基于多分支HQ管的大型風機節能降噪技術試驗研究

孫遠濤，王 飛，韓 毅，顧小紅

（北京朗新明環?？萍加邢薰灸暇┓止荆K 南京 210019）

大型風機廣泛應用于電力、冶金等行業，其工作時產生巨大噪聲，造成環境污染，目前多通過風機隔聲、管道包扎、消聲器等措施降低風機本體噪聲輻射及沿管道向外輻射的噪聲量。消聲器具有良好的消聲量，但導致風系統阻力增大，風機能耗增加，同時消聲器在高速氣流沖刷下，易損壞，維護成本高。

HQ管是利用聲波干涉原理的一種降噪技術，已廣泛應用于航空、船舶、車輛的風扇和發動機進排氣等的噪聲控制[1-4]，本研究基于多分支HQ技術，開展大型風機節能降噪技術，試驗結果表明，HQ試驗管消聲量達到原消聲器性能同時，風系統阻力下降，風機能耗下降14.5%，具有良好的應用前景。

1 多分支HQ管原理

如圖1所示，為多分支HQ管原理圖，其中，I、O為上下游連接點。

圖1 多分支HQ管結構與原理

假設聲波在任意管道內以平面波傳遞，任意管道的傳遞函數[5]：

式中：lm為任意m管的長度，Sm為任意m管的截面積。k為波數，P為聲壓，v為速度。整個管的傳遞函數：

由聲壓及速度連續邊界條件可以得到整個多分支HQ管的傳遞函數：

由傳遞矩陣得到傳聲損失LT為[6]：

2 多分支HQ管設計

某電廠300 MW機組一次風機，全壓15.5 KPa，流量268 920 m3/h，消聲器壓損700 Pa。多分支HQ管以進風口聲壓最大頻率230 Hz和460 Hz設計，1、2兩分支管道針對460 Hz，3、4兩分支管道針對230 Hz，如圖2所示，各分支管道長度見表1。

表1 各分支管道長度

圖2 管道圖

管道聲場前后傳遞損失對比見表2。

表2 管道改進前后傳遞損失數值對比

經改進設計，管道本身具有較高的消聲性能，對比原進風管道，管道改進后消聲量提高約10~15 dB。

管道流場前后對比如圖3所示。

圖3 管道壓力分布

改進后管道壓損明顯降低，管道內速度分布相對均勻，減小了管道內通氣阻力，管道內最大流速降低，使得管道內及風機入口氣流噪聲相對降低，流場參數對比見表3。

表3 管道改進前后流場參數對比

3 節能降噪效果

根據理論制造了多分支HQ管，搭建1∶2風機縮比模型進行節能和降噪效果測試，如圖4所示。

圖4 多分支HQ管道和試驗現場

測試對比了3種情況下的聲傳遞損失和壓損，數據見表4。

表4 3種工況傳聲損失實測數據

風機節能測試數據見表5。

表5 同風量下3種工況風機運行數據

測試數據表明：（1）基于多分支HQ管技術對進風管道進行改進設計，由于有阻性消聲器性能實現了管道自身降噪，平均消聲量達到15 dB。（2）基于多分支HQ管技術對進風管道進行改進設計，風機電流降低8.8 A，輸入功率降低3.5 kW，節電量約為15.3%。（3）本研究測試結果與設計結果存在一定誤差，但總體趨勢一致，可作為用大型風機節能降噪參考。