葉片分布對(duì)風(fēng)機(jī)性能和出口聲壓級(jí)的影響

作者：石家莊風(fēng)機(jī)　　　　　日期：2014-9-19　　　　　瀏覽：2328　　　　　

    本節(jié)研究葉片分布方式對(duì)風(fēng)機(jī)降噪的影響,研究實(shí)例為新設(shè)計(jì)的單級(jí)風(fēng)機(jī),一種常見(jiàn)的葉片分布方式為/ =,其中A為調(diào)制振幅,n為調(diào)制量的循環(huán)次數(shù),￠)為均勾葉片間隔角,￠5'為非等節(jié)距葉片間隔角,傳統(tǒng)風(fēng)扇內(nèi)置微型風(fēng)機(jī)的原始分布方式對(duì)應(yīng)公式中的A=0.14, n=2。為了更好地研究葉片分布方式對(duì)微型風(fēng)機(jī)性能和噪聲的影響,本節(jié)基于上述方法又提出4種新的葉片分布方式,對(duì)應(yīng)的A分別為0、0.1、0.2、0.3,A值越大,代表非等節(jié)距葉片的非均句程度越大,其中A=0為均句葉片。各方案葉片分布角見(jiàn)表3.7。

 

 

    圖3.22為5種葉片分布方式下風(fēng)機(jī)全壓和效率的變化情況,由圖可以看出隨著A的增大,該微型風(fēng)機(jī)的全壓下降,效率呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì);但總體來(lái)說(shuō),全壓和效率變動(dòng)幅度有限,特別是效率,因此在很大程度上選擇葉片分布方式不會(huì)明顯降低風(fēng)機(jī)性能。

    圖3.23為A=0.3時(shí)葉片不同夾角下葉片壓力面壓力云圖對(duì)比,由圖可以看出,由于葉片做功,葉片靜壓由進(jìn)口側(cè)向出口側(cè)逐漸升高,但出口靜壓相差很片受力增加,但過(guò)少就會(huì)造成出口滑移系數(shù)明顯增加[83],導(dǎo)致有限葉片理論揚(yáng)程降低。另外由圖還可以發(fā)現(xiàn)夾角較小時(shí)(19.24°),葉片壓力變化不均勾,這也將導(dǎo)致速度變化不均勻;而夾角為43.84°時(shí)葉片壓力變化則比較均勻,即當(dāng)葉片夾角與均勾葉片夾角(40°)接近時(shí),葉輪性能最佳,因此不建議采過(guò)大的A值,避免過(guò)大或過(guò)小葉片夾角的出現(xiàn)。對(duì)于該微型風(fēng)機(jī)而言,以效率不下降為原則,建議A值不超過(guò)0.2。

    葉片壓力分布不同也必然會(huì)帶來(lái)葉片受力的不同,圖3.24為A=0.3和A=()時(shí)不同間隔角葉片所受力矩的變化圖,由圖可以看A=0.3時(shí)葉片所受力矩波動(dòng)明顯,最大和最小值相差很大,但總力矩和均勻葉片接近,因此葉輪采用非均句葉片時(shí)要保證受力最大葉片厚度滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

    因?yàn)楸竟?jié)側(cè)重研究葉片分布方式對(duì)出口噪聲的影響,所以定義葉輪葉片為聲源面,圖3.25為A=0時(shí)的壓力脈動(dòng)頻譜圖和聲壓級(jí)圖,由圖可以看葉片均勻時(shí),風(fēng)機(jī)出口壓力脈動(dòng)主要由葉片通過(guò)頻率(675 HZ)和其倍頻組成,并且聲壓級(jí)表現(xiàn)出明顯的旋轉(zhuǎn)噪聲特征,風(fēng)機(jī)出口壓力脈動(dòng)與聲壓級(jí)有很強(qiáng)的相關(guān)性。

    圖3.26為不同葉片分布方式下葉輪出口的壓力脈動(dòng)情況,由圖可知,隨著A的增大,葉片通過(guò)頻率處的脈動(dòng)幅值逐漸降低,而低頻成分的脈動(dòng)幅值卻在增加,這與專(zhuān)利[31]的描述是相符的。當(dāng)A>0.2時(shí),主頻已經(jīng)不再是葉片通過(guò)頻率,所以為了降低壓力脈動(dòng)幅值,釆用非等距葉片是可行的,但是葉片分布圖3.27為葉片不同分布方式下葉輪出口聲壓級(jí)情況,對(duì)比圖3.25,可以發(fā)現(xiàn)不等節(jié)距葉片布置使葉輪出口聲壓級(jí)頻率分布發(fā)生了調(diào)制;葉片通過(guò)頻率所對(duì)應(yīng)的顯著噪聲峰值能量被分布在通過(guò)頻率兩旁;且A值越大,葉片通過(guò)頻率處的聲壓級(jí)越低石家莊風(fēng)機(jī)廠(chǎng)。

    圖3.28為不同A值時(shí),葉片通過(guò)頻率(9f)和相鄰頻率(5f,7f,llf, 13f)處聲壓級(jí)的變化情況,其中f為葉輪軸頻。由圖可看出,隨A值增加,葉片通過(guò)頻率處的噪聲逐漸降低,而相鄰頻率下的噪聲逐漸增高,A達(dá)到0.2后聲壓級(jí)基頻變?yōu)?f;由圖還可以看出隨A值增加,高頻成分聲壓級(jí)增長(zhǎng)緩慢,低頻成分(5f)聲壓級(jí)則增加迅速,因此在非均勻葉片方式選擇時(shí)要注意低頻成分聲壓級(jí)的控制。

 

 

 

    為了滿(mǎn)足小間隙無(wú)葉風(fēng)扇性能,同時(shí)達(dá)到降轉(zhuǎn)速的目的,本章設(shè)計(jì)了一款無(wú)葉風(fēng)扇用兩級(jí)低速風(fēng)機(jī),達(dá)到了降噪效果,同時(shí)對(duì)單級(jí)風(fēng)機(jī)不同葉片分布方式下的性能和聲壓級(jí)進(jìn)行數(shù)值研究,得到以下結(jié)論:

(1)釆用RANS+FW-H對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行數(shù)值研究,雖不能定量得到風(fēng)機(jī)聲壓級(jí),但能用來(lái)定性研究隨參數(shù)改變,風(fēng)機(jī)進(jìn)出口聲壓級(jí)的變化規(guī)律;

(2)采用兩級(jí)風(fēng)機(jī)設(shè)置,由于二級(jí)入口速度存在速度環(huán)量,導(dǎo)致二級(jí)葉輪做功能力降低,但并不影響效率;在相同功率下兩級(jí)風(fēng)機(jī)能夠IC解密滿(mǎn)足無(wú)葉風(fēng)扇性能求,同時(shí)降噪效果明顯;

(3)葉片可以在相當(dāng)大的范圍內(nèi)選擇分布方式而不會(huì)使風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能惡化;但為了降低風(fēng)機(jī)出口壓力脈動(dòng)幅值,葉片不均句度要控制在一定范圍內(nèi),葉片不均勾度的增加,將會(huì)導(dǎo)致低頻脈動(dòng)幅值的顯著增加;葉片不等距布置可以降低葉片通過(guò)頻率處的噪聲值,將基頻的聲能分布到較寬的頻帶范圍內(nèi);葉片分布不均句度小,基頻噪聲降低效果不明顯,不均句度過(guò)大,會(huì)導(dǎo)致低頻噪聲聲壓級(jí)的大幅增加,不均勻度存在一個(gè)最優(yōu)區(qū)間。對(duì)于該微型風(fēng)機(jī)建議A值控制在0.1到0.2之間。（46w）