0引言

主通風(fēng)機(jī)噪聲關(guān)系到環(huán)境污染和客戶對(duì)風(fēng)機(jī)的使用要求，現(xiàn)在國(guó)家對(duì)噪聲控制越來(lái)越嚴(yán)格，同時(shí)，客戶對(duì)主通風(fēng)機(jī)的噪聲要求也越來(lái)越嚴(yán)格，在主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行驗(yàn)收中已經(jīng)把主通風(fēng)機(jī)噪聲列為主要驗(yàn)收項(xiàng)目，這就對(duì)主通風(fēng)機(jī)的噪聲控制提出了更高的要求。

主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行中，葉片與氣流高速摩擦就會(huì)產(chǎn)生噪聲，而葉片的形狀制約著效率的高低和噪聲的大小。葉片高速切割氣體，氣流瞬間改變速度，獲得不同加速度能量的氣流附著在葉片表面，產(chǎn)生壓力差脈動(dòng)，這將產(chǎn)生巨大的氣動(dòng)噪聲。對(duì)主通風(fēng)機(jī)低噪葉片的研究應(yīng)用，將有效地降低主通風(fēng)機(jī)噪聲。

本文從主通風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生的根源談起，分析了葉片形狀對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲的影響情況，引入了彎掠葉片的概念，通過(guò)理論分析及參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了周向前彎、前掠、彎掠組合3種形式的高效低噪葉片，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)綜合分析3種葉片的優(yōu)缺點(diǎn)找出更適合不同電機(jī)轉(zhuǎn)速下的葉片形式。

1風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生原因及降噪措施

（1）電磁噪聲 是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中電磁場(chǎng)交替變化而引進(jìn)某些機(jī)械部件或空間容積振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲，這是風(fēng)機(jī)噪聲中的次要噪聲采取局部措施就能消除；

（2）機(jī)械噪聲 由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，只要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上合理，整體構(gòu)架剛度足夠部件間連接采用軟隔離，聯(lián)接牢靠，就可以使機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲降至最小限度；

（3）旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲 旋轉(zhuǎn)噪聲主要是工作輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片連續(xù)打擊周圍的氣體介質(zhì)，引起周圍氣體不均勻的壓力脈動(dòng)而向周圍輻射的噪聲；渦流噪聲是氣流流經(jīng)葉片界面產(chǎn)生分裂時(shí)形成的附面層及漩渦分裂脫離而引起葉片上壓力差脈動(dòng)而輻射出的一種非穩(wěn)定的流動(dòng)噪聲。因此為了降低主通風(fēng)機(jī)的噪聲，就要減少旋轉(zhuǎn)葉片與氣流的接觸面即選用窄形葉片，還要減少葉片上的渦流及渦流脫離。即使在最佳工況下，葉輪內(nèi)的渦流以及葉片尾緣的渦流脫離都是不可避免的。但是，只要葉片設(shè)計(jì)合理，葉形參數(shù)選擇恰當(dāng)就可使旋轉(zhuǎn)和渦流噪聲減小。

本文引入彎掠葉片的概念，并確定其結(jié)構(gòu)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)低噪葉片的設(shè)計(jì)。因此合理地選擇結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)和氣動(dòng)參數(shù)是降低風(fēng)機(jī)噪聲的有效途徑。

1.1降噪機(jī)理

紊流邊界層壓力脈動(dòng)噪聲是與邊界層厚度成正比的；動(dòng)葉前彎對(duì)邊界層流動(dòng)的影響：前彎葉片約束了沿翼展低能量流體的流動(dòng)，使邊界層厚度減薄，從而降低了氣動(dòng)噪聲。

由于旋轉(zhuǎn)葉片離心力的作用，葉片表面的附面層內(nèi)低能流體向葉頂遷移，在葉片表面徑向分力的作用下，部分附面層內(nèi)低能流體被推入主流中，使附面層減?。p薄附面層厚度是提高動(dòng)葉效率降低寬頻噪聲的重要手段之一），同時(shí)減小了葉頂附面層在機(jī)殼處的堆積，從而提高了風(fēng)機(jī)的效率，降低了噪聲擴(kuò)大了穩(wěn)定工作范圍。

動(dòng)葉前彎和弦長(zhǎng)增大均可有效擴(kuò)大風(fēng)機(jī)穩(wěn)定工作范圍，前彎動(dòng)葉減小葉頂處附面層堆積和葉頂通道二次流是造成穩(wěn)定工作范圍擴(kuò)大的主要原因。

由于前彎或前掠葉片直接縮短了附面層在葉片通道內(nèi)的從前緣流至尾緣的距離，所以降低了由于湍流附面層引起的尾渦脫落噪聲。另一方面，前彎或前掠葉片亦可降低間歇渦噪聲。

1.2彎掠葉片

葉片在周向旋轉(zhuǎn)方向上的傾斜稱為彎，順旋轉(zhuǎn)方向傾斜稱為“前彎”，在逆旋轉(zhuǎn)方向傾斜稱為“后彎”；葉片在來(lái)流方向或弦長(zhǎng)方向上的傾斜稱為掠，朝逆來(lái)流方向上傾斜稱為“前掠”，朝順來(lái)流方向傾斜稱為“后掠”。

1.3彎掠角度

由理論研究及試驗(yàn)驗(yàn)證，葉片采用前彎和前掠方式明顯優(yōu)于后彎和后掠，前彎葉片的最佳前彎角度為8~10°，前掠葉片的最佳前掠角度在15~25°。

為了進(jìn)一步降低噪聲，可將徑向線向來(lái)流的進(jìn)氣方向傾斜約15°，便得到前傾式葉片。

2低噪葉片的設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)原理

紊流邊界層壓力脈動(dòng)噪聲與邊界層厚度是成正比的，前彎動(dòng)葉片約束了沿翼展低能量流體的流動(dòng)，使邊界層厚度減薄，從而降低了氣動(dòng)噪聲。

由于旋轉(zhuǎn)葉片離心力的作用，葉片表面的附面層內(nèi)低能流體向葉頂遷移，在葉片表面徑向分力的作用下，部分附面層內(nèi)低能流體被推入主流中，使附面層減薄（減薄附面層厚度是提高動(dòng)葉效率降低寬頻噪聲的重要手段之一），同時(shí)減小了葉頂附面層在機(jī)殼處的堆積，從而提高了風(fēng)機(jī)的效率，降低了噪聲，擴(kuò)大了穩(wěn)定工作范圍。

2.2主通風(fēng)機(jī)低噪葉片參數(shù)的確定

根據(jù)低噪葉片的機(jī)理，引入葉片周向前彎技術(shù)和葉片前傾技術(shù)設(shè)計(jì)周向前彎葉片及彎掠組合葉片。

通過(guò)分析相關(guān)技術(shù)資料和文獻(xiàn)，葉片采用前彎和前掠方式明顯優(yōu)于后彎和后掠，故可采用周向前彎葉片、前掠葉片、彎掠組合葉片3種形式的高效低噪葉片來(lái)進(jìn)行模擬研究和試驗(yàn)研究。

本課題采用主通風(fēng)機(jī)常用的Clarky翼形常規(guī)葉片作為原型葉片進(jìn)行變換。

（1）周向前彎葉片 保持原型葉片的幾何參數(shù)（如葉片弦長(zhǎng)葉片扭角等）不變，根據(jù)文獻(xiàn)資料前彎葉片的最佳前彎角度為8~10°，取前彎角度為8.5°葉片重心積疊線采用直線+圓弧線，交點(diǎn)在相對(duì)葉高0.4處；

（2）前掠葉片保持原型葉片的幾何參數(shù)不變，根據(jù)文獻(xiàn)資料前掠葉片的最佳前掠角度在15~25，在應(yīng)用前掠技術(shù)的同時(shí)，為了減小葉片所受應(yīng)力，取前掠角度為15°葉片重心積疊線采用直線+圓弧線，交點(diǎn)在相對(duì)葉高0.4處；

（3）彎掠組合葉片保持原型葉片的幾何參數(shù)不變，由于彎掠葉片將產(chǎn)生離心彎矩和氣動(dòng)彎矩，離心彎矩和氣動(dòng)彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力將很大，故一般彎掠葉片的彎掠角度取值較小，因此在彎掠組合葉片中取前彎角度為6.5°，前掠角度為10°葉片重心積疊線均采用直線+圓弧線交點(diǎn)在相對(duì)葉高0.4處。

3擬解決的技術(shù)難題

（1）最優(yōu)彎角和掠角的確定

葉片的彎曲和掠型對(duì)負(fù)荷弦向和展向分布起著重要的調(diào)節(jié)作用，同時(shí)各因素的綜合作用對(duì)葉片通道的氣流損失和流通能力的影響是一個(gè)非線性的過(guò)程，因此并不存在普適的最優(yōu)彎角和掠角，要根據(jù)實(shí)際情況試驗(yàn)確定。

（2）彎掠葉片的造形

目前，彎掠葉片造形還沒(méi)有確定的方法?？蓞⒖枷旅娣椒ㄔ煨停紫葘⒂?jì)算出來(lái)的各截面葉形按葉形的重心進(jìn)行積疊，然后通過(guò)對(duì)葉形重心的三維空間調(diào)整來(lái)進(jìn)行葉片的彎掠造形。由于彎掠葉片將產(chǎn)生離心彎矩和氣動(dòng)彎矩，離心彎矩和氣動(dòng)彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力可能很大，故一般彎掠葉片的彎掠角度取較小值。

4結(jié)語(yǔ)

本文從主通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生噪聲的根源談起，分析了葉片形狀對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲的影響情況，引入了彎掠葉片的概念，通過(guò)理論分析設(shè)計(jì)了周向前彎葉片、前掠葉片、彎掠組合葉片3種形式的高效低噪葉片的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)最終實(shí)現(xiàn)高效低噪風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計(jì)有重要作用。

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