叶片分布对风机性能和出口声压级的影响

作者：石家庄风机　　　　　日期：2014-9-19　　　　　浏览：2267　　　　　

    本节研究叶片分布方式对风机降噪的影响,研究实例为新设计的单级风机,一种常见的叶片分布方式为/ =,其中A为调制振幅,n为调制量的循环次数,￠)为均勾叶片间隔角,￠5'为非等节距叶片间隔角,传统风扇内置微型风机的原始分布方式对应公式中的A=0.14, n=2。为了更好地研究叶片分布方式对微型风机性能和噪声的影响,本节基于上述方法又提出4种新的叶片分布方式,对应的A分别为0、0.1、0.2、0.3,A值越大,代表非等节距叶片的非均句程度越大,其中A=0为均句叶片。各方案叶片分布角见表3.7。

 

 

    图3.22为5种叶片分布方式下风机全压和效率的变化情况,由图可以看出随着A的增大,该微型风机的全压下降,效率呈现先升后降的趋势;但总体来说,全压和效率变动幅度有限,特别是效率,因此在很大程度上选择叶片分布方式不会明显降低风机性能。

    图3.23为A=0.3时叶片不同夹角下叶片压力面压力云图对比,由图可以看出,由于叶片做功,叶片静压由进口侧向出口侧逐渐升高,但出口静压相差很片受力增加,但过少就会造成出口滑移系数明显增加[83],导致有限叶片理论扬程降低。另外由图还可以发现夹角较小时(19.24°),叶片压力变化不均勾,这也将导致速度变化不均匀;而夹角为43.84°时叶片压力变化则比较均勻,即当叶片夹角与均勾叶片夹角(40°)接近时,叶轮性能最佳,因此不建议采过大的A值,避免过大或过小叶片夹角的出现。对于该微型风机而言,以效率不下降为原则,建议A值不超过0.2。

    叶片压力分布不同也必然会带来叶片受力的不同,图3.24为A=0.3和A=()时不同间隔角叶片所受力矩的变化图,由图可以看A=0.3时叶片所受力矩波动明显,最大和最小值相差很大,但总力矩和均匀叶片接近,因此叶轮采用非均句叶片时要保证受力最大叶片厚度满足强度要求。

    因为本节侧重研究叶片分布方式对出口噪声的影响,所以定义叶轮叶片为声源面,图3.25为A=0时的压力脉动频谱图和声压级图,由图可以看叶片均匀时,风机出口压力脉动主要由叶片通过频率(675 HZ)和其倍频组成,并且声压级表现出明显的旋转噪声特征,风机出口压力脉动与声压级有很强的相关性。

    图3.26为不同叶片分布方式下叶轮出口的压力脉动情况,由图可知,随着A的增大,叶片通过频率处的脉动幅值逐渐降低,而低频成分的脉动幅值却在增加,这与专利[31]的描述是相符的。当A>0.2时,主频已经不再是叶片通过频率,所以为了降低压力脉动幅值,釆用非等距叶片是可行的,但是叶片分布图3.27为叶片不同分布方式下叶轮出口声压级情况,对比图3.25,可以发现不等节距叶片布置使叶轮出口声压级频率分布发生了调制;叶片通过频率所对应的显著噪声峰值能量被分布在通过频率两旁;且A值越大,叶片通过频率处的声压级越低石家庄风机厂。

    图3.28为不同A值时,叶片通过频率(9f)和相邻频率(5f,7f,llf, 13f)处声压级的变化情况,其中f为叶轮轴频。由图可看出,随A值增加,叶片通过频率处的噪声逐渐降低,而相邻频率下的噪声逐渐增高,A达到0.2后声压级基频变为7f;由图还可以看出随A值增加,高频成分声压级增长缓慢,低频成分(5f)声压级则增加迅速,因此在非均勻叶片方式选择时要注意低频成分声压级的控制。

 

 

 

    为了满足小间隙无叶风扇性能,同时达到降转速的目的,本章设计了一款无叶风扇用两级低速风机,达到了降噪效果,同时对单级风机不同叶片分布方式下的性能和声压级进行数值研究,得到以下结论:

(1)釆用RANS+FW-H对风机噪声进行数值研究,虽不能定量得到风机声压级,但能用来定性研究随参数改变,风机进出口声压级的变化规律;

(2)采用两级风机设置,由于二级入口速度存在速度环量,导致二级叶轮做功能力降低,但并不影响效率;在相同功率下两级风机能够IC解密满足无叶风扇性能求,同时降噪效果明显;

(3)叶片可以在相当大的范围内选择分布方式而不会使风机的气动性能恶化;但为了降低风机出口压力脉动幅值,叶片不均句度要控制在一定范围内,叶片不均勾度的增加,将会导致低频脉动幅值的显著增加;叶片不等距布置可以降低叶片通过频率处的噪声值,将基频的声能分布到较宽的频带范围内;叶片分布不均句度小,基频噪声降低效果不明显,不均句度过大,会导致低频噪声声压级的大幅增加,不均匀度存在一个最优区间。对于该微型风机建议A值控制在0.1到0.2之间。（46w）