0引言

主通風機噪聲關(guān)系到環(huán)境污染和客戶對風機的使用要求，現(xiàn)在國家對噪聲控制越來越嚴格，同時，客戶對主通風機的噪聲要求也越來越嚴格，在主通風機的運行驗收中已經(jīng)把主通風機噪聲列為主要驗收項目，這就對主通風機的噪聲控制提出了更高的要求。

主通風機運行中，葉片與氣流高速摩擦就會產(chǎn)生噪聲，而葉片的形狀制約著效率的高低和噪聲的大小。葉片高速切割氣體，氣流瞬間改變速度，獲得不同加速度能量的氣流附著在葉片表面，產(chǎn)生壓力差脈動，這將產(chǎn)生巨大的氣動噪聲。對主通風機低噪葉片的研究應(yīng)用，將有效地降低主通風機噪聲。

本文從主通風機噪聲產(chǎn)生的根源談起，分析了葉片形狀對風機噪聲的影響情況，引入了彎掠葉片的概念，通過理論分析及參考文獻設(shè)計了周向前彎、前掠、彎掠組合3種形式的高效低噪葉片，通過試驗測試數(shù)據(jù)綜合分析3種葉片的優(yōu)缺點找出更適合不同電機轉(zhuǎn)速下的葉片形式。

1風機噪聲產(chǎn)生原因及降噪措施

（1）電磁噪聲 是電動機運行過程中電磁場交替變化而引進某些機械部件或空間容積振動而產(chǎn)生的噪聲，這是風機噪聲中的次要噪聲采取局部措施就能消除；

（2）機械噪聲 由機械振動產(chǎn)生的噪聲，只要在結(jié)構(gòu)設(shè)計上合理，整體構(gòu)架剛度足夠部件間連接采用軟隔離，聯(lián)接牢靠，就可以使機械振動產(chǎn)生的噪聲降至最小限度；

（3）旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲 旋轉(zhuǎn)噪聲主要是工作輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)時葉片連續(xù)打擊周圍的氣體介質(zhì)，引起周圍氣體不均勻的壓力脈動而向周圍輻射的噪聲；渦流噪聲是氣流流經(jīng)葉片界面產(chǎn)生分裂時形成的附面層及漩渦分裂脫離而引起葉片上壓力差脈動而輻射出的一種非穩(wěn)定的流動噪聲。因此為了降低主通風機的噪聲，就要減少旋轉(zhuǎn)葉片與氣流的接觸面即選用窄形葉片，還要減少葉片上的渦流及渦流脫離。即使在最佳工況下，葉輪內(nèi)的渦流以及葉片尾緣的渦流脫離都是不可避免的。但是，只要葉片設(shè)計合理，葉形參數(shù)選擇恰當就可使旋轉(zhuǎn)和渦流噪聲減小。

本文引入彎掠葉片的概念，并確定其結(jié)構(gòu)參數(shù)，實現(xiàn)低噪葉片的設(shè)計。因此合理地選擇結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)和氣動參數(shù)是降低風機噪聲的有效途徑。

1.1降噪機理

紊流邊界層壓力脈動噪聲是與邊界層厚度成正比的；動葉前彎對邊界層流動的影響：前彎葉片約束了沿翼展低能量流體的流動，使邊界層厚度減薄，從而降低了氣動噪聲。

由于旋轉(zhuǎn)葉片離心力的作用，葉片表面的附面層內(nèi)低能流體向葉頂遷移，在葉片表面徑向分力的作用下，部分附面層內(nèi)低能流體被推入主流中，使附面層減薄（減薄附面層厚度是提高動葉效率降低寬頻噪聲的重要手段之一），同時減小了葉頂附面層在機殼處的堆積，從而提高了風機的效率，降低了噪聲擴大了穩(wěn)定工作范圍。

動葉前彎和弦長增大均可有效擴大風機穩(wěn)定工作范圍，前彎動葉減小葉頂處附面層堆積和葉頂通道二次流是造成穩(wěn)定工作范圍擴大的主要原因。

由于前彎或前掠葉片直接縮短了附面層在葉片通道內(nèi)的從前緣流至尾緣的距離，所以降低了由于湍流附面層引起的尾渦脫落噪聲。另一方面，前彎或前掠葉片亦可降低間歇渦噪聲。

1.2彎掠葉片

葉片在周向旋轉(zhuǎn)方向上的傾斜稱為彎，順旋轉(zhuǎn)方向傾斜稱為“前彎”，在逆旋轉(zhuǎn)方向傾斜稱為“后彎”；葉片在來流方向或弦長方向上的傾斜稱為掠，朝逆來流方向上傾斜稱為“前掠”，朝順來流方向傾斜稱為“后掠”。

1.3彎掠角度

由理論研究及試驗驗證，葉片采用前彎和前掠方式明顯優(yōu)于后彎和后掠，前彎葉片的最佳前彎角度為8~10°，前掠葉片的最佳前掠角度在15~25°。

為了進一步降低噪聲，可將徑向線向來流的進氣方向傾斜約15°，便得到前傾式葉片。

2低噪葉片的設(shè)計

2.1設(shè)計原理

紊流邊界層壓力脈動噪聲與邊界層厚度是成正比的，前彎動葉片約束了沿翼展低能量流體的流動，使邊界層厚度減薄，從而降低了氣動噪聲。

由于旋轉(zhuǎn)葉片離心力的作用，葉片表面的附面層內(nèi)低能流體向葉頂遷移，在葉片表面徑向分力的作用下，部分附面層內(nèi)低能流體被推入主流中，使附面層減?。p薄附面層厚度是提高動葉效率降低寬頻噪聲的重要手段之一），同時減小了葉頂附面層在機殼處的堆積，從而提高了風機的效率，降低了噪聲，擴大了穩(wěn)定工作范圍。

2.2主通風機低噪葉片參數(shù)的確定

根據(jù)低噪葉片的機理，引入葉片周向前彎技術(shù)和葉片前傾技術(shù)設(shè)計周向前彎葉片及彎掠組合葉片。

通過分析相關(guān)技術(shù)資料和文獻，葉片采用前彎和前掠方式明顯優(yōu)于后彎和后掠，故可采用周向前彎葉片、前掠葉片、彎掠組合葉片3種形式的高效低噪葉片來進行模擬研究和試驗研究。

本課題采用主通風機常用的Clarky翼形常規(guī)葉片作為原型葉片進行變換。

（1）周向前彎葉片 保持原型葉片的幾何參數(shù)（如葉片弦長葉片扭角等）不變，根據(jù)文獻資料前彎葉片的最佳前彎角度為8~10°，取前彎角度為8.5°葉片重心積疊線采用直線+圓弧線，交點在相對葉高0.4處；

（2）前掠葉片保持原型葉片的幾何參數(shù)不變，根據(jù)文獻資料前掠葉片的最佳前掠角度在15~25，在應(yīng)用前掠技術(shù)的同時，為了減小葉片所受應(yīng)力，取前掠角度為15°葉片重心積疊線采用直線+圓弧線，交點在相對葉高0.4處；

（3）彎掠組合葉片保持原型葉片的幾何參數(shù)不變，由于彎掠葉片將產(chǎn)生離心彎矩和氣動彎矩，離心彎矩和氣動彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力將很大，故一般彎掠葉片的彎掠角度取值較小，因此在彎掠組合葉片中取前彎角度為6.5°，前掠角度為10°葉片重心積疊線均采用直線+圓弧線交點在相對葉高0.4處。

3擬解決的技術(shù)難題

（1）最優(yōu)彎角和掠角的確定

葉片的彎曲和掠型對負荷弦向和展向分布起著重要的調(diào)節(jié)作用，同時各因素的綜合作用對葉片通道的氣流損失和流通能力的影響是一個非線性的過程，因此并不存在普適的最優(yōu)彎角和掠角，要根據(jù)實際情況試驗確定。

（2）彎掠葉片的造形

目前，彎掠葉片造形還沒有確定的方法?？蓞⒖枷旅娣椒ㄔ煨停紫葘⒂嬎愠鰜淼母鹘孛嫒~形按葉形的重心進行積疊，然后通過對葉形重心的三維空間調(diào)整來進行葉片的彎掠造形。由于彎掠葉片將產(chǎn)生離心彎矩和氣動彎矩，離心彎矩和氣動彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力可能很大，故一般彎掠葉片的彎掠角度取較小值。

4結(jié)語

本文從主通風機產(chǎn)生噪聲的根源談起，分析了葉片形狀對風機噪聲的影響情況，引入了彎掠葉片的概念，通過理論分析設(shè)計了周向前彎葉片、前掠葉片、彎掠組合葉片3種形式的高效低噪葉片的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對最終實現(xiàn)高效低噪風機葉片的設(shè)計有重要作用。

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