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轴流式通风机的噪声机理及降噪措施

殷海红昌泽舟/东北大学材料冶金学院

摘要：介绍了轴流式通风机的空气动力噪声源，分析了空气动力噪声源的噪声机理，在此基础上提出了各种降低噪声的方法，并指出了这些方法的利弊。
关键词：轴流式通风机噪声降噪
Principle of Axial Flow Fan Noise and Methods to Reduce Noise
Abstract：The paper introduces the aerodynamic noise generating source of the axial flow fan and analyzes its principle, and several methods that can reduce the axial flow fan noise are given. And it points out the advantages and disadvantages of these methods.
Key words:Axial flow fan Noise Noise reduction

0　引言
　　轴流式通风机广泛应用于我国国民经济的各部门。根据国际标准化组织（ISO）的建议，在工业区内，噪声不应超过85dB（A）。然而，轴流式通风机在无隔音装置的情况下，距离轴流式通风机1m处测得的噪声一般可达90～110dB（A）。轴流式通风机在实际生产运行中产生的工业噪声，对生产环境和操作工人的身心健康均会期造成不良影响。

1　轴流式通风机的噪声源
　　轴流式通风机的噪声主要是空气动力噪声，其它如机械噪声、电磁噪声等，在轴流式通风机正常运行条件下都是次要的^[1] 。
　　轴流式通风机的空气动力噪声主要由旋转噪声和涡流噪声两部分组成。
　　旋转噪声在噪声频谱上表现为离散的峰值。旋转噪声取决于叶片的负荷或风机的节流度。当叶片在大流量区负荷又比较小时，旋转噪声则占噪声的主要部分。
　　涡流噪声又称湍流噪声，在噪声频谱上表现为宽频带的连续谱。涡流噪声取决于转子叶片上流过的相对速度、机壳与叶片间隙和气动负荷。当叶片工作在小流量区而负荷比较大时，涡流噪声则占主要部分。
　　由于在大流量时旋转噪声占主要地位，而在小流量时涡流噪声占主要地位，所以最小噪声出现在这两个范围之间。旋转噪声和涡流噪声两种噪声的强弱，取决于叶片的几何形状和运行工况。

2　空气动力噪声控制方法
　　合理的空气动力设计是降低轴流式通风机本身噪声最根本的方法。
2.1 沿径向加功规律的选择
　　对小轮毂比轴流式通风机采用等环量设计时，叶片扭曲角大，在靠近叶根处安装角大，气流脱离叶片形成湍流，涡流噪声大，因而必须慎重选择流型，采用“可控涡设计”思想[2],使径向加功规律合理。使用扩压因子Ｄ作为限制叶片负荷的条件，对于转子：

　　风扇气动性能试验和噪声测试试验均在清华大学流体声学实验室半消声室内进行。根据ANSI/AMCA 210-99标准，建立出气风室－多喷嘴（Outlet Chamber Setup - Multiple Nozzles In Chamber）试验装置来测量风机的气动性能和噪声，图 2 给出了该试验台的示意图。

　　对于转子叶片，叶尖扩压因子D≤0.45，叶根扩压因子D≤0.6；对于静子叶片，扩压因子D≤0.6。设计时，可对各加功方案进行仔细比较和分析后，再决定最优流型。

2.2　合理选择轴流式通风机的叶栅参数
　　轴流式通风机的空气动力噪声，特别是涡流噪声与叶栅参数有很大的关系。因此，在保证轴流式通风机流量、压力和效率的情况下，根据叶栅试验得到的气动特性和声学特性曲线来合理选择叶栅的稠度、冲角、相对弯度和相对厚度等参数，以保证叶栅噪声最小。能保证叶栅噪声最小的参数：当这些参数不能在径向全部满足时，应首先使叶顶的叶栅参数得到满足。

2.3　合理选择轴流式通风机动叶与静叶的叶片数和轴向间隙

　　旋转噪声是轴流式通风机辐射的主要噪声。这主要是由动、静叶片的相互作用引起的。分析轴流风机工作轮出口气流与后导叶的相互作用，在空间某点处的脉动压力可写为

2.4 在旋转叶片上附加导叶
　　所谓附加导叶，就是在旋转叶片上增设一定形状的，厚度很薄的控制叶片。附加导叶可分为两种：一是端导叶；二是设置在沿叶高上、中、下位置的叶面附加导叶（图1）。其目的是控制分离点后边界层的发展与分离，最大限度地降低叶尾尾迹宽度，以达到降低噪声的目的。与此同时，设置附加导叶除控制噪声外，还可以改善叶面流速分布。
　　设置附加导叶可使比A声级降低4～6dB。

2.5 　倾斜后导流器叶片
　　采用倾斜后导流器叶片方法降低轴流式通风机旋转噪声，这种方法既不用增加风机的尺寸，也不会降低风机的效率，在风机所有工况下，都可达到降低噪声的效果。而且，除了后导流器叶片外，其它元件都不需更换。

2.6　减小径向间隙和增加机壳与转子的同心度
　　减小转子叶尖与机壳的径向间隙，增加机壳与转子的同心度，既可减小噪声又可以提高风机的压力系数和扩大风机的失速余度。
　　正确选择转子的径向间隙，并且保持其在圆周方向的均匀性，可以显著地降低风机的噪声和提高风机的效率。通常轴流式通风机径向间隙取决于加工精度和辅助工艺水平。

2.7　采用叶片穿孔方法
　　为了降低轴流式通风机涡流噪声，可以采用工作轮叶片穿孔方法。采用叶片穿孔方法，可以降低阻力系数，既达到了降低噪声的目的，又提高了风机的经济性。但是，由于叶片穿孔和叶片两面的压差降低，也降低了升力系数。
　　叶片穿孔方法能使叶栅噪声沿频谱降低6～10 dB。

2.8　采用不相等叶片间距降低轴流风机旋转噪声
　　不相等间距的叶片对轴流风机的频率及其谐波都具有调制作用，即对于任意一个谐波，不像等间距叶片风机那样具有显著的峰值，而是将能量散布到更宽的频带中去。
　　采用不相等叶片间距，虽然降低了风机的噪声，但也降低了风机的效率。所以，采用这种方法必须考虑既能保证取得最大的声学效果，又要兼顾风机效率不至于有较大降低。

2.9　采用前掠和前倾叶片
　　研究证明：叶片尾缘边界层厚度决定着湍流噪声的大小，对风机噪声影响很大。当采用前掠和前倾叶片时，叶片尾缘边界层减薄，这就使风机宽频的湍流噪声降低。对于机翼型叶片的轴流式通风机，可将叶轮叶片的径向来流方向倾斜约15^。，便得到前倾式叶片。

3　　结论
　　（1）为了使噪声得到更有效的控制，需从噪声源上根本解决问题，可采用优化设计，提高制造精度和装配质量，并选用合理的调节方式，才能取得令人满意的降噪效果。
　　（2）当使用以上讨论的各种降噪措施时，从试验看并不能得到综合的降噪效果。对于各种降噪方法及其之间的相互影响的研究和预测，还有许多工作要做。

　　　　　　　　　　　　　　　　参考文献

[1] 智乃刚，萧滨诗. 风机噪声控制技术[M].机械工业出版社,1985.
[2] 昌泽舟,等. 轴流式通风机实用技术[M].机械工业出版社,2005.