旋轉機器噪聲分析對策研究

李純文

（鼎信（廣東）檢測認證有限公司，廣東中山 528434）

旋轉機器應用極為廣泛，如換氣扇，熱交換器，空調等。旋轉機器運轉過程中會產生人耳聽得見的聲音，有時候聲音聽起來令人不舒服，稱之為噪聲。如機器運轉的環境背景音安靜，聽起來更加刺耳，長期處在有噪聲的環境中，令人煩躁不安。所以必須對噪聲進行對策分析，消除噪聲的不良影響。

1 旋轉機器

旋轉機器（圖1）通常指搭載電機，將電能轉換為機械能輸出，帶動其他部件轉動的裝置。

圖1 旋轉機器

2 聲音的強弱表示

如圖2所示是聲音的強弱表示。

圖2 聲音的強弱表示

（1）聲壓。聲音通過空氣的振動產生的壓強，叫聲壓。聲壓的大小反應了聲音的強弱。聲壓的單位是Pa（帕），有時也用bar（巴）。1 bar=100 kPa。

（2）聲壓級。把聲壓有效值取對數來表示聲音的強弱的方法，叫聲壓級，聲壓級表示符號為“SPL”，單位為分貝（dB）。聲壓級的表示方式：

式中，P為聲壓（Pa），P0為基準聲壓=2×10-5（Pa）。

（3）噪聲。通常人耳聽覺系統所能感受到的信號稱為聲音。從物理學觀點來看，聲音是一種機械波，是機械振動在彈性介質中的傳播。旋轉機器的電動機作為電能轉換為機械能輸出的部件，在轉動過程中，一部分能量以振動形式輸出，振動的能量傳遞到機器的其他部件，并通過空氣散播到空間中，產生人耳聽得見的聲音。有時候聲音會在某頻率被擴大，聽起來令人不舒服，稱之為噪聲。如圖3中凸起部分尖峰。

圖3 噪聲

3 頻率分析

3.1 頻率

物質在1 s 內完成周期性變化的次數叫做頻率，常用f表示。單位是赫茲（Hz）、秒分之一，符號為s-1。例50 Hz：1s 內做了50次周期性變化。

3.2 何謂頻率分析）

聲音中，存在著各種聲壓、各種頻率的聲波。所謂頻率分析就是分析聲音中包含哪些頻率的聲音，哪個頻率的聲音較大。如圖4所示。

圖4 頻率分析

3.3 聲音的頻率修正

模擬人耳對聲音的敏感度，結合實際應用，確定了以下聲音的頻率修正方法，如圖5 所示，其中最為常用的是A 特性修正。人耳能感受的頻率在20～2 000 Hz。

圖5 聲音的頻率修正

（1）Linear 來自機械的單純聲音。

（2）A 特性修正（A-weighted）。結合人耳容易聽到程度來修正。

（3）B 特性修正（B-weighted）。現在基本上沒用。

（4）C 特性修正（C-weighted）。不修正頻率的聲音頻率分析。

（5）D 特性修正（D-weighted）。考慮到噪聲的柔和度，飛機噪聲等的特殊用途。

4 噪聲源的分析

旋轉機器噪聲源主要有：①電機運轉時的磁力噪聲；②機器旋轉部件的共振音。

圖6 噪聲源的分析

4.1 電機運轉時的磁力噪聲

轉子和定子之間，磁束的相互作用下，在半徑方向上發生加振力（電磁力），產生定子的變形，轉子的振動。電磁力噪聲＝轉子槽數×轉速60×n 次±（0＆2 f），（n=1，2，3…），f=電源頻率。圖7中（425 Hz），電源頻率=50 Hz，轉速=1 960 r/min，轉子槽數=13，磁力噪聲=325 Hz（1次），425 Hz（2次），525 Hz（3次）。

圖7 磁力噪聲

4.2 機器旋轉部件的共振

空氣流過旋轉部件，旋轉部件的不平衡使振動振動加劇，產生噪聲。如圖8所示。

旋轉部件的共振音=n×轉速[rpm]/60×Z，n=1，2，3……n，Z=旋轉體開孔數。

圖8中，轉速=1 960RPM，葉片數=4，旋轉部件的共振音=130 Hz（1次），260 Hz（2次）。

圖8 機器旋轉部件的共振

5 噪聲源的對策

（1）針對分析結果（4.1），對電機采取的對策：①重新設計電機，改善磁力平衡。②增加阻斷磁力噪聲傳播的機構，如圖9所示。

圖9 阻斷磁力噪聲傳播的機構

（2）針對分析結果（4.2），對轉動部件采取的對策：①葉片數變更。②葉片間距變更。

（3）結果考察。對策實施后，130 Hz，260 Hz，425 Hz 峰值部分已明顯降低，如圖10所示。

圖10 結果考察

6 結束語

本文總結了利用頻率分析的方法，找出旋轉機器噪聲發生的頻率，確定噪聲發生的源頭，針對噪聲源頭實施對策，能大大提高對策的效果與效率。