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風機應用廣泛 , 它在運轉過程 中產生強 烈的噪聲. 目前工業 用風機 , 噪聲一般達到 80 ~ n 0d B( A ). 它不僅嚴重 污染了城市環境 , 而且 影 響 生產和工 作效率 , 損害人 們的 健康 , 甚至造成 工傷事故 . 所以 , 研究風機噪 聲有著十分重要的 意義 .
1. 風機的脈沖激振試驗
本試驗采 用 四平鼓風機 廠生產的 9 一28 一 1 4A 離心式通風 機 進行脈沖激振 , 從而進行 譜分 析和模態分析 , 為尋找 誘發噪聲 , 識別噪聲源提供依據 . 將風機分成葉輪和機殼 兩部分分別進行激振 , 且兩部分 均是 多點激振 , 一點拾 振. 試 驗時 , 分別記錄 了脈沖力信號和 加速度 響應信號 , 并 由 FFT 分 析儀和 計算機進 行 信號分析 和數據處理 . 圖 l 是激振測試及數據處理儀器框圖.

經 F盯 分析儀進 行信號分析 , 得到 葉輪和機 殼的幅頻特性 曲線 , 再經計算機 進行 曲線擬 合 , 得到葉輪和機殼的 各階模態參數 , 如 表 1 和 表 2 所 示.

可 見 葉輪 的 固 有 頻率在 790Hz ~ 16OOHz 之 間 , 屬 中高頻 范圍 ; 機 殼的固有 頻率在 37 H z 一99 oH z 之 間 , 屬 中低 頻 范圍. 比較 表 l 和 表 2 , 機殼前十階 模態 剛度都低于 葉輪的 所有 模態剛度 , 說明振動最強 烈的是機殼 , 而不 是葉輪 ; 機殼振動最顯 著的是前二 階模態 , 因為 這兩階模態 剛度最低 , 阻 尼最小.
2. 噪聲測試及頻譜分析
在測試噪聲信號的 同時 , 又在機殼表面選一 點拾取 振動 信號 , 因 為在風機 的兩個部件 中 , 機 殼振動最 顯 著. 這樣經 過譜分析后 , 可以看出振動 對 噪聲影響大 小. 圖 2 是噪 聲與振動測 試及譜分析儀器框圖.

由圖 3 可 見 , 噪聲功 率譜在 50 HZ , 195 Hz , 35 5Hz , 37 OHZ , Z I OHZ 和 79 5Hz 處 有 明顯 峰 值 ; 并 且這 些噪 聲峰值頻率基本上都與振 動峰值頻率相對應 ; 同時在上述頻率處 , 噪聲 與 振 動的相干 系數較大 , 均 在 0 . 6 以上·

3. 噪聲源識別
本文研究的是風機本身的噪聲 , 不包括電機在 內 , 所 以不存在 電磁 噪聲. 當風機工 作時 , 所測 得的噪聲信號是電機和風機本身兩 部分噪聲 的總和. 為了排除 電 機 噪聲的影響 , 將風機 的機殼和 葉輪拆掉 , 使電機 空運轉 , 測 其噪聲信號 . 風機總 噪聲包括背景噪聲 、 電機噪聲 、 風機 的機械性 噪聲和 空氣動力性 噪聲. 本實 驗 中的背景噪聲和 電機噪聲 對總 噪聲 的影 響是微乎其微的 , 所以 主要噪聲 源來 自于 風機 本 身的 噪聲 . 離心風機是氣 體動力機械 , 通過 葉輪的旋轉產生 一定的流量和壓 力 , 從 而實現鼓風 、 引風 或氣體輸送 . 風機的葉 片通過頻率為 :

式 中 : : n一葉輪轉數 , ” n= 29 00 rpm , Z一 葉片數 , z = 16 〔.

由于 葉輪旋轉時 , 葉片周期地拍打 空氣質點 , 使周 圍 的空氣產生周期性 壓力 脈動 , 從 而產 生噪 聲. 這 屬 于空氣 動 力性噪 聲 中的 一種 , 即旋轉 噪聲 , 而 7 7 3 . 3H : 是旋 轉 噪聲 的基 頻 . 圖 3 中 的 10 個峰值頻 率 , 只有 795HZ 最接近旋轉噪聲 基頻 773 . 3H z , 并且 在 795 HZ 處 出現了 振動峰值 . 這表明頻率為 795 H z 的振動峰值與旋轉噪聲 有關. 表 2 中 , 機 殼的第 十階固有頻率 為 758 . 43 Hz 與 795 Hz 也很接近 . 顯 然 , 7 95H z 的振動峰值是旋轉 噪聲誘發 的. 由于噪聲 峰值頻率接近機 殼的固有頻率 , 所以 引起機殼共振 , 從而在 79 5Hz 處 產生 振 動峰值 .

在測 量電機 噪聲信號 的 同時 , 為了說明 電機 的振動 對風機 噪聲的影 響 , 又 測 量了同步 振 動信號 , 振動 響應傳 感器 (加速度計 )安裝在風 機機架上. 圖 4 是 電機空運 轉時 的噪聲

與振 動譜圖· 從圖 4 可見 , 電機的噪 聲和 振動峰值基 本上與 50 Hz 、 1 95Hz 、 35 5Hz 、 37 0Hz 和 2 10Hz 相一致 , 并且 噪聲與振動的相干系 數較大 . 再看表 2 , 50F吃 與機 殼的一 階固有頻率 接近 , 195 Hz 和 Z IOHZ 與 三 階固有頻率接近 , 35 5HZ 和 37 OHz 與四 階固有頻率接近 . 可見 , 5 0Hz 、 19 5HZ 、35 5HZ 、37 OHZ 和 ZIOH z 的噪 聲與振動 是由于 電機 的振動 而誘發 的 , 而不是 風機本身產生的 . 綜上所述 , 上述噪聲峰值雖然都與振動有較大關系 , 但它 們是由某種振 動或噪聲的誘 發而 產生 的 . 只要消除產生誘發 噪聲的 因素或改進機殼結構 , 誘發噪聲是可 以避 免 的. 通過理 論分析 , 排除了離心風機 的主 要噪聲 源是機械性噪聲 (包 括 電磁噪聲 ), 因此風 機的主要噪聲源只能是空氣 動力性噪 聲.
4 結 論
a g 一 28 一 I 4 A 離 心式通風 機 機 殼 的 一 階 固有頻率 37 . 07 H z , 三 階固 有頻率 221. 30 H z , 和 四 階 固有頻率 3 69 . “HZ 都與電機共振頻率 接近 , 而機殼的第十階固有頻 率 75 8. 43 Hz 與旋轉噪 聲頻率 77 3 . 3F吃 比較接近 , 從而在這些頻率附近產生誘發機械性噪聲 , 這 是不可低估的附加噪聲 源 , 應對機殼結構加以改進 , 使機殼的上述固有頻率遠離電機共振 頻率與旋轉噪聲 頻率. b 理論計算的風 機旋轉噪 聲基頻為 773 . 3Hz . 由于進行譜分 析時 , 采 用窗 函數截取 信號長 度(采樣) , 這種截取的信號 本身與無限長 信號在頻 譜分析 時產生 誤差 , 再加 之功率 泄 漏山 、 機殼的 制造誤 差 以 及 環 境 等因 素 的 干 擾 , 使 旋 轉 噪 聲 基 頻 由 7 7 3 . 3Hz 移到 795H z .

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