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空调风机噪声的发生机理及节制路子

1 弁言
 
  今朝大局部中心空调组合机组结尾用的空调离心透风机,噪声都不尽抱负。比方: 双吸多翼前倾风机、双吸机翼型后倾风机、双吸单板圆弧后倾风机等装配在空调组合机组结尾,在不出格处置或无隔声装配的情况下,在距风机出风口处1m摆布测得的噪声通俗可达90~110dB(A),有些高压、大流量的空调离心风机,噪声乃至达120~130dB(A)。按照国际规范化构造(ISO)倡议:在产业厂区内,噪声请求不跨越85dB(A); 在大众修建、饭馆、宾馆、紧密仪器仪表等领地,噪声请求不跨越75dB(A)。按照人们对噪声所能蒙受的水平,间隔风机比来的室第区,白天请求噪声不跨越50~60dB(A),早晨请求噪声不跨越40~45dB(A) 。
  是以,对现今较为进步的中心空调组合机组结尾用的空调离心透风机噪声的发生要停止深切研讨,辨认噪声源,从而完成噪声的有用节制是成心义的。
  2 空调风机噪声发生的机理阐发
  2.1 空调风机的机器噪声
  通俗说来 , 空调风机大局部接纳双进风型式,风机的轴及轴上的叶轮等整机都较重,各出产厂家事前均颠末较严酷的均衡(静均衡和动均衡)实验后才投入操纵。但风机转速通俗较高,颠末一段时候的运转后 , 会发生多种机器噪声。
  (1) 叶轮磨损不平均或因风压致使整机的变形 , 使全部转子不均衡而发生的噪声。
  (2) 轴承在运转后因为磨损 , 与轴彼此发生的噪声。
  (3) 因为装配不良或各整机连接松动而发生的噪声。
  (4) 叶轮高速扭转发生振动 , 致使机体某一局部共振而发生的噪声。
 2.2  机电噪声
  在空调的全部透风体系中,机电是此中一个首要构成局部,但普透风机的出产厂家接纳的机电均由机电出产厂家供给,风机出产厂家通俗不作机电外部处置,但机电的噪声品种单一,本文简述以下:
  (1) 轴承自身精度不够而发生的轴承噪声;
  (2) 径向交变的电磁力激起的电磁噪声;
  (3) 换向器整流子碳刷磨擦导电环而发生的磨擦噪声;
  (4) 整流子的打击噪声;
  (5) 因为某些部件振动使本身的固有频次与鼓励频次发生共振 , 构成很强的窄带噪声;
  (6) 转子不均衡或电磁力轴向份量发生的轴向串动声;
  (7) 机电冷却电扇发生的氛围能源噪声。
  2.3  风机噪声发生的机理
  当多个叶片的风机叶轮绕轴扭转时,扭转的叶片对气流不时施加作使劲,作使劲的平均局部对应于坚持气流活动的推力,而其交变局部则对应于发生气流噪声的激起力。
  (1)扭转噪声发生的机理扭转噪声又称叶片噪声,或称团圆频次噪声。叶片绕轴扭转时,风机叶片绝对气流活动,顶风侧与背风侧所受压力差别。在扭转叶轮的叶片通道出口处沿周向的气动压力与气流速率都有很大变更,扭转的叶片通道擦过较窄的蜗舌处,就会显现周期性的压力和速率脉动,从而发生噪声。叶片在自在空间扭转时,对叶片临近的某牢固空间位置来讲,每当一个叶片经由进程时,氛围遭到叶片及其压力场的鼓励,压力就会升沉变更一次,扭转的叶片不时地逐一经由进程,响应逐一地发生脉冲 , 向四周辐射噪声。
  在给定空间位置发生的压力,并不按正弦纪律随时候变更,而是按脉冲情势。除基频外另有很多谐波成份 , 其频次为基频的整数倍。若是压力脉冲很锋利,在声频规模内能够有很多谐波成份。扭转噪声的频次为
  f = inz / 60                    (1)
  式中 n ———每分钟的转速
  z ———叶片数
  i ———频次谐波序号,i = 1 时的频次为基频
  由式(1)能够看出,若将叶片数增添1倍而转速坚持稳按时,因为基频增添1倍,本来的奇次谐波成份被打消,假设各谐波成份的强度类似不异,现实上扭转噪声的强度将降落一半。即便压力脉冲不很尖税,叶片数的增添对降落噪声也是有益的。
  扭转噪声的声压与风机的功率成反比,而与叶轮的半径成反比。以是,当功率与叶片尖真个圆周速率给按时,从降落噪声的角度应尽可能使叶轮半径大一些。叶片尖真个圆周速率对扭转噪声的声压很是敏感,随圆周速率的进步 ,扭转噪声的声功率敏捷地增添。
  (2) 涡旋噪声发生的机理
  涡旋噪声又称涡流噪声,或称紊流噪声。风机叶片绝对气流活动时,气流遭到叶片反对即绕流时,沿叶片外表的流线会在反面脱体,从而构成一个暗影区。在该区内的气体通俗处于绝对活动的状况,并不随气流向下流标的目的活动,而该区与气流间的边境是不不变的,气流经由进程切向粘滞力而发生卷吸感化,动员活动的气体活动,在反面的分叉点四周构成了涡旋胚,并逐步生长,涡流的规模愈来愈大,到必然水平后涡旋胚就从叶片反面滑脱,而随气流向下流活动。当涡旋胚滑脱时,在该区另外一侧分叉点四周构成一个新的涡旋胚,从而起头同上类似的进程,见图1。
图 1a 表现气流在叶道中的径向活动
  图 1b 表现气流在叶片通道中构成的环流胚
以此类推,涡旋在叶片上侧不时地构成、生长和滑脱,发生一系列逆流而下的漩涡。因为涡旋的中心与边缘的压力是不不异的,是以在涡旋脱体的进程中,涡流割裂,负气体发生扰动,叶片遭到交变气体扰举措使劲。上述进程中,叶片要不时地向气体施加周期性的反作使劲,构成气流的紧缩与稀少过,从而向四周辐射声波,发生涡旋噪声。涡旋噪声的频次为
  f m = i β v/ L              (2)
  式中  β ———斯特劳哈尔( St rouhal)系数,β =0. 14 ~ 0. 2 , 通俗随雷诺数的增添
  而迟缓地增添,计较中通俗可取β= 0. 185
  v ———气流与叶片的绝对速率
  L ———叶片正外表的宽度在垂直于速率立体上的投影
  i ———频次谐波序号
  由式(2)可知,涡旋噪声的频次取决于叶片与气体的绝对速率,而扭转叶片的圆周速率则跟着与圆心的间隔而变更。从圆心到圆周,速率持续变更。叶片扭转所发生的涡旋噪声就具备持续的噪声频谱,频带宽度也将随雷诺数的进步而迟缓地增大。从声源特征上说,涡旋噪声属偶极子源,声功率与偶极子源振速幅值v m的平方成反比,与波数k的4次方成反比,是以,涡旋噪声的声功率按流速v的6次方纪律变更。  现实空调中操纵的各类系列离心风机,扭转噪声与涡旋噪声老是同时存在。若叶片尖真个圆周速率响应的马赫数小于0.4,涡旋噪声则占主导位置 , 若叶片尖真个圆周速率响应的马赫数大于 0.4,扭转噪声则占主导位置。
  3 空调风机噪声的节制路子
  3.1 机器噪声的节制
  普通运转的空调机组中的风机体系,机器噪声绝对气体能源噪声和机电噪声来讲,绝对较小,在夹杂噪声中,机器噪声能够疏忽不计。
  3.2 机电噪声的节制
  在设想建造或选用机电时要偏重斟酌降落机电噪声;在操纵机电时则要偏重斟酌节制机电噪声。
  (1)叶片声和笛声的节制 叶片不均衡或叶片与导风圈的空隙太小,只要校订或调剂便可;若叶片与风道沟共振发生笛声,须转变叶片数,叶片最好接纳质数片。
  (2)恰当减小电扇直径,公道挑选电扇尺寸参数,可降落电扇涡流噪声。
  (3)电磁噪声在低频段与机电刚度有关,高频段与槽共同有关。若显现电网频次的低频电磁声,申明机电定子有偏疼、气隙不平均,应返修改良;若负载显现两倍滑差频次的噪声,申明转子出缺陷,应更新或返修。
  (4)接纳消声隔声办法 以消声为主的经常使用于小型机电,以隔声为主的经常使用于大型机电。一要注重机电的散热,二要注重消声罩的隔振与减振。
  3.3 风机噪声的节制
  空调组合机组结尾的透风体系是一个很是庞杂的噪声源,沿风机的各个标的目的向外传布,如图2。对风机设想、出产厂家,既要保障全部体系的低噪声,又要保障风机的高效力。我公司今朝研制开辟的 KHF系列风机便是基于上述概念而设想的,首要用于组合机组配套。
  (1) 机壳处的噪声节制
  如图3,在风机机壳内侧牢固一层穿孔板,其穿孔率约为20%,内衬一种超细玻璃棉,作为吸声资料,其密度为15~20kg/m3,全部衬垫厚度为50~100mm。能够有用减小调子强度和随机噪声。

此方式笔者在宁波一家风机公司任务时,应客户降落噪声的请求而设想并建造过一批,计6台,机号为 KHF-900、KHF-1000。件1和件7为1.5mm 镀锌板,件4为1.0mm 镀锌板,件3 、件5和件6为0.8mm穿孔网板,穿孔率为20%,中心添补产业用超细玻璃棉。经前后机能对照,因为穿孔板的磨擦系数比通俗镀锌板略高,风机流量降落1.2%~2.5%,内功率也同时降落1.4%~1.8%,其噪声降落8~10dB(A)。也能够做成双层微穿孔板吸声布局,层与层之间的空隙为60mm,经由进程气流的一层穿孔率为20%,另外一层为2%,夹层中心不加填料,经测试,机能与上述方式根基不异。若是空调箱内的空间充足,也能够将衬垫贴附在全部机壳的外侧,其降噪的结果也较为较着。
(2) 进、出风口处的噪声节制
  经测试,空调风机在进风口与出风口,其噪声最大。通俗的方式是操纵声的阻抗失配道理,在进风口前和出风口后装配吸声式消声装配来减低风机噪声。
  在进风口位于机壳外部的核心,设想防涡旋的整流布局,见图4 。
  叶轮中叶片出风口的尺寸大于进风口位于前盘处的尺寸,气流在风室中活动时,在进风口圆弧段会构成很多小股团的涡旋,与机壳、进风口发生屡次打击而最初离开,因持续屡次的打击而向四周辐射噪声。增设整流圈和挡板,能有用避免气流在进风口旁构成涡旋,卡门涡街、二次流发生的噪声有较着降落。在KHF系列风机中,经同比机能测试,不只噪声降落6~8dB(A),且风量、全压也增添2%~4%,风机效力也有所进步。
  在出风口处,除装配消声器外,还能够设置吸声板来降落噪声,如图5,这类方式也可利用在进风口处。
(3) 蜗舌布局的改良
  因为存在着叶片尾迹,在叶轮出口处的切向速率散布曲线显现较着的最大值和最小值。蜗舌尖端半径的巨细及蜗舌与叶轮外径的间距巨细对出风口处的噪声影响较大。在 KHF 系列风机蜗舌板的设想中,除挑选恰当的蜗舌尖端半径和蜗舌与叶轮外径的间距外,并对蜗舌布局停止了改良。一种方式是在风舌的内侧牢固一层穿孔板,内衬一种超细玻璃棉作为吸声资料,其布局与后面的机壳衬层类似。另外一种方式是转变蜗舌的边缘。普透风机蜗舌的边缘是平行于主轴,让叶轮番出的周向不平均的气流同时感化在蜗舌上,使蜗舌遭到很大的脉冲力而向外辐射较强的噪声。现改用如图6所示的蜗舌板,蜗舌边缘线与主轴倾斜,其倾斜的水平按照叶片的气动模子计较出叶片出风口处风速的切线标的目的,让两个叶片出来的气流同时感化在蜗舌上。在 KHF 系列风机中,蜗舌边缘与主轴的倾斜角为18°,使感化在蜗舌上的脉冲气流彼此错开,削减蜗舌上的脉冲力,有用降落风机的扭转噪声。
  (4)叶轮气体流道的改良
  在KHF系列风机叶轮的设想中,叶轮的入口速率和叶轮中的加速水平,是出格值得存眷的题目。降落叶轮中的入口速率和增大叶轮中的加速水平,能够使叶轮中的流速减小,削减活动丧失,进步叶轮的活动效力,还能够有用地降落噪声。为此,将叶片设想为后掠式歪曲叶片,如图7所示。
 接纳后掠式歪曲叶片,叶片在出风口处过度前倾,在进风部位后掠,能够避免流道的急剧扩大,避免气流严峻分手,让叶片反面发生的紊流附面层和分界层所构成的涡旋胚以最快的速率崩溃,从而进步了气流在叶道中的活动效力 ,也削减了涡旋所发生的噪声。经同型号风机机能测试比拟,KHF 系列风机的效力进步了3%~5%,噪声同时降落8~10dB(A),特别在微风量区,效力高,噪声低,其气动机能在国际外同范例风机中趋于抢先位置,是空调组合机组中抱负的配套风机。
 
 4 竣事语
  风机体系发生的是一个很是庞杂的噪声源,要经由进程对噪声的丈量、阐发、诊断手艺等来肯定首要噪声源,根据轻重缓急的准绳,采用几项公道的管理办法 , 才会有杰出的结果。今朝,空调组合机组首要装配在产业区和生齿集合的室第区,此中风机体系发生的噪声是组合机组中的首要噪声,有用节制风机体系中噪声的发生、传布,能够加重四周情况的噪声净化,进步人们的糊口品质。


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