粘素環(huán)

（風力嘉風機（上海）有限公司，上海 201401）

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境問題已成為影響經(jīng)濟發(fā)展的關鍵性問題[1]，而噪聲污染更是首要攻克的環(huán)境問題之一。噪聲不僅會影響設備的可靠性，也會影響人們的舒適性，當噪聲過大時甚至會危害人們的健康。離心風機作為通用機械已經(jīng)越來越多的應用到國民經(jīng)濟的各個部門，隨著環(huán)保意識的增強，人們對離心風機噪聲的危害性也越來越重視，噪聲也逐漸成為評判離心風機性能的一個重要指標[2]。研究離心風機噪聲的產(chǎn)生原因和控制途徑，對保護現(xiàn)場工人的身心健康及提高企業(yè)的經(jīng)濟效益等具有非常重要的意義。

1 離心風機的噪聲

離心風機的噪聲主要由氣動噪聲、機械噪聲和電磁噪聲組成。風機的主要噪聲是氣動噪聲，它是介質在機殼內流動過程中，介質與介質或介質與風機部件之間相互作用而形成的。從產(chǎn)生機理上來說，氣動噪聲包括湍流噪聲和旋轉噪聲。

介質流經(jīng)風機機殼內部時，由于介質為粘性流體，會在近壁面處會形成邊界層。當介質流動狀態(tài)由層流轉變?yōu)橥牧鲿r，邊界層發(fā)生分離，形成尾跡渦。漩渦脫落會引起壓力跳變，其與壁面相互作用會形成脈動壓力。脈動壓力的強度達到一定程度時，便向周圍輻射噪聲，這就是湍流噪聲。由于邊界層脫離和湍流脈動彈性很大，因此湍流噪聲具有很寬的頻率范圍，也稱寬頻噪聲[2]。

式中：fi為湍流噪聲；Sr為斯特勞哈爾數(shù)；Sr=0.14~0.20，一般取0.185；w為氣體與葉片相對速度；L為物體正表面寬度在垂直于速度平面上的投影；i為諧波序號。

旋轉噪聲又稱離散頻率噪聲，一般存在于旋轉機械中，如離心式風機、壓縮機等。對于離心風機，旋轉噪聲是風機葉輪周期性擊打風機內介質而形成的。在風機葉片通道出口處，沿圓周方向的壓力與速度發(fā)生很大變化，當風機葉輪掠過較窄的機殼渦舌處時會出現(xiàn)周期性的壓力和速度脈動，脈動產(chǎn)生的就是旋轉噪聲。

式中：f為旋轉噪聲；n為風機葉輪的轉速（r/min)；z為葉片數(shù)；i為諧波序號 i=1，2，3…，i=1 為基頻。

2 噪聲的計量

2.1 聲壓級

當大氣靜止時，其壓強稱為當?shù)卮髿鈮?。聲音是一種壓力波，聲音在空氣中傳播時，周圍的空氣產(chǎn)生疏密變化，形成疏密相間的縱波?？諝獾氖杳茏兓?，使靜止的大氣中有的地方產(chǎn)生膨脹，有的地方產(chǎn)生壓縮。膨脹的地方壓強比原來小，壓縮的地方壓強比原來大。這種因聲音傳播而引起的大氣壓強變化稱為聲壓。正常情況下，人耳可以聽到的最小聲壓是2×10-5Pa，它是人耳的“聽閾”。當聲壓達到20 Pa時，人耳聽到后會疼痛不適，20 Pa是人耳的“痛閾”。實際生產(chǎn)生活中，人耳對聲音大小的感受并不是線性的，與聲壓絕對值的大小不成比例，人耳對聲音大小的感受同聲壓的對數(shù)近似成正比。為了更接近人耳的聽覺特性，人們用對數(shù)來標度兩個聲音的聲壓之比，稱其為聲壓級，用分貝（dB）表示。聲壓級Lp=20 lg P/P0，其中 P為聲壓（Pa），P0為基準聲壓 2 × 10-5Pa.在評價一種聲音的大小時，要考慮到人們對響度的主觀感受，對不同頻率進行適當?shù)脑鰷p，這樣測的聲壓級稱為計權聲級。常用的有A、B、C三種計權網(wǎng)絡，其中A網(wǎng)絡與人耳對不同聲音頻率的判別相似。經(jīng)A網(wǎng)絡計權測得的聲壓級為A聲級，用dB（A）表示[1]。

2.2 聲功率級

聲功率為聲源在單位時間內輻射的總能量。聲功率是衡量噪聲源能量輸出大小的物理量。聲壓與很多外界因素有關，比如接收者距聲源的距離、所處方向以及聲源周圍的聲場條件等，而聲功率表述的是能量，從而可以不受上述因素的影響。目前，可以直接測量聲功率大小的儀器比較復雜，也比較昂貴，很少應用于實際的生產(chǎn)生活中。不過在某種條件下，工程師可以利用聲壓測量的數(shù)據(jù)來計算聲功率的大小。聲功率用級表示時稱為聲功率級，單位是dB.Lw=10 lg W/W0，其中W0=10-12W 為基準聲功率，Lw為聲功率級（dB）[1]。

2.3 倍頻帶及倍頻帶中心頻率

人耳能聽到的聲音的頻率范圍是20Hz～20000Hz，高低音頻率相差1 000倍。在實際的聲音測量過程中，通常把20 Hz～20 000 Hz的頻率變化范圍劃分為一些較小的段落，稱為頻帶。設頻帶的上限頻率為f1，下限頻率為f2，△f=f2-f1就是頻帶寬度。用于噪聲分析的濾波器只允許f2～f1之間的聲音通過。為測量噪聲而設計的濾波器有倍頻帶、1/2倍頻帶和1/3倍頻帶濾波器。離心風機噪聲測量一般采用倍頻帶。對于倍頻帶，f2/f1=2，f0=，△f=f2-f1=0.707f0.離心風機噪聲測量時倍頻帶中心頻率依次是63Hz，125Hz，250Hz，500Hz，1000Hz，2000Hz，4000Hz，8000Hz[1].

2.4 聲壓級與聲功率級的關系

聲音信號進入A計權網(wǎng)絡后，低于1 000 Hz的聲音按比例衰減通過，大于1 000 Hz的聲音無衰減地通過。這種被A網(wǎng)絡計權了的聲壓級稱為A聲級，表達式如下[3]：

式中：LPA為倍頻帶A聲級；Lpi為倍頻帶聲壓級（dB）；ΔAi為不同頻率的計數(shù)衰減值；i為 1、2、3、…，8 代表倍頻帶中心頻率 63 Hz，125 Hz，250 Hz，500 Hz，1 000 Hz，2 000 Hz，4 000 Hz，8 000 Hz.

表1 不同頻率的計權衰減值

聲壓級與聲功率級的關系：

式中：LPA為被A網(wǎng)絡計權的聲壓級，LWA為被A網(wǎng)絡計權的聲功率級，x為距離聲源的距離（聲源被看作一點），Q 為指向性因數(shù)，Q=1，2，3，4.

3 噪聲的頻譜特性

不同的風機存在不同的頻譜，其頻譜特性主要取決于風機的葉片數(shù)、轉速和葉輪直徑。當離心風機葉片數(shù)為10~12片，轉速為1 450～2 900 r/min時，其基頻都落在倍頻帶中心頻率250～500 Hz范圍內，主要頻帶為250 Hz～4 000 Hz；當轉速為250～1 450 r/min時，其基頻落在倍頻帶中心頻率63～125 Hz范圍內，主要頻率范圍為125 Hz～2 000 Hz.

頻率f與波長λ之間的關系為fλ=a，a為聲速（m/s）.當聲速a一定時，頻率越高，波長越短，反之，頻率越低，波長越長。聲音傳播過程中，如果障礙物比波長大，聲音就被反射或折射。低頻成分占優(yōu)勢的噪聲與強度相同主要由高頻組成的噪聲相比，不那么令人煩惱。由于高頻振動波長較短，人自覺不自覺地確定聲音傳來的方向，而低頻振動波長較長，波長比人兩耳之間的距離大很多，不易產(chǎn)生方向上的效果。由公式（2）可知，當轉速相同時，葉片數(shù)Z越少，頻譜上的峰值移向低頻，低頻對人耳不顯聲，所以A聲級降低。不過，高頻比例大的噪聲，用簡單的消音器就可以使之降低，而低頻占優(yōu)勢的噪聲，要求的消音器成本較高。如果噪聲中含有很低的頻率成分，建筑物中就有出現(xiàn)共振的可能，葉片數(shù)少的離心風機在低速運轉時就是這種情況。同時葉片數(shù)Z減少后，其氣動性能靠加大葉片寬度來補償，但是當葉輪直徑比較大時，由于強度和剛度的限制不允許采用此方法。因此，為了正確使用離心風機，頻譜知識和噪聲級分貝數(shù)一樣重要[3]。

4 風機從業(yè)者的注意事項

風機從業(yè)者應該努力掌握風機的結構、工作原理、性能特點及影響因素，從而可以根據(jù)不同運行工況，不同使用條件，設計選擇出綜合表現(xiàn)最優(yōu)的風機。伴隨人們對環(huán)保意識的提升，人們更傾向于在低噪音的環(huán)境中生活、學習、工作，因此低噪聲成為考核風機的又一重要性能指標。為了得到低噪聲風機，減小風機的氣動噪聲成為重中之重，在風機設計時可以從以下幾個方面進行考慮：1）選擇合適的葉片形式及葉片數(shù)；2）在工藝允許的情況下，選擇旋壓形式的進風口，以降低湍流噪聲；3）為了降低旋轉噪聲，可以改變蝸舌的傾斜角度，通過錯開蝸舌上脈沖氣流的相位，使得蝸舌上的脈沖力減?。?）注意蝸舌間隙對旋轉噪聲的影響，蝸舌間隙小時，噪聲高；蝸舌間隙大時，噪聲下降；5）設計邊界層自動吹氣，改善葉片繞流情況。在風機生產(chǎn)時，為降低風機噪聲，可以從以下幾個方面進行考慮：①葉輪葉片表面噴涂多孔性能材料，以降低噪聲；②采用雙層蝸殼，內襯消音材料，可同時降低旋轉噪聲和湍流噪聲；③在葉輪進出口加裝湍流網(wǎng)，以減小湍流噪聲。另外，工程師在選擇風機型號時，盡量選擇風機性能與管網(wǎng)特性相匹配的風機，此時風機運行在最佳工況點，產(chǎn)生的噪聲也比較低；由于噪聲與轉速有關，對于同一款風機，低轉速運行時的噪聲低于高轉速運行時的噪聲；對同一系列的風機，風機尺寸越大，風量和風壓越大，噪聲也越大，因此不可選擇過大的風機余量（大的機號），使得能源浪費，噪聲增大。最后，與風機匹配的管路一定要設計合理，使得氣流均勻，噪聲降低[3-4]。

[1]李耀中，李東升.噪聲控制技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010.

[2]鄭 欣.離心風機氣動噪聲模擬與降噪設計[D].西安：電子科技大學，2015.

[3]商景泰.通風機實用技術手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[4]續(xù)魁昌，王洪強，蓋京方.風機手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.