傾斜蝸舌對離心風機降噪影響的試驗研究(1)

摘要:
針對 T9 －19No． 4A 離心風機， 試驗研究了傾斜蝸舌和蝸舌的安裝位置對風機氣動性能和噪聲特性的影響， 結果表明:隨著蝸舌傾角和蝸舌與葉輪間安裝間距(以下簡稱安裝間距)的增加風機的噪聲下降， 蝸舌傾角和安裝間距對風機的氣動性能則是交互影響， 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， 組合優化設計了 7 種傾斜蝸舌進行試驗。風機氣動性能的測量嚴格按照國標《GB/T1236 － 2000 工業通風機用標準化風道進行性能試驗》 執行，噪聲的測量按照 《GB/T 2888 －91 風機和羅茨鼓風機噪聲測量方法》 的要求執行。
關鍵詞: 離心風機;傾斜蝸舌;安裝間距;降噪;氣動性能;試驗研究
1 引言
離心風機的噪聲主要是氣體非定常流動過程中產生的氣動噪聲， 包括基頻噪聲和寬頻噪聲兩部分， 研究表明基頻噪聲是風機氣動噪聲的主要組成部分［1 ～3 ］ 。由于葉輪出口氣流對蝸舌的沖擊
非常劇烈， 使得蝸舌區域成為主要的噪聲源。蝸舌部位對葉輪機械氣動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就會引起風機性能及噪聲的很大變化 ［4 ］ 。文獻［ 1， 4］ 先后對 T9 － 19No． 4A 前向離心風機使用某一固定傾角和間距組合的傾斜蝸舌進行數值模擬研究。
我們設計 7 個不同傾角和安裝間距組合的傾斜蝸舌， 試驗研究蝸舌傾角和安裝間距對風機噪聲和氣動性能的影響， 并找出使試驗風機氣動性能和降噪效果最佳的傾斜蝸舌及其安裝間距。
2 傾斜蝸舌的設計及加工制造
傾斜蝸舌結構如圖 1 所示， 蝸舌傾角是指大圓圓弧中點與小圓圓弧中點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殼后蓋板上的最小距離(與葉輪間安裝距離)。
試驗傾斜蝸舌采用數控機床分層加工， 沿蝸舌軸向每隔 0． 5mm 將其分為 128 層， 加工時給出每個截面幾何形狀的精確參數， 每層截面的幾何參數采用插值擬合的方法來確定， 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， 然后采用 3 次函數進行插值擬合。
本文對蝸舌傾角和安裝間距 t 進行了優化組合， 選用其中的 7 種方案設計了傾斜蝸舌進行實驗研究， 蝸舌傾角按照等角度間隔進行增加， 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， 其組合方式見表 1。
3 離心風機試驗裝置及試驗方法
3． 1 試驗裝置
91《風機和羅茨鼓風機噪聲測量方法》 的要求設計、 制造及安裝［5， 6 ］ 。噪聲測量采用 LMS 公司的聲學測量及分析系統完成。該系統包括軟件部分和硬件部分。其中軟件使用的是 LMS Date Acquisition ＆ Analysissoft ware(數據采集和分析軟件包)中的 LMS TestLab Spectral Acquisition 噪聲分析模塊。試驗中，采用 1/24 倍頻程進行采集噪聲信息， 然后轉化為A 聲壓級， 采集和分析的頻率范圍為 200 ～20000Hz。硬件部分包括:LMS SCADASⅢ Front－ End(DIFA 數據采集前端);PCB 公司 377A02型聲壓傳感器和 426D01 型聲壓傳感器前置放大器;CAL200 聲傳感器校準器， 傳感器通過 30 英尺電纜線與 DIFA 數據采集前端相連;DELL 筆記本電腦(2G Hz CPU， 1GB RAM， 80GB SCSI 硬盤)。試驗裝置和噪聲測點布置如圖 2 所示。
3． 2 試驗風機
本文以 T9 －19No． 4A 離心風機為研究對象，該風機葉輪進口直徑 156mm， 葉片出口直徑 D =400mm， 無葉旋轉擴壓器出口直徑 D =460mm， 葉片數 Z =12， 葉片進口安裝角 β 1A =38°， 葉片出口安裝角 β 2A =126°， 葉輪進口寬度 b 1 =70mm， 葉輪出口寬度 b 2 =36mm。蝸殼寬度 B 0 =64mm。表 2為試驗風機葉輪 12 個葉道出口軸向測量寬度的最大值和最小值。
圖 3 為可更換蝸舌 T9 － 19No． 4A 前向離心風機結構示意， 安裝不同傾斜蝸舌進行試驗時， 風機的葉輪、 進氣管路等其它部件保持不變， 僅更換相應的傾斜蝸舌即可。每次進行試驗前均對風機的主要部件及其配合尺寸進行測量(見表 3)， 表中 B1、 B2 等為實際測量值， b1、 b2 等為根據測量結果的計算值。
3． 3 試驗過程
為減小在試驗研究中因測量引起壓力、 溫度、轉速、功率及噪聲等物理量與實際值之間的誤差，本文采取無序重復試驗， 即在試驗時將樣本先按某一順序進行試驗， 然后將其順序打亂后再進行試驗(如第一次試驗順序為 A1、 A2、 A3、 B1、 B2、B3、 C1;第二次試驗順序為 B3、 B2、 B1、 C1、 A3、A2、 A1;第三次順序為 C1、 B1、 A1、 B2、 A2、 B3、A3。 )， 每個試驗樣本試驗 3 次。
3． 3． 1 原風機及更換傾斜蝸舌風機的試驗
每個傾斜蝸舌試驗前， 都對其安裝間距進行了測量， 保證蝸舌的安裝間距偏差在一定范圍內， 安裝間距實際測量值與設計值的最大偏差值見表 4。