徐勇，劉碩

（東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川 德陽 618000）

1 概述

噪聲污染是除水污染、大氣污染之外的另一重要污染源。隨著國家對(duì)環(huán)境保護(hù)越來越重視，噪聲污染越來越受到人們的重視，低噪聲已成為目前電機(jī)產(chǎn)品的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。

對(duì)于YKK系列電機(jī)來說，通風(fēng)噪音是最主要的噪聲源。特別是高轉(zhuǎn)速的YKK電機(jī)通風(fēng)噪聲更大，在電機(jī)噪聲中占據(jù)最大比例。本文從風(fēng)扇的降噪和風(fēng)道吸收噪聲方面著手研究，以達(dá)到降低電機(jī)噪聲的目的。

2 噪聲源測(cè)試與分析

要有效地降低電機(jī)噪聲，了解噪聲源的特性是必要的。為了掌握個(gè)部分噪聲源的噪聲特性，選取一臺(tái)YKK800-4（5000kW，1495r/min）的異步電機(jī)進(jìn)行噪聲測(cè)定，在試驗(yàn)臺(tái)帶等效負(fù)荷運(yùn)行，距該電機(jī)1米處測(cè)量電機(jī)噪聲。測(cè)點(diǎn)分布和測(cè)試數(shù)據(jù)見圖1和表1，電機(jī)噪聲頻譜見圖2。

表1

圖1 電機(jī)噪聲測(cè)點(diǎn)布置示意圖

從電機(jī)噪聲測(cè)試結(jié)果看出，電機(jī)進(jìn)風(fēng)端（4、5、6測(cè)點(diǎn)）和出風(fēng)端（1、2、8測(cè)點(diǎn)）噪聲高于電機(jī)兩側(cè)（3、7測(cè)點(diǎn)）的噪聲，說明電機(jī)主要噪聲源為電機(jī)外風(fēng)路系統(tǒng)的進(jìn)出風(fēng)口。為了進(jìn)一步了解電機(jī)主要噪聲源的特性，對(duì)電機(jī)噪聲進(jìn)行了噪聲頻譜測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見圖2。

圖2 電機(jī)噪聲頻譜圖

從噪聲頻譜分析結(jié)果看，電機(jī)驅(qū)動(dòng)端（冷卻器出風(fēng)口）噪聲頻率主要集中在100～300Hz區(qū)間，這主要是由于冷卻管出口處，空氣流道截面突變，造成冷卻空氣振動(dòng)而發(fā)出噪音。電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端（風(fēng)扇入口）噪音頻率主要集中在40～150Hz區(qū)間，這是由于風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，與空氣摩擦產(chǎn)生的噪聲。

根據(jù)噪聲測(cè)定和噪聲頻譜分析，要降低YKK系列電機(jī)的噪聲，重點(diǎn)在于降低外風(fēng)扇的噪聲和對(duì)進(jìn)出風(fēng)口進(jìn)行降噪處理。

3 降噪措施及效果

3.1 降低風(fēng)扇噪聲

風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)噪聲，主要由于氣體在風(fēng)機(jī)流道內(nèi)不穩(wěn)定流動(dòng)，造成氣體與氣體、物體相互作用產(chǎn)生。從噪聲產(chǎn)生機(jī)理看，氣動(dòng)噪聲主要由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成。

（1）旋轉(zhuǎn)噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲主要是由葉片沖擊周圍空氣，引起壓力脈動(dòng)而產(chǎn)生，所以旋轉(zhuǎn)噪聲又稱為葉片噪聲。蝸舌與風(fēng)扇外圓間隙及形狀對(duì)旋轉(zhuǎn)噪聲影響較大。當(dāng)蝸舌間隙小時(shí)，噪音很高，隨著蝸舌間隙增大，噪聲下降。由于蝸舌間隙不同，同一個(gè)通風(fēng)機(jī)的噪聲聲壓級(jí)約差18dB（A）。

蝸舌尖端半徑的大小對(duì)離心風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)特性無顯著影響，但對(duì)噪聲的影響卻不能忽視。研究表明蝸舌半徑大小變化，對(duì)噪聲最大影響量約6dB（A）。增大蝸舌半徑能顯著降低風(fēng)扇噪音。

因此在設(shè)計(jì)風(fēng)扇時(shí)，增大蝸舌與風(fēng)扇外圓間隙、增大蝸舌半徑，以降低離心風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)噪音。

（2）渦流噪音。渦流噪聲主要是由于氣體風(fēng)扇流道內(nèi)產(chǎn)生渦流而造成的，因此抑制渦流產(chǎn)生能降低渦流噪聲。

對(duì)風(fēng)機(jī)流道內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行有限元分析表明，當(dāng)風(fēng)機(jī)葉片后傾角度較?。饬鬟M(jìn)口攻角大）時(shí)，氣流在葉片在低壓側(cè)發(fā)生嚴(yán)重附面層分離，在相鄰葉片間發(fā)生明顯的渦流現(xiàn)象。根據(jù)分析減小風(fēng)扇進(jìn)口安裝角，并適當(dāng)調(diào)整參數(shù)后，葉輪入口處流動(dòng)沖擊明顯變小，渦流基本消失。

3.2 在噪聲傳播路徑上降噪

采取一些措施可以有效降低離心風(fēng)扇的氣動(dòng)噪聲，但是噪音還是不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，因此在噪音傳播路徑上采取降噪措施是有效的。具體措施為，在電機(jī)的外風(fēng)路進(jìn)出風(fēng)口增加消音罩，并在消音罩內(nèi)表面敷設(shè)吸聲材料。這樣就可以增加噪聲的傳播路徑，使噪聲在傳播過程中經(jīng)多次反射而被吸音材料吸收，具體結(jié)構(gòu)見圖3。

在電機(jī)外風(fēng)扇的進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口增加了室式消音器。室式消音器具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作安裝方便；對(duì)中低頻噪聲有明顯的降噪效果，正好針對(duì)進(jìn)出風(fēng)口噪聲頻率特點(diǎn)；氣動(dòng)流阻小。計(jì)算結(jié)果表明，這種室式消音器可獲得6～8dB（A）的消音量，其空氣流阻約為15Pa。

圖3 電機(jī)消音罩示意圖

另外，在室式消音器內(nèi)壁設(shè)置吸聲結(jié)構(gòu)，將內(nèi)壁改造成吸聲壁。吸聲壁采用復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)（見圖4），在內(nèi)壁表面依次敷設(shè)超細(xì)玻璃絲棉，平紋玻璃布，金屬孔板。該結(jié)構(gòu)能大大抑制通過殼體壁面的噪聲透射和壁板受激振動(dòng)所輻射的二次噪聲。通過聲學(xué)計(jì)算，該結(jié)構(gòu)可獲得10～15dB（A）的噪聲降低量。

圖4 吸聲壁結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 降噪效果

對(duì)電機(jī)采取上述降噪措施后，進(jìn)行電機(jī)空載噪聲測(cè)定，測(cè)點(diǎn)位置見圖1，噪聲值見表2。

表2

從試驗(yàn)結(jié)果看出，對(duì)電機(jī)采取一些列降噪措施后，噪聲最高點(diǎn)獲得了14～15dB（A）的降噪量，平均噪聲也降至83dB（A），完全達(dá)到了預(yù)期降噪目標(biāo)。

4 結(jié)語

針對(duì)不同型號(hào)的產(chǎn)品，采用本文所用的降噪措施后，都取得了相同等級(jí)的降噪效果，證明本降噪方案的有效性。采用了本降噪方案的YKK系列電機(jī)已投入使用，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試噪音指標(biāo)達(dá)到同類先進(jìn)水平。