房間空調(diào)風(fēng)機(jī)噪聲主要由于機(jī)械噪聲、電機(jī)噪聲兩方面造成，要想解決噪聲這個問題，需要分別分析機(jī)械和電機(jī)兩大部件造成的原因才能制定合理的解決方案來處理。
空調(diào)風(fēng)機(jī)的機(jī)械噪聲
一般說來 , 空調(diào)風(fēng)機(jī)大部分采用雙進(jìn)風(fēng)型式，風(fēng)機(jī)的軸及軸上的葉輪等零件都較重,各生產(chǎn)廠家事先均經(jīng)過較嚴(yán)格的平衡(靜平衡和動平衡)試驗(yàn)后才投入使用。但風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速一般較高,經(jīng)過一段時間的運(yùn)轉(zhuǎn)后 , 會產(chǎn)生多種機(jī)械噪聲。
(1) 葉輪磨損不均勻或因風(fēng)壓導(dǎo)致零件的變形 , 使整個轉(zhuǎn)子不平衡而產(chǎn)生的噪聲。
(2) 軸承在運(yùn)行后由于磨損 , 與軸相互產(chǎn)生的噪聲。
(3) 由于安裝不良或各零件聯(lián)接松動而產(chǎn)生的噪聲。
(4) 葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動 , 導(dǎo)致機(jī)體某一部分共振而產(chǎn)生的噪聲。
電機(jī)噪聲
在空調(diào)的整個通風(fēng)系統(tǒng)中,電機(jī)是其中一個重要組成部分,但一般風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)廠家采用的電機(jī)均由電機(jī)生產(chǎn)廠家提供,風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家一般不作電機(jī)內(nèi)部處理,但電機(jī)的噪聲種類繁多,本文簡述如下:
(1) 軸承本身精度不夠而產(chǎn)生的軸承噪聲;
(2) 徑向交變的電磁力激發(fā)的電磁噪聲;
(3) 換向器整流子碳刷摩擦導(dǎo)電環(huán)而產(chǎn)生的摩擦噪聲;
(4) 整流子的打擊噪聲;
(5) 由于某些部件振動使自己的固有頻率與激勵頻率產(chǎn)生共振 , 形成很強(qiáng)的窄帶噪聲;
(6) 轉(zhuǎn)子不平衡或電磁力軸向分量產(chǎn)生的軸向串動聲;
(7) 電機(jī)冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生的空氣動力噪聲。
風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生的原因分析
當(dāng)多個葉片的風(fēng)機(jī)葉輪繞軸旋轉(zhuǎn)時,旋轉(zhuǎn)的葉片對氣流不斷施加作用力,作用力的平均部分對應(yīng)于維持氣流運(yùn)動的推力,而其交變部分則對應(yīng)于產(chǎn)生氣流噪聲的激發(fā)力。
(1)旋轉(zhuǎn)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理旋轉(zhuǎn)噪聲又稱葉片噪聲,或稱離散頻率噪聲。葉片繞軸旋轉(zhuǎn)時,風(fēng)機(jī)葉片相對于氣流運(yùn)動,迎風(fēng)側(cè)與背風(fēng)側(cè)所受壓力不同。在旋轉(zhuǎn)葉輪的葉片通道出口處沿周向的氣動壓力與氣流速度都有很大變化,旋轉(zhuǎn)的葉片通道掠過較窄的蝸舌處,就會出現(xiàn)周期性的壓力和速度脈動,從而產(chǎn)生噪聲。葉片在自由空間旋轉(zhuǎn)時,對于葉片鄰近的某固定空間位置來說,每當(dāng)一個葉片通過時,空氣受到葉片及其壓力場的激勵,壓力就會起伏變化一次,旋轉(zhuǎn)的葉片不斷地逐個通過,相應(yīng)逐個地產(chǎn)生脈沖 , 向周圍輻射噪聲。
在給定空間位置產(chǎn)生的壓力,并不按正弦規(guī)律隨時間變化,而是按脈沖形式。除基頻外還有許多諧波成分 , 其頻率為基頻的整數(shù)倍。如果壓力脈沖很尖銳,在聲頻范圍內(nèi)可以有許多諧波成分。旋轉(zhuǎn)噪聲的頻率為f = inz / 60 ,公式中： n：代表每分鐘的轉(zhuǎn)速；z：代表葉片數(shù)；i：代表頻率諧波序號,i = 1 時的頻率為基頻。
由上面的公式可以看出,若將葉片數(shù)增加1倍而轉(zhuǎn)速保持不變時,由于基頻增加1倍,原來的奇次諧波成分被取消,假定各諧波成分的強(qiáng)度近似相同,理論上旋轉(zhuǎn)噪聲的強(qiáng)度將降低一半。即使壓力脈沖不很尖稅,葉片數(shù)的增多對降低噪聲也是有利的。
旋轉(zhuǎn)噪聲的聲壓與風(fēng)機(jī)的功率成正比,而與葉輪的半徑成反比。所以,當(dāng)功率與葉片尖端的圓周速度給定時,從降低噪聲的角度應(yīng)盡量使葉輪半徑大一些。葉片尖端的圓周速度對旋轉(zhuǎn)噪聲的聲壓非常敏感,隨圓周速度的提高 ,旋轉(zhuǎn)噪聲的聲功率迅速地增加。
(2) 渦旋噪聲產(chǎn)生的機(jī)理
渦旋噪聲又稱渦流噪聲,或稱紊流噪聲。風(fēng)機(jī)葉片相對于氣流運(yùn)動時，氣流受到葉片阻擋即繞流時,沿葉片表面的流線會在背面脫體，從而形成一個陰影區(qū)。在該區(qū)內(nèi)的氣體一般處于相對靜止的狀態(tài),并不隨氣流向下游方向運(yùn)動,而該區(qū)與氣流間的邊界是不穩(wěn)定的,氣流通過切向粘滯力而產(chǎn)生卷吸作用,帶動靜止的氣體運(yùn)動,在背面的分叉點(diǎn)附近形成了渦旋胚,并逐漸成長,渦流的范圍越來越大,到一定程度后渦旋胚就從葉片背面滑脫,而隨氣流向下游運(yùn)動。當(dāng)渦旋胚滑脫時,在該區(qū)另一側(cè)分叉點(diǎn)附近形成一個新的渦旋胚,從而開始同上相似的過程
以此類推,渦旋在葉片上側(cè)不斷地形成、發(fā)展和滑脫,產(chǎn)生一系列順流而下的旋渦。由于渦旋的中心與邊緣的壓力是不相同的,因此在渦旋脫體的過程中,渦流分裂,使氣體發(fā)生擾動,葉片受到交變氣體擾動作用力。上述過程中,葉片要不斷地向氣體施加周期性的反作用力,形成氣流的壓縮與稀疏過,從而向周圍輻射聲波,產(chǎn)生渦旋噪聲。渦旋噪聲的頻率為f m = i β v/ L，公式中β ———斯特勞哈爾( St rouhal)系數(shù),β =0. 14 ～ 0. 2 , 一般隨雷諾數(shù)的增加而緩慢地增加,計(jì)算中一般可取β= 0. 185
v ———?dú)饬髋c葉片的相對速度
L ———葉片正表面的寬度在垂直于速度平面上的投影
i ———頻率諧波序號
由式上面的公式可知,渦旋噪聲的頻率取決于葉片與氣體的相對速度,而旋轉(zhuǎn)葉片的圓周速度則隨著與圓心的距離而變化。從圓心到圓周,速度連續(xù)變化。葉片旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的渦旋噪聲就具有連續(xù)的噪聲頻譜,頻帶寬度也將隨雷諾數(shù)的提高而緩慢地增大。從聲源特性上說,渦旋噪聲屬偶極子源,聲功率與偶極子源振速幅值v m的平方成正比,與波數(shù)k的4次方成正比,因此,渦旋噪聲的聲功率按流速v的6次方規(guī)律變化�！ �(shí)際空調(diào)中使用的各種系列離心風(fēng)機(jī),旋轉(zhuǎn)噪聲與渦旋噪聲總是同時存在。若葉片尖端的圓周速度相應(yīng)的馬赫數(shù)小于0.4,渦旋噪聲則占主導(dǎo)地位 , 若葉片尖端的圓周速度相應(yīng)的馬赫數(shù)大于 0.4,旋轉(zhuǎn)噪聲則占主導(dǎo)地位。
空調(diào)風(fēng)機(jī)噪聲的解決途徑
機(jī)械噪聲的解決
正常運(yùn)行的空調(diào)機(jī)組中的風(fēng)機(jī)系統(tǒng),機(jī)械噪聲相對于氣體動力噪聲和電機(jī)噪聲來說,相對較小,在混合噪聲中,機(jī)械噪聲可以忽略不計(jì)。
電機(jī)噪聲的解決
在設(shè)計(jì)制造或選用電機(jī)時要側(cè)重考慮降低電機(jī)噪聲;在使用電機(jī)時則要側(cè)重考慮控制電機(jī)噪聲。
(1)葉片聲和笛聲的控制 葉片不平衡或葉片與導(dǎo)風(fēng)圈的間隙太小,只需校正或調(diào)整即可;若葉片與風(fēng)道溝共振產(chǎn)生笛聲,須改變?nèi)~片數(shù),葉片最好采用質(zhì)數(shù)片。
(2)適當(dāng)減小風(fēng)扇直徑,合理選擇風(fēng)扇尺寸參數(shù),可降低風(fēng)扇渦流噪聲。
(3)電磁噪聲在低頻段與電機(jī)剛度有關(guān),高頻段與槽配合有關(guān)。若出現(xiàn)電網(wǎng)頻率的低頻電磁聲,說明電機(jī)定子有偏心、氣隙不均勻,應(yīng)返修改進(jìn);若負(fù)載出現(xiàn)兩倍滑差頻率的噪聲,說明轉(zhuǎn)子有缺陷,應(yīng)更新或返修。
(4)采用消聲隔聲措施 以消聲為主的常用于小型電機(jī),以隔聲為主的常用于大型電機(jī)。一要注意電機(jī)的散熱,二要注意消聲罩的隔振與減振。
風(fēng)機(jī)噪聲的處理方案
空調(diào)組合機(jī)組末端的通風(fēng)系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的噪聲源,沿風(fēng)機(jī)的各個方向向外傳播。對于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)廠家,既要保證整個系統(tǒng)的低噪聲,又要保證風(fēng)機(jī)的高效率。我公司目前研制開發(fā)的 KHF系列風(fēng)機(jī)就是基于上述觀點(diǎn)而設(shè)計(jì)的,主要用于組合機(jī)組配套。
(1) 機(jī)殼處的噪聲控制
在風(fēng)機(jī)機(jī)殼內(nèi)側(cè)固定一層穿孔板,其穿孔率約為20%，內(nèi)襯一種超細(xì)玻璃棉，作為吸聲材料,其密度為15～20kg/m3,整個襯墊厚度為50～100mm�？梢杂行p小音調(diào)強(qiáng)度和隨機(jī)噪聲。
此方法曾在一家風(fēng)機(jī)公司工作時,應(yīng)客戶降低噪聲的要求而設(shè)計(jì)并制作過一批,計(jì)6臺,機(jī)號為 KHF-900、KHF-1000。件1和件7為1.5mm 鍍鋅板,件4為1.0mm 鍍鋅板,件3 、件5和件6為0.8mm穿孔網(wǎng)板,穿孔率為20%,中間填充工業(yè)用超細(xì)玻璃棉。經(jīng)前后性能對比,由于穿孔板的摩擦系數(shù)比普通鍍鋅板略高,風(fēng)機(jī)流量下降1.2%～2.5%,內(nèi)功率也同時降低1.4%～1.8%,其噪聲降低8～10dB(A)。也可以做成雙層微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu),層與層之間的間隙為60mm,通過氣流的一層穿孔率為20%,另一層為2%,夾層中間不加填料,經(jīng)測試,性能與上述方法基本相同。如果空調(diào)箱內(nèi)的空間足夠,也可以將襯墊貼附在整個機(jī)殼的外側(cè),其降噪的效果也較為明顯。
(2) 進(jìn)、出風(fēng)口處的噪聲控制
經(jīng)測試,空調(diào)風(fēng)機(jī)在進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口,其噪聲最大。一般的方法是利用聲的阻抗失配原理,在進(jìn)風(fēng)口前和出風(fēng)口后安裝吸聲式消聲裝置來減低風(fēng)機(jī)噪聲。
在進(jìn)風(fēng)口位于機(jī)殼內(nèi)部的外圍,設(shè)計(jì)防渦旋的整流結(jié)構(gòu) 。
葉輪中葉片出風(fēng)口的尺寸大于進(jìn)風(fēng)口位于前盤處的尺寸,氣流在風(fēng)室中流動時,在進(jìn)風(fēng)口圓弧段會形成許多小股團(tuán)的渦旋,與機(jī)殼、進(jìn)風(fēng)口發(fā)生多次沖擊而最后脫離,因連續(xù)多次的沖擊而向周圍輻射噪聲。增設(shè)整流圈和擋板,能有效防止氣流在進(jìn)風(fēng)口旁形成渦旋,卡門渦街、二次流產(chǎn)生的噪聲有明顯降低。在KHF系列風(fēng)機(jī)中,經(jīng)同比性能測試,不僅噪聲降低6～8dB(A),且風(fēng)量、全壓也增加2%～4%,風(fēng)機(jī)效率也有所提高。
在出風(fēng)口處,除安裝消聲器外,還可以設(shè)置吸聲板來降低噪聲,這種方法也可應(yīng)用在進(jìn)風(fēng)口處。
采用后掠式扭曲葉片,葉片在出風(fēng)口處適度前傾,在進(jìn)風(fēng)部位后掠,可以避免流道的急劇擴(kuò)張,防止氣流嚴(yán)重分離,讓葉片背面產(chǎn)生的紊流附面層和分界層所形成的渦旋胚以最快的速度解體,從而提高了氣流在葉道中的流動效率 ,也減少了渦旋所產(chǎn)生的噪聲。經(jīng)同型號風(fēng)機(jī)性能測試比較,KHF 系列風(fēng)機(jī)的效率提高了3%～5%,噪聲同時下降8～10dB(A),尤其在大風(fēng)量區(qū),效率高,噪聲低,其氣動性能在國內(nèi)外同類型風(fēng)機(jī)中趨于領(lǐng)先地位,是空調(diào)組合機(jī)組中理想的配套風(fēng)機(jī)。
采用后掠式扭曲葉片,葉片在出風(fēng)口處適度前傾,在進(jìn)風(fēng)部位后掠,可以避免流道的急劇擴(kuò)張,防止氣流嚴(yán)重分離,讓葉片背面產(chǎn)生的紊流附面層和分界層所形成的渦旋胚以最快的速度解體,從而提高了氣流在葉道中的流動效率 ,也減少了渦旋所產(chǎn)生的噪聲。經(jīng)同型號風(fēng)機(jī)性能測試比較,KHF 系列風(fēng)機(jī)的效率提高了3%～5%,噪聲同時下降8～10dB(A),尤其在大風(fēng)量區(qū),效率高,噪聲低,其氣動性能在國內(nèi)外同類型風(fēng)機(jī)中趨于領(lǐng)先地位,是空調(diào)組合機(jī)組中理想的配套風(fēng)機(jī)。
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