傾斜蝸舌對(duì)離心風(fēng)機(jī)降噪影響的試驗(yàn)研究(1)

摘要:
針對(duì) T9 －19No． 4A 離心風(fēng)機(jī)， 試驗(yàn)研究了傾斜蝸舌和蝸舌的安裝位置對(duì)風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能和噪聲特性的影響， 結(jié)果表明:隨著蝸舌傾角和蝸舌與葉輪間安裝間距(以下簡(jiǎn)稱安裝間距)的增加風(fēng)機(jī)的噪聲下降， 蝸舌傾角和安裝間距對(duì)風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能則是交互影響， 不具有單一性。本文選取了 3 種不同的蝸舌傾角和安裝間距， 組合優(yōu)化設(shè)計(jì)了 7 種傾斜蝸舌進(jìn)行試驗(yàn)。風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的測(cè)量嚴(yán)格按照國(guó)標(biāo)《GB/T1236 － 2000 工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn)》 執(zhí)行，噪聲的測(cè)量按照 《GB/T 2888 －91 風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)量方法》 的要求執(zhí)行。
關(guān)鍵詞: 離心風(fēng)機(jī);傾斜蝸舌;安裝間距;降噪;氣動(dòng)性能;試驗(yàn)研究
1 引言
離心風(fēng)機(jī)的噪聲主要是氣體非定常流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲， 包括基頻噪聲和寬頻噪聲兩部分， 研究表明基頻噪聲是風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲的主要組成部分［1 ～3 ］ 。由于葉輪出口氣流對(duì)蝸舌的沖擊
非常劇烈， 使得蝸舌區(qū)域成為主要的噪聲源。蝸舌部位對(duì)葉輪機(jī)械氣動(dòng)性能及噪聲特性影響非常明顯， 蝸舌形狀和安裝間距的微小變動(dòng)就會(huì)引起風(fēng)機(jī)性能及噪聲的很大變化 ［4 ］ 。文獻(xiàn)［ 1， 4］ 先后對(duì) T9 － 19No． 4A 前向離心風(fēng)機(jī)使用某一固定傾角和間距組合的傾斜蝸舌進(jìn)行數(shù)值模擬研究。
我們?cè)O(shè)計(jì) 7 個(gè)不同傾角和安裝間距組合的傾斜蝸舌， 試驗(yàn)研究蝸舌傾角和安裝間距對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲和氣動(dòng)性能的影響， 并找出使試驗(yàn)風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能和降噪效果最佳的傾斜蝸舌及其安裝間距。
2 傾斜蝸舌的設(shè)計(jì)及加工制造
傾斜蝸舌結(jié)構(gòu)如圖 1 所示， 蝸舌傾角是指大圓圓弧中點(diǎn)與小圓圓弧中點(diǎn)連線與其投影線間的夾角， 安裝間距 t 是指蝸舌小圓與葉輪投影到機(jī)殼后蓋板上的最小距離(與葉輪間安裝距離)。
試驗(yàn)傾斜蝸舌采用數(shù)控機(jī)床分層加工， 沿蝸舌軸向每隔 0． 5mm 將其分為 128 層， 加工時(shí)給出每個(gè)截面幾何形狀的精確參數(shù)， 每層截面的幾何參數(shù)采用插值擬合的方法來(lái)確定， 首先采用作圖的方法得出傾斜蝸舌沿軸向等距分布 8 層的精確參數(shù)， 然后采用 3 次函數(shù)進(jìn)行插值擬合。
本文對(duì)蝸舌傾角和安裝間距 t 進(jìn)行了優(yōu)化組合， 選用其中的 7 種方案設(shè)計(jì)了傾斜蝸舌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究， 蝸舌傾角按照等角度間隔進(jìn)行增加， 依次記為Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ;安裝間距 t 按照 A、 B、 C 依次增大。為方便下文敘述， 將所選用的 7 種傾斜蝸舌分別命名為:A1、 A2、 A3、 B1、 B2、 B3 和 C1， 其組合方式見(jiàn)表 1。
3 離心風(fēng)機(jī)試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
3． 1 試驗(yàn)裝置
91《風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)量方法》 的要求設(shè)計(jì)、 制造及安裝［5， 6 ］ 。噪聲測(cè)量采用 LMS 公司的聲學(xué)測(cè)量及分析系統(tǒng)完成。該系統(tǒng)包括軟件部分和硬件部分。其中軟件使用的是 LMS Date Acquisition ＆ Analysissoft ware(數(shù)據(jù)采集和分析軟件包)中的 LMS TestLab Spectral Acquisition 噪聲分析模塊。試驗(yàn)中，采用 1/24 倍頻程進(jìn)行采集噪聲信息， 然后轉(zhuǎn)化為A 聲壓級(jí)， 采集和分析的頻率范圍為 200 ～20000Hz。硬件部分包括:LMS SCADASⅢ Front－ End(DIFA 數(shù)據(jù)采集前端);PCB 公司 377A02型聲壓傳感器和 426D01 型聲壓傳感器前置放大器;CAL200 聲傳感器校準(zhǔn)器， 傳感器通過(guò) 30 英尺電纜線與 DIFA 數(shù)據(jù)采集前端相連;DELL 筆記本電腦(2G Hz CPU， 1GB RAM， 80GB SCSI 硬盤)。試驗(yàn)裝置和噪聲測(cè)點(diǎn)布置如圖 2 所示。
3． 2 試驗(yàn)風(fēng)機(jī)
本文以 T9 －19No． 4A 離心風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，該風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)口直徑 156mm， 葉片出口直徑 D =400mm， 無(wú)葉旋轉(zhuǎn)擴(kuò)壓器出口直徑 D =460mm， 葉片數(shù) Z =12， 葉片進(jìn)口安裝角 β 1A =38°， 葉片出口安裝角 β 2A =126°， 葉輪進(jìn)口寬度 b 1 =70mm， 葉輪出口寬度 b 2 =36mm。蝸殼寬度 B 0 =64mm。表 2為試驗(yàn)風(fēng)機(jī)葉輪 12 個(gè)葉道出口軸向測(cè)量寬度的最大值和最小值。
圖 3 為可更換蝸舌 T9 － 19No． 4A 前向離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意， 安裝不同傾斜蝸舌進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)， 風(fēng)機(jī)的葉輪、 進(jìn)氣管路等其它部件保持不變， 僅更換相應(yīng)的傾斜蝸舌即可。每次進(jìn)行試驗(yàn)前均對(duì)風(fēng)機(jī)的主要部件及其配合尺寸進(jìn)行測(cè)量(見(jiàn)表 3)， 表中 B1、 B2 等為實(shí)際測(cè)量值， b1、 b2 等為根據(jù)測(cè)量結(jié)果的計(jì)算值。
3． 3 試驗(yàn)過(guò)程
為減小在試驗(yàn)研究中因測(cè)量引起壓力、 溫度、轉(zhuǎn)速、功率及噪聲等物理量與實(shí)際值之間的誤差，本文采取無(wú)序重復(fù)試驗(yàn)， 即在試驗(yàn)時(shí)將樣本先按某一順序進(jìn)行試驗(yàn)， 然后將其順序打亂后再進(jìn)行試驗(yàn)(如第一次試驗(yàn)順序?yàn)?A1、 A2、 A3、 B1、 B2、B3、 C1;第二次試驗(yàn)順序?yàn)?B3、 B2、 B1、 C1、 A3、A2、 A1;第三次順序?yàn)?C1、 B1、 A1、 B2、 A2、 B3、A3。 )， 每個(gè)試驗(yàn)樣本試驗(yàn) 3 次。
3． 3． 1 原風(fēng)機(jī)及更換傾斜蝸舌風(fēng)機(jī)的試驗(yàn)
每個(gè)傾斜蝸舌試驗(yàn)前， 都對(duì)其安裝間距進(jìn)行了測(cè)量， 保證蝸舌的安裝間距偏差在一定范圍內(nèi)， 安裝間距實(shí)際測(cè)量值與設(shè)計(jì)值的最大偏差值見(jiàn)表 4。