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摘要：低噪声通风机是一种投入小、占地面积小、效率高、噪声小、又节约能源的更新换代产品
关键词：通风机；噪声；消声器；叶轮
中图分类号：S611文献标识码： A
1.通风机的国内外研究动态及发展趋势
随着科学技术的不断发展，人们对风机使用的要求也越来越高，就目前国外风机技术发展趋势而言，将沿着风机容量不断增大、高效化、高速小型化和低噪音的方向发展。
大型风机容量继续增大。各种工业装置规模的日益大型化，客观上需要各类风机的容量也随之不断增加，大机号的风机在未来几年在市场中将会受到欢迎。
高效化。为提高效率，三元流动叶轮已在通风机中得到越来越广泛的应用。其他的如斜流风机等特殊用途的风机发展将会更有市场。
高速小型化。各类风机采用三元流动叶轮后，在提高效率的同时，压力也可提高。所以在同等条件下，叶轮外径可减少10%～30%，这样就取得缩小体积和减轻重量的双重效果。提高转速也是风机小型化的重要途径之一。
2.通风机的工作原理
通风机的工作原理是指空气通过通风机时流体与物体之间有了相对运动而获得能量的原理。
为了便于说明通风机的工作原理,从通风机叶轮中取出一个叶片,如图2-1所示.叶片用叶轮固定于转轴Oa上,叶轮固连在垂直于该轴的Or方向上.当转轴旋转时,带动了叶片在垂直于该轴的平面内转动.当转轴由电动机带动旋转以后,叶片与空气之间有了相对运动,气流对叶片就会有作用力作用于叶片的质心C上.轴承置于轴承座中,而轴承座等固定部件通过机座用地脚螺栓固定于基础上.当轴由电动机带动旋转以后,叶片与空气之间有了相对运动,气流对叶片就会有作用力.假设作用力的合力用表示,合力可分解为叶片旋转的切向及轴向两个分力及,前者称之为回转阻力,而后者称之为引力.单位时间内电动机通过轴加到叶片上的功为回转阻力与叶片质心半径和旋转角速度的乘积,即.在没有任何损失的条件下,叶片就把这部分功全部传给气体,气体从中获得能量,当它所获得的能量足以克服外界阻力时,它就会离开叶片顺着轴沿着的方向流动,而为叶片对气流的作用力在轴上的分力.这时叶片入口处变为负压,叶片前面与叶片入口形成了压差,于是叶片前面的空气就会流向叶片.当这部分新流来的空气从叶片获得能量以后,还会从叶片间的叶道流出去.所以,只要电动机带动通风机的转轴及叶片连续不断的运转,通风机就会连续不断的向外界输送气体。
图2-1 气流对叶片的作用力
3.通风机噪声产生的原因
通风机的噪声主要包括空气动力所产生的噪声、机械振动所产生的噪声和两者共同作用所产生的噪声3个方面。
3.1空气动力所产生的噪声
（1）冲击噪声
叶轮高速旋转时，叶片作周期性运动，空气质点受到周期性力的作用，冲击压强波以声速传播所产生的噪声。其基本频率（Hz）为
（2-1）
式中：n(rps)为转速；z为叶片数。通风机的全压升越高，叶轮圆周速度越大，噪声越大。
（2）涡流噪声
叶轮高速旋转时，因气体边界层分离而产生的涡流所引起的噪声称为涡流噪声。其频率（Hz）为
（2-2）
式中： k为常数，k=0.15—0.22；v为叶片相对气体的速度（m/s）；d为叶片在气体进口方向的宽度（m）。涡流噪声具有很宽的频率范围。
3.2机械振动性噪声
回转体的不平衡及轴承的磨损、破坏等原因所产生的振动必然会产生噪声，当叶片刚性不足，气流作用使叶片振动，也会产生噪声。
3.3两者相互作用而产生噪声
叶片旋转引起自身振动通过管道传递，往往在管道弯曲部发生冲击和涡流，造成振动加剧使噪声增大，特别是当气体压强声波的频率与自身振动频率相同时，将产生强烈的共振，噪声会突然增大，严重时将导致通风机破坏。通风机噪声的声源特性属于偶极子源辐射噪声（或称双声源噪声）。
4.通风机降噪的通用方法
（1）合理选择风机型式
同一系列的风机,风量、风压大者,噪声也大,因此,选择机号时,余量过大不仅浪费电能,而且还增大噪声。风机的性能必须与管网及运行制度相匹配能得到最低的噪声。
（2）合理设计管路
管路阻力要小,风机入口不宜处于急变流场,若系统中有多个管件如弯头、支管等,则它们之间的距离应拉开5—10倍管径.采用合理的调节方式并使风机入口均匀进气都会使噪声下降。
另外,应防止机壳与管道的振动过大而辐射过大的噪声.为了防止空腔共振,机壳直径宽度以及风道尺寸应等于1/2或其倍数。平钢板的弯曲振动的固有频率在100Hz左右。叶片数少的通风机旋转噪声的基频常在此范围内。曾出现过管道壁焊缝被震裂。用加强筋和阻尼涂层可使薄板的固有频率提高.圆形管道的振动及振动产生的噪声辐射量较矩形管道为小。
（3）叶轮与蜗舌间隙对噪声的影响
蜗舌间隙对旋转噪声影响较大。为了防止或减少本身噪声源的产生,应尽量减少气流冲击,避免边界层的分离,避免尖锐突出和流道的急剧转弯。控制叶轮和蜗舌的间隙,此间隙越小,噪声越大。
蜗舌尖端半径的大小对通风机的噪声也有影响,蜗舌半径大小的变化,对最大噪声量的影响大约相差6dB。但是,蜗舌太小时,噪声仍然会很大。
（4）倾斜蜗舌的减噪效果
通风机蜗舌的边缘,一般都是平行于轴。这样,从叶轮流出来的周向不均匀气流,就会同时作用在蜗舌上,使蜗舌受到很大的脉冲力.如果使叶片出气边或蜗舌边缘线与轴线倾斜,都会使作用在蜗舌上的脉冲气流相位错开,减小蜗舌上的脉冲力。结果,使通风机的旋转噪声大为下降。蜗舌的倾斜程度,最好是两个叶片出来的气流同时作用在蜗舌上,这样减噪效果比较好.必须指出,增大蜗舌间隙或使蜗舌倾斜,都会有效的减低旋转噪声,同时也能使旋涡噪声略有下降,但两者的效果不能叠加。如两种方法中任意一种已有了明显效果,则另一种就不会再有很大的减噪效果。
（5）边界层自动吹气
叶片的绕流不好时,在叶片的非工作面进出口边有相当大的脱离区,存在着大量旋涡.有人在叶片的脱体开始处,平行于轴向开一条或几条断续小缝,以便压力边高压气流的一部分通过小缝吹向非工作面,把脱体旋涡吹走,改善流动,减少旋涡噪声。
（6）叶轮进、出口加紊流网
在叶轮进口安装紊流网,可粉碎大尺度旋涡,改善气流入口条件,并在网后形成小尺度紊流,使脱体点后移和脱体取减少,以使旋涡噪声降低。
（7）双层蜗壳
① 双层蜗壳中间填玻璃棉,内壁开孔,以便吸收从叶轮出来的不均匀气流的脉冲力和壳内紊流脉动力.这种双重蜗壳,能使旋转噪声和旋转涡流噪声都有下降。
② 微穿孔板吸声结构,夹层中间不加填料,内壁穿孔率为1%--3%,板厚为0.8mm孔径为0.8mm.可用一个夹层或两个夹层。层与层之间的间隙为50—100mm.与无微孔板的蜗壳比较,噪声降低,而其他性能不变。
（8）叶片表面涂层
通风机叶片采用多孔性能材料时,可以降低噪声.有的用一种密度为钢密度的20%的多孔性纤维金属材料,直接做成轴流式通风机叶片,与通常钢叶片比较,噪声下降可6—10dB,若采用密度为钢密度的10%的纤维金属材料时,噪声会下降20dB,如仅在金属叶轮表面上涂一层这种纤维金属材料时,噪声也下降10dB。
5.低噪声通风机设计方案
（1）进气口和轮盘做成曲面状；
（2）適当增大叶轮和蜗舌的间隙，可减少气流冲击，避免边界层的分离，避免尖锐突出和流道的急剧转弯，从而可减少噪声。一般可降低约2--6dB噪声；
（3）叶片采用后向圆弧形，空气在叶轮中流动时阻力小，图5-1所示；
（4）叶轮采用锥形前盘叶轮，不仅提高了叶轮的强度，而且也提高了气动效率，如图5-2所示；
（5）进出口加装阻性消声器，穿孔板的穿孔率不得超过25%。利用多孔吸声材料降低噪声，当声波进入消声器时，一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦而转化热能消耗，使消声器的声波减弱，从而降低噪声。一般消声值不低于10—20dB。
图5-1 圆弧形后向叶轮 图 5-2 锥形叶轮
关键词：通风机；噪声；消声器；叶轮
中图分类号：S611文献标识码： A
1.通风机的国内外研究动态及发展趋势
随着科学技术的不断发展，人们对风机使用的要求也越来越高，就目前国外风机技术发展趋势而言，将沿着风机容量不断增大、高效化、高速小型化和低噪音的方向发展。
大型风机容量继续增大。各种工业装置规模的日益大型化，客观上需要各类风机的容量也随之不断增加，大机号的风机在未来几年在市场中将会受到欢迎。
高效化。为提高效率，三元流动叶轮已在通风机中得到越来越广泛的应用。其他的如斜流风机等特殊用途的风机发展将会更有市场。
高速小型化。各类风机采用三元流动叶轮后，在提高效率的同时，压力也可提高。所以在同等条件下，叶轮外径可减少10%～30%，这样就取得缩小体积和减轻重量的双重效果。提高转速也是风机小型化的重要途径之一。
2.通风机的工作原理
通风机的工作原理是指空气通过通风机时流体与物体之间有了相对运动而获得能量的原理。
为了便于说明通风机的工作原理,从通风机叶轮中取出一个叶片,如图2-1所示.叶片用叶轮固定于转轴Oa上,叶轮固连在垂直于该轴的Or方向上.当转轴旋转时,带动了叶片在垂直于该轴的平面内转动.当转轴由电动机带动旋转以后,叶片与空气之间有了相对运动,气流对叶片就会有作用力作用于叶片的质心C上.轴承置于轴承座中,而轴承座等固定部件通过机座用地脚螺栓固定于基础上.当轴由电动机带动旋转以后,叶片与空气之间有了相对运动,气流对叶片就会有作用力.假设作用力的合力用表示,合力可分解为叶片旋转的切向及轴向两个分力及,前者称之为回转阻力,而后者称之为引力.单位时间内电动机通过轴加到叶片上的功为回转阻力与叶片质心半径和旋转角速度的乘积,即.在没有任何损失的条件下,叶片就把这部分功全部传给气体,气体从中获得能量,当它所获得的能量足以克服外界阻力时,它就会离开叶片顺着轴沿着的方向流动,而为叶片对气流的作用力在轴上的分力.这时叶片入口处变为负压,叶片前面与叶片入口形成了压差,于是叶片前面的空气就会流向叶片.当这部分新流来的空气从叶片获得能量以后,还会从叶片间的叶道流出去.所以,只要电动机带动通风机的转轴及叶片连续不断的运转,通风机就会连续不断的向外界输送气体。
图2-1 气流对叶片的作用力
3.通风机噪声产生的原因
通风机的噪声主要包括空气动力所产生的噪声、机械振动所产生的噪声和两者共同作用所产生的噪声3个方面。
3.1空气动力所产生的噪声
（1）冲击噪声
叶轮高速旋转时，叶片作周期性运动，空气质点受到周期性力的作用，冲击压强波以声速传播所产生的噪声。其基本频率（Hz）为
（2-1）
式中：n(rps)为转速；z为叶片数。通风机的全压升越高，叶轮圆周速度越大，噪声越大。
（2）涡流噪声
叶轮高速旋转时，因气体边界层分离而产生的涡流所引起的噪声称为涡流噪声。其频率（Hz）为
（2-2）
式中： k为常数，k=0.15—0.22；v为叶片相对气体的速度（m/s）；d为叶片在气体进口方向的宽度（m）。涡流噪声具有很宽的频率范围。
3.2机械振动性噪声
回转体的不平衡及轴承的磨损、破坏等原因所产生的振动必然会产生噪声，当叶片刚性不足，气流作用使叶片振动，也会产生噪声。
3.3两者相互作用而产生噪声
叶片旋转引起自身振动通过管道传递，往往在管道弯曲部发生冲击和涡流，造成振动加剧使噪声增大，特别是当气体压强声波的频率与自身振动频率相同时，将产生强烈的共振，噪声会突然增大，严重时将导致通风机破坏。通风机噪声的声源特性属于偶极子源辐射噪声（或称双声源噪声）。
4.通风机降噪的通用方法
（1）合理选择风机型式
同一系列的风机,风量、风压大者,噪声也大,因此,选择机号时,余量过大不仅浪费电能,而且还增大噪声。风机的性能必须与管网及运行制度相匹配能得到最低的噪声。
（2）合理设计管路
管路阻力要小,风机入口不宜处于急变流场,若系统中有多个管件如弯头、支管等,则它们之间的距离应拉开5—10倍管径.采用合理的调节方式并使风机入口均匀进气都会使噪声下降。
另外,应防止机壳与管道的振动过大而辐射过大的噪声.为了防止空腔共振,机壳直径宽度以及风道尺寸应等于1/2或其倍数。平钢板的弯曲振动的固有频率在100Hz左右。叶片数少的通风机旋转噪声的基频常在此范围内。曾出现过管道壁焊缝被震裂。用加强筋和阻尼涂层可使薄板的固有频率提高.圆形管道的振动及振动产生的噪声辐射量较矩形管道为小。
（3）叶轮与蜗舌间隙对噪声的影响
蜗舌间隙对旋转噪声影响较大。为了防止或减少本身噪声源的产生,应尽量减少气流冲击,避免边界层的分离,避免尖锐突出和流道的急剧转弯。控制叶轮和蜗舌的间隙,此间隙越小,噪声越大。
蜗舌尖端半径的大小对通风机的噪声也有影响,蜗舌半径大小的变化,对最大噪声量的影响大约相差6dB。但是,蜗舌太小时,噪声仍然会很大。
（4）倾斜蜗舌的减噪效果
通风机蜗舌的边缘,一般都是平行于轴。这样,从叶轮流出来的周向不均匀气流,就会同时作用在蜗舌上,使蜗舌受到很大的脉冲力.如果使叶片出气边或蜗舌边缘线与轴线倾斜,都会使作用在蜗舌上的脉冲气流相位错开,减小蜗舌上的脉冲力。结果,使通风机的旋转噪声大为下降。蜗舌的倾斜程度,最好是两个叶片出来的气流同时作用在蜗舌上,这样减噪效果比较好.必须指出,增大蜗舌间隙或使蜗舌倾斜,都会有效的减低旋转噪声,同时也能使旋涡噪声略有下降,但两者的效果不能叠加。如两种方法中任意一种已有了明显效果,则另一种就不会再有很大的减噪效果。
（5）边界层自动吹气
叶片的绕流不好时,在叶片的非工作面进出口边有相当大的脱离区,存在着大量旋涡.有人在叶片的脱体开始处,平行于轴向开一条或几条断续小缝,以便压力边高压气流的一部分通过小缝吹向非工作面,把脱体旋涡吹走,改善流动,减少旋涡噪声。
（6）叶轮进、出口加紊流网
在叶轮进口安装紊流网,可粉碎大尺度旋涡,改善气流入口条件,并在网后形成小尺度紊流,使脱体点后移和脱体取减少,以使旋涡噪声降低。
（7）双层蜗壳
① 双层蜗壳中间填玻璃棉,内壁开孔,以便吸收从叶轮出来的不均匀气流的脉冲力和壳内紊流脉动力.这种双重蜗壳,能使旋转噪声和旋转涡流噪声都有下降。
② 微穿孔板吸声结构,夹层中间不加填料,内壁穿孔率为1%--3%,板厚为0.8mm孔径为0.8mm.可用一个夹层或两个夹层。层与层之间的间隙为50—100mm.与无微孔板的蜗壳比较,噪声降低,而其他性能不变。
（8）叶片表面涂层
通风机叶片采用多孔性能材料时,可以降低噪声.有的用一种密度为钢密度的20%的多孔性纤维金属材料,直接做成轴流式通风机叶片,与通常钢叶片比较,噪声下降可6—10dB,若采用密度为钢密度的10%的纤维金属材料时,噪声会下降20dB,如仅在金属叶轮表面上涂一层这种纤维金属材料时,噪声也下降10dB。
5.低噪声通风机设计方案
（1）进气口和轮盘做成曲面状；
（2）適当增大叶轮和蜗舌的间隙，可减少气流冲击，避免边界层的分离，避免尖锐突出和流道的急剧转弯，从而可减少噪声。一般可降低约2--6dB噪声；
（3）叶片采用后向圆弧形，空气在叶轮中流动时阻力小，图5-1所示；
（4）叶轮采用锥形前盘叶轮，不仅提高了叶轮的强度，而且也提高了气动效率，如图5-2所示；
（5）进出口加装阻性消声器，穿孔板的穿孔率不得超过25%。利用多孔吸声材料降低噪声，当声波进入消声器时，一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦而转化热能消耗，使消声器的声波减弱，从而降低噪声。一般消声值不低于10—20dB。
图5-1 圆弧形后向叶轮 图 5-2 锥形叶轮