離心風機氣動噪聲降噪技術探究

莊益孌,徐洪海,裘科名,張 璟,楊藝偉

(紹興市上虞區產品質量監督檢驗所,浙江 紹興 312300)

離心風機氣動噪聲降噪技術探究

莊益孌,徐洪海,裘科名,張 璟,楊藝偉

(紹興市上虞區產品質量監督檢驗所,浙江 紹興 312300)

當前,工業生產規模在不斷擴大,噪聲污染已經成為工業三大污染之一.風機是進行工業生產的重要設備,其自身產生的噪聲問題受到社會各界及相關部門的重視.離心風機是風機的基本種類,也是進行降噪的重要設備.對離心風機氣動噪聲降噪技術進行了探析,通過理論性研究和分析離心風機的聲場特性等,制訂更多氣動噪聲降噪策略,旨在降低工業噪聲污染.

離心風機;氣動噪聲;降噪技術;聲場特性

離心風機是現代化工業生產的輔助設備,也是工業噪聲污染的來源之一,所以目前對離心風機展開降噪技術探究,對于控制噪聲排放具有現實意義.

1 理論計算方法分析

現階段,離心風機噪聲大多都是以氣動噪聲為主,實質上分為離散噪聲和寬帶噪聲.

噪聲產生的主要原因是,蝸殼與葉輪葉片之間相互作用,通過各個出氣通道廣泛傳播.近些年,國內外都對離心風機的噪聲防噪技術做了相應的研究,在聲源傳播和測試技術等方面都獲得了相應的成績,但是仍有許多需要進一步完善的地方[1].

1.1 點源模型

點源模型是風機的一項十分有用的技術,主要原理是此類模型所探究的高頻率波長要大于實際物理尺寸.所以,為了更好地滿足此項標準,對于發生頻率噪聲較大的葉片,需要在應用點源模型時,將其視為不同的獨立聲源,這樣能夠對風機葉片展長分布的獨立聲源總和進行判定.當前,有研究人員由噪聲聲場旋轉點的特點模擬了聲源特性,通過具體方程式對噪聲運動傳播進行分析.此類方程能夠有效地適應不同葉片上的各個微量元素,通過微元素的積分來探求實際聲場.但是,目前風機實際葉片不是垂直葉片,在模擬過程中有一定的難度,應用點源模型時會在精確度上造成相應的誤差.此外,對點源模型自由聲場進行探究時,需要綜合考慮蝸殼的影響等.

1.2 蝸舌尖劈模擬

靜止平板尾部紊流邊界發射的理論計算方法已經得到初步認證,但是對葉輪機械降噪還需要進行全面改進.有相關研究人員認為還需要綜合考慮葉片旋轉對聲音發射的綜合影響,通過具體的實驗材料驗證各個葉片的實際參數,并通過關系式推導出旋轉葉片的離心風機葉輪尾流邊界發聲公式,這就是無蝸殼假設環境下的計算公式.通過公式建立初期模型,能夠計算出實際流場,這樣就能通過方程計算來探究旋轉葉片上實際所能承受的力,最后推導出點源聲場來計算具體聲壓值.通過該模型進行風機噪聲數值的探究,能夠獲取許多具有參考價值的計算值,有效地改變各個參數數據的準確性.

1.3 寬頻噪聲基礎上的模擬

寬頻噪聲也被稱為"渦流噪聲",數值的變化起伏主要與實際對應流場相關,因此需要對渦流噪聲進行定義分析.通過離心風機的邊界條件能夠探究出基礎方程公式,通過對方程公式進行數量化分析,能夠對流程形成的邊界區和主流區進行探究,正確地分析其主要應用價值.有研究人員對離心風機寬頻噪聲建立了相應模型,通過不同理論探究總結噪聲實際波動方程,然后再借助量綱分析及聲學定律來探究相應的關系式;得出具體關系式之后,再通過不同的試驗進行探索,綜合分析聲壓密度與各個組成參數之間的關系.通過此類模型能夠確定聲壓與各個數值的關系,從試驗中探究風機降噪問題.

1.4 邊界單元法計算

當前,邊界單元法實際計算案例較多,形式不同但是根本目的都是相似的.大多研究人員都通過相應的積分方程計算蝸殼表面速度的實際分布及聲壓積分關系.通過計算傳感器獲取蝸殼外部的振動速度,然后計算蝸殼的聲壓及進口或是出口的聲功率.這樣在對進出口聲壓進行測量的過程中,會受到氣流的綜合影響,使得實際測得的數值受到較大程度的干擾,所以數據準確性受到一定影響.此外,蝸殼振動點不均勻,會受到時間變化和表面振動幅度的影響.在實際測量過程中,需要對大量點的振動速度進行測量,實際工作煩瑣且可靠性較低,所以此類方法在一定程度上也具有一定的局限性.

2 試驗研究方法探析

2.1 進出口管道實驗

目前,由于缺乏實際理論數值,所以大多試驗都是在理論定性的基礎上展開的,主要是對帶有消聲器的進出口管理進行噪聲測定試驗,然后根據試驗數據結果對頻譜進行分析來斷定噪聲的傳播路徑.在具體試驗過程中,需要綜合考慮徑向間隙、蝸殼擴張角、軸向等問題,還需要對葉片數量、蝸舌半徑等基本參數進行判定,綜合分析此類參數對離心風機噪聲產生的主要影響.但是此類分析及試驗探究的工作繁重,各個參數之間影響也較大.

2.2 風機機殼的聲學優化

當前,風機氣動噪聲中機殼型線對噪聲的影響也較大,如何獲取更優質的型線是需要重點探究的問題.在大多數實踐研究的過程中,通過修改機殼蝸舌來降低基頻強度,或是更換蝸舌的形狀,使得噪聲設計達到最佳狀態.有研究人員通過對動植物生物進化基本原理進行研究,探究出相應的試驗程序,并通過各個角向位置與蝸舌壁面離轉子軸的距離來分析蝸舌.但是,此類試驗程序只考慮了蝸殼自身參數的影響,而忽略了實際的結構參數.

2.3 風機結構的優化試驗方法

目前,大量試驗是在確定各個參數的前提下開展的,通過改變其中一項數值來獲取結構參數,但是沒有考慮到各個參數之間的影響關系,所以需要借助優化試驗方法.通過正交回歸試驗設計分析及最優回歸設計方法,比如根據風機實際風壓值來斷定各個參數之間的函數關系式,然后通過優化方法對關系式展開計算.此類思想是在確定結構參數的基礎上展開的,綜合考慮各個參數之間相互關系,通過回歸方程來優化計算,能夠獲取試驗的目標函數,得到非線性方程的優化設計.然后將各個變量引入到回歸分析法中,對每個變量展開試驗,保留顯著變量后分析最優回歸方程.

2.4 通過計算機指導試驗

目前,大多試驗過程較為繁雜,加上設備較重,實際工作量比較大,所以可以通過電腦監控及數據分析來處理.通過微機展開數字化動態分析,對噪聲、信號接收處理,計算機輔助測試,模態分析等進行測試判定.通過虛擬儀器庫功能來完善各項分析工作,使得離心風機的測試和數據分析步入全新階段.

3 結束語

總而言之,當前離心風機氣動噪聲技術還處于發展階段,通過理論數據計算及試驗探究方法能夠驗證基本理論公式,確定聲壓與各個參數之間的關系,從而確定具體的關系式.離心風機氣動噪聲降噪是一項長期性的探究工作,需要相關研究人員從更多的實踐中得出更多高效的技術方法.

[1]朱志能,崔浪浪,吳和遠,等.空間站用離心風機降噪技術研究與驗證[J].風機技術,2016,58(5):44-48.

[2]趙忖,祁大同,毛義軍,等.離心風機氣動噪聲控制的理論與實驗研究[J].風機技術,2013(6):24-34,40.

〔編輯:劉曉芳〕

TB535

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.068

2095-6835(2017)22-0068-02