前向型叶片高压离心风机噪声控制的治理研究

　　前 言

　　高压离心风机由于转速高。气流速度大。工作时往往会产生强烈的噪声。本试验研究采用南通风机厂生产的9.26No6.3高压离心风机。叶轮额定转速为2900rpm,流量为10922m³/h,风机额定功率44kW,前向型叶片,叶片数为16,由此可计算出气流速度为33.4m/s,风机工作时,噪声声压级较高。测得频谱如图1所示:

　　在800Hz与400Hz附近有两个较突出的峰值,这与计算值相符。另外,呈现出宽带特性的涡流噪声也相当严重。针对这样的频谱特性,本试验拟采用双层微穿孔板吸声结构来进行降噪试验,该结构针对高流速、宽频带的情况是十分适用的。

　　1 双层微穿孔板蜗舌共振器的优化设计试验

　　蜗舌是风机气动噪声的主源之一,在蜗舌处设计共振器是一种降低风机噪声的有效途径。但传统的K/4共振器由于频率选择性太强等缺点,对宽频带风机不太适合,但如将两个共振器串联起来,就可起到展宽频带的作用,根据声电类比,其等效电路如图2所示:

　　经过优化后,获得蜗舌共振器主要结构参数:p1=1.9%,p2=0.5%,D1=71.3mm,D2=53.8mm。取孔径d1=d2=0.5mm,板厚t1=t2=0.5mm,作为已知参数。该结构用于试验风机,峰值噪声下降了11dB(A),总体噪声下降了3.5dB(A)。

　　当声波垂直入射时,可得声压反射系数R为:

r--吸声结构的相对声阻率;

　　x--相对声抗率。

　　由此可得吸声结构的吸声系数:

　　由于双层吸声结构的频谱特性是双峰曲线,两个共振频率fr1,fr2之间存在一反共振频率fra,所以,设计双层结构成败的关键是要适当地控制声阻和品质因子,使得共振时的吸声系数Ar1,Ar2较高,同时,要使反共振时的吸声系数Aa不太低。这样,可使两个分开的共振吸声峰互相连接而使有效的吸声频率加宽。

　　选择a=作为目标函数,蜗舌双腔吸声结构的优化参数为穿孔率p1,p2;腔深D1,D2;相对声阻率r1,r2。采用罚函数优化设计方法,对目标函数进行优化,使反共振时的吸声系数A=max minA(p1,p2,D1,D2,r1,r2)。程序框图如图3所示:

　　2 双层微穿孔板吸声结构消声器的研究试验

　　消声器是一种既允许气流通过,同时又能有效降低噪声的装置,如果采用微穿孔板吸声结构消声器,利用穿孔本身的声阻达到控制相对声阻率的作用,无需填充材料。而双层微穿孔板吸声结构对展宽频带有较好效果。由图2可求出双层微穿孔板吸声结构的声阻抗:

　　确定消声器的结构参数,关键是对式(6)和(7)进行讨论。大量计算表明:当取Ra2=0时,基本不影响共振频率与反共振频率的位置,这样,就可较方便地求出共振频率与反共振频率的解析公式: