离心风机振动噪声预报与控制技术研究

陈华 刘云芝

摘要：在本文中，通过详细介绍离心风机在运转过程中产生的风压情况，对于出入风机风力产生噪声。利用有限元分析的方式，对噪声的基本情况进行预测，得到产出的噪声在出口处频率更高的结论，并在瞬态流场和声学场的分析中对比噪声的基本变化情况。借助预报的基本情况，从五个方面提出了改进离心风机噪声的措施，通过调整结构和增加阻尼等多种形式，降低运转噪声，起到流体机械高效运转的目的。

关键词：离心风机;噪声预报;控制技术;有限元

1. 引言

风机在使用中采用的动力叶片旋转的方式，根据流体的运动做功，在离心力和惯性的作用下，使得中心部分的叶轮向四周运动，逐渐达到边缘处，所产生的压力随着距离的增大而增大，同时移动的速度也发生变化，葉轮发生快速运动，在产生风压的过程中形成能量的剧集。当气体受到阻挡后，在排气管道中分散，使得叶轮所处的环境转换为真空状态，在负压的作用下，外部空气被吸入内环境，就将排出和吸入的过程作为风机的运转方式。而离心风机在原有的基础上进行调整，改变了风的进量，在不受到外部作用的情况下，保持能量水平。并且利用不同的叶片角度，在效率调高的基础上，加大模压力的变化。在外部的杂质进入后，使得叶轮失去动力，逐渐失去平衡，在前向动力叶片中出现耦合的效应，但是根据振动的原理，在介质的环境下，结构在声场的作用下形成了噪声，必须通过结构流体的设计调整，尽可能降低噪声带来的影响。

2. 离心风机振动噪声的产生机理

将风机附近的磁场转变为非周期性的变化，在不规则的振动下，利用轴承传递的方式，在叶片振动带动轴承共同作用在外面壳体。此外，对于离心风机产生的噪音是因为电机的运转情况发生变化。在电机的内部构件中，由于铁芯的电磁效应，出现变电的场景下，电机产生轴向运动，在绕组振动的条件下，将铁芯和电磁控制线圈连接，在电机运转过程中，电机出现扭矩改变。内部的转子在电磁效应下进行振动。而电机产生振动对于噪声的产生起到了促进的作用，主要表现在电机外部金属打磨不光滑，出现精度不够的情况，中轴的承受力不足，导致叶片的旋转不充分，或是在安装轴承时，电机的外壳出现了剧烈的振动。在刚性的转子结构中，当电机运动速率快速提升，出现振幅明显提高的情况，电机的动力变化区间加大，所响应的振动值也明显变化。

在离心风机使用中，叶片气流根据机械的脉冲及时做出调整，在产生噪声后，利用计算方式得到噪声的图谱，并在压力的作用下测得线圈的变化速率，随着边缘的分离，产生噪声的可能性有所提高，结合气动流体的轴变化规律，在引起脉冲的情况下，无法对噪声的影响发生调整。在声场中，无规律的脉冲在升力变化的情况下产生噪声，根据这一原理可以有效的控制噪声的变化，在不同的形态中考虑不同的噪声功率变化。

3. 离心风机振动噪声的预报分析

在研究风机噪声过程中，要考虑到蜗壳的情况，在声场在蜗壳所产生的反射条件下，对声源的位置发生变化，在改变声学阻抗的条件下，将噪声在钢板上投射，出现多管道传播的可能，采用消声器的方式，在蜗壳的外结构中构建新的噪声源。常规对离心蜗壳产生振动噪声的是电机的运转变化，在内部的机理环境下实现蜗壳的振动。蜗壳采用厚钢板结构，在空气的介质中，依靠声学的传播方式，降低耦合相应，单向的对噪声辐射情况进行计算预报分析。当对于电机进行改进时，将原有的空转叶轮进行重分布，在空转的时速和叶轮转速出现偏差时，噪声的数值出现上升的趋势，如进行消声处理，可根据噪声的成分对噪声的数值进行预测。

在离心风机振动噪声的预报分析中，采用有限元的分析方式，将结构振动作为主体，不同的离散振动区间作为有限单元，在不同的节点中将力的效应重新调整，根据弹性理论中模量的变化情况，根据设计的原理在节点部位纳入整体系统。

3.1结构方程

在有限元的分析中，根据动力结构进行公式的计算，将动力F和约束力N构建新的计算公式，在平衡方程的计算中，形成速度变化具体数值。并将多个求解工程方式进行叠加，在计算出模态的前提下，改变组您变化。同时在互联网的基本方向上求得风险性的计算结果。根据不同的叶片运动状态，利用积分的计算方式，在不同的时间点中计算不同的平衡方程。

3.2预报模型的建立

在计算得到相应的结果后，在风机的设计模型中，采用法兰连接，在圆盘与蜗壳相连的基础上，加大底部的刚度，提高风管的厚度。在力矩的传递中，法兰连接内部尺寸不发生变化，在倒角处调整网格划分的密度，加强对于螺栓连接部分的受力计算，并将整个风机内部的弹簧系统作为整体刚度计算。模型建立后，进行边界条件的设定，将多个自由点调整为固定约束，提高支座处的承载能力。

3.3噪声叠加

在轴承的声波计算中，从某一时刻开始，在不同的叶片振幅变化中，声波出现叠加的情况。在不同的风机运行界面中，测量所得到的噪声在排出管道中都出现了频率增加的情况，在线谱分析中，出口位置的噪声频率是进口位置的两倍，究其原因是在进口处风机的频段不同，管道中出现了噪声聚集的情况发生。

4. 离心风机振动噪声预优化控制技术

噪声控制优化后性能一般要求总体变化不大，结构不能太复杂，否则导致总体制造成本增高，另外也会影响维护性，在保证原有性能基本不变的情况下，只能进行一些局部的改进。

（1）降低壳体振动，采用加强筋的办法，改变梁所有的共振频率;梁增加板的声辐射。使用的风机蜗壳大部分是平板，虽然不是一个自由板，但在上面焊加强筋，会使振动能量从低频提升到高频，而高频辐射效率一般较高，所以辐射有可能会增加。

（2）蜗壳与蜗舌间隙变化。由于在蜗舌附近叶轮与蜗壳之间的间隙最小，气流不均匀性较强，在前面的流场分析中也可以看出，这样在蜗舌部分产生的噪声也较强。增加叶轮与蜗舌之间间隙或增加倾斜角可以降低离心风机的旋转噪声。

（3）蜗壳表面粘贴阻尼材料

蜗壳内表面不容易采取措施降噪，在外表面粘贴阻尼材料降低壳体振动却是一种方法。如果没有阻尼，那么在每个共振频率上的响应就是无限大，增加阻尼就可以控制板的振动，振动减少了，声辐射也自然降低了。

（4）叶轮叶片数变化

叶片数的选择：在离心风机中，增加叶轮的叶片数则可提高叶轮的理论压力，因为它可以减少相对涡流的影响。但是，叶片数目的增加，将增加叶轮通道的摩擦损失，这种损失将降低风机的实际压力而且增加能耗。

（5）叶片进出气边的改进

在叶片进出气边上设置锯齿形结构，可使叶片上气流附面层较早地转化为湍流，避免层流附面层中的不稳定导致涡流分离。其实在螺旋桨唱音控制上面，就提出了随边切出锯齿形，可以有效地控制唱音。

5. 结束语

离心风机在噪声控制分析中，其特有的分析手段要求从噪声形成原理出发，针对叶轮的运行规律，通过有限元的分析方式计算振动响应，并就风机的内部振动进行降噪处理。在文中通过在预报噪声的基础上，从五个方面提出噪声的改进措施和优化方案。

参考文献

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