風機的噪聲源分析

自二十世紀 70 年代末以來，噪聲污染問題已經受到人們的重視，在設計風機時，要考慮其噪聲的降低和降噪方法已成為共識。由于風機種類和型號的差異，其噪聲頻率和噪聲性能也有很大區別。可從噪聲產生的原理上看，它們卻又是殊途同歸，主要由 4 部分構成：進、排氣口的噪聲；機殼和管路等散發的機械噪聲；電動機噪聲和風機振動的噪聲。其中以進、排氣口的空氣動力性噪聲最強。
3.1.1 空氣動力性噪聲
氣體流過風機的過程中所產生的噪聲就是空氣動力性噪聲，起因是氣體的流動不穩定，氣體存在擾動，彼此撞擊形成噪音。其主要來源有以下兩種。
3.1.1.1 旋轉噪聲
旋轉噪聲是轉動的葉片循環地打擊空氣質點而引起壓力脈動所產生的。噪聲的大小取決于氣流的不均勻程度。所以，在葉片上的氣流也有隨著時間的改變而改變的脈動性質。因而，這就使得葉片產生旋轉噪聲。
旋轉噪聲的頻率為：
60nzf = i…………………………………（3.1）
n ——葉輪轉速（r/min）；
z ——葉片數量；
i ——諧波序號， i=1, 2,3?
轉動的葉片與不動的支架兩者間也會產生相對位移，空氣發生撞擊形成噪聲。當兩者數量一樣時，可能產生相同擾動提高噪聲。可采用不同的支架和葉片數量的辦法來避免這一現象。
3.1.1.2 渦流噪聲
氣流流經風機葉片時，產生穩流附面及旋渦之間分離，形成壓力脈動的噪聲是渦流噪聲。渦流噪聲的頻率計算如下： rWS iLif = ………………………………（3.2）
式中，rS ——斯特勞哈爾數，
rS =0.15~0.19，通常取 0.17；
W——相對速度；
      L——物體寬度在和速度垂直平面上的投影；
      i——諧波序號。
3.1.2 機械噪聲
機械噪聲的來源很多，主要是各部件的振動噪聲和傳播噪聲。機殼周期性的激勵源自風機葉輪的轉動不平衡，其頻率和葉輪的旋轉頻率相同。
3.1.3 電動機噪聲
電動機的主要噪聲源就是空氣動力性噪聲，葉片的大小、個數、形狀等因素直接決定噪聲的強度。機械性噪聲包括軸承摩擦與裝配誤差所引起的高頻噪聲、電機轉子不平衡所引起的低頻噪聲、結構共振所產生的噪聲等。
3.1.4 管道噪聲
管道噪聲來源于管道內空氣的噪聲和管自身振動的噪聲。管道分布越廣，其影響的范圍也越廣。
3.2 單管式消聲器的阻尼機理
如圖所示，當正向壓力較小，空氣單元和阻尼材料單元相互接觸時，在相互接觸的表面由于動載荷的作用產生相對位移，形成干摩擦阻尼。即滿足庫侖定律的摩擦耗能。在摩擦耗能單元上施加力 P(t)。則接合面處由于正壓力 N 的存在而產生阻尼力 F(t)。所以，為了增強阻尼耗散能量應提高材料與空氣的接觸面積，但阻尼材料又是阻尼耗散的基體，去除過多起阻尼的性能將受到影響。固采取蜂窩式消聲器的結構方式，在納米碳酸鈣-天然乳膠的復合材料上打多個小孔，即增加材料與空氣的接觸面積又不去除過多材料。