莊益孌,徐洪海,裘科名,張 璟,楊藝偉

(紹興市上虞區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所,浙江 紹興 312300)

離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲降噪技術(shù)探究

莊益孌,徐洪海,裘科名,張 璟,楊藝偉

(紹興市上虞區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所,浙江 紹興 312300)

當(dāng)前,工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模在不斷擴(kuò)大,噪聲污染已經(jīng)成為工業(yè)三大污染之一.風(fēng)機(jī)是進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的重要設(shè)備,其自身產(chǎn)生的噪聲問(wèn)題受到社會(huì)各界及相關(guān)部門的重視.離心風(fēng)機(jī)是風(fēng)機(jī)的基本種類,也是進(jìn)行降噪的重要設(shè)備.對(duì)離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲降噪技術(shù)進(jìn)行了探析,通過(guò)理論性研究和分析離心風(fēng)機(jī)的聲場(chǎng)特性等,制訂更多氣動(dòng)噪聲降噪策略,旨在降低工業(yè)噪聲污染.

離心風(fēng)機(jī);氣動(dòng)噪聲;降噪技術(shù);聲場(chǎng)特性

離心風(fēng)機(jī)是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的輔助設(shè)備,也是工業(yè)噪聲污染的來(lái)源之一,所以目前對(duì)離心風(fēng)機(jī)展開(kāi)降噪技術(shù)探究,對(duì)于控制噪聲排放具有現(xiàn)實(shí)意義.

1 理論計(jì)算方法分析

現(xiàn)階段,離心風(fēng)機(jī)噪聲大多都是以氣動(dòng)噪聲為主,實(shí)質(zhì)上分為離散噪聲和寬帶噪聲.

噪聲產(chǎn)生的主要原因是,蝸殼與葉輪葉片之間相互作用,通過(guò)各個(gè)出氣通道廣泛傳播.近些年,國(guó)內(nèi)外都對(duì)離心風(fēng)機(jī)的噪聲防噪技術(shù)做了相應(yīng)的研究,在聲源傳播和測(cè)試技術(shù)等方面都獲得了相應(yīng)的成績(jī),但是仍有許多需要進(jìn)一步完善的地方[1].

1.1 點(diǎn)源模型

點(diǎn)源模型是風(fēng)機(jī)的一項(xiàng)十分有用的技術(shù),主要原理是此類模型所探究的高頻率波長(zhǎng)要大于實(shí)際物理尺寸.所以,為了更好地滿足此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)于發(fā)生頻率噪聲較大的葉片,需要在應(yīng)用點(diǎn)源模型時(shí),將其視為不同的獨(dú)立聲源,這樣能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)葉片展長(zhǎng)分布的獨(dú)立聲源總和進(jìn)行判定.當(dāng)前,有研究人員由噪聲聲場(chǎng)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的特點(diǎn)模擬了聲源特性,通過(guò)具體方程式對(duì)噪聲運(yùn)動(dòng)傳播進(jìn)行分析.此類方程能夠有效地適應(yīng)不同葉片上的各個(gè)微量元素,通過(guò)微元素的積分來(lái)探求實(shí)際聲場(chǎng).但是,目前風(fēng)機(jī)實(shí)際葉片不是垂直葉片,在模擬過(guò)程中有一定的難度,應(yīng)用點(diǎn)源模型時(shí)會(huì)在精確度上造成相應(yīng)的誤差.此外,對(duì)點(diǎn)源模型自由聲場(chǎng)進(jìn)行探究時(shí),需要綜合考慮蝸殼的影響等.

1.2 蝸舌尖劈模擬

靜止平板尾部紊流邊界發(fā)射的理論計(jì)算方法已經(jīng)得到初步認(rèn)證,但是對(duì)葉輪機(jī)械降噪還需要進(jìn)行全面改進(jìn).有相關(guān)研究人員認(rèn)為還需要綜合考慮葉片旋轉(zhuǎn)對(duì)聲音發(fā)射的綜合影響,通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)材料驗(yàn)證各個(gè)葉片的實(shí)際參數(shù),并通過(guò)關(guān)系式推導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)葉片的離心風(fēng)機(jī)葉輪尾流邊界發(fā)聲公式,這就是無(wú)蝸殼假設(shè)環(huán)境下的計(jì)算公式.通過(guò)公式建立初期模型,能夠計(jì)算出實(shí)際流場(chǎng),這樣就能通過(guò)方程計(jì)算來(lái)探究旋轉(zhuǎn)葉片上實(shí)際所能承受的力,最后推導(dǎo)出點(diǎn)源聲場(chǎng)來(lái)計(jì)算具體聲壓值.通過(guò)該模型進(jìn)行風(fēng)機(jī)噪聲數(shù)值的探究,能夠獲取許多具有參考價(jià)值的計(jì)算值,有效地改變各個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性.

1.3 寬頻噪聲基礎(chǔ)上的模擬

寬頻噪聲也被稱為"渦流噪聲",數(shù)值的變化起伏主要與實(shí)際對(duì)應(yīng)流場(chǎng)相關(guān),因此需要對(duì)渦流噪聲進(jìn)行定義分析.通過(guò)離心風(fēng)機(jī)的邊界條件能夠探究出基礎(chǔ)方程公式,通過(guò)對(duì)方程公式進(jìn)行數(shù)量化分析,能夠?qū)α鞒绦纬傻倪吔鐓^(qū)和主流區(qū)進(jìn)行探究,正確地分析其主要應(yīng)用價(jià)值.有研究人員對(duì)離心風(fēng)機(jī)寬頻噪聲建立了相應(yīng)模型,通過(guò)不同理論探究總結(jié)噪聲實(shí)際波動(dòng)方程,然后再借助量綱分析及聲學(xué)定律來(lái)探究相應(yīng)的關(guān)系式;得出具體關(guān)系式之后,再通過(guò)不同的試驗(yàn)進(jìn)行探索,綜合分析聲壓密度與各個(gè)組成參數(shù)之間的關(guān)系.通過(guò)此類模型能夠確定聲壓與各個(gè)數(shù)值的關(guān)系,從試驗(yàn)中探究風(fēng)機(jī)降噪問(wèn)題.

1.4 邊界單元法計(jì)算

當(dāng)前,邊界單元法實(shí)際計(jì)算案例較多,形式不同但是根本目的都是相似的.大多研究人員都通過(guò)相應(yīng)的積分方程計(jì)算蝸殼表面速度的實(shí)際分布及聲壓積分關(guān)系.通過(guò)計(jì)算傳感器獲取蝸殼外部的振動(dòng)速度,然后計(jì)算蝸殼的聲壓及進(jìn)口或是出口的聲功率.這樣在對(duì)進(jìn)出口聲壓進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中,會(huì)受到氣流的綜合影響,使得實(shí)際測(cè)得的數(shù)值受到較大程度的干擾,所以數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性受到一定影響.此外,蝸殼振動(dòng)點(diǎn)不均勻,會(huì)受到時(shí)間變化和表面振動(dòng)幅度的影響.在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中,需要對(duì)大量點(diǎn)的振動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)量,實(shí)際工作煩瑣且可靠性較低,所以此類方法在一定程度上也具有一定的局限性.

2 試驗(yàn)研究方法探析

2.1 進(jìn)出口管道實(shí)驗(yàn)

目前,由于缺乏實(shí)際理論數(shù)值,所以大多試驗(yàn)都是在理論定性的基礎(chǔ)上展開(kāi)的,主要是對(duì)帶有消聲器的進(jìn)出口管理進(jìn)行噪聲測(cè)定試驗(yàn),然后根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)頻譜進(jìn)行分析來(lái)斷定噪聲的傳播路徑.在具體試驗(yàn)過(guò)程中,需要綜合考慮徑向間隙、蝸殼擴(kuò)張角、軸向等問(wèn)題,還需要對(duì)葉片數(shù)量、蝸舌半徑等基本參數(shù)進(jìn)行判定,綜合分析此類參數(shù)對(duì)離心風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生的主要影響.但是此類分析及試驗(yàn)探究的工作繁重,各個(gè)參數(shù)之間影響也較大.

2.2 風(fēng)機(jī)機(jī)殼的聲學(xué)優(yōu)化

當(dāng)前,風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲中機(jī)殼型線對(duì)噪聲的影響也較大,如何獲取更優(yōu)質(zhì)的型線是需要重點(diǎn)探究的問(wèn)題.在大多數(shù)實(shí)踐研究的過(guò)程中,通過(guò)修改機(jī)殼蝸舌來(lái)降低基頻強(qiáng)度,或是更換蝸舌的形狀,使得噪聲設(shè)計(jì)達(dá)到最佳狀態(tài).有研究人員通過(guò)對(duì)動(dòng)植物生物進(jìn)化基本原理進(jìn)行研究,探究出相應(yīng)的試驗(yàn)程序,并通過(guò)各個(gè)角向位置與蝸舌壁面離轉(zhuǎn)子軸的距離來(lái)分析蝸舌.但是,此類試驗(yàn)程序只考慮了蝸殼自身參數(shù)的影響,而忽略了實(shí)際的結(jié)構(gòu)參數(shù).

2.3 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化試驗(yàn)方法

目前,大量試驗(yàn)是在確定各個(gè)參數(shù)的前提下開(kāi)展的,通過(guò)改變其中一項(xiàng)數(shù)值來(lái)獲取結(jié)構(gòu)參數(shù),但是沒(méi)有考慮到各個(gè)參數(shù)之間的影響關(guān)系,所以需要借助優(yōu)化試驗(yàn)方法.通過(guò)正交回歸試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析及最優(yōu)回歸設(shè)計(jì)方法,比如根據(jù)風(fēng)機(jī)實(shí)際風(fēng)壓值來(lái)斷定各個(gè)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系式,然后通過(guò)優(yōu)化方法對(duì)關(guān)系式展開(kāi)計(jì)算.此類思想是在確定結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上展開(kāi)的,綜合考慮各個(gè)參數(shù)之間相互關(guān)系,通過(guò)回歸方程來(lái)優(yōu)化計(jì)算,能夠獲取試驗(yàn)的目標(biāo)函數(shù),得到非線性方程的優(yōu)化設(shè)計(jì).然后將各個(gè)變量引入到回歸分析法中,對(duì)每個(gè)變量展開(kāi)試驗(yàn),保留顯著變量后分析最優(yōu)回歸方程.

2.4 通過(guò)計(jì)算機(jī)指導(dǎo)試驗(yàn)

目前,大多試驗(yàn)過(guò)程較為繁雜,加上設(shè)備較重,實(shí)際工作量比較大,所以可以通過(guò)電腦監(jiān)控及數(shù)據(jù)分析來(lái)處理.通過(guò)微機(jī)展開(kāi)數(shù)字化動(dòng)態(tài)分析,對(duì)噪聲、信號(hào)接收處理,計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試,模態(tài)分析等進(jìn)行測(cè)試判定.通過(guò)虛擬儀器庫(kù)功能來(lái)完善各項(xiàng)分析工作,使得離心風(fēng)機(jī)的測(cè)試和數(shù)據(jù)分析步入全新階段.

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之,當(dāng)前離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲技術(shù)還處于發(fā)展階段,通過(guò)理論數(shù)據(jù)計(jì)算及試驗(yàn)探究方法能夠驗(yàn)證基本理論公式,確定聲壓與各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系,從而確定具體的關(guān)系式.離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲降噪是一項(xiàng)長(zhǎng)期性的探究工作,需要相關(guān)研究人員從更多的實(shí)踐中得出更多高效的技術(shù)方法.

[1]朱志能,崔浪浪,吳和遠(yuǎn),等.空間站用離心風(fēng)機(jī)降噪技術(shù)研究與驗(yàn)證[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2016,58(5):44-48.

[2]趙忖,祁大同,毛義軍,等.離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲控制的理論與實(shí)驗(yàn)研究[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2013(6):24-34,40.

〔編輯:劉曉芳〕

TB535

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.068

2095-6835(2017)22-0068-02