旋转机器噪声分析对策研究

李纯文

（鼎信（广东）检测认证有限公司，广东中山 528434）

旋转机器应用极为广泛，如换气扇，热交换器，空调等。旋转机器运转过程中会产生人耳听得见的声音，有时候声音听起来令人不舒服，称之为噪声。如机器运转的环境背景音安静，听起来更加刺耳，长期处在有噪声的环境中，令人烦躁不安。所以必须对噪声进行对策分析，消除噪声的不良影响。

1 旋转机器

旋转机器（图1）通常指搭载电机，将电能转换为机械能输出，带动其他部件转动的装置。

图1 旋转机器

2 声音的强弱表示

如图2所示是声音的强弱表示。

图2 声音的强弱表示

（1）声压。声音通过空气的振动产生的压强，叫声压。声压的大小反应了声音的强弱。声压的单位是Pa（帕），有时也用bar（巴）。1 bar=100 kPa。

（2）声压级。把声压有效值取对数来表示声音的强弱的方法，叫声压级，声压级表示符号为“SPL”，单位为分贝（dB）。声压级的表示方式：

式中，P为声压（Pa），P0为基准声压=2×10-5（Pa）。

（3）噪声。通常人耳听觉系统所能感受到的信号称为声音。从物理学观点来看，声音是一种机械波，是机械振动在弹性介质中的传播。旋转机器的电动机作为电能转换为机械能输出的部件，在转动过程中，一部分能量以振动形式输出，振动的能量传递到机器的其他部件，并通过空气散播到空间中，产生人耳听得见的声音。有时候声音会在某频率被扩大，听起来令人不舒服，称之为噪声。如图3中凸起部分尖峰。

图3 噪声

3 频率分析

3.1 频率

物质在1 s 内完成周期性变化的次数叫做频率，常用f表示。单位是赫兹（Hz）、秒分之一，符号为s-1。例50 Hz：1s 内做了50次周期性变化。

3.2 何谓频率分析）

声音中，存在着各种声压、各种频率的声波。所谓频率分析就是分析声音中包含哪些频率的声音，哪个频率的声音较大。如图4所示。

图4 频率分析

3.3 声音的频率修正

模拟人耳对声音的敏感度，结合实际应用，确定了以下声音的频率修正方法，如图5 所示，其中最为常用的是A 特性修正。人耳能感受的频率在20～2 000 Hz。

图5 声音的频率修正

（1）Linear 来自机械的单纯声音。

（2）A 特性修正（A-weighted）。结合人耳容易听到程度来修正。

（3）B 特性修正（B-weighted）。现在基本上没用。

（4）C 特性修正（C-weighted）。不修正频率的声音频率分析。

（5）D 特性修正（D-weighted）。考虑到噪声的柔和度，飞机噪声等的特殊用途。

4 噪声源的分析

旋转机器噪声源主要有：①电机运转时的磁力噪声；②机器旋转部件的共振音。

图6 噪声源的分析

4.1 电机运转时的磁力噪声

转子和定子之间，磁束的相互作用下，在半径方向上发生加振力（电磁力），产生定子的变形，转子的振动。电磁力噪声＝转子槽数×转速60×n 次±（0＆2 f），（n=1，2，3…），f=电源频率。图7中（425 Hz），电源频率=50 Hz，转速=1 960 r/min，转子槽数=13，磁力噪声=325 Hz（1次），425 Hz（2次），525 Hz（3次）。

图7 磁力噪声

4.2 机器旋转部件的共振

空气流过旋转部件，旋转部件的不平衡使振动振动加剧，产生噪声。如图8所示。

旋转部件的共振音=n×转速[rpm]/60×Z，n=1，2，3……n，Z=旋转体开孔数。

图8中，转速=1 960RPM，叶片数=4，旋转部件的共振音=130 Hz（1次），260 Hz（2次）。

图8 机器旋转部件的共振

5 噪声源的对策

（1）针对分析结果（4.1），对电机采取的对策：①重新设计电机，改善磁力平衡。②增加阻断磁力噪声传播的机构，如图9所示。

图9 阻断磁力噪声传播的机构

（2）针对分析结果（4.2），对转动部件采取的对策：①叶片数变更。②叶片间距变更。

（3）结果考察。对策实施后，130 Hz，260 Hz，425 Hz 峰值部分已明显降低，如图10所示。

图10 结果考察

6 结束语

本文总结了利用频率分析的方法，找出旋转机器噪声发生的频率，确定噪声发生的源头，针对噪声源头实施对策，能大大提高对策的效果与效率。