YKK系列電機降噪研究設計

徐勇，劉碩

（東方電氣集團東方電機有限公司，四川 德陽 618000）

1 概述

噪聲污染是除水污染、大氣污染之外的另一重要污染源。隨著國家對環境保護越來越重視，噪聲污染越來越受到人們的重視，低噪聲已成為目前電機產品的一項重要性能指標。

對于YKK系列電機來說，通風噪音是最主要的噪聲源。特別是高轉速的YKK電機通風噪聲更大，在電機噪聲中占據最大比例。本文從風扇的降噪和風道吸收噪聲方面著手研究，以達到降低電機噪聲的目的。

2 噪聲源測試與分析

要有效地降低電機噪聲，了解噪聲源的特性是必要的。為了掌握個部分噪聲源的噪聲特性，選取一臺YKK800-4（5000kW，1495r/min）的異步電機進行噪聲測定，在試驗臺帶等效負荷運行，距該電機1米處測量電機噪聲。測點分布和測試數據見圖1和表1，電機噪聲頻譜見圖2。

表1

圖1 電機噪聲測點布置示意圖

從電機噪聲測試結果看出，電機進風端（4、5、6測點）和出風端（1、2、8測點）噪聲高于電機兩側（3、7測點）的噪聲，說明電機主要噪聲源為電機外風路系統的進出風口。為了進一步了解電機主要噪聲源的特性，對電機噪聲進行了噪聲頻譜測量，測量結果見圖2。

圖2 電機噪聲頻譜圖

從噪聲頻譜分析結果看，電機驅動端（冷卻器出風口）噪聲頻率主要集中在100～300Hz區間，這主要是由于冷卻管出口處，空氣流道截面突變，造成冷卻空氣振動而發出噪音。電機非驅動端（風扇入口）噪音頻率主要集中在40～150Hz區間，這是由于風扇高速旋轉時，與空氣摩擦產生的噪聲。

根據噪聲測定和噪聲頻譜分析，要降低YKK系列電機的噪聲，重點在于降低外風扇的噪聲和對進出風口進行降噪處理。

3 降噪措施及效果

3.1 降低風扇噪聲

風機的氣動噪聲，主要由于氣體在風機流道內不穩定流動，造成氣體與氣體、物體相互作用產生。從噪聲產生機理看，氣動噪聲主要由旋轉噪聲和渦流噪聲組成。

（1）旋轉噪聲。旋轉噪聲主要是由葉片沖擊周圍空氣，引起壓力脈動而產生，所以旋轉噪聲又稱為葉片噪聲。蝸舌與風扇外圓間隙及形狀對旋轉噪聲影響較大。當蝸舌間隙小時，噪音很高，隨著蝸舌間隙增大，噪聲下降。由于蝸舌間隙不同，同一個通風機的噪聲聲壓級約差18dB（A）。

蝸舌尖端半徑的大小對離心風機的氣動特性無顯著影響，但對噪聲的影響卻不能忽視。研究表明蝸舌半徑大小變化，對噪聲最大影響量約6dB（A）。增大蝸舌半徑能顯著降低風扇噪音。

因此在設計風扇時，增大蝸舌與風扇外圓間隙、增大蝸舌半徑，以降低離心風扇的旋轉噪音。

（2）渦流噪音。渦流噪聲主要是由于氣體風扇流道內產生渦流而造成的，因此抑制渦流產生能降低渦流噪聲。

對風機流道內流場進行有限元分析表明，當風機葉片后傾角度較小（氣流進口攻角大）時，氣流在葉片在低壓側發生嚴重附面層分離，在相鄰葉片間發生明顯的渦流現象。根據分析減小風扇進口安裝角，并適當調整參數后，葉輪入口處流動沖擊明顯變小，渦流基本消失。

3.2 在噪聲傳播路徑上降噪

采取一些措施可以有效降低離心風扇的氣動噪聲，但是噪音還是不能滿足標準要求，因此在噪音傳播路徑上采取降噪措施是有效的。具體措施為，在電機的外風路進出風口增加消音罩，并在消音罩內表面敷設吸聲材料。這樣就可以增加噪聲的傳播路徑，使噪聲在傳播過程中經多次反射而被吸音材料吸收，具體結構見圖3。

在電機外風扇的進風口和排風口增加了室式消音器。室式消音器具有以下幾方面優點：結構簡單，制作安裝方便；對中低頻噪聲有明顯的降噪效果，正好針對進出風口噪聲頻率特點；氣動流阻小。計算結果表明，這種室式消音器可獲得6～8dB（A）的消音量，其空氣流阻約為15Pa。

圖3 電機消音罩示意圖

另外，在室式消音器內壁設置吸聲結構，將內壁改造成吸聲壁。吸聲壁采用復合吸聲結構（見圖4），在內壁表面依次敷設超細玻璃絲棉，平紋玻璃布，金屬孔板。該結構能大大抑制通過殼體壁面的噪聲透射和壁板受激振動所輻射的二次噪聲。通過聲學計算，該結構可獲得10～15dB（A）的噪聲降低量。

圖4 吸聲壁結構示意圖

3.3 降噪效果

對電機采取上述降噪措施后，進行電機空載噪聲測定，測點位置見圖1，噪聲值見表2。

表2

從試驗結果看出，對電機采取一些列降噪措施后，噪聲最高點獲得了14～15dB（A）的降噪量，平均噪聲也降至83dB（A），完全達到了預期降噪目標。

4 結語

針對不同型號的產品，采用本文所用的降噪措施后，都取得了相同等級的降噪效果，證明本降噪方案的有效性。采用了本降噪方案的YKK系列電機已投入使用，現場測試噪音指標達到同類先進水平。