離心通風機噪聲污染分析
關鍵詞：離心風機 發布時間：2013-09-06 點擊數：1794
引言
離心風機是生產企業常用的輔助設備，主要用于通風與除塵裝置中，確保生產環境潔凈，保護生產者身心健康[1]。噪聲污染是風機運行中存在的致命弱點。它是由多種不同頻率聲音的無規律的雜亂組合而成，風機的噪聲不僅妨礙生產中人們的通訊、語言等交流而影響生產的組織與管理，而且還嚴重損害人們的身心健康而降低工作效率等。因此，研究和探討生產離心通風機噪聲的產生原因、危險性及其控制途徑，對保護操作工人的身體健康及提高企業的經濟效益等具有深遠而重要的意義[1]。
1 風機噪聲分類及噪聲機理
風機噪聲就其主要聲源產生機理而言，可分為旋轉噪聲和渦流噪聲；就其頻譜特性而言，可分為寬頻噪聲與離散噪聲。
1.1 離散噪聲(旋轉噪聲)
離散噪聲是由于葉片周圍不對稱結構與葉片旋轉所形成的周向不均流場相互作用而產生的噪聲。它與葉輪的轉速有關，特別在高速、低負荷情況下，這種噪聲尤為突出。主要體現以下幾方面：(1)來流引起的進氣干擾的噪聲。由于進風口前裝有前導葉或金屬網罩而產生的進氣干涉噪聲，在這種情況下，當工作輪旋轉時，動葉周期性地承受前面靜葉排出不均勻氣流，導致氣流作用在動葉上的力周期性脈動而產生噪聲；(2)葉片在不光滑或不對稱機殼中產生的旋轉頻率噪聲。由于機殼內壁形成所必需的條件是旋轉對稱，否則氣流流動狀態將不再與軸線完全對稱，也就是說周向的圓周速度不再是常數，所以氣流便會產生旋流動；(3)出口蝸舌的存在而產生的出口干涉噪聲。在葉片出口處沿著工作輪圓周，由于存在尾跡，氣流的速度和壓力都不均勻，這種不均勻的氣流作用在蝸殼上，形成了壓力隨時間的脈動。反過來它又影響葉輪中氣流的流動，于是葉片上的氣流也就具有隨時間變化的脈動性質。
這種噪聲具有確定的頻率，因為每當葉片通過風舌一次，在風舌上就有一個脈沖，反過來給葉片也是一個脈沖。這種葉片通過的頻率f1稱為基頻，即
f1= nZ/60
式中f1為基頻，Hz；n為轉速，r/min；Z為葉片數。
同時，由于這種脈動波形不會是單純的正弦曲線，所以根據級數展開，它還有其它的高次諧音fi，表達式為fi=nZi/60(i =1，2，3，…)所以旋轉噪聲具有離散頻譜特性，其基頻為葉片通過頻率，還有它的高次諧音。顯然，從旋轉噪聲的強度看，基頻*強，其次是二次諧波、三次諧波，總的趨勢是逐漸減弱的。 1.2 寬頻噪聲(渦流噪聲)
渦流噪聲主要是由于氣流流經葉片時產生紊流附面層及漩渦與漩渦分裂脫體，而引起葉片上壓力脈動所造成的渦流噪聲。產生的原因主要體現在以下幾方面：(1)氣流流經葉片、前盤、后盤的內外表面，流經蝸殼內表面及局部表面，氣流紊亂引起的壓力脈動產生噪聲；(2)氣流流經葉片前后盤的內外表面及蝸殼表面時，由于附面層發展到一定程度會產生渦流脫離，脫離渦流將造成較大的脈動。在低雷諾數下，周期性渦流的脫離將導致相應環量的改變，也使物體上的氣流作用力產生變化；(3)當具有一定紊流度的氣流流向葉片時，葉片前緣各點沖角大小將取決于氣流平均速度和瞬時擾動速度，在紊流晴況下擾動速度是無規律地變化的，因而也使沖角發生無規律的變化，導致升力的無規律脈動而產生噪聲。
這種旋流具有很寬的頻率范圍，通常稱為寬頻噪聲，同時它主要是由于漩渦剝落引起的，所以物體繞流漩渦剝落具有確定頻率。即
ft=Stv/d
式中 ft為漩渦剝落頻率，Hz；St為斯哈托數，St=0.2；v為特征速度，m/s；d為特征直徑或長度，m。 所以，這種寬頻噪聲又表現出只具有峰值。即 ft=0.2v1/d1
式中 v1為風速，m/s；d1為導線直徑，m。
2 風機噪聲級換算
若要對離心風機的運行噪聲進行有效控制，首先就必須了解其噪聲特性及其噪聲級換算的一些基本方法。為了能夠客觀公正地衡量一臺離心通風機的噪聲性能，根據JB/T8690-1998《工業通風機 噪聲限值》規定各類通風機噪聲在*佳工況點的比A聲級LSA的計算公式為
LSA=LA－0lg(Q·p2)＋19.8
式中 LSA為通風機的比A聲級，dB；LA為對應于通風機工況點的A聲級，dB；Q為通風機測試工況點流量，m3/min；p為通風機測試工況點全壓，Pa。
通過上式所計算得到的LSA實際上就是通風機產生單位流量、單位全壓時的噪聲計算相對值。這樣，就等于有了比較各種類型通風機噪聲的衡量基準。實踐證明：同系列的離心通風機的LSA曲線基本相同。如與風機的性能、效率(η)曲線對應繪制成圖，就會發現LSA曲線與η曲線很像解析幾何中的雙曲線，見圖1。由圖1可見，風機η*大處，LSA*小。且隨著風機流量的增大或減小，η曲線向左右回落；而LSA曲線則朝相反方向上翹。這又形象地說明，當風機內部流動情況*佳時，才可能獲得*大的效率和*低的噪聲。另外，在選擇、設計離心通風機噪聲控制方案時，必須預測該機在實際運行時產生噪聲級的大小。而在實踐中，獲取該資料的途徑無非只有兩條：（1）查找有關資料；（2）向供貨商索取。但有時得到的是該機的一條比A聲級LSA曲線，而不是直接的具體噪聲級。這時就需要利用上式進行換算，例如某廠在工藝設計時決定選用9-19№6離心通風機，其運行工況性能：Q= 80.33m3/min，p=8818Pa，對應工況點比A聲級LSA=18.8dB，計算A聲級[2]。
LA=LSA +10lg(Q·p 2) －19.8=18.8+10lg(80.33×88182) －19.8=97dB
可見，風機噪聲明顯高于企業允許限值(≤85dB)，故需對其進行有效控制。
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