Спектральный состав шума вентиляторов

Рассмотрим некоторые особенности шумовых характеристик осевых, радиальных и диаметральных вентиляторов. Осевые вентиляторы содержат, как правило, осевое рабочее колесо в цилиндрическом корпусе.

Колесо может крепиться непосредственно на валу электродвигателя, либо на подшипниковом узле, в обоих случаях они установлены на стойках внутри цилиндрического корпуса. Если используется подшипниковый узел, то электродвигатель устанавливается снаружи корпуса и вращение на колесо передается через шкиво — ременную передачу. Предположим, что течение в колесе безотрывное. В этом случае спектр шума определяется обтеканием вращающихся лопаток и их взаимодействием с неподвижными стойками крепления электродвигателя и содержит хорошо выраженные дискретные составляющие на лопаточной частоте f_ЛОП = n*Z/60 (здесь n-скорость вращения и Z — число лопаток рабочего колеса) и её гармониках. Поскольку отрывов в колесе нет, то низкие частоты в спектре выражены слабо. Пример спектра осевого вентилятора показан на рисунке. Если вход в вентилятор свободный и входного коллектора нет или он выполнен с малым радиусом, то на цилиндрической поверхности вблизи входа имеет место отрыв потока, что приводит к повышению уровней дискретных составляющих и широкополосного шума. Если на входе в вентилятор близко к рабочему колесу установлена защитная сетка, то это приводит к усилению турбулентности и, соответственно, уровней шума. Если вентилятор работает в канале, то на стенках перед рабочим колесом развивается пограничный слой, меняется профиль скорости в концевых сечениях лопаток, что также приводит к повышению шума вентилятора.

Пример узкополосного спектра шума осевого вентилятора

Если вентилятор работает не на номинальном режиме, например, в области повышенной производительности, то повышаются уровни дискретных составляющих и широкополосного шума. При работе в области пониженной производительности, уровни гармоник лопаточной частоты могут несколько понизиться, но сильно возрастет низкочастотный шум, связанный с отрывным течением на лопатках. Если же колесо недостаточно отбалансировано, то в спектре появляются существенные по уровню низкочастотные дискретные составляющие на частоте вращения рабочего колеса и её гармониках.

Следует отметить также, что существует разница в спектрах шума вентиляторов с листовыми и профильными лопатками рабочих колес (поперечные сечения лопаток имеют форму аэродинамического профиля). На номинальном режиме и вблизи него шум таких вентиляторов мало отличается, однако, при удалении от номинального режима, вентилятор с профильными лопатками имеет существенно меньший шум. Лопатки могут быть металлические или пластмассовые, вентилятор с пластмассовыми лопатками колеса может иметь на 1…2 дБ меньший шум.

Радиальные вентиляторы по типам рабочих колес можно разделить на две группы:

— вентиляторы с колесами, имеющими назад загнутые лопатки,

— вентиляторы, имеющие колеса с вперед загнутыми лопатками

По типам корпусов — это могут быть свободные колеса (например, крышные вентиляторы), канальные вентиляторы в круглом, квадратном и прямоугольном корпусах, вентиляторы в спиральном корпусе с одним или двумя выходами.

По виду привода — это могут быть рабочие колеса непосредственно на валу двигателя или колеса на валу подшипникового узла, соединенного с электродвигателем шкиво — ременной передачей. Аэродинамика рабочего колеса радиального вентилятора сложнее, чем у осевого, трудно поддается расчету. Течение в радиальных колесах имеет развитые следы за лопатками, на большинстве режимов работы содержит отрывы потока, поэтому в спектрах шума радиальных вентиляторов существенный вклад дают низкие частоты. Дискретные составляющие присутствуют обычно в виде пика на лопаточной частоте и одной-двух её гармониках.

Пример узкополосного спектра шума радиального канального вентилятора

(загнутые назад лопатки рабочего колеса)

Течение в рабочих колесах с загнутыми назад лопатками упорядоченное, чем в колесах с загнутыми вперед лопатками. В их спектрах обычно присутствует большее количество гармоник лопаточной частоты, ниже уровни широкополосного шума. При отклонении режима работы радиального вентилятора в сторону увеличения производительности от номинальной, обычно повышаются уровни широкополосного шума при небольшом росте дискретных составляющих. При отклонении режима работы радиального вентилятора в сторону уменьшения производительности от номинальной, обычно повышаются уровни низкочастотного шума, связанного с отрывным течением в колесе и почти пропадают дискретные составляющие. Некачественная балансировка ротора, так же как и в случае осевых вентиляторов, приводит к появлению низкочастотных составляющих шума на частоте вращения ротора и её гармониках.

Диаметральные вентиляторы имеют рабочие колеса с загнутыми вперед лопатками, напоминающие соответствующие колеса радиальных вентиляторов, но совершенно другие корпуса и режимы течения. Практически к ним можно применить рассуждения о шуме радиальных вентиляторов с загнутыми вперед лопатками в спиральном корпусе с некоторым отличием в корпусе диаметрального вентилятора формируются две вихревых аэродинамических структуры, которые определяют характер и особенности течения в нем, а, соответственно, и его шум. Для этих вентиляторов характерно присутствие в спектре шума ярко выраженных дискретных составляющих на лопаточной частоте и её гармониках.