离心风机气动噪声降噪方法研究综述与分析

收稿日期：2010-11-09作者简介：吴坤（1972－）男，重庆人，柳州职业技术学院机电工程系高级工程师，研究方向：机械制造工艺。摘要：根据离心风机气动噪声较高的特点，总结了近十余年一些典型的控制气动噪声的方法，并按照声源和传递路径两类降噪方法进行分类，包括非常规蜗舌、改变叶轮形式、吸声蜗壳以及进出口加消声器等几种，最后根据其降噪效果进行了分析，得出了一些对比结论。关键词：离心风机；气动噪声；降噪方法中图分类号：TH432文献标志码：A文章编号：1671-1084（2011）01-0032-040引言作为一种通用机械，离心风机可用于各行各业，最常用的是作为通风系统的动力源，如冰箱和空调系统、锅炉和炼钢的厂房等。在使用过程中，由于较高的转速常常导致很高的噪音，有的甚至会超过100dB，远远高于国家标准，带来巨大的环境噪声污染。不少学者从气动噪声理论开始着手进行研究，以确定降噪方法，然而，气动声学的理论非常复杂，并且风机蜗壳和叶轮的复杂型线加大了分析的难度，很难从理论上完全解决，因而，如何全面解决风机的噪声问题是一个困扰大家多年的难题。利用工程上现有的研究成果和经验进行风机设计和降噪是比较理想的，然而，目前公开的资料中所描述的降噪方法比较笼统，因而，笔者将各种较为常用的降噪方法及其试验结果进行了统一的整理和分析，得出了一些有益的结论。1离心风机气动噪声降噪方法通常离心风机噪声主要包括气动噪声、机械噪声和结构振动辐射的噪声等。在噪声频谱上表现为离散的旋转噪声与宽带的涡流噪声叠加，其中气动噪声占据了风机噪声的主要部分，因而控制风机的气动噪声成为控制噪声的首要素[1]。控制气动噪声的方法主要有：非常规蜗舌，吸声蜗壳，加出口消声器，改变叶轮形式和多参数优化设计等几种。根据噪声的产生和传递途径来讲，又可以分为声源的控制和传递途径的控制，因而，限于笔者知识范围，就近十年的一些典型的离心风机声源和传递途径的控制方法进行了分类及描述。1.1声源控制方法声源控制即消除了噪声传播的根源，从气动噪声的根源上进行抑制，也可以认为是治“本”的方法。1.1.1非常规蜗舌很多学者已经指出，离散的旋转噪声是由于从叶轮排出的气流与蜗舌的干涉引起的，另一方面，蜗舌的不良形状也会引发涡流噪声。因此，改变蜗舌的几何形状可以从本质上降低声源的强度，从而达到改善噪声的目的。通常有采用倾斜蜗舌，改变蜗舌与叶轮间距和采用仿生蜗舌等几类。孙少明等[2]提出了一种新型的降噪结构———仿生蜗舌。他们利用长耳鹗等生物独特的体表降噪系统，将仿生形态薄膜贴敷于蜗舌表面的方法获得，同时采用正交试验方法进行参数优化设计。其试验和仿真结果标明，这种仿生蜗舌可以阻止气流在蜗舌尾缘处发生涡流脱落，可使离心风机气流噪声得到有效控制，其平均降噪量约为1.8dB，最大降噪值达到3.1dB。离心风机气动噪声降噪方法研究综述与分析吴坤（柳州职业技术学院，广西柳州545006）［理工农学研究］柳州职业技术学院学报JOURNALOFLIUZHOUVOCATIONAL&TECHNICALCOLLEGE第11卷第1期2011年2月Vol.11No.1Feb.201132--任刚等[3]将前向离心风机原有的直蜗舌结构改进为尾倾斜蜗舌结构之后，并配置简易共振消声器和阻性消声器进行了降噪试验研究。研究结果表明，倾斜蜗舌比原风机在高效点处噪声下降约4～5dB(A)，再配置简易直圆管阻性消声器后，倾斜蜗舌比原风机降低了约14dB(A)左右。Sandra等[4]就前向离心风机的蜗舌几何参数进行了研究，主要分析了蜗舌形状和位置对气动噪声的影响，实际上也就是传统的倾斜蜗舌和改变蜗舌与叶轮间距的方法。最终在一定的流量范围内降噪约5dB，并且风机性能也没有显著下降。Qi等[5]通过增加蜗壳间隙、倾斜蜗舌等方法实现降噪，同时对风机性能进行了研究。结果表明，在风机全压和效率不降低的前提下，降噪1～11dB(涵盖各个流量范围)。另外，门艳忠等[6]也利用倾斜蜗舌降低噪声2～5dB，文中分析认为，主要式降低了风机的基频噪声而降低了总声压级，一方面改变了蜗舌间隙和蜗舌半径，另一方面是改善了气流从叶轮到蜗舌间的相位差。李栋等[7]提出了一种阶梯蜗舌，两个蜗舌各司其职，下蜗舌用来保证风机性能的必要间距，上蜗舌则壳拉开更大的间距以改善流场情况。试验结果表明，与传统蜗舌蜗壳相比，噪声降低了约3dB(A)。1.1.2改变叶轮形式由于离散噪声是由于与叶轮和蜗舌的相对位置有关，因此，改变叶轮形式也能改变气流模式，同时也改善了流场，也起到控制噪声源的作用。姚贵喜等[8]主要研究了径向直板叶轮，机翼型叶轮和叶片数等参数对气动噪声的影响。研究表明，直板叶轮都会产生较大的噪声，这是由于直板叶轮叶道短，气流在叶道中速度分布不均匀导致。并且全压效率最高的10叶片机翼型叶