0引言

主通风机噪声关系到环境污染和客户对风机的使用要求，现在国家对噪声控制越来越严格，同时，客户对主通风机的噪声要求也越来越严格，在主通风机的运行验收中已经把主通风机噪声列为主要验收项目，这就对主通风机的噪声控制提出了更高的要求。

主通风机运行中，叶片与气流高速摩擦就会产生噪声，而叶片的形状制约着效率的高低和噪声的大小。叶片高速切割气体，气流瞬间改变速度，获得不同加速度能量的气流附着在叶片表面，产生压力差脉动，这将产生巨大的气动噪声。对主通风机低噪叶片的研究应用，将有效地降低主通风机噪声。

本文从主通风机噪声产生的根源谈起，分析了叶片形状对风机噪声的影响情况，引入了弯掠叶片的概念，通过理论分析及参考文献设计了周向前弯、前掠、弯掠组合3种形式的高效低噪叶片，通过试验测试数据综合分析3种叶片的优缺点找出更适合不同电机转速下的叶片形式。

1风机噪声产生原因及降噪措施

（1）电磁噪声 是电动机运行过程中电磁场交替变化而引进某些机械部件或空间容积振动而产生的噪声，这是风机噪声中的次要噪声采取局部措施就能消除；

（2）机械噪声 由机械振动产生的噪声，只要在结构设计上合理，整体构架刚度足够部件间连接采用软隔离，联接牢靠，就可以使机械振动产生的噪声降至最小限度；

（3）旋转噪声和涡流噪声 旋转噪声主要是工作轮连续旋转时叶片连续打击周围的气体介质，引起周围气体不均匀的压力脉动而向周围辐射的噪声；涡流噪声是气流流经叶片界面产生分裂时形成的附面层及漩涡分裂脱离而引起叶片上压力差脉动而辐射出的一种非稳定的流动噪声。因此为了降低主通风机的噪声，就要减少旋转叶片与气流的接触面即选用窄形叶片，还要减少叶片上的涡流及涡流脱离。即使在最佳工况下，叶轮内的涡流以及叶片尾缘的涡流脱离都是不可避免的。但是，只要叶片设计合理，叶形参数选择恰当就可使旋转和涡流噪声减小。

本文引入弯掠叶片的概念，并确定其结构参数，实现低噪叶片的设计。因此合理地选择结构几何参数和气动参数是降低风机噪声的有效途径。

1.1降噪机理

紊流边界层压力脉动噪声是与边界层厚度成正比的；动叶前弯对边界层流动的影响：前弯叶片约束了沿翼展低能量流体的流动，使边界层厚度减薄，从而降低了气动噪声。

由于旋转叶片离心力的作用，叶片表面的附面层内低能流体向叶顶迁移，在叶片表面径向分力的作用下，部分附面层内低能流体被推入主流中，使附面层减薄（减薄附面层厚度是提高动叶效率降低宽频噪声的重要手段之一），同时减小了叶顶附面层在机壳处的堆积，从而提高了风机的效率，降低了噪声扩大了稳定工作范围。

动叶前弯和弦长增大均可有效扩大风机稳定工作范围，前弯动叶减小叶顶处附面层堆积和叶顶通道二次流是造成稳定工作范围扩大的主要原因。

由于前弯或前掠叶片直接缩短了附面层在叶片通道内的从前缘流至尾缘的距离，所以降低了由于湍流附面层引起的尾涡脱落噪声。另一方面，前弯或前掠叶片亦可降低间歇涡噪声。

1.2弯掠叶片

叶片在周向旋转方向上的倾斜称为弯，顺旋转方向倾斜称为“前弯”，在逆旋转方向倾斜称为“后弯”；叶片在来流方向或弦长方向上的倾斜称为掠，朝逆来流方向上倾斜称为“前掠”，朝顺来流方向倾斜称为“后掠”。

1.3弯掠角度

由理论研究及试验验证，叶片采用前弯和前掠方式明显优于后弯和后掠，前弯叶片的最佳前弯角度为8~10°，前掠叶片的最佳前掠角度在15~25°。

为了进一步降低噪声，可将径向线向来流的进气方向倾斜约15°，便得到前倾式叶片。

2低噪叶片的设计

2.1设计原理

紊流边界层压力脉动噪声与边界层厚度是成正比的，前弯动叶片约束了沿翼展低能量流体的流动，使边界层厚度减薄，从而降低了气动噪声。

由于旋转叶片离心力的作用，叶片表面的附面层内低能流体向叶顶迁移，在叶片表面径向分力的作用下，部分附面层内低能流体被推入主流中，使附面层减薄（减薄附面层厚度是提高动叶效率降低宽频噪声的重要手段之一），同时减小了叶顶附面层在机壳处的堆积，从而提高了风机的效率，降低了噪声，扩大了稳定工作范围。

2.2主通风机低噪叶片参数的确定

根据低噪叶片的机理，引入叶片周向前弯技术和叶片前倾技术设计周向前弯叶片及弯掠组合叶片。

通过分析相关技术资料和文献，叶片采用前弯和前掠方式明显优于后弯和后掠，故可采用周向前弯叶片、前掠叶片、弯掠组合叶片3种形式的高效低噪叶片来进行模拟研究和试验研究。

本课题采用主通风机常用的Clarky翼形常规叶片作为原型叶片进行变换。

（1）周向前弯叶片 保持原型叶片的几何参数（如叶片弦长叶片扭角等）不变，根据文献资料前弯叶片的最佳前弯角度为8~10°，取前弯角度为8.5°叶片重心积叠线采用直线+圆弧线，交点在相对叶高0.4处；

（2）前掠叶片保持原型叶片的几何参数不变，根据文献资料前掠叶片的最佳前掠角度在15~25，在应用前掠技术的同时，为了减小叶片所受应力，取前掠角度为15°叶片重心积叠线采用直线+圆弧线，交点在相对叶高0.4处；

（3）弯掠组合叶片保持原型叶片的几何参数不变，由于弯掠叶片将产生离心弯矩和气动弯矩，离心弯矩和气动弯矩产生的应力将很大，故一般弯掠叶片的弯掠角度取值较小，因此在弯掠组合叶片中取前弯角度为6.5°，前掠角度为10°叶片重心积叠线均采用直线+圆弧线交点在相对叶高0.4处。

3拟解决的技术难题

（1）最优弯角和掠角的确定

叶片的弯曲和掠型对负荷弦向和展向分布起着重要的调节作用，同时各因素的综合作用对叶片通道的气流损失和流通能力的影响是一个非线性的过程，因此并不存在普适的最优弯角和掠角，要根据实际情况试验确定。

（2）弯掠叶片的造形

目前，弯掠叶片造形还没有确定的方法。可参考下面方法造型，首先将计算出来的各截面叶形按叶形的重心进行积叠，然后通过对叶形重心的三维空间调整来进行叶片的弯掠造形。由于弯掠叶片将产生离心弯矩和气动弯矩，离心弯矩和气动弯矩产生的应力可能很大，故一般弯掠叶片的弯掠角度取较小值。

4结语

本文从主通风机产生噪声的根源谈起，分析了叶片形状对风机噪声的影响情况，引入了弯掠叶片的概念，通过理论分析设计了周向前弯叶片、前掠叶片、弯掠组合叶片3种形式的高效低噪叶片的结构参数，对最终实现高效低噪风机叶片的设计有重要作用。

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