房間空調風(fēng)機噪聲主要由于機械噪聲、電機噪聲兩方面造成，要想解決噪聲這個(gè)問(wèn)題，需要分別分析機械和電機兩大部件造成的原因才能制定合理的解決方案來(lái)處理。
空調風(fēng)機的機械噪聲
一般說(shuō)來(lái) , 空調風(fēng)機大部分采用雙進(jìn)風(fēng)型式，風(fēng)機的軸及軸上的葉輪等零件都較重,各生產(chǎn)廠(chǎng)家事先均經(jīng)過(guò)較嚴格的平衡(靜平衡和動(dòng)平衡)試驗后才投入使用。但風(fēng)機轉速一般較高,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運轉后 , 會(huì )產(chǎn)生多種機械噪聲。
(1) 葉輪磨損不均勻或因風(fēng)壓導致零件的變形 , 使整個(gè)轉子不平衡而產(chǎn)生的噪聲。
(2) 軸承在運行后由于磨損 , 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(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。
(4) 葉輪高速旋轉產(chǎn)生振動(dòng) , 導致機體某一部分共振而產(chǎn)生的噪聲。
電機噪聲
在空調的整個(gè)通風(fēng)系統中,電機是其中一個(gè)重要組成部分,但一般風(fēng)機的生產(chǎn)廠(chǎng)家采用的電機均由電機生產(chǎn)廠(chǎng)家提供,風(fēng)機生產(chǎn)廠(chǎng)家一般不作電機內部處理,但電機的噪聲種類(lèi)繁多,本文簡(jiǎn)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(dòng)使自己的固有頻率與激勵頻率產(chǎn)生共振 , 形成很強的窄帶噪聲;
(6) 轉子不平衡或電磁力軸向分量產(chǎn)生的軸向串動(dòng)聲;
(7) 電機冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生的空氣動(dòng)力噪聲。
風(fēng)機噪聲產(chǎn)生的原因分析
當多個(gè)葉片的風(fēng)機葉輪繞軸旋轉時(shí),旋轉的葉片對氣流不斷施加作用力,作用力的平均部分對應于維持氣流運動(dòng)的推力,而其交變部分則對應于產(chǎn)生氣流噪聲的激發(fā)力。
(1)旋轉噪聲產(chǎn)生的機理旋轉噪聲又稱(chēng)葉片噪聲,或稱(chēng)離散頻率噪聲。葉片繞軸旋轉時(shí),風(fēng)機葉片相對于氣流運動(dòng),迎風(fēng)側與背風(fēng)側所受壓力不同。在旋轉葉輪的葉片通道出口處沿周向的氣動(dòng)壓力與氣流速度都有很大變化,旋轉的葉片通道掠過(guò)較窄的蝸舌處,就會(huì )出現周期性的壓力和速度脈動(dòng),從而產(chǎn)生噪聲。葉片在自由空間旋轉時(shí),對于葉片鄰近的某固定空間位置來(lái)說(shuō),每當一個(gè)葉片通過(guò)時(shí),空氣受到葉片及其壓力場(chǎng)的激勵,壓力就會(huì )起伏變化一次,旋轉的葉片不斷地逐個(gè)通過(guò),相應逐個(gè)地產(chǎn)生脈沖 , 向周?chē)椛湓肼暋?br />
在給定空間位置產(chǎn)生的壓力,并不按正弦規律隨時(shí)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倍。如果壓力脈沖很尖銳,在聲頻范圍內可以有許多諧波成分。旋轉噪聲的頻率為f = inz / 60 ,公式中： n：代表每分鐘的轉速；z：代表葉片數；i：代表頻率諧波序號,i = 1 時(shí)的頻率為基頻。
由上面的公式可以看出,若將葉片數增加1倍而轉速保持不變時(shí),由于基頻增加1倍,原來(lái)的奇次諧波成分被取消,假定各諧波成分的強度近似相同,理論上旋轉噪聲的強度將降低一半。即使壓力脈沖不很尖稅,葉片數的增多對降低噪聲也是有利的。
旋轉噪聲的聲壓與風(fēng)機的功率成正比,而與葉輪的半徑成反比。所以,當功率與葉片尖端的圓周速度給定時(shí),從降低噪聲的角度應盡量使葉輪半徑大一些。葉片尖端的圓周速度對旋轉噪聲的聲壓非常敏感,隨圓周速度的提高 ,旋轉噪聲的聲功率迅速地增加。
(2) 渦旋噪聲產(chǎn)生的機理
渦旋噪聲又稱(chēng)渦流噪聲,或稱(chēng)紊流噪聲。風(fēng)機葉片相對于氣流運動(dòng)時(shí)，氣流受到葉片阻擋即繞流時(shí),沿葉片表面的流線(xiàn)會(huì )在背面脫體，從而形成一個(gè)陰影區。在該區內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動(dòng),而該區與氣流間的邊界是不穩定的,氣流通過(guò)切向粘滯力而產(chǎn)生卷吸作用,帶動(dòng)靜止的氣體運動(dòng),在背面的分叉點(diǎn)附近形成了渦旋胚,并逐漸成長(cháng),渦流的范圍越來(lái)越大,到一定程度后渦旋胚就從葉片背面滑脫,而隨氣流向下游運動(dòng)。當渦旋胚滑脫時(shí),在該區另一側分叉點(diǎn)附近形成一個(gè)新的渦旋胚,從而開(kāi)始同上相似的過(guò)程
以此類(lèi)推,渦旋在葉片上側不斷地形成、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(guò)程中,渦流分裂,使氣體發(fā)生擾動(dòng),葉片受到交變氣體擾動(dòng)作用力。上述過(guò)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(guò),從而向周?chē)椛渎暡?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,β =0. 14 ～ 0. 2 , 一般隨雷諾數的增加而緩慢地增加,計算中一般可取β= 0. 185
v ———氣流與葉片的相對速度
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,而旋轉葉片的圓周速度則隨著(zhù)與圓心的距離而變化。從圓心到圓周,速度連續變化。葉片旋轉所產(chǎn)生的渦旋噪聲就具有連續的噪聲頻譜,頻帶寬度也將隨雷諾數的提高而緩慢地增大。從聲源特性上說(shuō),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次方規律變化�！ �(shí)際空調中使用的各種系列離心風(fēng)機,旋轉噪聲與渦旋噪聲總是同時(shí)存在。若葉片尖端的圓周速度相應的馬赫數小于0.4,渦旋噪聲則占主導地位 , 若葉片尖端的圓周速度相應的馬赫數大于 0.4,旋轉噪聲則占主導地位。
空調風(fēng)機噪聲的解決途徑
機械噪聲的解決
正常運行的空調機組中的風(fēng)機系統,機械噪聲相對于氣體動(dòng)力噪聲和電機噪聲來(lái)說(shuō),相對較小,在混合噪聲中,機械噪聲可以忽略不計。
電機噪聲的解決
在設計制造或選用電機時(shí)要側重考慮降低電機噪聲;在使用電機時(shí)則要側重考慮控制電機噪聲。
(1)葉片聲和笛聲的控制 葉片不平衡或葉片與導風(fēng)圈的間隙太小,只需校正或調整即可;若葉片與風(fēng)道溝共振產(chǎn)生笛聲,須改變葉片數,葉片最好采用質(zhì)數片。
(2)適當減小風(fēng)扇直徑,合理選擇風(fēng)扇尺寸參數,可降低風(fēng)扇渦流噪聲。
(3)電磁噪聲在低頻段與電機剛度有關(guān),高頻段與槽配合有關(guān)。若出現電網(wǎng)頻率的低頻電磁聲,說(shuō)明電機定子有偏心、氣隙不均勻,應返修改進(jìn);若負載出現兩倍滑差頻率的噪聲,說(shuō)明轉子有缺陷,應更新或返修。
(4)采用消聲隔聲措施 以消聲為主的常用于小型電機,以隔聲為主的常用于大型電機。一要注意電機的散熱,二要注意消聲罩的隔振與減振。
風(fēng)機噪聲的處理方案
空調組合機組末端的通風(fēng)系統是一個(gè)非常復雜的噪聲源,沿風(fēng)機的各個(gè)方向向外傳播。對于風(fēng)機設計、生產(chǎn)廠(chǎng)家,既要保證整個(gè)系統的低噪聲,又要保證風(fēng)機的高效率。我公司目前研制開(kāi)發(fā)的 KHF系列風(fēng)機就是基于上述觀(guān)點(diǎn)而設計的,主要用于組合機組配套。
(1) 機殼處的噪聲控制
在風(fēng)機機殼內側固定一層穿孔板,其穿孔率約為20%，內襯一種超細玻璃棉，作為吸聲材料,其密度為15～20kg/m3,整個(gè)襯墊厚度為50～100mm�？梢杂行p小音調強度和隨機噪聲。
此方法曾在一家風(fēng)機公司工作時(shí),應客戶(hù)降低噪聲的要求而設計并制作過(guò)一批,計6臺,機號為 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)用超細玻璃棉。經(jīng)前后性能對比,由于穿孔板的摩擦系數比普通鍍鋅板略高,風(fēng)機流量下降1.2%～2.5%,內功率也同時(shí)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構,層與層之間的間隙為60mm,通過(guò)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。如果空調箱內的空間足夠,也可以將襯墊貼附在整個(gè)機殼的外側,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,空調風(fēng)機在進(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(lái)減低風(fēng)機噪聲。
在進(jìn)風(fēng)口位于機殼內部的外圍,設計防渦旋的整流結構 。
葉輪中葉片出風(fēng)口的尺寸大于進(jìn)風(fēng)口位于前盤(pán)處的尺寸,氣流在風(fēng)室中流動(dòng)時(shí),在進(jìn)風(fēng)口圓弧段會(huì )形成許多小股團的渦旋,與機殼、進(jìn)風(fēng)口發(fā)生多次沖擊而最后脫離,因連續多次的沖擊而向周?chē)椛湓肼�。增設整流圈和擋板,能有效防止氣流在進(jìn)風(fēng)口旁形成渦旋,卡門(mén)渦街、二次流產(chǎn)生的噪聲有明顯降低。在KHF系列風(fēng)機中,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)機效率也有所提高。
在出風(fēng)口處,除安裝消聲器外,還可以設置吸聲板來(lái)降低噪聲,這種方法也可應用在進(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張,防止氣流嚴重分離,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(dòng)效率 ,也減少了渦旋所產(chǎn)生的噪聲。經(jīng)同型號風(fēng)機性能測試比較,KHF 系列風(fēng)機的效率提高了3%～5%,噪聲同時(shí)下降8～10dB(A),尤其在大風(fēng)量區,效率高,噪聲低,其氣動(dòng)性能在國內外同類(lèi)型風(fēng)機中趨于領(lǐng)先地位,是空調組合機組中理想的配套風(fēng)機。
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張,防止氣流嚴重分離,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(dòng)效率 ,也減少了渦旋所產(chǎn)生的噪聲。經(jīng)同型號風(fēng)機性能測試比較,KHF 系列風(fēng)機的效率提高了3%～5%,噪聲同時(shí)下降8～10dB(A),尤其在大風(fēng)量區,效率高,噪聲低,其氣動(dòng)性能在國內外同類(lèi)型風(fēng)機中趨于領(lǐng)先地位,是空調組合機組中理想的配套風(fēng)機。
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