0　引言

近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)生活和工作環(huán)境的要求日益提高，風(fēng)機(jī)的噪聲問(wèn)題便突顯出來(lái)，從而帶動(dòng)國(guó)內(nèi)外風(fēng)機(jī)噪聲研究的興起和發(fā)展。

對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)廣泛用于礦井、隧道等使用空間小又需要強(qiáng)烈通風(fēng)的場(chǎng)合。然而，作為軸流通風(fēng)機(jī)的一個(gè)特例，對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)將兩個(gè)相對(duì)反向旋轉(zhuǎn)的葉輪、電機(jī)和各種支撐結(jié)構(gòu)都安裝在一個(gè)葉頂間隙很小的筒體中，從而導(dǎo)致其內(nèi)部流場(chǎng)中存在非常嚴(yán)重的動(dòng)動(dòng)干涉與動(dòng)靜干涉，使得這類(lèi)風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流場(chǎng)比普通軸流通風(fēng)機(jī)更加復(fù)雜，同時(shí)還伴有嚴(yán)重的噪聲污染，不僅給人們的生活和工作帶來(lái)巨大危害，其噪聲測(cè)試也比較困難，這就給對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)的噪聲研究及控制帶來(lái)更大的難度[1-3]。因此，在研究這類(lèi)通風(fēng)機(jī)的噪聲問(wèn)題時(shí)，首先必須要對(duì)其噪聲源進(jìn)行識(shí)別，即對(duì)其進(jìn)行聲場(chǎng)測(cè)量和噪聲分析，識(shí)別出主要聲源的位置、性質(zhì)和頻率特征，并分析其發(fā)聲機(jī)制，從而有針對(duì)性地進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，并提出和實(shí)施相應(yīng)的降噪措施[4]。

1　試驗(yàn)方法

選擇一臺(tái)具有代表性的對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)作為研究對(duì)象進(jìn)行了聲學(xué)測(cè)量。表1為該通風(fēng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)工況下的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，其葉片采用等厚度薄板，葉型由葉片上7個(gè)不同截面的雙圓弧型線組合而成。

由于選用的對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)和體積比較龐大（所有這類(lèi)風(fēng)機(jī)基本都具有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)和體積），使得噪聲測(cè)試很難在消聲實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，而現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試聲功率不僅需要有很大的測(cè)試空間，而且風(fēng)機(jī)出口區(qū)排氣速度大，針對(duì)出口區(qū)的測(cè)量很難測(cè)準(zhǔn)，所以選擇在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試聲壓級(jí)，按GB/T2888-91《風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)量方法》測(cè)了一點(diǎn)，其位置為距風(fēng)機(jī)出口1m遠(yuǎn)、45°位置。聲學(xué)信號(hào)測(cè)量采用BK3560C-pulse多分析儀系統(tǒng)，量程選擇1/24倍頻程。在測(cè)量聲壓級(jí)的同時(shí)，還進(jìn)行了相應(yīng)的進(jìn)氣氣動(dòng)性能試驗(yàn)。

2　測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)測(cè)試得到的線性聲壓級(jí)頻譜見(jiàn)圖1。當(dāng)頻率超過(guò)1000Hz時(shí)，其線性聲壓級(jí)均在70Hz以下；在中低頻部分則存在4個(gè)聲壓級(jí)超過(guò)70dB的高峰，分別對(duì)應(yīng)編號(hào)①~④，主要針對(duì)這4個(gè)峰進(jìn)行分析；編號(hào)⑤和⑥位置也存在兩個(gè)小峰，但它們的聲壓級(jí)較低，所以不作探討；編號(hào)⑦為高頻位置。表2給出了編號(hào)①~④對(duì)應(yīng)的頻率、線性聲壓級(jí)和A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)。

3　噪聲源分析

3.1　電機(jī)的電磁噪聲

圖2中編號(hào)①為電機(jī)自身產(chǎn)生的電磁噪聲，所配用的電機(jī)其固有頻率均為50Hz，因此，在50Hz附近存在這樣一個(gè)較高的峰，其線性聲壓級(jí)達(dá)到了83.22dB。然而，在A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)頻譜中，由于低頻段衰減很大，這個(gè)峰僅為52.59dB（A），與③、④的A聲級(jí)相差甚遠(yuǎn)。編號(hào)②也是電機(jī)本身產(chǎn)生的電磁噪聲，其頻率對(duì)應(yīng)電機(jī)固有頻率50Hz的2倍，因此為電機(jī)電磁噪聲的2倍頻。與①相似，在A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)頻譜中，這個(gè)峰僅為54.36dB（A）。因此，由電機(jī)本身產(chǎn)生的電磁噪聲不是對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)主要的噪聲源。

3.2　氣動(dòng)離散噪聲

編號(hào)③和④分別為后級(jí)葉輪和前級(jí)葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣動(dòng)離散噪聲。這兩個(gè)峰對(duì)應(yīng)的頻率分別為339.85Hz和440.25Hz，而根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得的前后葉輪轉(zhuǎn)速值（前后級(jí)葉輪轉(zhuǎn)速分別為2935r/min和2913r/min）計(jì)算可知，這兩個(gè)峰所在頻率剛好分別對(duì)應(yīng)著兩級(jí)葉輪的葉片通過(guò)頻率（BPF）。BPF可表示為

f=nz/60

式中f為葉片通過(guò)頻率，Hz；n為葉輪轉(zhuǎn)速r/min；z為葉片數(shù)。

經(jīng)分析，當(dāng)后級(jí)葉輪和與其相鄰的電機(jī)支架及電機(jī)進(jìn)線管周期性相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，后級(jí)葉片表面就會(huì)產(chǎn)生周期性變化的壓力脈動(dòng)，從而產(chǎn)生了編號(hào)③對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)離散噪聲；同理可知，編號(hào)④對(duì)應(yīng)前級(jí)葉片表面壓力脈動(dòng)所產(chǎn)生的氣動(dòng)離散噪聲。這兩個(gè)離散噪聲的線性聲壓級(jí)均已超過(guò)75dB，而編號(hào)④對(duì)應(yīng)的線性聲壓級(jí)高達(dá)85.15dB，同時(shí)，它們?cè)贏計(jì)權(quán)頻譜中衰減都很小。顯然，由葉片表面脈動(dòng)壓力形成的BPF氣動(dòng)離散噪聲是對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)最主要的噪聲源。

3.3　寬帶噪聲

編號(hào)⑦為寬帶噪聲，該噪聲由風(fēng)機(jī)內(nèi)流動(dòng)引起，其所在頻率位于中高頻，各頻段的線性聲壓級(jí)均未超過(guò)70dB，因此寬帶噪聲也不屬于對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)主要的噪聲源。

4　結(jié)論

通過(guò)對(duì)一臺(tái)有代表性的對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)的噪聲分析，識(shí)別出其主要噪聲源是風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)離散噪聲，即由葉片表面壓力脈動(dòng)引起的BPF離散噪聲。這類(lèi)噪聲在對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)各類(lèi)噪聲中成為最主要的噪聲源，其主要原因有二：一方面，這類(lèi)通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高、壓頭大，內(nèi)部流場(chǎng)極其復(fù)雜；另一方面，通風(fēng)機(jī)內(nèi)部存在各種電機(jī)支架和導(dǎo)線管，它們與兩個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉輪產(chǎn)生強(qiáng)烈的動(dòng)靜干涉和動(dòng)動(dòng)干涉，從而使葉片表面出現(xiàn)周期性變化的脈動(dòng)壓力。而電機(jī)本身產(chǎn)生的電磁噪聲和中高頻的寬帶噪聲與氣動(dòng)離散噪聲相比并不是主要噪聲源。

針對(duì)對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)噪聲源的特點(diǎn)，提出4點(diǎn)非傳統(tǒng)而具有創(chuàng)新性的降噪措施。

（1）在滿(mǎn)足工程要求的前提下，盡量減少對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)內(nèi)部的支架及導(dǎo)線管等結(jié)構(gòu)，以減輕其與動(dòng)葉輪之間的干涉，降低氣動(dòng)離散噪聲。

（2）在工程上允許并滿(mǎn)足氣動(dòng)性能要求的情況下，盡量使各種支架遠(yuǎn)離動(dòng)葉輪；同時(shí)，盡量增加兩級(jí)動(dòng)葉輪的間距。這樣，也是為了減輕動(dòng)靜干涉及動(dòng)動(dòng)干涉，降低氣動(dòng)離散噪聲。

（3）對(duì)葉片型線及葉片安裝角進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化，使對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)盡量簡(jiǎn)單化。

（4）使用合理的吸聲棉等材料，并結(jié)合提出的前三點(diǎn)建議，一定能夠使對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)的降噪效果達(dá)到最好。

參考文獻(xiàn)

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[2]史偉.多段組合穿孔板聲襯降低對(duì)旋風(fēng)機(jī)噪聲的實(shí)驗(yàn)研究[J].航空動(dòng)力學(xué)報(bào),1997,12(4):401-403.

[3]史偉.新型通氣聲襯在對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)降噪中的實(shí)驗(yàn)研究[J].燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究,1998,11(1):20-26.

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