單動葉安裝角異常時軸流風機的噪聲特性(3)

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2.2 氣動噪聲特征
2.2.1 聲源特征聲壓脈動時均值 (dpdt RMS ，簡稱 P rms ) 直觀反映聲源域，即葉輪靜態壓力對時間的變化率，能清晰顯示產生噪聲的部位和噪聲源強度分布。壓力面附近形成的葉尖渦和前緣分離渦在吸力面葉片表面相應位置形成較大脈動壓力波 [3] ，成為主要噪聲源，即噪聲源主要集中在吸力面葉片前緣及葉頂附近，而壓力面則不明顯。為此，圖 5 給出了動葉吸力面聲壓脈動時均值的分布特征。正常工況下，噪聲源在動葉吸力面呈現相同的分布特征，葉片前緣及葉頂附近為壓力脈動劇烈區域，P rms 由此向葉片后緣方向遞減。當葉片安裝角偏離后，異常葉片吸力面上的 P rms 升高，并隨 Δ β 增加，高強度聲源區以葉輪旋轉逆方向逐步向上游相鄰葉片擴展；當Δ β = 40 ° 時，P rms 進一步增強，同時影響范圍擴大至葉輪旋轉正方向流域，下游臨近葉片也衍生出高強度聲源區；Δ β = 50 ° 時，不僅異常葉片的影響范圍顯著擴展，且 P rms 也大幅提高，此時異常葉片與導葉區距離很小，導葉區葉片可能成為聲障，從而加強了動葉區相鄰葉片上的升力脈動 [23] 而產生明顯的噪聲變化。
總之，正常工況下，噪聲源周期性分布于動葉吸力面，當葉片發生偏移后，受異常葉片影響，高強度噪聲源區向周邊流域擴展，隨 Δ β增大，P rms 幅值和影響范圍也逐漸擴大。圖 6 為最大聲壓脈動時均值 (max surface dpdtRMS ， 簡稱 P rmsmax ) 隨流量和偏離度的變化。 圖 6(a)表明， 正常工況下， P rmsmax 隨流量增大而略有下降；葉片異常時，P rmsmax 總體則呈上升趨勢。圖 6(b) 表明，不同流量下 P rmsmax 隨 Δ β 的變化趨于一致；Δ β = 0 ° ~20 ° 時，隨 Δ β 增大 P rmsmax 略有上升，而在Δ β = 10 ° ~20 °，P rmsmax 基本不變；當 Δ β = 20 ° ~40 °，P rmsmax 則顯著提高，此時高強度聲源區范圍增加明顯，異常葉片上下相鄰流域均受到影響；當 Δ β 由40 ° 增至 50 ° 時，聲壓脈動時均值的整體水平提高，但其最大值變化很小。
2.2.2 聲壓時域分析為探討不同偏離度下聲壓信號隨時間的變化特征，圖 7 給出了設計流量下，石家莊市石家莊市風機廠廠在一個旋轉周期內的聲壓時域特性。正常工況下，動葉區聲壓表現為規律的周期性特征，葉片打擊周圍空氣產生的激勵作用使其具有 13 個顯著的振幅峰值點，與葉片數一致 ( 由于聲壓傳播的滯后性， 開始時刻較短時間內無聲壓數據 ) ， 這也說明此時非定常計算達到了穩定狀態；其他區域也呈現類周期性脈動特征，其峰值變化更為密集，其中導葉區的聲壓峰值點也為13 ，與動葉區一致，而集流區和擴壓區則不明顯；另集流區的聲壓值為負。異常工況下，動葉區聲壓仍呈周期性脈動，且峰值點數不變，但在 t = 0.025 s 聲壓脈動明顯，且Δ β 越大其值脈動幅度愈大，尤其是 Δ β = 50 ° 時，聲壓脈動幅度約為正常情形下的 3.5 倍。導葉區的聲壓特征總體呈“ V ”分布，其拐點位于 t = 0.03 s ，并隨 Δ β 增大在拐點處向負聲壓方向發展。集流區和擴壓區的聲壓時域特征類似，受 Δ β 增大影響，聲壓脈動幅度加劇，峰值逐漸突出。圖 7 表明，不同區域的聲壓時域特征各異，但均呈現周期性或類周期性形態。動葉安裝角異常對聲壓時域特性的影響主要體現為聲壓脈動形態、脈動區間和幅值的變化上。
位于聲源后的導葉區和擴壓區，聲壓脈動特征變化明顯，正常工況下聲壓在正壓區脈動，隨 Δ β增大，正壓脈動范圍逐漸減小，并向負壓區發展。位于聲源前的集流區在正常工況下壓力脈動區間為 − 130~ − 210 Pa ，當葉片安裝角發生異常后，脈動區間逐步上移，Δ β 達到 40 ° 以后，出現正壓區。比較 4 個區域的聲壓幅值可知，噪聲值大小順序依次為動葉區、導葉區、集流區、擴壓區。這是因為愈靠近噪聲源區，受氣流壓力脈動的影響越顯著， 從而加大該區域的振動， 其對應噪聲值就越高；反之，其對應噪聲值就越低。再者，隨測點與聲源距離的增大，聲源面對周期性變化的聲波擾動變小。從圖 7 中可明顯看出，異常工況下偏離度對聲壓的影響： 以靠近聲源較近的測點 1 和測點 2 為例，兩監測點位置與異常葉片徑向距離相差半個周期，所以當異常葉片與測點距離最短 ( 即 t = 0.025 s) 時，該時刻測點附近氣流振動紊亂加劇，以致壓力脈動明顯增強，表現形式為聲壓幅值的升高，且隨偏離度增大，其影響程度愈加突出。