葉片分布對風機性能和出口聲壓級的影響

作者：石家莊風機　　　　　日期：2014-9-19　　　　　瀏覽：2295　　　　　

    本節研究葉片分布方式對風機降噪的影響,研究實例為新設計的單級風機,一種常見的葉片分布方式為/ =,其中A為調制振幅,n為調制量的循環次數,￠)為均勾葉片間隔角,￠5'為非等節距葉片間隔角,傳統風扇內置微型風機的原始分布方式對應公式中的A=0.14, n=2。為了更好地研究葉片分布方式對微型風機性能和噪聲的影響,本節基于上述方法又提出4種新的葉片分布方式,對應的A分別為0、0.1、0.2、0.3,A值越大,代表非等節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表3.7。

 

 

    圖3.22為5種葉片分布方式下風機全壓和效率的變化情況,由圖可以看出隨著A的增大,該微型風機的全壓下降,效率呈現先升后降的趨勢;但總體來說,全壓和效率變動幅度有限,特別是效率,因此在很大程度上選擇葉片分布方式不會明顯降低風機性能。

    圖3.23為A=0.3時葉片不同夾角下葉片壓力面壓力云圖對比,由圖可以看出,由于葉片做功,葉片靜壓由進口側向出口側逐漸升高,但出口靜壓相差很片受力增加,但過少就會造成出口滑移系數明顯增加[83],導致有限葉片理論揚程降低。另外由圖還可以發現夾角較小時(19.24°),葉片壓力變化不均勾,這也將導致速度變化不均勻;而夾角為43.84°時葉片壓力變化則比較均勻,即當葉片夾角與均勾葉片夾角(40°)接近時,葉輪性能最佳,因此不建議采過大的A值,避免過大或過小葉片夾角的出現。對于該微型風機而言,以效率不下降為原則,建議A值不超過0.2。

    葉片壓力分布不同也必然會帶來葉片受力的不同,圖3.24為A=0.3和A=()時不同間隔角葉片所受力矩的變化圖,由圖可以看A=0.3時葉片所受力矩波動明顯,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要保證受力最大葉片厚度滿足強度要求。

    因為本節側重研究葉片分布方式對出口噪聲的影響,所以定義葉輪葉片為聲源面,圖3.25為A=0時的壓力脈動頻譜圖和聲壓級圖,由圖可以看葉片均勻時,風機出口壓力脈動主要由葉片通過頻率(675 HZ)和其倍頻組成,并且聲壓級表現出明顯的旋轉噪聲特征,風機出口壓力脈動與聲壓級有很強的相關性。

    圖3.26為不同葉片分布方式下葉輪出口的壓力脈動情況,由圖可知,隨著A的增大,葉片通過頻率處的脈動幅值逐漸降低,而低頻成分的脈動幅值卻在增加,這與專利[31]的描述是相符的。當A>0.2時,主頻已經不再是葉片通過頻率,所以為了降低壓力脈動幅值,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情況,對比圖3.25,可以發現不等節距葉片布置使葉輪出口聲壓級頻率分布發生了調制;葉片通過頻率所對應的顯著噪聲峰值能量被分布在通過頻率兩旁;且A值越大,葉片通過頻率處的聲壓級越低石家莊風機廠。

    圖3.28為不同A值時,葉片通過頻率(9f)和相鄰頻率(5f,7f,llf, 13f)處聲壓級的變化情況,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達到0.2后聲壓級基頻變為7f;由圖還可以看出隨A值增加,高頻成分聲壓級增長緩慢,低頻成分(5f)聲壓級則增加迅速,因此在非均勻葉片方式選擇時要注意低頻成分聲壓級的控制。

 

 

 

    為了滿足小間隙無葉風扇性能,同時達到降轉速的目的,本章設計了一款無葉風扇用兩級低速風機,達到了降噪效果,同時對單級風機不同葉片分布方式下的性能和聲壓級進行數值研究,得到以下結論:

(1)釆用RANS+FW-H對風機噪聲進行數值研究,雖不能定量得到風機聲壓級,但能用來定性研究隨參數改變,風機進出口聲壓級的變化規律;

(2)采用兩級風機設置,由于二級入口速度存在速度環量,導致二級葉輪做功能力降低,但并不影響效率;在相同功率下兩級風機能夠IC解密滿足無葉風扇性能求,同時降噪效果明顯;

(3)葉片可以在相當大的范圍內選擇分布方式而不會使風機的氣動性能惡化;但為了降低風機出口壓力脈動幅值,葉片不均句度要控制在一定范圍內,葉片不均勾度的增加,將會導致低頻脈動幅值的顯著增加;葉片不等距布置可以降低葉片通過頻率處的噪聲值,將基頻的聲能分布到較寬的頻帶范圍內;葉片分布不均句度小,基頻噪聲降低效果不明顯,不均句度過大,會導致低頻噪聲聲壓級的大幅增加,不均勻度存在一個最優區間。對于該微型風機建議A值控制在0.1到0.2之間。（46w）