淺談軸流風機運轉異音的成因及解決方式

李敬妙

淺談軸流風機運轉異音的成因及解決方式

李敬妙

（石家莊通業電氣制造有限公司，河北 石家莊 050035）

軸流風機廣泛應用于暖通空調系統中，它的電機與葉輪通常采用直連式，安裝簡便，能為空調冷凝器帶來較好的散熱效果。但有時軸流風機在運轉時存在異音，給人們帶來不良的聽覺效果。究其原因可以歸納為四個方面，即葉輪與電機起動特性匹配不當，會在風機起動瞬間存在起動異音；機械方面的原因，風機部件中動、靜部件干涉導致的異音；葉輪本身存在不完善的因素，風機運轉過程中，介質流動不均衡導致異音；風機與電機部件產生共振，致使風機通電時有異音的存在。重點對軸流風機運轉異音的成因及解決方式進行了探討。

軸流風機；運轉異音；成因；解決方式

一般來說，當軸流風機運轉時產生異音，要準確分析其成因，根據其原因采取相應的策略，如在轉矩匹配、協調動靜部件和采用不同振動頻率等方面，進而減少異音的產生。

1 軸流風機運轉異音的成因

1.1 軸流風機起動時轉矩變化與電機轉矩變化匹配不當

軸流風機的起動是指通入電源從轉子堵轉瞬間到風機達到額定轉速的全過程，選用的電機應有足夠大的起動轉矩，其起動轉矩應大于由于風機葉輪重量引起的阻轉矩、風機的負載轉矩及與風機葉輪偏心引起的偏心力矩之和（其中偏心力矩很小可以忽略不計，風機的負載轉矩隨著轉速的增加逐漸增大）。由于三相異步電動機在起動過程中會存在最小轉矩，當電機的最小轉矩不能足夠滿足風機葉輪隨著轉速升高對轉矩的需求時，風機將在該轉速運行點出現負重過大的情況而發出異常聲音。

1.2 風機動靜部件相互干涉

在風機內部，轉動部件為葉輪，葉輪由葉片與軸轂組成。靜止部件通常指導風筒，當葉輪按一定速度轉動時，若葉片頂端與導風筒出口處的間隙較小或導風筒圓柱度超差或葉輪輪轂安裝時偏心，都會使風機運轉過程中，葉片頂端與導風筒干涉并發出異響。

1.3 軸流風機內部存在不穩定流動

1.3.1 軸流風機進口入流不均勻

一般來說，在軸流風機進口入流時應當是均勻的，這樣才能使風力更為平均地散發出去，從而讓軸流風機能夠良好地進行運轉。但在實際運行中，部分軸流風機進口形狀并不對稱，再加上進口入流會受到干擾，軸流風機葉片進口處流動一般難以趨于平衡[1]。當進口入流不均勻，在軸流風機起動時葉片就會受到影響，從而導致起動異音的出現。

1.3.2 軸流風機吸力面發生流動分離

軸流風機在起動的時候，軸向速度相對來說較小，使葉片進口入流的沖角變得相對較大，整個軸流風機吸力面就會發生流動分離。整個軸流風機內部的流量分配不集中，運轉時就會產生異音。

1.3.3 葉片頂部產生泄漏渦團

在軸流風機中，葉片頂部是主要受力部分，當流量來臨時，葉片頂部承擔著引導流量通過相應間隙進入整個軸流風機的任務，一旦在間隙中發生泄漏，產生泄漏渦團，在運轉時就會使軸流風機運轉不流暢，從而產生異音。

1.3.4 葉片尾部產生流動脫落的現象

葉片尾部在軸流風機的起動及運轉中起到維持流量穩定的作用，當流量過大，超過軸流風機的正常負荷時，葉片尾部所維持的流量就會變得不穩定，繼而出現流動脫落的現象。流動脫落會產生一系列分離渦，使軸流風機的內部流動變得十分紊亂，紊亂的渦流不斷運動和發展，甚至被主流帶向軸流風機的出口，造成軸流風機氣動性能下降，非正常渦流的出現同時伴隨著強烈的非正常壓力脈動，從而誘發運轉異音的產生。

1.3.5 葉輪流道產生旋轉失速的現象

當軸流風機運行時，流量數量呈現減少的趨勢，且這個趨勢達到峰值，在流量引導通道中會形成部分失速渦團，它們自轉的方向與葉輪的旋轉方向相反，會阻礙主要流量的合理運轉，從而導致流量通道不穩定，整個葉輪流道就會產生旋轉失速的現象[2]。當此種現象發生后，部分流量通道會被阻塞，而其余的流量則會被驅趕至其余流量通道，整個軸流風機運轉所需能量失衡，軸流風機氣動性能會大大降低，運轉時異音就會出現。

1.4 風機與電機部件產生共振

引發共振的原因多種多樣，可能是因為滾動軸承裝配不良、軸承表面出現損壞而形成共振，也可能是風機軸系的臨界轉速下降到與電機轉速相同，電機部件的頻率不能支撐風機的正常運轉，進而產生共振。當風機與電機部件產生共振時，風機在通電時就會產生異音。

2 軸流風機起動異音的解決措施

2.1 電機起動特性與葉輪合理匹配

風機起動是指電機接入電源從轉子堵轉到額定轉速的全過程，為保證電機有一定的過載和起動加速能力，選用的電機應具有一定的最大轉矩和足夠大的起動轉矩，通常電機的起動轉矩是額定轉矩的2倍左右，可以帶動風機葉輪很快地起動，以保證所選用的電機能提供足夠的轉矩以克服風機的阻轉矩，使風機從靜止加速到額定轉速，其中的起動轉矩必須克服的阻轉矩包括以下3個組成部分：風機葉輪重量引起的阻轉矩、風機的負載轉矩、葉輪偏心引起偏心力矩。其中與速度有關的偏心力矩足夠小通常可以忽略不計，風機的負載轉矩隨著風機轉速的增大而呈平方關系遞增。

由于三相異步電機的氣隙中存在基波以及一系列高次諧波的旋轉磁場，其中這些諧波磁場會產生一系列附加轉矩，它會使異步電機在起動過程出現最小轉矩，在電機的速度與轉矩曲線中存在現凹點，此時的最小轉矩小于電機的起動轉矩。

基于風機負載起動過程中轉矩特性——風機的負載轉矩隨著轉速的增加而逐漸增加，電機僅具有足夠大的起動轉矩是不夠的，還應保證電機的最小轉矩大于風機在加速過程中的阻轉矩，由此可見提高電機的最小轉矩是解決由于起動過程中因轉矩匹配不當導致風機起動異音的主要手段。

轉矩曲線上形成的凹點主要來自異步附加轉矩和同步附加轉矩，兩者都是由于定、轉子繞組在氣隙中建立的同極對數磁場相互作用所產生的。電機選用合適的槽配合、轉子扭斜等均是提高最小轉矩的有效手段。

通過上述方法改善了電機的起動特性，在起動過程避免由于轉矩不匹配帶來的起動異音。

2.2 優化風機動靜部件間隙

對于風機動靜部件相互干涉的問題，由于葉片頂端與導風筒的間隙對風機情能的影響很大，可以根據風機的加工工藝情況合理選擇葉片頂端與導風筒的間隙、保證導風筒的圓柱度及輪轂與電機軸的同軸度等方法，這樣能夠有效避免兩者之間相互干涉，進而防止異音的產生。

2.3 對軸流風機內部不穩定流動問題的解決措施

2.3.1 選擇合理的運行工作點

要想保證軸流風機運行時穩定并且不出現異音，需根據風機的性能曲線合理選擇風機的工作點，為確保其處于穩定的狀態，風機在運行時應當遠離喘振區域。可以通過優化風機葉片的安裝角及葉處片形狀，避免風機工作點不進入不穩定工作區，避免風機運行時出現喘振異音。

2.3.2 采取葉型加彎方法改良軸流風機葉片

由于葉片頂部容易產生泄漏渦團，葉片尾部容易產生流動脫落的現象，這些因素都會造成軸流風機起動時產生異音。因此對軸流風機葉片進行改良能從根本上抑制軸流風機起動異音的產生，目前國內大多采用葉型加彎的方法進行改良，從葉片的間距上進行處理，采用不等間距葉片，使動/靜葉片數互為質數可以抑制風機的氣動噪聲，進而降低軸流風機起動異音的頻率；從葉片的材料上進行處理，采用附加導葉，通過控制分離點位置，盡可能抑制附面層分離，降低葉尾尾跡寬度，從而有效抑制葉片尾緣渦流噪聲，進而從根本上抑制軸流風機起動異音的出現；從葉片組合上進行處理，采用葉片穿孔的組合方式來降低流量中的阻力系數，進而減少甚至消除異音。

2.4 對風機內部振動頻率進行優化

檢查風機安裝是否出現問題，重新進行找平調整。校正葉輪的平衡精度。擰緊有關連接件，讓風機支撐部件連接穩固[3]。查找共振部件，改變部件的固有頻率，讓其臨界轉速呈現出較大的差異，這樣才能夠避免共振現象的出現，進而減少異音的產生。

3 結語

軸流風機廣泛應用于暖通空調及日常生活中，當軸流風機起動時出現異音，要根據實際情況分析異音產生的原因，并對癥下藥，采取對應的措施來處理這一現象，從而改善生活質量并延長軸流風機的使用壽命。

［1］陳庚曉.軸流風機靜葉控制系統故障分析［J］.石油化工自動化，2019，55（2）：65-67.

［2］李鑫鑫，高貴軍，寇子明，等.對旋軸流風機葉頂間隙對其性能的影響［J］.液壓與氣動，2019（4）：68-73.

［3］鐘銀輝，李以農，高峰.車用軸流風機離散噪聲與葉片分布特性研究［J］.中國機械工程，2019，30（9）：1072-1080，1089.

TD724

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.059

2095－6835（2019）17－0127－02

〔編輯：嚴麗琴〕