起动特性，在起动过程避免由于转矩不匹配带来的起动异音。

2.2 优化风机动静部件间隙

对于风机动静部件相互干涉的问题，由于叶片顶端与导风筒的间隙对风机情能的影响很大，可以根据风机的加工工艺情况合理选择叶片顶端与导风筒的间隙、保证导风筒的圆柱度及轮毂与电机轴的同轴度等方法，这样能够有效避免两者之间相互干涉，进而防止异音的产生。

2.3 对轴流风机内部不稳定流动问题的解决措施

2.3.1 选择合理的运行工作点

要想保证轴流风机运行时稳定并且不出现异音，需根据风机的性能曲线合理选择风机的工作点，为确保其处于稳定的状态，风机在运行时应当远离喘振区域。可以通过优化风机叶片的安装角及叶处片形状，避免风机工作点不进入不稳定工作区，避免风机运行时出现喘振异音。

2.3.2 采取叶型加弯方法改良轴流风机叶片

由于叶片顶部容易产生泄漏涡团，叶片尾部容易产生流动脱落的现象，这些因素都会造成轴流风机起动时产生异音。因此对轴流风机叶片进行改良能从根本上抑制轴流风机起动异音的产生，目前国内大多采用叶型加弯的方法进行改良，从叶片的间距上进行处理，采用不等间距叶片，使动/静叶片数互为质数可以抑制风机的气动噪声，进而降低轴流风机起动异音的频率；从叶片的材料上进行处理，采用附加导叶，通过控制分离点位置，尽可能抑制附面层分离，降低叶尾尾迹宽度，从而有效抑制叶片尾缘涡流噪声，进而从根本上抑制轴流风机起动异音的出现；从叶片组合上进行处理，采用叶片穿孔的组合方式来降低流量中的阻力系数，进而减少甚至消除异音。