葉片分布對風(fēng)機性能和出口聲壓級的影響

作者：石家莊風(fēng)機　　　　　日期：2014-9-19　　　　　瀏覽：2240　　　　　

    本節(jié)研究葉片分布方式對風(fēng)機降噪的影響,研究實例為新設(shè)計的單級風(fēng)機,一種常見的葉片分布方式為/ =,其中A為調(diào)制振幅,n為調(diào)制量的循環(huán)次數(shù),￠)為均勾葉片間隔角,￠5'為非等節(jié)距葉片間隔角,傳統(tǒng)風(fēng)扇內(nèi)置微型風(fēng)機的原始分布方式對應(yīng)公式中的A=0.14, n=2。為了更好地研究葉片分布方式對微型風(fēng)機性能和噪聲的影響,本節(jié)基于上述方法又提出4種新的葉片分布方式,對應(yīng)的A分別為0、0.1、0.2、0.3,A值越大,代表非等節(jié)距葉片的非均句程度越大,其中A=0為均句葉片。各方案葉片分布角見表3.7。

 

 

    圖3.22為5種葉片分布方式下風(fēng)機全壓和效率的變化情況,由圖可以看出隨著A的增大,該微型風(fēng)機的全壓下降,效率呈現(xiàn)先升后降的趨勢;但總體來說,全壓和效率變動幅度有限,特別是效率,因此在很大程度上選擇葉片分布方式不會明顯降低風(fēng)機性能。

    圖3.23為A=0.3時葉片不同夾角下葉片壓力面壓力云圖對比,由圖可以看出,由于葉片做功,葉片靜壓由進口側(cè)向出口側(cè)逐漸升高,但出口靜壓相差很片受力增加,但過少就會造成出口滑移系數(shù)明顯增加[83],導(dǎo)致有限葉片理論揚程降低。另外由圖還可以發(fā)現(xiàn)夾角較小時(19.24°),葉片壓力變化不均勾,這也將導(dǎo)致速度變化不均勻;而夾角為43.84°時葉片壓力變化則比較均勻,即當(dāng)葉片夾角與均勾葉片夾角(40°)接近時,葉輪性能最佳,因此不建議采過大的A值,避免過大或過小葉片夾角的出現(xiàn)。對于該微型風(fēng)機而言,以效率不下降為原則,建議A值不超過0.2。

    葉片壓力分布不同也必然會帶來葉片受力的不同,圖3.24為A=0.3和A=()時不同間隔角葉片所受力矩的變化圖,由圖可以看A=0.3時葉片所受力矩波動明顯,最大和最小值相差很大,但總力矩和均勻葉片接近,因此葉輪采用非均句葉片時要保證受力最大葉片厚度滿足強度要求。

    因為本節(jié)側(cè)重研究葉片分布方式對出口噪聲的影響,所以定義葉輪葉片為聲源面,圖3.25為A=0時的壓力脈動頻譜圖和聲壓級圖,由圖可以看葉片均勻時,風(fēng)機出口壓力脈動主要由葉片通過頻率(675 HZ)和其倍頻組成,并且聲壓級表現(xiàn)出明顯的旋轉(zhuǎn)噪聲特征,風(fēng)機出口壓力脈動與聲壓級有很強的相關(guān)性。

    圖3.26為不同葉片分布方式下葉輪出口的壓力脈動情況,由圖可知,隨著A的增大,葉片通過頻率處的脈動幅值逐漸降低,而低頻成分的脈動幅值卻在增加,這與專利[31]的描述是相符的。當(dāng)A>0.2時,主頻已經(jīng)不再是葉片通過頻率,所以為了降低壓力脈動幅值,釆用非等距葉片是可行的,但是葉片分布圖3.27為葉片不同分布方式下葉輪出口聲壓級情況,對比圖3.25,可以發(fā)現(xiàn)不等節(jié)距葉片布置使葉輪出口聲壓級頻率分布發(fā)生了調(diào)制;葉片通過頻率所對應(yīng)的顯著噪聲峰值能量被分布在通過頻率兩旁;且A值越大,葉片通過頻率處的聲壓級越低石家莊風(fēng)機廠。

    圖3.28為不同A值時,葉片通過頻率(9f)和相鄰頻率(5f,7f,llf, 13f)處聲壓級的變化情況,其中f為葉輪軸頻。由圖可看出,隨A值增加,葉片通過頻率處的噪聲逐漸降低,而相鄰頻率下的噪聲逐漸增高,A達到0.2后聲壓級基頻變?yōu)?f;由圖還可以看出隨A值增加,高頻成分聲壓級增長緩慢,低頻成分(5f)聲壓級則增加迅速,因此在非均勻葉片方式選擇時要注意低頻成分聲壓級的控制。

 

 

 

    為了滿足小間隙無葉風(fēng)扇性能,同時達到降轉(zhuǎn)速的目的,本章設(shè)計了一款無葉風(fēng)扇用兩級低速風(fēng)機,達到了降噪效果,同時對單級風(fēng)機不同葉片分布方式下的性能和聲壓級進行數(shù)值研究,得到以下結(jié)論:

(1)釆用RANS+FW-H對風(fēng)機噪聲進行數(shù)值研究,雖不能定量得到風(fēng)機聲壓級,但能用來定性研究隨參數(shù)改變,風(fēng)機進出口聲壓級的變化規(guī)律;

(2)采用兩級風(fēng)機設(shè)置,由于二級入口速度存在速度環(huán)量,導(dǎo)致二級葉輪做功能力降低,但并不影響效率;在相同功率下兩級風(fēng)機能夠IC解密滿足無葉風(fēng)扇性能求,同時降噪效果明顯;

(3)葉片可以在相當(dāng)大的范圍內(nèi)選擇分布方式而不會使風(fēng)機的氣動性能惡化;但為了降低風(fēng)機出口壓力脈動幅值,葉片不均句度要控制在一定范圍內(nèi),葉片不均勾度的增加,將會導(dǎo)致低頻脈動幅值的顯著增加;葉片不等距布置可以降低葉片通過頻率處的噪聲值,將基頻的聲能分布到較寬的頻帶范圍內(nèi);葉片分布不均句度小,基頻噪聲降低效果不明顯,不均句度過大,會導(dǎo)致低頻噪聲聲壓級的大幅增加,不均勻度存在一個最優(yōu)區(qū)間。對于該微型風(fēng)機建議A值控制在0.1到0.2之間。（46w）