摘要：针对T9—19No．4A前向离心风机，使用等距串列叶片叶轮和不等距串列叶片叶轮取代原叶轮进行降噪试验研究，并对使用不同叶轮时风机的气动性能和噪声特性进行了比较分析。试验结果表明：使用等距串列叶片叶轮能够使风机在保持气动性能基本不变的条件下，在风机高效点附近的工况范围内降低前向离心风机的气动噪声，而使用不等距串列叶片叶轮则使风机气动性能和噪声特性均变差，主要原因之一是由于叶轮叶片沿圆周不均匀分布导致叶轮流场沿周向分布不均匀。建议在进一步的改进研究中仍可考虑使用等距串列叶片叶轮而暂不考虑使用不等距串列叶片叶轮。

1引言

在通常情况下，气动噪声是离心风机的主要噪声，主要包括基频噪声(叶片通过频率噪声)和涡流噪声两部分。基频噪声主要是由旋转叶轮出口的非均匀气流与蜗壳发生强烈的非定常流—固干涉所形成，在很多情况下，蜗壳内表面、尤其蜗舌附近区域是离心风机气动噪声的主要噪声源。

采用串列叶片叶轮在理论上能够使离心风机叶轮出口气流沿周向分布更加均匀，对降低叶轮出口气流与蜗壳的冲击损失和气动噪声有利。为此，文献[6]针对T9—19No．4A前向离心风机，尝试将CFD数值计算与响应面优化方法相结合对前向离心风机使用串列叶片叶轮进行了气动性能和噪声特性的数值优化研究。由于只是初步尝试，文献[6]的工作还应通过试验验证并逐步加以完善。

以19．19No．4A前向离心风机为研究对象，分别使用文献[6]优化设计的等距串列叶片叶轮和参考文献[7]的方法自行设计的不等距串列叶片叶轮取代研究对象的原风机叶轮，对使用不同叶轮时风机的气动性能和噪声特性进行了试验测量，并对试验结果进行了初步的讨论和分析。

2试验装置

试验在西安交通大学流体机械国家专业试验室的消声室内进行，试验方法和装置符合中华人民共和国国家标准《GB／T1236—85通风机空气动力性能试验方法》和《GB／T2888—91风机和罗茨鼓风机噪声测量方法》J。试验装置使用同一个蜗壳、进风口、进气管道、电机、底座支架和同一套测量系统，试验时的区别只在于更换不同的叶轮。试验过程中对每一种试验数据进行反复测量，并相互比较，努力使最终选用的试验数据重复性好，准确性高。

试验使用的—19No．4A前向离心风机的叶轮进口直径D。=156mm，叶片出口直径D：=400mm，无叶旋转扩压器出口直径D=460mm，叶片数Z=12，叶片进口安装角=38。，出口安装角：=126。，叶轮进口宽度b。=70mm，叶轮出口宽度b=36ram，蜗壳宽度B=64mm，设计转速n=2900r／min。风机叶轮与蜗壳结构尺寸如图1所示。

对于串列叶片叶轮而言，一个前排叶片和一个后排叶片构成一组串列叶片。对于本次试验，原风机叶轮有l2个叶片，则等距和不等距串列叶片叶轮各有l2组串列叶片，如图2、图3所示。等距串列叶片叶轮和不等距串列叶片叶轮与原风机叶轮有相同的结构参数，即：相同的D1、D2、D3、z、βlA、β2A、b1、b2、B及相同设计转速n=2900r／min。根据文献[6]的优化结果，等距串列叶片叶轮的前排叶片与后排叶片之问圆周方向的夹角θ=6.93度，后排叶片弦长a=26．14mm，前排叶片与后排叶片之间叶片重叠长度为Ls=6．635mm。

不等距串列叶片叶轮的前后排叶片形线与等距串列叶片叶轮完全一样，二者唯一的区别在于：等距串列叶片叶轮的l2组串列叶片沿圆周均匀分布，每两组叶片之间的周向距离相等，周向夹角均为30。；而不等距串列叶片叶轮的l2个前排叶片沿圆周均匀分布，12个后排叶片沿圆周则不均匀分布，每两个后排叶片之问的周向距离不完全相等，周向夹角的分布规律参考文献[7]中提供的叶片分组自平衡分配方案Ⅱ，叶片之间的周向夹角分布如图3所示。

3使用不同叶轮时风机气动性能试验结果

图4为q9—19No．4A前向离心风机分别使用原叶轮、等距串列叶片叶轮和不等距串列叶片叶轮时在相同转速 n=2900r／min下的实测气动性能曲线。

从图中可以看出，使用等距串列叶片叶轮时风机的效率在大部分流量区域内比使用原叶轮稍有下降，在高效点约下降1．4％，而当流量在19．25～22．73m／min区域内时，使用等距串列叶片叶轮的风机效率比使用原叶轮稍高，最高时可达1．8％。使用等距串列叶片叶轮时风机的全压一流量曲线与使用原叶轮时基本吻合，在流量为19．19m／min的工况区域附近比使用原叶轮降低约77Pa，在最大流量工况下比使用原叶轮降低约110Pa。可以认为，使用等距串列叶片叶轮取代原叶轮之后，风机气动性能变化不大。相比之下，使用不等距串列叶片叶轮时风机的效率和全压在全部流量区域内比原叶轮都有较明显的下降，在高效点效率下降约3．4％，在大流量工况全压下降约292Pa。

4使用不同叶轮时风机A声级试验结果

图5为分别使用原叶轮、等距串列叶片叶轮和不等距串列叶片叶轮时风机的A声级一流量曲线。

从图中可以看出，使用等距串列叶片叶轮时,在12．5～25m／min的中小流量范围内噪声比原风机降低，但降低幅度不超过2dB(A)，在其他流量范围则噪声有所增加，增加幅度也不超过2dB(A)。使用不等距串列叶片叶轮时，在7．32～19．3m／min的流量范围内噪声比原风机降低，在最小流量7．32m／min处噪声降低约2．7dB(A)，在其他流量范围则噪声有所增加，在流量25m／min处噪声增加约3dB(A)。另外，在l3～33m／min的流量范围内(约占整个流量范围的78％)，使用等距串列叶片叶轮时风机的噪声都比使用不等距串列叶片叶轮时低，仅在7．32一l3m／min的小流量范围内情况才相反，这表明与使用不等距串列叶片叶轮相比，使用等距串列叶片叶轮可使风机具有相对好一些的噪声特性。

图6表示风机在大流量工况(32．8m／min)运行时的噪声频谱曲线。

从图6中可以发现，使用等距串列叶片叶轮时，风机噪声仍是以基频噪声为主，在基频578．27Hz、二次谐波1149．88Hz处，其A声级大于原叶轮风机，分别高出约1．55dB(A)和1dB(A)，而其他频率处则差别不大，导致使用等距串列叶片叶轮时风机噪声高于原叶轮风机。从图中还可看出，使用不等距串列叶片叶轮时，风机在基频处的噪声值比原叶轮风机降低约2．59dB(A)，在二次谐波和三次谐波处的声压值也不明显，但在基频与二次谐波、三次谐波附近则出现了483．4、530．83以及980．81、1237．35和1541．65、1933．59Hz等几处明显的新的噪声峰值，表明采用不等距串列叶片叶轮可以降低离心风机基频噪声的峰值，但也同时产生了若干新的较高的相邻频带噪声，这种状况没有降低风机的总声能，仅仅使原来的基频声能分散到更宽的频带范围内，最终导致了更高的风机总噪声级。

图7表示风机在高效点(15．67ITI／min)运行时的噪声频谱，使用等距串列叶片叶轮和不等距串列叶片叶轮时风机的基频噪声峰值都明显低于原叶轮风机，虽然在某些其他频率处也有噪声级高于原风机的情况，但风机的总噪声级则低于原叶轮风机。

图8为小流量工况(7．32m／min)下使用不同叶轮时风机的噪声频谱曲线。从图中可以看出，使用等距串列叶片叶轮时风机在基频和二次谐波处的声压值小于原叶轮风机，但在685．28H和1493．39Hz等几个频率处存在较大的噪声峰值，导致风机总声压级与原叶轮风机基本相当而使用不等距串列叶片叶轮时，风机在基频及其谐波附近区域噪声均比原风机低，导致风机总噪声级明显低于原叶轮风机和使用等距串列叶片叶轮的风机。

5讨论

本次使用串列叶片叶轮取代原风机叶轮降低T9—19No．4A前向离心风机噪声的试验并未取得理想的降噪效果，但从试验过程和结果中有如下体会及分析。

(1)使用等距串列叶片叶轮取代原风机叶轮时风机气动性能变化较小，噪声在l2．5～25m／rain的流量范围内(约占整个流量范围的48．7％)比原风机降低，但不超过2dB(A)，在其他流量范围内风机噪声则增高，但也不超过2dB(A)。而使用不等距串列叶片叶轮时风机的气动性能和噪声均明显变差。因此，建议在进一步研究中暂不考虑使用不等距串列叶片叶轮而只考虑采用等距串列叶片叶轮；

(2)虽然本次降噪试验的效果不够理想，但试验结果仍显示出采用串列叶片叶轮降低前向离心风机的气动噪声是有可能的。这样分析主要基于两个理由：第一个理由是使用等距串列叶片叶轮取代原风机叶轮基本上可以保持风机气动性能变化不大，即便是针对目前风机全压和效率略微下降的情况，也还可以通过采取某些措施进一步加以改善。第二个理由是使用等距串列叶片叶轮取代原风机叶轮虽然只在整个流量范围的48．7％范围内取得了降噪效果，但是该流量范围恰恰是风机最高效率点及其附近区域，这比在其他区域取得降噪效果更有意义。