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技术论文 半叶片扩压器对离心风机中产生的噪音的影响 中国西安交通大学能源与动力学院 W. Zhang, W. Gong, X. Fan, and G. Xi 关键词 离心风机，叶片扩压器，半叶片，噪音 通信 中国西安交通大学能源与动力学院 W.Zhang 邮箱： HYPERLINK mailto:bpfzhang@ bpfzhang@ 2009年11月24日收到 2010年8月30日接受 在网络上的标识：10.1111/j.1747-1567.2010.00674.x 摘要 在这篇论文中，要进行一个试验研究来探究一个半叶片扩压器对一个在真空吸尘器中使用的离心风机产生的噪音特点的影响。叶片扩压器的高度h/b如下面的数据改变：0（无叶），0.2,0.4,0.6,0.8和1.0（完整叶片），实验在两组不同扩压器进口半径情况下分别进行：R3/R2=1.03和R3/R2=1.07。这个实验是在一个高速离心风机中进行的。离心风机的声压级（SPL）和压升在一个半消声室中进行测量。风机的流量系数在0.02—0.14的范围中，并且叶轮的转速从20,000 rpm变化到35,000 rpm。实验结果显示，通过使用一个半叶片扩压器，在R3/R2=1.03和R3/R2=1.07的情况下,声压级分别下降了5.5 dB(A)和3.5 dB(A)。同时，半叶片扩压器提高了风机的性能，还拓宽了流量范围。半叶片扩压器高度的最优值大约是扩压器宽度的0.6倍。 介绍 小型离心风机在家用真空吸尘器中被广泛使用。由于尺寸小的原因，为了满足压升和流速需求，离心风机必须要以大约30,000rpm的一个高转速转动。离心风机的空气动力功率与叶轮叶尖速度的三次方成正比，而声功率与其六次方成正比。因此，真空风机制造超过80 dB(A)的高水平噪音，这对人类健康是有害的。真空风机中产生的噪音主要由空气声学噪音，机械噪音和电磁噪音构成，其中空气声学噪音是主要组成部分。关于真空吸尘器中离心风机的空气声学噪音方面的研究1-5已经有过许多。Jeon等人1数值分析了离心风机的非定常流场并且发展出了一套预测风机噪音的方法。Cudina和Prezelj2-4实验研究了在不同操作条件下真空吸尘器发出的空气动力噪音，机械噪音和电磁噪音。他们声称叶片扩压器增加了风机的噪音并且它可以被省略或被一个无叶扩压器代替。Khelladi等人5通过使用建立在FW-H方程基础之上的空气声学模型预测了脉动压力。 风机的噪音通过叶轮和扩压器的相互作用噪音控制，它被认为是由于叶轮流出量在扩压器上的冲击影响造成的。扩压器的几何结构在噪音的产生过程中起着重要的作用。因此，叶片扩压器的再次设计可能会有助于减少相互作用噪音。作者以前的工作6,7显示，前弯叶片扩压器可以减少风机的噪音并且能提升风机的性能。 在过去的时间里，人们进行了一些调查来研究离心压缩机中的半叶片扩压器。结果显示，这种扩压器可以改善级的性能8-10。Yoshinaga等人8提出了在离心压缩机中使用半叶片扩压器。试验结果显示，在扭曲进气道流的情况下，扩压器的压力恢复性能显著改善了。 然而，就作者所了解最清楚的，目前还没有对带有半叶片扩压器的离心风机或压缩机的噪音产生方面的研究。在这篇文章中，要进行一个实验性研究来调查在风机噪音中半叶片扩压器的影响。两组拥有不同入口情况的半叶片扩压器被检查完毕。如预期所料，试验观察到，半叶片扩压器减弱了叶轮流出量在扩压器上的冲击影响，由此减少了相互作用噪音。 试验装置 进行试验性测量来研究一台原始风机和其改进版机器的性能和噪音特点，如图1所示。覆盖的叶轮有八块后弯叶片，其转速变化范围为22,000 rpm到35,000 rpm。试验风机没有蜗壳，从扩压器出来的流出量被排到空气中。风机由一个1.2KW的交流单相串联电动机驱动。原始风机的主要的几何参数和流动参数分别如表1和表2所示。 图1 试验风机 表1 原始风机的几何参数 类型 叶轮 扩压器 叶片进口半径(mm) 18 48.5 进口叶片角(°) 4 8 叶片进口宽度(mm) 13 9.5 叶片出口半径(mm) 47 55.5 出口叶片角(°) 21 14 叶片数 8 17 叶片厚度(mm) 0.8 1.0