离心式通风机设计与改造中的降噪方法

经验交流

离心式通风机设计与改造中的降噪方法Ξ

宁波高等专科学校 胡如夫

宁波风机有限公司 俞大川

摘　要　分析了离心式通风机气动噪声产生的原因,综述了离心风机在结构设计与改造中的降噪方法。

关键词　离心风机　设计　改造　噪声

风机在运转中产生的噪声影响现场工人的健

康,干扰周围人们的正常工作和休息,成为一大公害。因此,进行风机噪声控制的研究十分迫切而且具有实际的意义。本文在分析离心风机噪声产生原因的基础上,综述了离心风机在设计和改造中的降噪方法。

1　离心风机气动噪声的产生原因

离心风机运转时产生的噪声,主要包括空气动力性噪声和机械性噪声两部分,其中前者强度大,是离心风机的主要噪声。

空气动力性噪声产生的原因主要以下几方面:

(1)风机入口气流的不稳定流动与叶轮之间的相互作用;

(2)流道内气流在叶片界面上分离产生涡流,涡流分离产生涡流脱落噪声;

(3)叶轮流道出口气流突然扩散引起气体稀疏而产生噪声;

(4)高速气流与蜗舌之间的相互作用。

2　离心风机设计与改造中的降噪方法

从离心风机气动噪声产生原因可知,合理的气动设计是获得低气动噪声最根本的方法,通流部件结构参数的合理选择和匹配不但可获得高的效率,而且相应的噪声水平也低。具体地说,在离心风机设计阶段和已定型的离心风机改造中可从以下几个方面来考虑降低噪声。

211　增加叶栅的气动力载荷,降低圆周速度

对离心风机采用强前向叶片,且多叶片叶轮有利于增大叶栅的气动力载荷,在得到同样风量风压情况下,叶轮叶片外圆上的圆周速度u可适当降低,因风机噪声的声功率与u516～6成正比,因此可使风机A声级明显降低。最典型例子是目前用在深型家用排油烟机上的离心风机叶轮结构。

目前低噪声多叶片叶轮离心风机的气动力参数一般取为[1]:叶轮叶片内外直径比值D1/D2= 0188～019,叶片数Z=50～60,叶片入口安装角β

1

=80°～100°,叶片出口安装角β2=160°～170°,叶片相对宽度b/D2=017,机壳宽度与叶片宽度

的比值D/b=114～115,风舌处的相对间隙Δr/ D2≥0112。

212　合理的蜗舌间隙和蜗舌半径[2]

当气流与叶片作相对运动时,叶片后缘的气流尾迹中,速度及压力均小于主流区,使叶栅后的气流速度与压力分布皆不均匀。这种不均匀的气流在旋转。由于在动叶的气流出口有蜗舌存在,则这种非稳定流动与蜗舌相互作用将产生噪声。距离愈近,噪声愈烈。通常当相对蜗舌间距Δs=

Δr/D

2

≥0112～0114时,频谱上无明显的峰值。过大的蜗舌间隙将使风机的气动性能降低。另外,在前向多叶片叶轮离心风机上试验表明,该类风机的蜗舌间隙对噪声影响更大。

适当取较大的风舌前端半径可以降低离心风机的旋转噪声与涡流噪声,不会对风机性能带来

23 流　体　机　械 2000年第28卷第10期Ξ收稿日期:2000—05—12

严重影响。蜗舌前端半径对叶片通过频率级噪声的影响比蜗舌相对间隙的影响小。由于结构与性能的差异,风机合理的风舌半径应由实验得到。

213　蜗舌倾斜[1、3]

离心式风机叶轮叶栅气流的周期性脉动速度所产生的周期性脉动气动力与蜗舌相互作用产生旋转噪声。此噪声的大小与脉动气动力的剧烈程度及蜗舌的迎风面积有关。把蜗舌做成倾斜式,则同相位的脉动气动力的作用面积小了,辐射的噪声也就减弱了。

蜗舌的倾斜角α可按tgα=(t-2r)/b计算(其中r为蜗舌半径,t为叶轮出口栅距,b为叶片宽度)。蜗舌倾斜的方向应是向后盖板侧升高。若方向弄反,效率会有一定降低。

蜗舌倾斜后,蜗舌如果保持直的,则蜗舌与叶片间的间隙就是变的,风机效率将有所降低。如果保持间隙不变,则效率亦不变,但蜗舌就需做成弯曲的,结构上要复杂些。

如叶轮叶片数少(Z≤6～8)时,风舌倾斜角过大,蜗舌处流动情况恶化,则效率可能降低。

研究表明,倾斜蜗舌的减噪效果与增加叶片和蜗舌间间隙的减噪效果不能叠加。倾斜蜗舌的作用在间隙小时显著。当然,蜗舌不倾斜,倾斜叶轮叶片也可以。但结构复杂,气动性能有所下降。

蜗舌倾斜方法对前弯式离心风机的降噪效果明显,该方法不会增加风机尺寸,也不影响风机效率,而且几乎对所有工况都有效。因此,在新风机设计或在现场风机改造时皆可使用。

214　叶轮入(出)口处加紊流化装置

在离心风机叶轮叶片的入口或出口处加紊流化装置(金属网),可使叶片背面的层流附面层立即转换为紊流附面层,推迟叶片背面附面层的分离,甚至不出现分离。叶片后缘装上网,网后的气流速度与压力梯度能迅速变均匀。若网在涡区中,则可将涡区大大缩小,这对减噪也是有利的。叶轮内的流动愈不好,如叶轮前盖板为平板的老式前向叶片叶轮,这种方法效果愈佳,而叶轮性能好时,这种方法减噪效果很差。当然加网后,由于增加气动阻力,会使风机的风量、风压及效率都将有所降低。

根据试验研究[4],网装在叶片背面附面层分离点前10～15mm处效果最佳。但附面层分离点的位置计算麻烦;另外,把网固定在这样位置,结构上也有困难。实用中还是将网装在叶片前或叶

片后比较方便。

基频在2～3kH z以下者,金属丝直径或宽度取δ=1～115mm为宜。但此时高频声可能反而增加。如果不能采取其它措施减弱高频声,取δ=014～018mm为佳。此时金属网引起的高频声可移到8～10kH z,但减噪效果不如前者。网的有效截面系数(有效通气面积与面积之比)S=015～016为佳。

215　叶轮上增设分流叶片(短叶片)

在离心风机中,对无分流叶片的叶轮,当叶片数较少时,在叶片通道后半段易产生负速度区,容易导致气流分离;而当叶片数较多时,又容易产生进口阻塞,在主叶栅中加入分流叶片,可改善流动条件,减小进口阻塞和气流分离。分流叶片的相对长度(相对主叶片长度)及周向分布情况对离心风机气动性能和噪声均有影响,若分流叶片长度过短,其改善流动条件优势不能充分发挥,若分流叶片长度过长,虽然分流作用加强,但会引起分流叶片进气边前缘附近的流场局部突变可能导致旋涡产生,而且这与主叶片进气边附近的冲击区域靠得很近,有可能互相影响而使进口流场恶化,从而降低综合性能。这在NO5离心风机(n=1450n/ min,前向叶片β1=100°,叶片数和分流叶片数均为8)上的试验已得到验证[5],当分流叶片的相对长度为0169时,比相对长度为0144和0185时的降噪效果及气动特性更好。但分流叶片在叶道中的合理安装位置还有待进一步试验研究。

216　在动叶进出气边上设锯齿形结构

在动叶进气边上设锯齿形结构,可使叶片上气流层流附面层较早地转化为紊流,从而避免层流附面层中的不稳定波导致涡流分离,使涡流分离噪声降低;在动叶出气边上设锯齿形结构,使出气边速度三角形出现差别形成气流“过渡层”,将气流对蜗舌的整齐一致的“拍打”缓冲为分散的“拍打”,从而降低旋转噪声。应注意的是:锯齿的形状(尖顶、平顶等)及结构参数(齿高、齿间距、平顶削去深度等)与降噪量有关[6、7]。试验表明,在动叶进出气边上作平顶锯齿形处理,并取合理的结构参数,可使试验的NO5离心风机(n=1470n/ min,前向叶片β1=140°,叶片数Z=18)的噪声级降低611dB(A)。同时,试验还表明平顶锯齿形比尖顶锯齿形具有更好的降噪效果。

217　在蜗舌处设置声学共振器[8、3]

蜗舌处设置声学共振器,当声波传到共振器

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Vol.28,No.10,2000 F LUI D M ACHI NERY