倾斜蜗舌对离心风机降噪影响的试验研究(1)

摘要:
针对 T9 －19No． 4A 离心风机， 试验研究了倾斜蜗舌和蜗舌的安装位置对风机气动性能和噪声特性的影响， 结果表明:随着蜗舌倾角和蜗舌与叶轮间安装间距(以下简称安装间距)的增加风机的噪声下降， 蜗舌倾角和安装间距对风机的气动性能则是交互影响， 不具有单一性。本文选取了 3 种不同的蜗舌倾角和安装间距， 组合优化设计了 7 种倾斜蜗舌进行试验。风机气动性能的测量严格按照国标《GB/T1236 － 2000 工业通风机用标准化风道进行性能试验》 执行，噪声的测量按照 《GB/T 2888 －91 风机和罗茨鼓风机噪声测量方法》 的要求执行。
关键词: 离心风机;倾斜蜗舌;安装间距;降噪;气动性能;试验研究
1 引言
离心风机的噪声主要是气体非定常流动过程中产生的气动噪声， 包括基频噪声和宽频噪声两部分， 研究表明基频噪声是风机气动噪声的主要组成部分［1 ～3 ］ 。由于叶轮出口气流对蜗舌的冲击
非常剧烈， 使得蜗舌区域成为主要的噪声源。蜗舌部位对叶轮机械气动性能及噪声特性影响非常明显， 蜗舌形状和安装间距的微小变动就会引起风机性能及噪声的很大变化 ［4 ］ 。文献［ 1， 4］ 先后对 T9 － 19No． 4A 前向离心风机使用某一固定倾角和间距组合的倾斜蜗舌进行数值模拟研究。
我们设计 7 个不同倾角和安装间距组合的倾斜蜗舌， 试验研究蜗舌倾角和安装间距对风机噪声和气动性能的影响， 并找出使试验风机气动性能和降噪效果最佳的倾斜蜗舌及其安装间距。
2 倾斜蜗舌的设计及加工制造
倾斜蜗舌结构如图 1 所示， 蜗舌倾角是指大圆圆弧中点与小圆圆弧中点连线与其投影线间的夹角， 安装间距 t 是指蜗舌小圆与叶轮投影到机壳后盖板上的最小距离(与叶轮间安装距离)。
试验倾斜蜗舌采用数控机床分层加工， 沿蜗舌轴向每隔 0． 5mm 将其分为 128 层， 加工时给出每个截面几何形状的精确参数， 每层截面的几何参数采用插值拟合的方法来确定， 首先采用作图的方法得出倾斜蜗舌沿轴向等距分布 8 层的精确参数， 然后采用 3 次函数进行插值拟合。
本文对蜗舌倾角和安装间距 t 进行了优化组合， 选用其中的 7 种方案设计了倾斜蜗舌进行实验研究， 蜗舌倾角按照等角度间隔进行增加， 依次记为Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ;安装间距 t 按照 A、 B、 C 依次增大。为方便下文叙述， 将所选用的 7 种倾斜蜗舌分别命名为:A1、 A2、 A3、 B1、 B2、 B3 和 C1， 其组合方式见表 1。
3 离心风机试验装置及试验方法
3． 1 试验装置
91《风机和罗茨鼓风机噪声测量方法》 的要求设计、 制造及安装［5， 6 ］ 。噪声测量采用 LMS 公司的声学测量及分析系统完成。该系统包括软件部分和硬件部分。其中软件使用的是 LMS Date Acquisition ＆ Analysissoft ware(数据采集和分析软件包)中的 LMS TestLab Spectral Acquisition 噪声分析模块。试验中，采用 1/24 倍频程进行采集噪声信息， 然后转化为A 声压级， 采集和分析的频率范围为 200 ～20000Hz。硬件部分包括:LMS SCADASⅢ Front－ End(DIFA 数据采集前端);PCB 公司 377A02型声压传感器和 426D01 型声压传感器前置放大器;CAL200 声传感器校准器， 传感器通过 30 英尺电缆线与 DIFA 数据采集前端相连;DELL 笔记本电脑(2G Hz CPU， 1GB RAM， 80GB SCSI 硬盘)。试验装置和噪声测点布置如图 2 所示。
3． 2 试验风机
本文以 T9 －19No． 4A 离心风机为研究对象，该风机叶轮进口直径 156mm， 叶片出口直径 D =400mm， 无叶旋转扩压器出口直径 D =460mm， 叶片数 Z =12， 叶片进口安装角 β 1A =38°， 叶片出口安装角 β 2A =126°， 叶轮进口宽度 b 1 =70mm， 叶轮出口宽度 b 2 =36mm。蜗壳宽度 B 0 =64mm。表 2为试验风机叶轮 12 个叶道出口轴向测量宽度的最大值和最小值。
图 3 为可更换蜗舌 T9 － 19No． 4A 前向离心风机结构示意， 安装不同倾斜蜗舌进行试验时， 风机的叶轮、 进气管路等其它部件保持不变， 仅更换相应的倾斜蜗舌即可。每次进行试验前均对风机的主要部件及其配合尺寸进行测量(见表 3)， 表中 B1、 B2 等为实际测量值， b1、 b2 等为根据测量结果的计算值。
3． 3 试验过程
为减小在试验研究中因测量引起压力、 温度、转速、功率及噪声等物理量与实际值之间的误差，本文采取无序重复试验， 即在试验时将样本先按某一顺序进行试验， 然后将其顺序打乱后再进行试验(如第一次试验顺序为 A1、 A2、 A3、 B1、 B2、B3、 C1;第二次试验顺序为 B3、 B2、 B1、 C1、 A3、A2、 A1;第三次顺序为 C1、 B1、 A1、 B2、 A2、 B3、A3。 )， 每个试验样本试验 3 次。
3． 3． 1 原风机及更换倾斜蜗舌风机的试验
每个倾斜蜗舌试验前， 都对其安装间距进行了测量， 保证蜗舌的安装间距偏差在一定范围内， 安装间距实际测量值与设计值的最大偏差值见表 4。