空冷器风机的噪声治理方案

冯轩

（哈尔滨空调股份有限公司，哈尔滨 150078）

0 引言

我国是使用冷却塔较多的国家，在当今各大电厂和石油化工产业中，空冷式换热器应用广泛。空冷器是采用空气进行冷却的工业热交换装置，实际上是需要通过空冷器中风机的做功来实现空冷器管束换热。风机则是利用一个或多个装有叶片的叶轮的旋转与气体或空气的相互作用来压缩气体或空气中的流体机械。在1980年代的数据显示，当时使用直径4.7 m风机的工业用冷却塔国内就有6000余台，随着风机装机容量的不断扩大以及大型空冷风机的推广应用，风机的噪声问题越来越引起人们的关注，特别是对新建项目的风机群所引起的噪声的控制治理，已经成为环保机关审批的关键指标。本文通过举例、提出治理噪声的方法以及噪声的计算步骤，使风机在运行时噪声达到最低，减少噪声在人们生产生活中的危害。

1 主要噪声源分析

空冷轴流风机噪声源主要有以下4种：1）风机叶轮在工作时产生的气动噪声；2）风机传动系统产生的机械噪声，如：风机采用皮带传动时，皮带与叶轮组传动时相互摩擦产生的噪声；3）风机在运行中电动机运转时产生的电磁噪声，如风机为减速机传动，那么噪声就是电机与减速机共同产生的；4）与风机相连接的钢结构在风机运行中相互碰撞、相互振动产生的噪声。其中，风机叶轮转动时产生的气动噪声值最大，是最主要的噪声源。

2 降低风机叶片噪声的工程方法

轴流风机的气动噪声与风机的性能参数、运动参数和几何特性参数有关，国内外计算风机气动噪声的方法有很多，通过风机厂家多年的研究和现场测试，推荐空冷风机声功率级噪声的预测关系式如下：

式中：PWL为声功率级，dB；C为常数值，dB，表征风机叶型对噪声的影响，对于ENF型叶片，C=37，对于ELF型叶片，C=35，对于PFT型叶片，C=40.5，对于LPFT型叶片C=36.5；U 为叶尖速度，m/s；Ps为静压，Pa；Q 为流量，m3/s；D为叶轮直径，m；ΔdB为修正值，与进风口形状和进气流被遮挡的情况（障碍物）有关。

式中：L为叶片长度（叶高），m；Cm为叶片平均宽度，m；n为叶片数；15.23为由英制单位改为公制单位后，常数值由原+40变为-15.23。

式中：SPL为空冷风机声压级噪声，dB；A为常数值，dB，鼓风式为35.8，引风式为32.8；N为轴功率，kW。

在不同的空气条件下，平均声压级与声功率级的关系式如下：

式中：x为测量仪器与声源的距离，m；Δ为与空气条件有关的修正量，标准空气条件下，Δ=0。

就气动性能参数而言，从式（1）、（2）中可以看到，静压和流量增加，噪声增大，反之亦然；从式（3）中可以看出，轴功率增加，噪声增大，反之亦然，由此可得出结论：在满足压力流量的前提下，选用高效风机对降低噪声是有利的；减小叶尖速度可以使风机在运行中的噪声大大降低。式（1）和式（3）表明增大直径能够降低噪声，但直径增大，成本和空间尺寸也随之增加，当转速已定时，增大直径反而使叶尖速度增加，噪声增大。可见，必须确保直径和转速的最佳匹配，才能满足风量、压力的使用要求，降低噪声。从式（2）中看出，噪声与叶片宽度的0.6次方有关，与叶片数的一次方有关，在风机转速与直径一定的情况下，采用叶片数较少的宽叶片比叶片数较多的窄叶片降低噪声更为有利。

空冷风机声压级噪声的实际值与期望值的关系为：

式中，SPLe为空冷风机声压级噪声的期望值，SPLs为空冷风机声压级噪声的实际值，ne为期望转速，ns为实际转速。

计算步骤如图1所示。

3 噪声治理举例

已知空冷塔风机，D=2.4 m，叶片数 Z＝4，L=0.96 m，Cm=0.26 m，ns=350r/min，Φ=18°，Q=76000 m3/h，Ps=101.9 Pa，SPL=80dB。

治理要求：期望值SPLe=73dB时，求ne、Ze为多少？

图1 计算步骤

计算结果：

1）由式（5），代入 SPLs=80dB，ns=350 r/min 后，得出ne=252 r/min，取作 252 r/min；

2）由Ze=1.1Z（ns/ne）2，Z=4，ns=350 r/min，ne=252 r/min，得出Ze=8；

3）由式（2），PWL=56lg（3.14×350×2.4/60）+10lg（101.9×0.96×0.260.6×8）-15.23=91.84+26.18-15.23=102.79；

4）由式（4），取 x=5.9 m，Δ=0得预测值为

5）SPLs-SPLe=76.38-73=3.38dB。

由此可见预测值比期望值高出3.38dB。

4 结语

本文分析总结了用于降低风机运转时噪声的工程方法，以及计算风机噪声的步骤，在不改变风机直径的情况下，可通过降低转速、尽量减少风机叶片数、调整叶片安装角等方法，通过举例计算风机实际与期望噪声的差距，进而合理有效地治理噪声。

［1］WALLS R A.Axial Flow Fans and Ducts［M］.John Wiley＆ Sons，1983.

［2］吴秉礼.轴流通风机气动噪声预测与治理［J］.流体机械，1998（4）：31-35.