軸流風(fēng)機(jī)噪聲源分析及軸流風(fēng)機(jī)消聲器的使用？
軸流式風(fēng)機(jī)是礦井下廣泛使用的局部通風(fēng)設(shè)備,該系列局部通風(fēng)機(jī)的噪聲很高。這樣高噪聲的礦井環(huán)境,不僅危害礦工的健康，更嚴(yán)重的是高強(qiáng)度的噪市常常掩蔽井下的警報(bào)信號(hào),以致造成嚴(yán)重的人身傷亡事故。在對(duì)軸流風(fēng)機(jī)噪聲源進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,研制了一種適合于該系列局部通風(fēng)機(jī)的FXZ一1阻性軸流風(fēng)機(jī)消聲器,這種軸流風(fēng)機(jī)消聲器克服了其他同類型軸流風(fēng)機(jī)消聲器的缺點(diǎn),具有防潮、防塵,使用壽命長,安裝使用方便等特點(diǎn),特別適宜于在礦井惡劣的環(huán)境條件下使用。經(jīng)過礦井下的工業(yè)試驗(yàn),證明FXZ一1軸流風(fēng)機(jī)消聲器是降低JBT系列局部通風(fēng)機(jī)噪聲的有效設(shè)備。
軸流風(fēng)機(jī)噪聲源分析
在軸流風(fēng)機(jī)噪聲中,空氣動(dòng)力噪聲是主要成分，機(jī)械噪聲跟空氣動(dòng)力噪聲相比要小得多。下面主要討論風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力噪聲的機(jī)理和降低途徑。
空氣動(dòng)力噪聲是氣體的流動(dòng)或物體在氣流中運(yùn)動(dòng)引起空氣的振動(dòng)產(chǎn)生的。根據(jù)其產(chǎn)生的機(jī)理不同可以分為兩種類型;旋轉(zhuǎn)噪聲(即離散噪聲)和渦流噪聲(即寬頻帶噪聲),因而軸流風(fēng)機(jī)的噪聲譜上存在一系列離散噪聲峰值,這是由于渦流噪聲和離散旋轉(zhuǎn)噪聲疊加的結(jié)果。在風(fēng)機(jī)噪聲中,離散嗓聲和渦流噪聲的相對(duì)強(qiáng)度隨風(fēng)機(jī)類型而變化。對(duì)于單級(jí)低速軸流風(fēng)機(jī)來說，寬帶渦流噪聲是主要的,面對(duì)多級(jí)高速軸流風(fēng)機(jī)來說,離散頻率噪聲占主導(dǎo)地位,這是與渦流噪聲和高散噪聲的機(jī)理密切相關(guān)的。
禍流噪聲是由具有隨機(jī)性質(zhì)的脈動(dòng)力引起的，其產(chǎn)生的機(jī)理可以從以下四個(gè)方面進(jìn)行分析:
(I)葉片表面上的氣流形成意流附面層后,附面層中氣流紊流的壓力脈動(dòng)作用于葉片，產(chǎn)生了噪聲。意流附面層發(fā)展越嚴(yán)重,所產(chǎn)生的噪聲也越強(qiáng)。
(2)氣流流經(jīng)葉片時(shí),由于附面層發(fā)展到一定程度,特別是氣道擴(kuò)壓度較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生渦流脫離,渦流脫離將引起較大的脈動(dòng),經(jīng)典的例子是卡門渦街。周期性的禍流脫離將導(dǎo)致相應(yīng)環(huán)量的改變,也使葉片上氣流作用力發(fā)生變化,使葉片的氣動(dòng)性能變壞,以致于輻射出很強(qiáng)的噪聲。此外，葉片尾緣的渦流脫離若被后面的葉片撞擊,噪聲將更大。
(3)由于束流的親流度引起葉片作用力的脈動(dòng)造成噪聲。當(dāng)具有一定意流度的氣流流向葉片時(shí)，葉片前緣各點(diǎn)沖角的大小,將取決于氣流平均速度和瞬時(shí)擾動(dòng)速度。在衰流情況下,瞬時(shí)擾動(dòng)速度是明顯無規(guī)律變化的,因而也使沖角產(chǎn)生無規(guī)律的變化,導(dǎo)致升力的無規(guī)律脈動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。
(4)當(dāng)氣流流經(jīng)軸流風(fēng)機(jī)通道時(shí),葉片凹面壓力大于凸面壓力,形成壓差,在葉片端面氣流從凹面流向凸面,形成二次渦流噪聲。
隨機(jī)性質(zhì)升力脈動(dòng)引起的渦流噪聲在頻講上具有寬頻帶的性質(zhì),其頻率可表示為Fi = Sr(1)式中Sr--斯特勞哈爾常數(shù),Sr=0.14~0.20；W一氣體與葉片相對(duì)速度:L一葉片正表面在垂直于速度平面上的投影;請(qǐng)波序號(hào),i=1.2,3旋轉(zhuǎn)噪聲是由于工作輪上均勻分布的葉片打擊周圍的氣體介質(zhì),引起周圍氣體壓力脈動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。在多級(jí)軸流風(fēng)機(jī)中，一方面由于葉片及葉片上的壓力場隨著工作輪旋轉(zhuǎn)對(duì)周圍介質(zhì)擾動(dòng)而造成噪聲；另一方面由于前后排葉片相互作用的空氣動(dòng)力對(duì)葉片造成脈動(dòng)力面產(chǎn)生噪聲。這兩種噪聲都具有周期性,在頻譜上表現(xiàn)為離散峰值,其頻率與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān),因而常稱之為旋轉(zhuǎn)噪聲。其頻率可表示為Fr=Ki60(2)式中n一風(fēng)機(jī)工作輪每分鐘轉(zhuǎn)速；z一風(fēng)機(jī)工作輪葉片數(shù);請(qǐng)波序號(hào),i= 1,2.3.
對(duì)于本文所研究的軸流風(fēng)機(jī)來說,渦流噪聲和旋轉(zhuǎn)噪聲都起著重要作用。對(duì)于JBT62-2(28 kW)軸流風(fēng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究表明(見圖1),在寬帶的渦流噪聲上疊加了一-系列離散峰值噪聲,峰值噪市基頻與風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)率在分析精度范圍內(nèi)是相同的。
2 軸流風(fēng)機(jī)消聲器理論探討
軸流風(fēng)機(jī)消聲器在降低空氣動(dòng)力性噪聲方面得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)軸流風(fēng)機(jī)消聲器機(jī)理大致可分為;阻性消市器、抗性軸流風(fēng)機(jī)消聲器、阻抗復(fù)合式軸流風(fēng)機(jī)消聲器,微穿孔板軸流風(fēng)機(jī)消聲器，小孔擴(kuò)散軸流風(fēng)機(jī)消聲器，陶瓷軸流風(fēng)機(jī)消聲器等。
阻性軸流風(fēng)機(jī)消聲器具有良好的中高頻吸聲性能,而低頻吸聲性能較差。只要適當(dāng)增加吸聲材料的厚度和密度,低頻性能也可大大改善�？剐暂S流風(fēng)機(jī)消聲器消聲頻帶窄,應(yīng)用于單一峰值的噪聲具有針對(duì)性強(qiáng)、低中頻吸聲性能較好等特點(diǎn)，抗性軸流風(fēng)機(jī)消聲器尤其適用于降低小管道排氣噪聲。阻抗復(fù)合式軸流風(fēng)機(jī)消聲器綜合了阻性軸流風(fēng)機(jī)消聲器和抗性軸流風(fēng)機(jī)消聲器特點(diǎn),適用于寬頻帶消聲的場合。但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。微穿孔板軸流風(fēng)機(jī)消聲器具有較好的低中頻寬帶吸聲性能,但成本較高，主要適用于降低超凈化空調(diào)以及電廠鍋爐排氣、放空等噪聲。小孔擴(kuò)散軸流風(fēng)機(jī)消聲器和陶瓷軸流風(fēng)機(jī)消聲器是較新型的軸流風(fēng)機(jī)消聲器,主要用于降低高壓排氣放空噪聲。
由前面的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究知道,JBT系列軸流風(fēng)機(jī)噪聲具有寬帶的性質(zhì),在中高頻范圍內(nèi)都具有較高的噪聲，因而阻性軸流風(fēng)機(jī)消聲器或阻抗復(fù)合式軸流風(fēng)機(jī)消聲器在清聲頻帶上都可適用于降低JBT軸流風(fēng)機(jī)噪聲�？紤]到阻抗復(fù)合式軸流風(fēng)機(jī)消聲器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,成本較高,在礦井下使用不方便等因素,則選用阻性式軸流風(fēng)機(jī)消聲器結(jié)構(gòu)是合適的。
阻性軸流風(fēng)機(jī)消聲器利用聲阻進(jìn)行消聲。在實(shí)際工程中,常利用吸聲材料來制作阻性軸流風(fēng)機(jī)消聲器,當(dāng)聲波通過村有多孔吸聲材料的管道時(shí)，聲波將激發(fā)多孔材料中無數(shù)小孔內(nèi)空氣分子的振動(dòng),其中一部分聲能將用于克服摩擦阻力和粘滯力而變?yōu)闊崮?從而達(dá)到吸收聲能、降低噪聲的目的。
吸聲材料的吸市系數(shù)a直接影響到阻性清聲器的消聲量,材料的吸聲系數(shù)越大,相同結(jié)構(gòu)的消市器的消聲量將越大。目前常用的吸聲材料有超細(xì)玻璃紆維、毛氈、周瓷纖維等,這些材料的共同特點(diǎn)是空隙率大,而且材料中的孔與孔連通,因而都具有較大的吸聲系數(shù)。在這些吸聲材料中,超細(xì)玻璃棉的吸聲性能最好,價(jià)格也較低廉,因而得到了廣泛應(yīng)用。但超細(xì)玻璃纖維的缺點(diǎn)是在潮濕、多灰塵的環(huán)境條件下容易失效。
吸聲材料層的吸聲特性與吸聲材料本身的特性噪聲的頻率、材料層的厚度、容重,環(huán)境的溫度，濕度和所使用的材料護(hù)面層等因素有關(guān)。在吸聲材料、吸聲頻率范圍確定之后,及聲材料層容重和厚度的選擇直接影響軸流風(fēng)機(jī)消聲器性能,這些需要通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化確定。從聲學(xué)角度考慮,護(hù)面層本身具有一定聲質(zhì)量和聲阻。聲阻往往可以忽略不計(jì),因?yàn)槲暡牧媳旧砭哂泻艽舐曌?聲質(zhì)量的作用會(huì)使共振頻率向低頻方向移動(dòng),這在實(shí)際問題中是有利的。質(zhì)量所產(chǎn)生的貫抗與頻率成正比,因此它在低頻時(shí)的作用往往可以忽略.而在高頻時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大影響,從而使吸聲系數(shù)下降,這一般是不利的.但吸聲材料通常在高頻具有很高的吸聲系數(shù),因而護(hù)面層的使用可以保護(hù)吸聲材料,而且在通常情況下對(duì)吸聲性能也是有利的。
軸流風(fēng)機(jī)消聲器的結(jié)構(gòu)決定了軸流風(fēng)機(jī)消聲器的動(dòng)態(tài)性能:出于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的考慮,要求軸流風(fēng)機(jī)消聲器消聲量大、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。對(duì)風(fēng)機(jī)性能影響要小。吸聲錐體(尖劈)是一種高效吸聲結(jié)構(gòu)。 |
