離心風機振動噪聲預報與控制技術研究

陳華 劉云芝

摘要：在本文中，通過詳細介紹離心風機在運轉過程中產生的風壓情況，對于出入風機風力產生噪聲。利用有限元分析的方式，對噪聲的基本情況進行預測，得到產出的噪聲在出口處頻率更高的結論，并在瞬態流場和聲學場的分析中對比噪聲的基本變化情況。借助預報的基本情況，從五個方面提出了改進離心風機噪聲的措施，通過調整結構和增加阻尼等多種形式，降低運轉噪聲，起到流體機械高效運轉的目的。

關鍵詞：離心風機;噪聲預報;控制技術;有限元

1. 引言

風機在使用中采用的動力葉片旋轉的方式，根據流體的運動做功，在離心力和慣性的作用下，使得中心部分的葉輪向四周運動，逐漸達到邊緣處，所產生的壓力隨著距離的增大而增大，同時移動的速度也發生變化，葉輪發生快速運動，在產生風壓的過程中形成能量的劇集。當氣體受到阻擋后，在排氣管道中分散，使得葉輪所處的環境轉換為真空狀態，在負壓的作用下，外部空氣被吸入內環境，就將排出和吸入的過程作為風機的運轉方式。而離心風機在原有的基礎上進行調整，改變了風的進量，在不受到外部作用的情況下，保持能量水平。并且利用不同的葉片角度，在效率調高的基礎上，加大模壓力的變化。在外部的雜質進入后，使得葉輪失去動力，逐漸失去平衡，在前向動力葉片中出現耦合的效應，但是根據振動的原理，在介質的環境下，結構在聲場的作用下形成了噪聲，必須通過結構流體的設計調整，盡可能降低噪聲帶來的影響。

2. 離心風機振動噪聲的產生機理

將風機附近的磁場轉變為非周期性的變化，在不規則的振動下，利用軸承傳遞的方式，在葉片振動帶動軸承共同作用在外面殼體。此外，對于離心風機產生的噪音是因為電機的運轉情況發生變化。在電機的內部構件中，由于鐵芯的電磁效應，出現變電的場景下，電機產生軸向運動，在繞組振動的條件下，將鐵芯和電磁控制線圈連接，在電機運轉過程中，電機出現扭矩改變。內部的轉子在電磁效應下進行振動。而電機產生振動對于噪聲的產生起到了促進的作用，主要表現在電機外部金屬打磨不光滑，出現精度不夠的情況，中軸的承受力不足，導致葉片的旋轉不充分，或是在安裝軸承時，電機的外殼出現了劇烈的振動。在剛性的轉子結構中，當電機運動速率快速提升，出現振幅明顯提高的情況，電機的動力變化區間加大，所響應的振動值也明顯變化。

在離心風機使用中，葉片氣流根據機械的脈沖及時做出調整，在產生噪聲后，利用計算方式得到噪聲的圖譜，并在壓力的作用下測得線圈的變化速率，隨著邊緣的分離，產生噪聲的可能性有所提高，結合氣動流體的軸變化規律，在引起脈沖的情況下，無法對噪聲的影響發生調整。在聲場中，無規律的脈沖在升力變化的情況下產生噪聲，根據這一原理可以有效的控制噪聲的變化，在不同的形態中考慮不同的噪聲功率變化。

3. 離心風機振動噪聲的預報分析

在研究風機噪聲過程中，要考慮到蝸殼的情況，在聲場在蝸殼所產生的反射條件下，對聲源的位置發生變化，在改變聲學阻抗的條件下，將噪聲在鋼板上投射，出現多管道傳播的可能，采用消聲器的方式，在蝸殼的外結構中構建新的噪聲源。常規對離心蝸殼產生振動噪聲的是電機的運轉變化，在內部的機理環境下實現蝸殼的振動。蝸殼采用厚鋼板結構，在空氣的介質中，依靠聲學的傳播方式，降低耦合相應，單向的對噪聲輻射情況進行計算預報分析。當對于電機進行改進時，將原有的空轉葉輪進行重分布，在空轉的時速和葉輪轉速出現偏差時，噪聲的數值出現上升的趨勢，如進行消聲處理，可根據噪聲的成分對噪聲的數值進行預測。

在離心風機振動噪聲的預報分析中，采用有限元的分析方式，將結構振動作為主體，不同的離散振動區間作為有限單元，在不同的節點中將力的效應重新調整，根據彈性理論中模量的變化情況，根據設計的原理在節點部位納入整體系統。

3.1結構方程

在有限元的分析中，根據動力結構進行公式的計算，將動力F和約束力N構建新的計算公式，在平衡方程的計算中，形成速度變化具體數值。并將多個求解工程方式進行疊加，在計算出模態的前提下，改變組您變化。同時在互聯網的基本方向上求得風險性的計算結果。根據不同的葉片運動狀態，利用積分的計算方式，在不同的時間點中計算不同的平衡方程。

3.2預報模型的建立

在計算得到相應的結果后，在風機的設計模型中，采用法蘭連接，在圓盤與蝸殼相連的基礎上，加大底部的剛度，提高風管的厚度。在力矩的傳遞中，法蘭連接內部尺寸不發生變化，在倒角處調整網格劃分的密度，加強對于螺栓連接部分的受力計算，并將整個風機內部的彈簧系統作為整體剛度計算。模型建立后，進行邊界條件的設定，將多個自由點調整為固定約束，提高支座處的承載能力。

3.3噪聲疊加

在軸承的聲波計算中，從某一時刻開始，在不同的葉片振幅變化中，聲波出現疊加的情況。在不同的風機運行界面中，測量所得到的噪聲在排出管道中都出現了頻率增加的情況，在線譜分析中，出口位置的噪聲頻率是進口位置的兩倍，究其原因是在進口處風機的頻段不同，管道中出現了噪聲聚集的情況發生。

4. 離心風機振動噪聲預優化控制技術

噪聲控制優化后性能一般要求總體變化不大，結構不能太復雜，否則導致總體制造成本增高，另外也會影響維護性，在保證原有性能基本不變的情況下，只能進行一些局部的改進。

（1）降低殼體振動，采用加強筋的辦法，改變梁所有的共振頻率;梁增加板的聲輻射。使用的風機蝸殼大部分是平板，雖然不是一個自由板，但在上面焊加強筋，會使振動能量從低頻提升到高頻，而高頻輻射效率一般較高，所以輻射有可能會增加。

（2）蝸殼與蝸舌間隙變化。由于在蝸舌附近葉輪與蝸殼之間的間隙最小，氣流不均勻性較強，在前面的流場分析中也可以看出，這樣在蝸舌部分產生的噪聲也較強。增加葉輪與蝸舌之間間隙或增加傾斜角可以降低離心風機的旋轉噪聲。

（3）蝸殼表面粘貼阻尼材料

蝸殼內表面不容易采取措施降噪，在外表面粘貼阻尼材料降低殼體振動卻是一種方法。如果沒有阻尼，那么在每個共振頻率上的響應就是無限大，增加阻尼就可以控制板的振動，振動減少了，聲輻射也自然降低了。

（4）葉輪葉片數變化

葉片數的選擇：在離心風機中，增加葉輪的葉片數則可提高葉輪的理論壓力，因為它可以減少相對渦流的影響。但是，葉片數目的增加，將增加葉輪通道的摩擦損失，這種損失將降低風機的實際壓力而且增加能耗。

（5）葉片進出氣邊的改進

在葉片進出氣邊上設置鋸齒形結構，可使葉片上氣流附面層較早地轉化為湍流，避免層流附面層中的不穩定導致渦流分離。其實在螺旋槳唱音控制上面，就提出了隨邊切出鋸齒形，可以有效地控制唱音。

5. 結束語

離心風機在噪聲控制分析中，其特有的分析手段要求從噪聲形成原理出發，針對葉輪的運行規律，通過有限元的分析方式計算振動響應，并就風機的內部振動進行降噪處理。在文中通過在預報噪聲的基礎上，從五個方面提出噪聲的改進措施和優化方案。

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