風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)知識

1、培訓(xùn)教材培訓(xùn)教材第一節(jié)：第一節(jié)：第一節(jié)：第一節(jié)：第一節(jié)：第一節(jié)：風(fēng)機(jī)的介質(zhì)風(fēng)機(jī)的介質(zhì)風(fēng)機(jī)的介質(zhì)風(fēng)機(jī)的介質(zhì)風(fēng)機(jī)的介質(zhì)風(fēng)機(jī)的介質(zhì) 空氣空氣空氣空氣空氣空氣 自然風(fēng)是 大氣層中空氣對流的一種自然現(xiàn)象，也就是 由于空氣的溫度和密度發(fā)生了變化，而產(chǎn)生壓力差別，即是壓力高的空氣向低壓力區(qū)域流動而來的。風(fēng)里含有一種能量，叫做“風(fēng)能”。衡量風(fēng)能大小的尺子是“風(fēng)壓”，風(fēng)壓的大小與風(fēng)速的平方成正比，風(fēng)速大，風(fēng)壓亦大，風(fēng)速小，風(fēng)壓亦小。以風(fēng)速的大小做尺子，把“風(fēng)”分成以018級的18個(gè)等級，每個(gè)風(fēng)級取有名字從低到高，即：靜風(fēng)、軟風(fēng)、輕風(fēng)、微風(fēng)、和風(fēng)、勁風(fēng)、強(qiáng)風(fēng)、大風(fēng)、烈風(fēng)、狂風(fēng)、暴風(fēng)、颶風(fēng)。靜風(fēng)的風(fēng)速低于0.2m/

2、s。颶風(fēng)的風(fēng)速在32.736.9m/s，這級風(fēng)有著非常大的摧毀力。17級的風(fēng)速為36.161.2m/s。對于風(fēng)機(jī)來說，只要測出它的風(fēng)速是多少，就可知道這個(gè)風(fēng)機(jī)能造出幾級風(fēng)了。 一般三級自然風(fēng)就可推動風(fēng)車發(fā)出電來。科學(xué)家預(yù)測了一個(gè)數(shù)字：地球表面上所接受的太陽能中大約有1.5%2.5變成為大氣層中的風(fēng)力，在整個(gè)大氣層中的總風(fēng)力約為3億億KW，即全年大約有26萬億億kwh的能量?？梢杂脕戆l(fā)電的風(fēng)能又至少有10100億KW之多，比全世界可利用的水力發(fā)電資源還要大出4倍；全世界每年燃燒煤所獲得的能量，也只有風(fēng)力在年內(nèi)所提供能量的三千分之一。 任何實(shí)際氣體都是由大量微小的分子所構(gòu)成，而且每個(gè)分子都在不斷地

3、作無規(guī)則的熱運(yùn)動。分析物質(zhì)運(yùn)動的最基本方法是對每一個(gè)分子運(yùn)用運(yùn)動定律，分析每一個(gè)分子的運(yùn)動規(guī)律，然后用統(tǒng)計(jì)的方法求得大量分子微觀量的平均值。這種方法通常作為統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方法，它對實(shí)際計(jì)算顯得太煩瑣。因?yàn)闅怏w力學(xué)的任務(wù)是研究氣體的宏觀運(yùn)動規(guī)律，所以，在氣體力學(xué)的領(lǐng)域里，一般可以不考慮實(shí)際氣體的微觀結(jié)構(gòu)，而用另一種簡化的模型來代替氣體的真實(shí)微觀結(jié)構(gòu)。 認(rèn)為氣體是一個(gè)連續(xù)性的介質(zhì)，它充滿一個(gè)體積時(shí)是沒有任何自由空隙的，其中沒有真空的地方，也沒有分子間的間隙和分子的運(yùn)動。在大多數(shù)情況下，利用這個(gè)簡化的模型所得到的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以很好的符合。有了這個(gè)簡化的模型，我們就不必研究大量分子的瞬時(shí)狀態(tài)，只要

4、研究描述氣體宏觀的物理量，如密度、速度、壓強(qiáng)、溫度就可以了。在連續(xù)性介質(zhì)中，可以把這些物理量看作是空間坐標(biāo)和時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。因而在處理氣體力學(xué)問題時(shí)，就可以廣泛地應(yīng)用數(shù)學(xué)上有關(guān)連續(xù)函數(shù)的解析方法。 氣體的狀態(tài)可以由壓強(qiáng)（P）、溫度（T）、密度（）等參數(shù)來描述。實(shí)驗(yàn)表明，在這些基本參數(shù)之間存在一定的關(guān)系。如果忽略分子本身的體積和分子之間的相互作用力，P、 T、之間的關(guān)系可以由狀態(tài)方程： P=R T來表示 其中R為氣體常數(shù)，R=287.06焦耳/（千克度） 氣體的另一個(gè)熱力學(xué)特性是它的比熱。通常應(yīng)用兩種比熱，即定壓比熱（Cp）和定容比熱（Cv），其間的關(guān)系為： Cp-Cv=R 氣體比熱只是溫度的函

5、數(shù)。在一般理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算中假定比熱是常數(shù)。 壓縮性是氣體的重要屬性，它表明當(dāng)氣體的壓強(qiáng)變化時(shí)氣體的密度或比容改變的程度。對于氣體動力學(xué)而言，我們所關(guān)心的問題是在氣體流動過程中密度是否會發(fā)生顯著的變化。在氣體流動過程中如果壓強(qiáng)改變大時(shí)，密度變化也就大，相應(yīng)地速度變化也就大。如果在整個(gè)管道中氣體的速度都不大，則表明氣體的壓強(qiáng)改變也很小，在此情況下，可以近似地假定氣體的密度是不變的，即認(rèn)為是不可壓流體。 理論和實(shí)驗(yàn)都可以證明當(dāng)氣體的流速和音速之比小于0.3的氣體絕熱流動，就可以當(dāng)作不可壓縮流動來處理。對于所有密度變化較大的氣體流動，稱為可壓縮流動。 一般低壓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中都把空氣看作是不可壓流體來研

6、究 由物理學(xué)知道，流動中的氣體，如果各氣體層的流速不相等，那么在相鄰的兩個(gè)氣體層之間的接觸面上，就會形成一對等值而反向的內(nèi)摩擦力來阻礙兩氣體層作相對運(yùn)動。氣體的這種性質(zhì)叫做粘滯性或簡稱粘性。 不光是流動的氣體各層之間有粘性，流動的氣體和它所接觸的管道壁面之間也有粘滯力存在。這個(gè)粘滯力是流體沿程阻力損失的主要原因之一。 從微觀角度觀察，氣體分子間的距離遠(yuǎn)大于液體分子的距離。所以氣體的粘性影響范圍不是很大。一般在我們的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中，往往忽略氣體的粘滯性（粘性）影響。 氣體的導(dǎo)熱性 當(dāng)氣體中沿某個(gè)方向存在溫度差別時(shí)，那么熱量就會由溫度高的地方傳向溫度低的地方，這種性質(zhì)稱為氣體的導(dǎo)熱性。 氣體的導(dǎo)熱能力

7、也是比較差的。大家都有相似的經(jīng)歷，如：在廚房燒菜時(shí)，火焰距離人體的距離不過0.3米左右，但是氣溫的感受并非明顯。在爐火旁邊真正讓人感到炙熱的是由于火焰的輻射熱量。 在一般風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中，假設(shè)氣體是不導(dǎo)熱的。因?yàn)榭紤]到導(dǎo)熱性的影響和不考慮導(dǎo)熱性的影響，計(jì)算結(jié)果并沒有很大的區(qū)別。 在換熱器設(shè)計(jì)中，氣體的導(dǎo)熱性必須詳加研究。因?yàn)閾Q熱器設(shè)計(jì)和風(fēng)機(jī)不同，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中關(guān)心的是具體的風(fēng)量、風(fēng)壓等等參數(shù)，這些參數(shù)和氣體導(dǎo)熱性的關(guān)系影響不大。但在換熱器（風(fēng)冷）設(shè)計(jì)中，主要關(guān)心氣體的導(dǎo)熱性能。 為了形象地描述氣流的流動路線和狀態(tài)，我們引入了流線的概念。 流體微團(tuán) 在氣流中，我們可以假設(shè)氣流是一個(gè)一個(gè)的流體微團(tuán)組成的。無

8、數(shù)多個(gè)微團(tuán)組合在一起就構(gòu)成了一個(gè)完整的氣流。微團(tuán)的運(yùn)動狀態(tài)構(gòu)成了整個(gè)氣流的運(yùn)動狀態(tài)。微團(tuán)在隨整個(gè)氣流運(yùn)動的軌跡就是流體的流線。研究流線的狀況，我們可以直觀的看到氣流行進(jìn)的路線及狀態(tài)。這些概念和方法對于感知?dú)饬鞯倪M(jìn)出氣及運(yùn)動過程中的損耗很有幫助。觀察氣流的流線有很多種方法，不同的研究手段也有所不同。右圖為計(jì)算機(jī)用小冷卻風(fēng)扇的風(fēng)口側(cè)的香煙煙霧。 液體在很多方面和氣體有類似的性質(zhì)，液體易于染色，觀察方便。下面繪制了一個(gè)實(shí)驗(yàn)圖以觀察流體的流動狀態(tài)。大杯內(nèi)乘滿清水，下端開口接一段透明玻璃管。小杯內(nèi)乘有紅色墨水，底部開口接一小噴嘴，噴嘴對準(zhǔn)大管中心。開啟大管的閥門，大管內(nèi)的清水緩緩流出，慢慢開啟小杯的閥門

9、，開始時(shí)噴嘴噴出的紅色墨水成一條直線狀在大管流水的中央，隨著小杯閥門逐漸開大，墨水線突然開始彎曲并不斷擺動同時(shí)呈波浪起伏狀，繼續(xù)開大閥門，墨水線逐漸斷裂成小段，產(chǎn)生旋渦，整個(gè)大玻璃管全部呈現(xiàn)紅色。 根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，流動狀態(tài)和流體的雷諾數(shù)（Re）有關(guān)： Re=VmD/ Vm：管道內(nèi)流體平均風(fēng)速 D：管道直徑 ：流體的運(yùn)動粘性系數(shù) 層流（左圖） 層流狀態(tài)的流體微團(tuán)作有規(guī)則的運(yùn)動，在運(yùn)動過程中，相鄰流體微團(tuán)的跡線互不交錯(cuò)，流體是一層一層的運(yùn)動著，流體的這種運(yùn)動，稱之為層流運(yùn)動。Re5000。 紊 流 過 渡 狀 態(tài) （ 中 間 圖 ） 流 動 狀 態(tài) 介 于 層 流 和 紊 流 之 間 。2000

10、Re5000。一般把紊流過渡狀態(tài)當(dāng)作紊流進(jìn)行處理。 既然空氣的變化比較大，我們對風(fēng)機(jī)的性能的規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)如何才可以統(tǒng)一呢？辦法有一個(gè)，就是規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)空氣狀態(tài)，限定其壓力、密度、溫度的數(shù)值，然后將我們測試得到的在不同于標(biāo)準(zhǔn)空氣狀態(tài)下的風(fēng)機(jī)流量、壓力、功率等參數(shù)按一個(gè)規(guī)范換算到標(biāo)準(zhǔn)空氣狀態(tài)下，這樣大家就可以相比擬了。其實(shí)主要還是空氣密度的問題。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣密度1.2kg/m3（公斤/米3）?？諝饷芏仁牵簻囟取⒋髿鈮?、相對濕度的函數(shù)?？諝饷芏扔?jì)算公式為：其中：t1：溫度為t1時(shí)的空氣密度t1：空氣溫度（）t2：濕球溫度（）Pa：實(shí)際大氣壓（Pa）Pv：飽和水蒸氣壓強(qiáng)（Pa）,根據(jù)t1的數(shù)據(jù)查表可

11、以求取。RH：相對濕度，根據(jù)t1及t1t2的差值查表可以求取。 風(fēng)機(jī)的冷卻效果關(guān)鍵還是空氣的質(zhì)量流量，即單位時(shí)間內(nèi)有多少質(zhì)量的空氣來冷卻換熱器，體積流量是一個(gè)相對量，在密度確定的前提下才有意義。必須引起注意的是，按照風(fēng)機(jī)的說明書曲線選擇風(fēng)機(jī)時(shí)，必須根據(jù)具體的使用場合的條件計(jì)算空氣密度后，換算到標(biāo)準(zhǔn)空氣狀態(tài)下選型。否則會造成使用效果不理想。尤其應(yīng)用在高原地區(qū)和低溫冷庫內(nèi)的風(fēng)機(jī)必須引起注意。前者會造成計(jì)算風(fēng)量和實(shí)際冷卻效果有差距，后者可能會造成電機(jī)過載。在不同的空氣密度狀態(tài)下，風(fēng)機(jī)風(fēng)量（體積流量）沒有變化。因?yàn)槊芏炔煌瑒t風(fēng)機(jī)的質(zhì)量流量將比較顯著的變化。 假設(shè)空氣的相對濕度為50，大氣壓為1013

12、25Pa，空氣密度和溫度的關(guān)系見右表： 由上表可以看出，溫度對空氣密度影響相當(dāng)大。因?yàn)榭諝饷芏鹊脑黾?，電機(jī)的功耗也加大了。用在冷凝器上的風(fēng)機(jī)（如果風(fēng)機(jī)裝在下游）因?yàn)闅饬鞅焕淠骷訜?，溫度比較高，對應(yīng)的空氣密度也比較小。從風(fēng)機(jī)功率上來說，電機(jī)將會處在輕載的狀態(tài)。所以一些功率配置偏小的風(fēng)機(jī)在冷凝器上使用時(shí)電機(jī)燒毀的比例沒有在蒸發(fā)器上的那么大。但是在冷凝器上工作的風(fēng)機(jī)電機(jī)處在一個(gè)相對高溫的環(huán)境中，如果電機(jī)散熱條件比較差的話，電機(jī)溫度有可能超出極限。當(dāng)風(fēng)機(jī)使用在低溫的環(huán)境下，此時(shí)的空氣密度比較大。如果按說明書選型的電機(jī)剛好達(dá)到額定功率的話，低溫時(shí)電機(jī)就會超載。溫度低時(shí)，系統(tǒng)阻力還會增大，電機(jī)功耗要高出

13、很多。 靜壓 風(fēng)量 (m3/h) 風(fēng)機(jī)氣動性能曲線 系統(tǒng)阻力曲線 工作點(diǎn) 第二節(jié)：風(fēng)機(jī)原理第二節(jié)：風(fēng)機(jī)原理第二節(jié)：風(fēng)機(jī)原理第二節(jié)：風(fēng)機(jī)原理第二節(jié)：風(fēng)機(jī)原理第二節(jié)：風(fēng)機(jī)原理一般空調(diào)用風(fēng)機(jī)的氣動部分組成葉輪 風(fēng)機(jī)的主要?dú)鈩釉?。葉片對氣流做功，改變氣流的方向及角度，增加其壓力和速度。導(dǎo)流板 為葉輪提供進(jìn)氣通道，并將進(jìn)風(fēng)側(cè)和出風(fēng)側(cè)隔離開。電機(jī) 葉輪的驅(qū)動動力源。電機(jī)支架 固定電動機(jī)，并保持葉輪和導(dǎo)流板的位置。網(wǎng)罩 防護(hù)裝置。 氣流流過機(jī)翼或葉片時(shí)，由于上下兩側(cè)的氣流速度不一樣，兩側(cè)形成氣壓差。上側(cè)的壓力低，而下側(cè)的壓力大。這樣一來，下面的氣流會將葉片托起來，葉片受到的氣流作用力為P，P在水平和垂直方

14、向上分解，Py是升力，Px是阻力。升力Py越大，阻力Px越小的翼形氣動性能就越好。PyPPxV圓弧翼型 用板材沖壓成型的，截面為圓弧形或拋物線形，所以稱之為圓弧翼型。圓弧葉片的升阻力比不大，也就是說葉片的風(fēng)量不易做大同時(shí)風(fēng)葉效率比較低。葉片為板材沖壓，葉片厚度沒有變化，風(fēng)機(jī)實(shí)際高效工作點(diǎn)的靜壓較低。圓弧翼型葉片采用板材沖壓加工，所以加工成本較低，易于實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。航空翼型 翼型葉片一般是鑄造或模壓成型的，風(fēng)機(jī)葉片在徑向和周向都有厚度的變化，機(jī)械強(qiáng)度高，直徑可以做到很大。翼型葉片具有很好的升阻力比，葉片的氣動效率高。翼型葉片一般是鑄造或注射成型的，風(fēng)機(jī)葉片在徑向和周向都有厚度的變化，機(jī)械強(qiáng)度高

15、，直徑可以做到很大。增加空調(diào)用軸流風(fēng)機(jī)性能的辦法：增加風(fēng)機(jī)全壓Pt有下列幾種途徑：1）增大圓周速度Ut，即增加風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，但受到葉片材料的強(qiáng)度和其他條件的限制。一般630及630以上軸流葉輪的轉(zhuǎn)速不宜超出970rpm即須采用6極或6極以上的電機(jī)，350560風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不宜超過1470rpm即采用4極或4極以上的電機(jī)。 噪音的限制 由于空調(diào)風(fēng)機(jī)的使用場合都有噪音方面的要求，采用4極或4極以上的轉(zhuǎn)速不是一個(gè)好的解決方案。2）增大氣流扭速，要增大扭速可以增大葉片型面的彎度，以增大氣流轉(zhuǎn)折角。不管采用鑄鋁或板材成型葉片，葉片寬度過大，不論材料的選擇還是加工工藝方面都有難度。葉片寬，相應(yīng)的葉片對葉柄的旋轉(zhuǎn)力

16、矩和彎矩也會相應(yīng)的加大。如果是用鋼板成型的輪轂支架，由于材料和沖壓加工工藝的限制葉柄不可能足夠厚、足夠?qū)?，則葉柄的強(qiáng)度也存在一定的問題。大面積葉片也比較容易振動，葉片振動對其疲勞壽命有直接影響。轉(zhuǎn)折角度過大，會導(dǎo)致效率急劇下降。圓弧葉片角度不宜大過3540。超過40后，風(fēng)機(jī)功率增加明顯，但風(fēng)量或風(fēng)壓容易出現(xiàn)下降的情況。3）增大軸向進(jìn)風(fēng)速度Ca即提高相對較小口徑的風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，一般Ca513m/s，過大的Ca，會使靜壓升Pst明顯下降。一定口徑的風(fēng)機(jī)，其風(fēng)量不可能無限制的增加，總有一個(gè)理論和制造的極限。例如：在同樣轉(zhuǎn)速的前提下，350風(fēng)機(jī)不可能達(dá)到500的風(fēng)量。 超過極限的設(shè)計(jì)會消耗很多材料，而且

17、其性能的提高和投入成本及風(fēng)險(xiǎn)相比不值得，性能方面沒有很大增幅。4）增大風(fēng)機(jī)直徑，在相同的軸向進(jìn)風(fēng)速度下，總風(fēng)量會增加。5）改進(jìn)葉輪的設(shè)計(jì)、選用高效的翼型葉片，增加其高效的空氣動力特性。按照最佳的方案匹配電動機(jī)，使電機(jī)和葉輪都工作的高效率區(qū)間。這個(gè)方案是最佳的設(shè)計(jì)和制造方案。 每臺風(fēng)機(jī)都有一個(gè)性能的極限，在此極限以下的設(shè)計(jì)方案中可以找到一個(gè)高效的辦法。超過此極限，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都有難度。 第三節(jié)：風(fēng)機(jī)性能第三節(jié)：風(fēng)機(jī)性能第三節(jié)：風(fēng)機(jī)性能第三節(jié)：風(fēng)機(jī)性能第三節(jié)：風(fēng)機(jī)性能第三節(jié)：風(fēng)機(jī)性能 圓弧進(jìn)口噴嘴 輔助風(fēng)機(jī) 被測風(fēng)機(jī) 風(fēng)向 壓力表 根據(jù)國標(biāo)GB1236-2000的規(guī)定，空調(diào)室外機(jī)用風(fēng)機(jī)須采用風(fēng)室型測

18、試裝置來測量。富麗華目前采的是90度圓弧進(jìn)口噴嘴測試流量如上圖所示。 目前比較流行采用風(fēng)室內(nèi)多噴嘴測試流量，如下頁所示。 我們計(jì)劃制作一座截面為3.53.5米的進(jìn)口側(cè)多噴嘴風(fēng)室試驗(yàn)裝置，基本結(jié)構(gòu)如上圖所示。上述裝置所采用的測量儀表全部為電子式，可以將測量數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)記錄、參數(shù)計(jì)算、曲線繪制均由測試程序完成。 前向多葉離心風(fēng)機(jī)主要應(yīng)用于風(fēng)機(jī)排管系統(tǒng)，它和我們的軸流風(fēng)機(jī)一樣在特性曲線上有下凹。 按照圖1所示的方式測量風(fēng)機(jī)噪聲。風(fēng)機(jī)放置于高度為0.85米的測試架上，自由進(jìn)出風(fēng)，麥克風(fēng)高度1米，測試時(shí)麥克風(fēng)距離風(fēng)機(jī)導(dǎo)流板外圓1米。測試4個(gè)位置的噪聲并取平均值。 這個(gè)噪聲不同于用戶使用時(shí)的噪聲，

19、因?yàn)轱L(fēng)機(jī)安裝到設(shè)備上后，因不同的設(shè)備結(jié)構(gòu)對聲波的反射、吸收是不一樣的，同時(shí)設(shè)備其他部件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲會和風(fēng)機(jī)噪聲相互影響，總的噪聲可能會減小也可能會增大。 人耳的聽閥聲壓級、聽閥聲強(qiáng)級、聽閥聲功率級均為0dB，而痛閥聲壓級、痛閥聲強(qiáng)級、痛閥聲功率級均為120dB。 1m 1m 0.85m 圖 1/Fig.1 如果多臺相同噪音的風(fēng)機(jī)安裝在一起，噪聲會增大，如圖2所示。假設(shè)5臺風(fēng)機(jī)噪聲均為75dB，查圖得到5臺相同噪聲的風(fēng)機(jī)額外增加的噪聲為7 dB，則總噪聲為75+7=82dB。 如果安裝在一起的兩臺風(fēng)機(jī)噪聲大小不同，則總噪聲會增大，如圖3所示。如果2臺風(fēng)機(jī)噪聲分別為70dB、76dB，兩臺風(fēng)機(jī)噪聲

20、差值為6dB，查圖得到額外增加的噪聲為1 dB。則總噪聲為76+1=77dB。第四節(jié)：第四節(jié)：第四節(jié)：第四節(jié)：第四節(jié)：第四節(jié)：噪聲機(jī)理及降噪措施噪聲機(jī)理及降噪措施噪聲機(jī)理及降噪措施噪聲機(jī)理及降噪措施噪聲機(jī)理及降噪措施噪聲機(jī)理及降噪措施 由氣動聲學(xué)理論可知，風(fēng)機(jī)的空氣動力性噪聲分為旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲與葉輪圓周速度的10次方成正比，渦流噪聲與葉輪圓周速度的6次方成正比，因此，從理論上說風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，噪聲越大。為了避免風(fēng)機(jī)的高噪聲，在軸流風(fēng)機(jī)的參數(shù)選擇中，在性能允許的條件下，盡量采用了低轉(zhuǎn)速運(yùn)行的風(fēng)機(jī)。 旋轉(zhuǎn)噪聲在噪聲頻譜上表現(xiàn)為離散的峰值。旋轉(zhuǎn)噪聲取決于葉片的負(fù)荷或風(fēng)機(jī)的節(jié)流度。當(dāng)葉片在

21、大流量區(qū)負(fù)荷又比較小時(shí)，旋轉(zhuǎn)噪聲則占噪聲的主要部分。 渦流噪聲又稱湍流噪聲，在噪聲頻譜上表現(xiàn)為寬頻帶的連續(xù)譜。渦流噪聲取決于轉(zhuǎn)子葉片上流過的相對速度、機(jī)殼與葉片間隙和氣動負(fù)荷。當(dāng)葉片工作在小流量區(qū)而負(fù)荷比較大時(shí)，渦流噪聲則占主要部分。由于在大流量時(shí)旋轉(zhuǎn)噪聲占主要地位，而在小流量時(shí)渦流噪聲占主要地位，所以最小噪聲出現(xiàn)在這兩個(gè)范圍之間。軸流風(fēng)機(jī)的空氣動力性噪聲，特別是渦流噪聲，很大程度上還取決于葉輪、導(dǎo)流器、整流器的葉柵參數(shù)。因此在設(shè)計(jì)中要選擇合理的葉柵參數(shù)，在保證給定流量、壓力、效率情況下，使其空氣動力性噪聲最低。合理的空氣動力設(shè)計(jì)是降低軸流式通風(fēng)機(jī)本身噪聲最根本的方法。 對小輪轂比軸流式通風(fēng)機(jī)

22、采用等環(huán)量設(shè)計(jì)時(shí)，葉片扭曲角大，在靠近葉根處安裝角大，氣流脫離葉片形成湍流，渦流噪聲大，因而必須慎重選擇流型，采用“可控渦設(shè)計(jì)”思想，使徑向加功規(guī)律合理。使用擴(kuò)壓因子作為限制葉片負(fù)荷的條件?？蓪Ω骷庸Ψ桨高M(jìn)行仔細(xì)比較和分析后，再決定最優(yōu)流型。 軸流式通風(fēng)機(jī)的空氣動力噪聲，特別是渦流噪聲與葉柵參數(shù)有很大的關(guān)系。因此，在保證軸流式通風(fēng)機(jī)流量、壓力和效率的情況下，根據(jù)葉柵試驗(yàn)得到的氣動特性和聲學(xué)特性曲線來合理選擇葉柵的稠度、攻角、相對彎度和相對厚度等參數(shù)，以保證葉柵噪聲最小。當(dāng)這些參數(shù)不能在徑向全部滿足時(shí)，應(yīng)首先使葉頂?shù)娜~柵參數(shù)得到滿足。 所謂附加導(dǎo)葉，就是在旋轉(zhuǎn)葉片上增設(shè)一定形狀的，厚度很薄的控制

23、葉片。附加導(dǎo)葉可分為兩種：一是端導(dǎo)葉；二是設(shè)置在沿葉高上、中、下位置的葉面附加導(dǎo)葉（圖1）。其目的是控制分離點(diǎn)后邊界層的發(fā)展與分離，最大限度地降低葉尾尾跡寬度，以達(dá)到降低噪聲的目的。與此同時(shí)，設(shè)置附加導(dǎo)葉除控制噪聲外，還可以改善葉面流速分布。設(shè)置附加導(dǎo)葉可使比A聲級降低46dB。 （a）端導(dǎo)葉 （b）上中下導(dǎo)葉 圖 1 設(shè)置在旋轉(zhuǎn)葉片上的附加導(dǎo)葉 （b） （a） 減小轉(zhuǎn)子葉尖與機(jī)殼的徑向間隙，增加機(jī)殼與轉(zhuǎn)子的同心度，既可減小噪聲又可以提高風(fēng)機(jī)的壓力系數(shù)和擴(kuò)大風(fēng)機(jī)的失速余度。正確選擇轉(zhuǎn)子的徑向間隙，并且保持其在圓周方向的均勻性，可以顯著地降低風(fēng)機(jī)的噪聲和提高風(fēng)機(jī)的效率。通常軸流式通風(fēng)機(jī)徑向間隙取

24、決于加工精度和輔助工藝水平。 為了降低軸流式通風(fēng)機(jī)渦流噪聲，可以采用工作輪葉片穿孔方法。采用葉片穿孔方法，可以降低阻力系數(shù)，既達(dá)到了降低噪聲的目的，又提高了風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。但是，由于葉片穿孔和葉片兩面的壓差降低，也降低了升力系數(shù)。葉片穿孔方法能使葉柵噪聲沿頻譜降低610 dB。 D 0.01D 不相等間距的葉片對軸流風(fēng)機(jī)的頻率及其諧波都具有調(diào)制作用，即對于任意一個(gè)諧波，不像等間距葉片風(fēng)機(jī)那樣具有顯著的峰值，而是將能量散布到更寬的頻帶中去。采用不相等葉片間距，雖然降低了風(fēng)機(jī)的噪聲，但也降低了風(fēng)機(jī)的效率。所以，采用這種方法必須考慮既能保證取得最大的聲學(xué)效果，又要兼顧風(fēng)機(jī)效率不至于有較大降低。 研究證

25、明：葉片尾緣邊界層厚度決定著湍流噪聲的大小，對風(fēng)機(jī)噪聲影響很大。當(dāng)采用前掠和前傾葉片時(shí)，葉片尾緣邊界層減薄，這就使風(fēng)機(jī)寬頻的湍流噪聲降低。對于機(jī)翼型葉片的軸流式通風(fēng)機(jī)，可將葉輪葉片的徑向來流方向傾斜約15，便得到前傾式葉片。 為了使噪聲得到更有效的控制，需從噪聲源上根本解決問題，可采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高制造精度和裝配質(zhì)量，并選用合理的調(diào)節(jié)方式，才能取得令人滿意的降噪效果。 實(shí)際工程表明，風(fēng)機(jī)的聲功率級或A聲級隨著流量和壓力的增大而增大。因此在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減少不必要的阻力損失，這樣風(fēng)機(jī)就不需要產(chǎn)生很高的壓力，其噪聲也降低下來。 當(dāng)使用以上討論的各種降噪措施時(shí)，從試驗(yàn)看并不一定能得到綜合的降

26、噪效果。對于各種降噪方法及其之間的相互影響的研究和預(yù)測，還有許多工作要做。 第五節(jié)：第五節(jié)：第五節(jié)：第五節(jié)：第五節(jié)：第五節(jié)：安裝方式對噪聲的影響安裝方式對噪聲的影響安裝方式對噪聲的影響安裝方式對噪聲的影響安裝方式對噪聲的影響安裝方式對噪聲的影響 低壓軸流冷卻風(fēng)扇廣泛應(yīng)用于空調(diào)換熱、對流通風(fēng)等場合。由于此類風(fēng)扇功耗較小，長期以來并沒有成為風(fēng)機(jī)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。近年來，隨著空調(diào)器的大量使用和人們環(huán)保意識的普遍提高，此類風(fēng)扇的性能，尤其是氣動噪聲指標(biāo)越來越受到人們的重視。大量試驗(yàn)和計(jì)算工作都是對這類風(fēng)扇的流場和噪聲特性進(jìn)行仔細(xì)研究。 此類風(fēng)扇的顯著特點(diǎn)：輪轂比小，葉片少而寬大，葉輪外沒有圓筒狀機(jī)殼

27、，而只有一個(gè)軸向長度很短的導(dǎo)流罩。導(dǎo)流罩的安裝對風(fēng)扇是必需的，因?yàn)樗梢悦黠@改善風(fēng)扇進(jìn)口的氣流分離，同時(shí)降低入流的湍流度。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加進(jìn)口導(dǎo)流罩后，風(fēng)扇的氣動噪聲顯著降低。通過數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)手段，仔細(xì)考察了導(dǎo)流罩的形狀、軸向長度對風(fēng)扇性能的影響。我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)流罩形狀的改變對氣動性能影響不大，但對噪聲影響明顯，導(dǎo)流罩的軸向長度存在最佳值，而形狀則以雙圓弧為佳。 試驗(yàn)采用的樣機(jī)為一種美國Lau家用空調(diào)散熱風(fēng)扇，該風(fēng)扇采用4枚彎板直葉片和圓弧型導(dǎo)流罩，其基本運(yùn)行參數(shù)下表所示。 風(fēng)扇氣動性能試驗(yàn)和噪聲測試試驗(yàn)均在半消聲室內(nèi)進(jìn)行。采用出氣側(cè)多噴嘴風(fēng)室試驗(yàn)裝置來測量風(fēng)機(jī)的氣動性能和噪聲，下圖 給出了該試驗(yàn)

28、臺的示意圖。實(shí)測中需要測量葉輪流量、靜壓、全壓、扭矩和噪聲。 為了考察導(dǎo)流罩的軸向位置對風(fēng)扇性能的影響，試驗(yàn)采用了3種不同的軸向相對位置。 右圖給出了這3種位置的示意。位置1 葉片前緣位于導(dǎo)流罩進(jìn)口平面內(nèi)；位置2 葉片中線位于導(dǎo)流罩進(jìn)口平面內(nèi)；位置3 葉片后緣位于導(dǎo)流罩出口平面內(nèi)。 差 一般 好 從實(shí)驗(yàn)曲線的對比可見，導(dǎo)流罩位置的改變，無論是對風(fēng)扇的氣動性能，還是對風(fēng)扇的氣動噪聲，都有很大的影響。當(dāng)導(dǎo)流罩從位于靠近葉片前緣位置（即位置1）向靠近葉片尾緣位置（即位置3）改變時(shí)，風(fēng)扇的總壓曲線逐步變平緩，風(fēng)扇的最大風(fēng)量增加，大流量區(qū)域總壓升高。軸功率曲線同樣變平緩。風(fēng)扇的總壓效率升高，位置3的最高總壓效率比位置1提升了近20，位置3總壓效率最高點(diǎn)對應(yīng)的流量達(dá)到了位置1的1.8倍。位置3的比噪聲大大下降。 另一方面，位置2與位置3相比，氣動性能雖然有所不及，但相差并不明顯。然而這兩個(gè)位置對于噪聲的影響則十分顯著：位置3的比噪聲與位置2相比，下降了23dB。風(fēng)扇性能之所以對導(dǎo)流罩的位置如此敏感，