单动叶安装角异常时轴流风机的噪声特性(3)

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2.2 气动噪声特征
2.2.1 声源特征声压脉动时均值 (dpdt RMS ，简称 P rms ) 直观反映声源域，即叶轮静态压力对时间的变化率，能清晰显示产生噪声的部位和噪声源强度分布。压力面附近形成的叶尖涡和前缘分离涡在吸力面叶片表面相应位置形成较大脉动压力波 [3] ，成为主要噪声源，即噪声源主要集中在吸力面叶片前缘及叶顶附近，而压力面则不明显。为此，图 5 给出了动叶吸力面声压脉动时均值的分布特征。正常工况下，噪声源在动叶吸力面呈现相同的分布特征，叶片前缘及叶顶附近为压力脉动剧烈区域，P rms 由此向叶片后缘方向递减。当叶片安装角偏离后，异常叶片吸力面上的 P rms 升高，并随 Δ β 增加，高强度声源区以叶轮旋转逆方向逐步向上游相邻叶片扩展；当Δ β = 40 ° 时，P rms 进一步增强，同时影响范围扩大至叶轮旋转正方向流域，下游临近叶片也衍生出高强度声源区；Δ β = 50 ° 时，不仅异常叶片的影响范围显著扩展，且 P rms 也大幅提高，此时异常叶片与导叶区距离很小，导叶区叶片可能成为声障，从而加强了动叶区相邻叶片上的升力脉动 [23] 而产生明显的噪声变化。
总之，正常工况下，噪声源周期性分布于动叶吸力面，当叶片发生偏移后，受异常叶片影响，高强度噪声源区向周边流域扩展，随 Δ β增大，P rms 幅值和影响范围也逐渐扩大。图 6 为最大声压脉动时均值 (max surface dpdtRMS ， 简称 P rmsmax ) 随流量和偏离度的变化。 图 6(a)表明， 正常工况下， P rmsmax 随流量增大而略有下降；叶片异常时，P rmsmax 总体则呈上升趋势。图 6(b) 表明，不同流量下 P rmsmax 随 Δ β 的变化趋于一致；Δ β = 0 ° ~20 ° 时，随 Δ β 增大 P rmsmax 略有上升，而在Δ β = 10 ° ~20 °，P rmsmax 基本不变；当 Δ β = 20 ° ~40 °，P rmsmax 则显著提高，此时高强度声源区范围增加明显，异常叶片上下相邻流域均受到影响；当 Δ β 由40 ° 增至 50 ° 时，声压脉动时均值的整体水平提高，但其最大值变化很小。
2.2.2 声压时域分析为探讨不同偏离度下声压信号随时间的变化特征，图 7 给出了设计流量下，石家庄市石家庄市风机厂厂在一个旋转周期内的声压时域特性。正常工况下，动叶区声压表现为规律的周期性特征，叶片打击周围空气产生的激励作用使其具有 13 个显著的振幅峰值点，与叶片数一致 ( 由于声压传播的滞后性， 开始时刻较短时间内无声压数据 ) ， 这也说明此时非定常计算达到了稳定状态；其他区域也呈现类周期性脉动特征，其峰值变化更为密集，其中导叶区的声压峰值点也为13 ，与动叶区一致，而集流区和扩压区则不明显；另集流区的声压值为负。异常工况下，动叶区声压仍呈周期性脉动，且峰值点数不变，但在 t = 0.025 s 声压脉动明显，且Δ β 越大其值脉动幅度愈大，尤其是 Δ β = 50 ° 时，声压脉动幅度约为正常情形下的 3.5 倍。导叶区的声压特征总体呈“ V ”分布，其拐点位于 t = 0.03 s ，并随 Δ β 增大在拐点处向负声压方向发展。集流区和扩压区的声压时域特征类似，受 Δ β 增大影响，声压脉动幅度加剧，峰值逐渐突出。图 7 表明，不同区域的声压时域特征各异，但均呈现周期性或类周期性形态。动叶安装角异常对声压时域特性的影响主要体现为声压脉动形态、脉动区间和幅值的变化上。
位于声源后的导叶区和扩压区，声压脉动特征变化明显，正常工况下声压在正压区脉动，随 Δ β增大，正压脉动范围逐渐减小，并向负压区发展。位于声源前的集流区在正常工况下压力脉动区间为 − 130~ − 210 Pa ，当叶片安装角发生异常后，脉动区间逐步上移，Δ β 达到 40 ° 以后，出现正压区。比较 4 个区域的声压幅值可知，噪声值大小顺序依次为动叶区、导叶区、集流区、扩压区。这是因为愈靠近噪声源区，受气流压力脉动的影响越显著， 从而加大该区域的振动， 其对应噪声值就越高；反之，其对应噪声值就越低。再者，随测点与声源距离的增大，声源面对周期性变化的声波扰动变小。从图 7 中可明显看出，异常工况下偏离度对声压的影响： 以靠近声源较近的测点 1 和测点 2 为例，两监测点位置与异常叶片径向距离相差半个周期，所以当异常叶片与测点距离最短 ( 即 t = 0.025 s) 时，该时刻测点附近气流振动紊乱加剧，以致压力脉动明显增强，表现形式为声压幅值的升高，且随偏离度增大，其影响程度愈加突出。