（合肥通用機械研究院有限公司 壓縮機技術(shù)國家重點實驗室，合肥 230031）

0 引言

隨著社會的發(fā)展，人們對生活質(zhì)量越來越重視，居住和工作環(huán)境的噪音問題越來越受到人們的關(guān)注，國家頒布實施了3套新的強制性標準，對居民生活和工作環(huán)境中的噪聲的排放要求做了嚴格的規(guī)定［1-3］，但是由于工業(yè)設(shè)計水平和工業(yè)水平的限制，工業(yè)生產(chǎn)中大型除塵和通風設(shè)備［4］、居民生活中供暖鍋爐等應(yīng)用場合的離心風機噪聲問題比較突出［5-7］，嚴重影響了人們正常的生產(chǎn)和生活。國內(nèi)外很多學者對風機噪聲問題進行了研究，例如，Lighthill首先提出了無固體邊界的湍流噪聲預(yù)測方法，Curle將其推廣到考慮流體中靜止固體邊界的影響，F(xiàn)fcows Williams和Hawkings則進一步考慮流體中任意運動固體邊界對聲波傳播的影響，得到著名的FW-H方程［5-7］；趙忖等對離心風機氣動噪聲控制問題進行了一系列的理論與試驗研究，形成了一整套離心風機降噪改進的關(guān)鍵技術(shù)［8］；張建華等針對船用離心風機內(nèi)部非定常流動誘發(fā)蝸殼結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)，發(fā)展了一種數(shù)值計算方法［9-10］。

一般情況下風機在運行時進出都安裝管道，風機的氣動噪聲得到了很好的屏蔽，風機機殼與管道的振動噪聲為風機的主要噪聲類型，以上文獻主要研究了風機氣動噪聲產(chǎn)生機理與降噪的具體措施，對于風機機殼與管道振動產(chǎn)生的噪聲研究較少，而在風機噪聲性能試驗中，運用D式試驗裝置對風機進行噪聲測試時，風機整機噪聲的評估值主要是機殼與管道振動產(chǎn)生的振動噪聲，本文主要針對于風機噪聲性能試驗中風機管道進口不易安裝消聲器而設(shè)計的一種隔音裝置，以降到風機進口管道噪聲，使風機整機噪聲評估值更加準確，為風機噪聲性能測試提供參考。

1 隔音裝置與試驗方法

采用D型試驗裝置對風機進行噪聲性能時，風機進氣管道噪聲向周圍環(huán)境輻射，對風機噪聲測試產(chǎn)生嚴重干擾，本文通過一種風機噪聲試驗進氣管道的隔音裝置，以降低風機進氣管道的噪聲輻射，圖1示出隔聲裝置結(jié)構(gòu)及試驗進口管路系統(tǒng)布置。

圖1 隔聲裝置結(jié)構(gòu)及試驗進口管路系統(tǒng)布置

風機噪聲試驗時氣體通過蓋板4與管道2之間的間隙被吸入隔聲罩箱體內(nèi)，再經(jīng)過噴嘴、管道進入風機，最終通過排氣管道排入大氣。隔聲罩箱體和隔聲罩蓋板外側(cè)面均采用5 mm厚的鋼板焊接成型，內(nèi)側(cè)面采用1.2 mm穿孔板，外側(cè)面與內(nèi)側(cè)面之間填充50 mm厚的玻璃棉吸聲材料，隔聲罩蓋板通過螺栓固定于箱體的A向端面。

本次試驗依據(jù)國家標準《GB/T 1236-2017》進行風機氣動性能試驗，試驗裝置采用D型，即風機的進口和出口接有管道。

風機的噪聲試驗依據(jù)國家標準GB/T2888-2008《風機和羅茨鼓風機噪聲測量方法》，在蝸殼與電機周圍1 m處均勻布置6個測點（C1，C2，C3，M1，M2，M3），應(yīng)用聲學傳感器與頻譜儀采集各個工況運行的小型離心風機6個測點的噪聲數(shù)據(jù)，然后利用式（1）對采集的數(shù)據(jù)進行處理，得到的結(jié)果作為該工況運行的風機整機噪聲的評估值；頻譜儀采集噪聲頻率范圍為20～20 000 Hz，頻程為1/3倍頻程，計權(quán)類型為A計權(quán)，風機噪聲測點布置如圖2所示。

圖2 風機噪聲測點布置示意

風機周圍6個測點的平均A聲級計算式：

N ——測點數(shù)；

Lpi——第i點測得的聲壓級；

Lki——第i點測得的背景噪聲。

2 隔音裝置可行性研究

隔音裝置是否滿足GB/T 1236-2017要求并具有良好的隔聲效果，關(guān)鍵是90°噴嘴上游無障礙空間尺寸B和C如圖1所示，隔音裝置寬與高的尺寸滿足C×C≥2.5dmax×2.5dmax即可，本文主要研究90°噴嘴與隔音裝置底部的距離B對風機性能的影響。

本文設(shè)計的隔音裝置長度L為1 200 mm，管道直徑d為90 mm，運用聲學測量工具（聲學傳感器與頻譜儀）與測壓計測得90°噴嘴與隔音裝置底部的距離 B 分別為 0.5d，1.5d，3.5d，5.5d，7.5d，10.5d，11.5d，13d時的風機整機噪聲與出口全壓，結(jié)果如圖3所示。

圖3 90°噴嘴與隔音裝置底部的距離B對風機整機噪聲與出口全壓的影響

由圖3可以看出，風機出口全壓隨著90°噴嘴與隔音裝置底部的距離B的減小而降低，在3.5d～10.5d之間出口全壓的變化較為平緩，在10.5d～13d之間壓力降低的較為明顯，90°噴嘴與隔音裝置底部的距離B為0.5d時與管道沒有安裝隔音裝置相比較風機出口全壓損失2.3‰，該損失不會對風機性能測試產(chǎn)生影響；風機整機噪聲隨著噴嘴與隔音裝置底部的距離B的減小而降低，噴嘴與隔音裝置底部的距離B為0.5d時與管道沒有安裝隔音裝置相比較風機整機噪聲下降了13.4%，綜合考慮噴嘴與隔音裝置底部的距離B對風機出口全壓與風機整機噪聲的影響，噴嘴與隔音裝置底部的距離B在3.5d較為合適。

3 隔音裝置內(nèi)部的流場分析

3.1 模型風機與隔音裝置的三維造型與網(wǎng)格劃分

依據(jù)模型風機與隔音裝置的設(shè)計圖紙，運用三維造型軟件SOLIDWORKS對模型風機進行三維造型，為了使模擬的結(jié)果更加準確，在建模時考慮了葉輪前后蓋板與蝸殼之間的流體，將裝配好的模型以parasolid格式導(dǎo)入ICEM中進行網(wǎng)格劃分，本文主要采用四面體網(wǎng)格，網(wǎng)格質(zhì)量在0.3以上，模型風機與隔音裝置的網(wǎng)格劃分如圖4所示。

圖4 模型風機與隔音裝置的網(wǎng)格劃分

3.2 求解設(shè)置

采用CFD軟件對模型風機與隔音裝置進行三維定常數(shù)值模擬，介質(zhì)為空氣，進氣空氣密度為1.2 kg/m3，湍流模型選用RNGK-ε，進口邊界條件設(shè)置為速度進口，出口邊界條件設(shè)置為自由出口，固壁面為無滑移，即壁面上的各向速度為零，旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件之間的交界面設(shè)置為interface連接；壓力和速度的耦合采用SIMPLE，計算精度收斂的標準10-4。

3.3 隔音裝置內(nèi)部流場分析

運用壓力計測得90°噴嘴距離隔音裝置底部距離越近，風機出口全壓損失越大，現(xiàn)在運用CFD軟件對90°噴嘴距離隔音裝置底部不同位置時進行流場分析，研究風機出口全壓損失的原因，隔音裝置內(nèi)部流場如圖5所示。

圖5 隔音裝置內(nèi)部流場

由圖5可以看出，90°噴嘴與隔音裝置底部的距離B為1.5d時，氣體從隔音裝置入口到90°噴嘴的過程中有小于1 m/s的流速，這部分氣體動能消耗了葉輪所做的一部分功，致使風機出口全壓損失較大；90°噴嘴與隔音裝置底部的距離B為3.5d時，隔音裝置入口吸入的氣體向裝置周圍空間擴散，隔音裝置入口到90°噴嘴的過程中氣體沒有流速，90°噴嘴周圍相當于無障礙空間，風機出口全壓損失較小；90°噴嘴與隔音裝置底部的距離B為9.5d，11.5d時，90°噴嘴距離隔音裝置入口較近，氣體直接從隔音裝置入口進入90°噴嘴，使得風機全壓損失較小；以上流場分析的結(jié)果與風機性能試驗結(jié)果相一致，為試驗結(jié)果提供了理論依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）在風機性能試驗時（D式），在風機進氣管道安裝隔音裝置可以起到很好的噪音隔離的作用，整機噪音下降13.4%，使風機噪聲評估值更加準確。

（2）90°噴嘴與隔音裝置底部的距離B不同時風機出口全壓損失不同，在0.5d時達到最大值，出口全壓損失為2.3‰，該損失不會對風機性能測試產(chǎn)生影響。

（3）綜合考慮90°噴嘴與隔音裝置底部的距離B對風機整機噪聲與風機出口全壓的影響，90°噴嘴與隔音裝置底部的距離B取3.5d較為合適。