單動葉安裝角異常時(shí)軸流風(fēng)機(jī)的噪聲特性(4)

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2.2.3 頻域特征聲 壓 時(shí) 域 分 布 經(jīng) 快 速 傅 里 葉 (fast Fouriertransform ， FFT) 變換后即可得到監(jiān)測點(diǎn)噪聲頻譜圖， 可用于分析不同測點(diǎn)在各頻段的噪聲分布特性。以測點(diǎn) 1 為例，圖 8(a) 為在設(shè)計(jì)流量下，石家莊市風(fēng)機(jī)廠動葉區(qū)正常工況的噪聲頻譜圖。該軸流石家莊市風(fēng)機(jī)廠的基頻 [24]f = 1 200 × 14/60 = 280 Hz ， 與噪聲頻譜圖中基頻位置一致，諧波頻率位置也與頻譜圖中位置相符。而當(dāng)頻率大于 3 000 Hz 后，聲壓級變化并不明顯，充分說明該石家莊市風(fēng)機(jī)廠的氣動噪聲同時(shí)具備離散與寬頻特性。各區(qū)域的噪聲頻譜圖各具不同特征，但各接收點(diǎn)的聲壓級均隨頻率增加而下降，從噪聲強(qiáng)度來看，基頻最強(qiáng)，而高階諧波逐漸減弱。噪聲頻譜特性一般分為 3 個(gè)頻段： 小于 500 Hz 為低頻噪聲， 500~1 000 Hz 為中頻噪聲，大于 1 000 Hz 為高頻噪聲。動葉區(qū)基頻和前 5 階諧波比較明顯，其他區(qū)域只有前 3 階諧波處峰值特點(diǎn)突出，各測點(diǎn)的聲壓級最大值都分布在小于 500 Hz 的頻率段， 由此可知該軸流通石家莊市風(fēng)機(jī)廠的氣動噪聲主要為低頻噪聲，該頻段噪聲以具有離散峰值特征的旋轉(zhuǎn)噪聲為主，而這些低頻峰值是由葉輪周期性脫落的旋渦所致 [25] 。氣體流經(jīng)葉片時(shí)將在其表面形成附面層，特別是吸力面上的附面層容易增厚，因附面層分離將產(chǎn)生許多旋渦；在尾跡區(qū)，氣流壓力與速度均大大低于主氣流區(qū)內(nèi)的數(shù)值，由此造成的橫向氣流運(yùn)動促使尾渦形成；另外，葉片壓力面與吸力面的橫向壓力梯度使氣流從壓力面流向吸力面，進(jìn)而產(chǎn)生渦流。
因而，當(dāng)工作輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片出口區(qū)內(nèi)氣流不均勻性顯著，這種不均勻性氣流周期地作用于周圍介質(zhì)，產(chǎn)生各類旋渦引起壓力脈動而形成噪聲 [26] 。當(dāng)軸流石家莊市風(fēng)機(jī)廠單動葉安裝角異常時(shí)，更加劇了石家莊市風(fēng)機(jī)廠內(nèi)部氣流的不均勻性分布。以 ? = 0.25 為例，動葉輪出口流面的總壓分布如圖 9 所示。安裝角正常 ( Δ β = 0 ° ) 時(shí)，葉輪出口總壓沿周向呈對稱分布，動葉安裝角偏離后，異常葉片下游流域出現(xiàn)低壓區(qū)，而其附近的葉頂區(qū)壓力較高，隨 Δ β 增加，低壓區(qū)范圍擴(kuò)大，由葉高中上部向葉根部位發(fā)展。圖 10 為動葉區(qū) 10% 葉高截面總壓分布，從圖中可以看出，正常工況下壓力由葉片前緣向尾緣遞增，隨 Δ β 增加，動葉壓力面較吸力面壓差增大，葉片前緣低壓區(qū)范圍逐步擴(kuò)張，且在葉片尾緣附近出現(xiàn)一個(gè)明顯的低壓旋渦。綜上所述， 由于動葉安裝角異常， 導(dǎo)致動葉區(qū)壓力在徑向、軸向的分布發(fā)生明顯變化，隨 Δ β 增大，石家莊市風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場更加紊亂，氣流不均勻性更加突出，從而加劇動葉區(qū)尾渦脫落、葉頂泄漏渦及紊流附面層的渦流脫落，以致呈現(xiàn)出更明顯的寬頻噪聲特性。而基頻和前 5 階諧波處的峰值基本不變，表明單動葉偏移對動葉區(qū)旋轉(zhuǎn)葉片與周圍障礙物的相互作用沒有較大影響。另外，其他各區(qū)域噪聲頻譜整體呈上升趨勢，隨 Δ β 增大，低頻段離散的峰值特征漸弱，而位于中高頻率段的寬頻噪聲顯著提高，同時(shí)各區(qū)域高頻段衍生出多個(gè)離散峰值，這說明單動葉安裝角異常使石家莊市風(fēng)機(jī)廠基頻及其附近的聲能分布到較寬的頻帶范圍內(nèi)，低頻段噪聲聲譜由離散峰值的旋轉(zhuǎn)噪聲向?qū)掝l帶的渦流噪聲發(fā)展。A 聲級適用于不隨時(shí)間起伏變化的連續(xù)穩(wěn)態(tài)噪聲評價(jià)，能較準(zhǔn)確反映人耳強(qiáng)度和頻率的聽力感受。
結(jié)合具有Ａ聲級值的正常工況和單動片安裝角異常下的 1/3 倍頻程頻譜圖 ( 圖 11) ，可直觀反映石家莊市風(fēng)機(jī)廠噪聲頻譜的變化。該軸流石家莊市風(fēng)機(jī)的氣動噪聲主要為離散噪聲摻雜著寬頻噪聲，其中具有高聲能的基頻和高階諧波處的離散噪聲占主要成分，除動葉區(qū)外其他各區(qū)域在小于 500 Hz 的低頻段的離散峰值隨Δ β 增大而逐漸消失，而位于中高頻率段的 A 聲級顯著提高，并出現(xiàn)新的峰值特征。從各區(qū)域總聲壓級的變化 ( 圖 12) 可看出，在各偏離度下，因各測點(diǎn)位置不同，靠近聲源的總聲壓級較大，但隨 Δ β 增加，動葉區(qū)總聲壓級變化并不明顯，而其他區(qū)域總聲壓級均呈遞增趨勢，其中導(dǎo)葉區(qū)變化最為顯著。結(jié)合噪聲頻譜圖可知：隨 Δ β增大，動葉區(qū)基頻及高階諧波處離散峰值幾乎不變，寬頻噪聲特性更加明顯，但增幅不大，并未引起總聲壓級明顯變化；其他區(qū)域基頻及其附近的主要噪聲峰值向高頻段分散，分散后峰值頻率的幅值有一定程度的提高，同時(shí)中高頻段的寬頻噪聲增強(qiáng)，致使總聲壓級均呈上升趨勢。
3 結(jié)論
1 ）單動葉偏移導(dǎo)致異常葉片的周向相鄰流道形成高噪聲區(qū)，且從單流道向多流道，從葉高中上部向下部發(fā)展。最大聲功率級隨 Δ β 增大而升高，在 Δ β = 0 ° ~20 ° 時(shí)增強(qiáng)非常明顯，而當(dāng) Δ β 增大到40 ° 以后，L wmax 維持在穩(wěn)定的較高水平上。
2 ）吸力面葉片前緣及葉頂附近為主要噪聲源，隨 Δ β 增大，高強(qiáng)度噪聲源區(qū)范圍愈加明顯，由旋轉(zhuǎn)方向上游區(qū)域逐步波及下游相鄰流道。流量對P rmsmax 的影響并不顯著，而 Δ β 對 P rmsmax 的影響主要表現(xiàn)在 Δ β = 20 ° ~40 ° 間，在此區(qū)間 P rmsmax 隨 Δ β增大而顯著提高。3 ）葉片安裝角偏離后，導(dǎo)葉區(qū)、擴(kuò)壓區(qū)和集流區(qū)的聲壓脈動形態(tài)和區(qū)間發(fā)生改變， 隨 Δ β 增大，聲壓脈動范圍向其相反區(qū)間移動。石家莊市風(fēng)機(jī)廠各測點(diǎn)的聲壓幅值特征與距聲源面的位置有關(guān)，靠近噪聲源的區(qū)域受氣流壓力脈動影響較大，其聲壓幅值高，當(dāng)葉片發(fā)生偏移時(shí)，對臨近區(qū)域影響強(qiáng)度也大。
4 ）隨 Δ β 增大，動葉區(qū)呈現(xiàn)明顯的寬頻噪聲特性；其他區(qū)域?qū)?yīng)基頻和諧波處的峰值向高頻段分散，而中高頻段的寬頻噪聲均有所增加；各區(qū)域總聲壓級也呈上升趨勢，相比之下，在動葉區(qū)單葉片異常對總聲壓級的改變要小得多。