现实生活环境中，离心风机在各领域中都有所应用，但是其噪声一般都远超规定的标准。根据离心风机的整体构造和工作环境综合考虑可以发现，离心风机在运行过程中会产生较大噪声。离心风机的结构包括蜗壳、叶轮和导流装置三个部分。在工作过程中，离心风机将电能转化为动能，从而带动气体运动，工作时，主要靠电机驱动叶轮，产生扭矩后，将气体加速运动。如何设计和优化离心风机的问题，从离心风机诞生后便是学者们一直在探讨的问题。普通离心风机和多翼离心风机结构有所不同，因此，两者工作环境也有一定差异。在实际工作状态下，普通风机的工作效率高于多翼离心风机，但是多翼离心风机具有流量大、结构紧凑、压力系数高等特点。研究家用多翼离心风机，利用远场麦克风阵列进行风机噪声的测量。根据离心风机结构，采用被动降噪的方法，研究改变风机蜗壳的进、出口结构，结合吸声材料改善其性能，以达到降低离心风机噪声的目的。

1 实验模型及实验布置

1.1 实验模型及设备

研究的家用多翼离心风机型号为GF100⁃2，风量为280 m3/h。为降低环境噪声对多翼离心风机的干扰，实验是在温州大学声学风洞实验室进行，该风洞具有较低的背景噪声和低湍流强度。风洞可用空间为4.0 m×3.3 m×2.5 m，截至频率为140 Hz。

离心风机远场噪声测试如图1所示。测试时，离心风机位于风洞实验室中央，四个测试麦克风均布置在距离叶轮中心1.4 m的水平位置，为了防止出口处气流影响麦克风测试结果，所以将四个麦克风分别布置在出口两侧。其中，四个麦克风的位置分别在距离离心风机出风口1.4 m的球面上，Mic1和Mic4左右各偏置30°，Mic2和Mic3左右各偏置15°。试验台布置如图2所示。离心风机工作后，待运行平稳，麦克风开始采集信号，采集的声压数据传输至计算机进行处理。

1.2 实验数据采集及处理

实验前，将所有麦克风用90 dB标准声源校对器进行测试，确保实验误差最小。将型号为BSWAMPA201的远场传声器与提供电源的前置放大器相连，使用型号为NI-USB 6529的数据采集卡，以51200 Hz的采样频率获取声学数据，采样时间为8 s，并以4096个块进行分析，获得12.5 Hz，使用Welch方法计算PSD，使用Hamming窗口，区块重叠率为50%，对约100个区域进行平均，获得统计置信度。为了减少频谱泄漏，在处理时域信号时，对100个数据块都要使用Hamming窗函数。在信号收集处理时，需要选择51200个数据点，进行傅里叶变换，得到最终噪声频谱图。

图1离心风机远场噪声测试示意图

图2离心风机噪声实验测试平台

2 实验测试与结果分析

2.1 离心风机降噪方案设计

目前，离心风机的降噪方法主要有主动降噪和被动降噪两种。主动降噪[4]指从噪声源直接进行改进，即对离心风机结构进行直接改变，以达到控制噪声的目的；被动降噪指在噪声传播的途径中进行控制，进而降低离心风机传播的噪声。通过对离心风机进、出口风道改进，采用被动消声的方法进行降噪实验。根据离心风机噪声特性，在入口位置设计了入口管道延长、微穿孔板设计、复合结构设计三种方案；在出口位置设计了出口结构的孔径、穿孔率、穿孔板背部空腔、穿孔板+聚酯纤维以及穿孔板+玻璃棉等五种实验方案。

2.2 微穿孔板吸声结构

吸声降噪通常采用被动降噪的方式，即利用穿孔板结构和多孔吸声材料来吸收噪声，从而达到降低噪声的目的。微穿孔板吸声结构[7]是在厚度不大于1 mm的薄板上钻上直径不大于1 mm的微孔，是由一定穿孔率的微穿孔板和空腔组成，其结构相当于多个亥姆霍兹共振器并联在一起。亥姆霍兹共振器[8]结构，空腔内部通过小孔与外界连接。当声波进入小孔后，孔径中的空气柱在声波压力的作用下往复运动，使气体与小孔内壁摩擦，消耗能量；气体分子之间具有间隔，当声波通过小孔进入空腔时，空腔中的气体会形成一个弹性系统，阻碍声波能量的进入。当声波频率等于穿孔板吸声结构的频率时，进入孔径的空气柱将会发生共振现象，此时，空气柱的振动量、速度、摩擦损耗达到最大，对声能的消耗也最大。

2.3 多孔吸声材料

从工程实用性角度出发，影响多孔材料吸声性能的因素很多，包括材料中空气的流阻、孔隙率、材料厚度、材料容重、材料背后空气层、声波的频率和入射条件、材料的吸湿、吸水性能等[9]。其中，材料容重、厚度和背后空气层占据重要地位。材料容重是指单位体积内多孔材料的重量。研究发现，增加材料容重会增加低频吸声系数，降低高频吸声系数。不同的吸声材料吸声范围不同，合理的材料容重能够保证多孔吸声材料具有良好的吸声性能。增加材料背后空气层相当于增加多孔材料厚度，会改善低频吸声效果。为了探究多孔材料在离心风机噪声控制中的作用，选取了容重为20 kg/m3的聚酯纤维消声棉和容重为80 kg/m3的玻璃棉材料进行降噪实验。

2.4 实验结果及分析

根据所设计的测试方案，分为三组实验进行测试。实验过程中，先测试出原离心风机的噪声，之后以此和其他降噪装置进行对比从而分析最佳降噪效果。

2.4.1 降噪实验一

实验一中入口装置安装长度为200 mm，其他设置不做处理，通过改变出口装置的孔径、穿孔率、背部空腔深度和在空腔中添加聚酯纤维或玻璃棉等五种方式研究降噪效果。麦克风测试位置的最优A计权噪声声压级、平均值及其降噪量见表1。表1表明，当孔径为0.8 mm时，相较于原离心风机，降噪量可达2.7 dBA；当穿孔率为3%时，降噪量可达1.8 dBA；穿孔板背部空腔深度为30 mm时，降噪量可达2.9 dBA；穿孔板背部空腔为50 mm添加聚酯纤维吸声棉时，降噪量为2.9 dBA；穿孔板背部空腔为50 mm添加玻璃棉时，降噪量为6.3 dBA。

表1不同组合出口结构最佳A计权声压级（dBA)

2.4.2 降噪实验二

实验二中入口装置选用孔径为1 mm，穿孔率为9%，穿孔板背部空腔为20 mm，长度为200 mm，分别改变出口装置结构研究风机降噪效果。麦克风测试位置的最优A计权噪声声压级、平均值及其降噪量见表2。当孔径为0.8 mm时，相较于原离心风机，降噪量可达2.6 dBA；当穿孔率为3%时，降噪量可达1.9 dBA；穿孔板背部空腔深度为30 mm时，降噪量可达3.3 dBA；穿孔板背部空腔为50 mm添加聚酯纤维吸声棉时，降噪量为3.5 dBA；穿孔板背部空腔为50 mm添加玻璃棉时，降噪量为7.7 dBA。

表2不同组合出口结构最佳A计权声压级（dBA)

2.4.3 降噪实验三

根据前面两组实验可知，入口模型结构对风机降噪有一定影响。因此，实验三入口装置选用孔径为2 mm，穿孔率为23%，穿孔板背部空腔为20 mm，长度为200 mm，穿孔板背部空腔添加玻璃棉。测试位置的最优A计权噪声声压级、平均值及其降噪量见表3。当孔径为0.8 mm时，相较于原离心风机，降噪量可达3.3 dBA；当穿孔率为3%时，降噪量可达2.5 dBA；穿孔板背部空腔深度为30 mm时，降噪量可达3.7 dBA；穿孔板背部空腔为50 mm添加聚酯纤维吸声棉时，降噪量为3.9 dBA；穿孔板背部空腔为50 mm添加玻璃棉时，降噪量为8.3 dBA。

表3不同组合出口结构最佳A计权声压级（dBA)

3 结论

针对离心风机噪声特点，提出了合理的降噪设计方案。利用远场麦克风阵列测试了不同组合的进、出口结构远场噪声，得出了如下结论：

（1）当出口装置一定时，穿孔板+玻璃棉入口设计方案的吸声效果最好，微穿孔板装置入口降噪次之，入口装置未处理时降噪效果最差。

（2）当入口装置不变时，发现穿孔板背部空腔改变后降噪效果最好，孔径降噪效果次之，穿孔率影响最小；对比不同多孔吸声材料，容重为80 kg/m3的玻璃棉吸声效果比容重为20 kg/m3的聚酯纤维吸声棉吸声效果强。

（3）当入口装置不变时，当孔径为变量时，在孔径为0.8 mm时降噪效果最佳；当孔当穿孔率为变量时，在穿孔率为3%时降噪效果最好；当穿孔板背部空腔深度为变量时，随宽度增加，降噪效果也逐渐增大。当复合结构降噪时，聚酯纤维吸声棉和玻璃棉均可达到吸声效果，并且随着穿孔板背部空腔中吸声材料的增加，降噪效果也越来越好，在空腔宽度达到50 mm时，吸声效果可以达到8.3 dBA。

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