以此类推,涡旋在叶片上侧不断地形成、发展和滑脱,产生一系列顺流而下的旋涡。由于涡旋的中心与边缘的压力是不相同的,因此在涡旋脱体的过程中,涡流分裂,使气体发生扰动,叶片受到交变气体扰动作用力。上述过程中,叶片要不断地向气体施加周期性的反作用力,形成气流的压缩与稀疏过,从而向周围辐射声波,产生涡旋噪声。涡旋噪声的频率为
f m = i β v/ L (2)
式中 β ———斯特劳哈尔( St rouhal)系数,β =0. 14 ～ 0. 2 , 一般随雷诺数的增加
而缓慢地增加,计算中一般可取β= 0. 185
v ———气流与叶片的相对速度
L ———叶片正表面的宽度在垂直于速度平面上的投影
i ———频率谐波序号
由式(2)可知,涡旋噪声的频率取决于叶片与气体的相对速度,而旋转叶片的圆周速度则随着与圆心的距离而变化。从圆心到圆周,速度连续变化。叶片旋转所产生的涡旋噪声就具有连续的噪声频谱,频带宽度也将随雷诺数的提高而缓慢地增大。从声源特性上说,涡旋噪声属偶极子源,声功率与偶极子源振速幅值v m的平方成正比,与波数k的4次方成正比,因此,涡旋噪声的声功率按流速v的6次方规律变化。 实际空调中使用的各种系列离心风机,旋转噪声与涡旋噪声总是同时存在。若叶片尖端的圆周速度相应的马赫数小于0.4,涡旋噪声则占主导地位 , 若叶片尖端的圆周速度相应的马赫数大于 0.4,旋转噪声则占主导地位。
3 空调风机噪声的控制途径
3.1 机械噪声的控制
正常运行的空调机组中的风机系统,机械噪声相对于气体动力噪声和电机噪声来说,相对较小,在混合噪声中,机械噪声可以忽略不计。
3.2 电机噪声的控制
在设计制造或选用电机时要侧重考虑降低电机噪声;在使用电机时则要侧重考虑控制电机噪声。
(1)叶片声和笛声的控制 叶片不平衡或叶片与导风圈的间隙太小,只需校正或调整即可;若叶片与风道沟共振产生笛声,须改变叶片数,叶片最好采用质数片。
(2)适当减小风扇直径,合理选择风扇尺寸参数,可降低风扇涡流噪声。
(3)电磁噪声在低频段与电机刚度有关,高频段与槽配合有关。若出现电网频率的低频电磁声,说明电机定子有偏心、气隙不均匀,应返修改进;若负载出现两倍滑差频率的噪声,说明转子有缺陷,应更新或返修。
(4)采用消声隔声措施 以消声为主的常用于小型电机,以隔声为主的常用于大型电机。一要注意电机的散热,二要注意消声罩的隔振与减振。
3.3 风机噪声的控制
空调组合机组末端的通风系统是一个非常复杂的噪声源,沿风机的各个方向向外传播,如图2。对于风机设计、生产厂家,既要保证整个系统的低噪声,又要保证风机的高效率。我公司目前研制开发的 KHF系列风机就是基于上述观点而设计的,主要用于组合机组配套。
(1) 机壳处的噪声控制
如图3，在风机机壳内侧固定一层穿孔板,其穿孔率约为20%，内衬一种超细玻璃棉，作为吸声材料,其密度为15～20kg/m3,整个衬垫厚度为50～100mm。可以有效减小音调强度和随机噪声。
此方法笔者在宁波一家风机公司工作时,应客户降低噪声的要求而设计并制作过一批,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%,中间填充工业用超细玻璃棉。经前后性能对比,由于穿孔板的摩擦系数比普通镀锌板略高,风机流量下降1.2%～2.5%,内功率也同时降低1.4%～1.8%,其噪声降低8～10dB(A)。也可以做成双层微穿孔板吸声结构,层与层之间的间隙为60mm,通过气流的一层穿孔率为20%,另一层为2%,夹层中间不加填料,经测试,性能与上述方法基本相同。如果空调箱内的空间足够,也可以将衬垫贴附在整个机壳的外侧,其降噪的效果也较为明显。
噪声污染防治
