книги из ГПНТБ / Хорошев Г.А. Шум судовых систем вентиляции и кондиционирования воздуха

всех параметров решеток профилей = 4ч- l l j , применяемых

в современных судовых вентиляторах.

Величину снижения общего уровня шума вентилятора можно подсчитать по формуле

i t = 3 , 5 l g ( l 0 0 f ) - 4 ( S r - A p .

При выборе параметров сеток следует учитывать характер спектра шума вентилятора. Если наибольшее снижение необходимо полу­ чить в области низких и средних

соких частот.

С учетом условий течения воздуха в центробежных вентилято­ рах сетчатые турбулизаторы целесообразно устанавливать не по

акустическая эффективность сетчатых турбулизаторов останется практически такой же, как и при сетках, установленных по всей длине лопаток. Однако дополнительные потери давления и к. п. д. вентилятора при этом уменьшаются. Например, для центробежных судовых вентиляторов серии ЦС оптимальная длина сетчатого турбулизатора составляет (0,3—0,5)/, где I — длина входной кромки лопатки (рис. 46).

При использовании сетчатых турбулизаторов, располагаемых в районе входных кромок лопаток, целесообразно также устанав­ ливать сетки и на выходные кромки лопаток рабочего колеса.

91

Акустическая эффективность этих сеток незначительна (1—2 дБ), но зато они выравнивают поле скоростей в межлопаточном канале, способствуя тем самым некоторой компенсации потерь давления и к. п. д., которые имеют место вследствие установки сетчатых турбулизаторов. Например, для вентилятора 80ЦС-17(а) уста­ новка сеток на выходных кромках привела к повышению давления с 122 до 134 кгс/м2 и к. п. д. с 0,47 до 0,5 по сравнению с вентиля­ тором только с сетчатыми турбулизаторами на входных кромках лопаток.

§ 23. Применение полупроницаемых лопаток

Для снижения вихревого шума, генерируемого рабочим коле­ сом вентилятора, наряду с использованием сетчатых турбулизато­ ров целесообразно применять так называемые полупроницаемые

лопатки. Такие лопатки получаются путем их перфорирования (сверления отверстий) при определенных параметрах перфорации: коэффициенте перфорации k, диаметре й?0тв и угле наклона отвер­ стий а (рис. 47).

Наличие перфорации лопаток приводит к тому, что вследствие разности давления на всасывающей и нагнетающей поверхностях лопатки наблюдается перетекание воздуха на всасывающую сто­ рону. Эта картина аналогична вдуву воздуха в пограничный слой всасывающей поверхности лопатки. Как известно из теории аэро­ динамики, вдув потока в пограничный слой переносит точку отрыва потока вниз по течению (если течение носит отрывной характер). Зона отрыва потока в выходном сечении при этом резко уменьша­

92

ется. Уменьшаются интенсивность и размеры срывных вихрей, а следовательно, и воздушный шум решетки профилей.

Отмеченное выше хорошо подтверждается результатами проду­ вок плоских решеток профилей на аэроакустической установке. На рис. 48 изображены спектрограммы воздушного шума пло­ ской решетки профилей без перфорации и с перфорированными лопатками. Из рисунка следует, что перфорация лопаток приво­ дит к снижению шума решетки на 6—10 дБ по спектру. Одновре­ менно улучшаются и условия обтекания лопатки.

Рис. 48. Влияние коэффициента перфорации k на шум плоской решетки профилей.

—0 — лопатки не перфорированы; —О— k—0,03, ^отв = 1 мм; — □ — k =*0,07, ^ отв= 1,5 мм;

—X —£=0Д96, dorQ = 2,5 мм.

Сдругой стороны, перфорация лопаток вызывает некоторое уменьшение перепада давления между всасывающей и нагнета­ тельной поверхностями лопаток, что должно повлечь за собой уменьшение подъемной силы. Это уменьшение, однако, незначи­ тельное и не оказывает существенного влияния на аэродинамиче­ ские параметры решетки в целом. Такое утверждение будет спра­ ведливо только в случае оптимальных параметров перфорации, так как при увеличении коэффициента перфорации выше некото­ рого значения выравнивание давления между всасывающей и на­ гнетательной поверхностями будет столь велико, что подъемная сила может существенно уменьшиться.

Для определения параметров решеток профилей, на которых перфорирование лопаток приведет к улучшению их аэроакустических характеристик, целесообразно в качестве характеризующего параметра использовать величину максимальной местной скорости

на всасывающей поверхности лопатки ѵм = -^-. При ум>2,5 АL

изменяется от 3 до 5,5 дБ по общему уровню, уменьшаясь с умень­ шением ѵм. Это свидетельствует о том, что при улучшении усло­ вий обтекания профиля АL уменьшается и при ѵш<2 (в этом

93

случае наблюдается безотрывное обтекание) применение перфора­ ции лопаток для снижения шума неэффективно.

Несмотря на относительно невысокое снижение общего уровня воздушного шума решеток профилей при перфорировании лопа­ ток, снижение шума по спектру имеет довольно большое значение, достигая 12—15 дБ на частотах 100—500 Гц (см. рис. 48). Это по­ зволяет получить спектр воздушного шума вентиляторов с макси­ мальной интенсивностью в области высоких звуковых частот. Это, в свою очередь, приводит к тому, что для дальнейшего снижения шума вентиляторов можно с большой эффективностью использо­ вать активные глушители малых габаритов.

Как упоминалось выше, положительные качества перфориро­ ванных решеток проявляются лишь при правильно выбранных па­ раметрах перфорации. На примере плоской решетки рассмотрим влияние этих параметров на ее аэроакустические характеристики. Параметры решетки следующие: относительная кривизна профиля

f = 11% ;'угол атаки і = 4°; густота решетки т=0,5; хорда лопатки

жения шума решетки профилей существует прямая зависимость: при увеличении коэффициента перфорации с 0,03 до 0,196 значение AL изменяется от 2—8 до 5—17 дБ по спектру (см. рис. 48). Что касается аэродинамических параметров су и сх, то в этом случае вопрос оказывается несколько сложнее. При увеличении коэффи­ циента перфорации коэффициент сопротивления решетки умень­ шается, так как точка отрыва потока смещается вниз по хорде лопатки (рис. 49). Но при этом уменьшается угол поворота потока в решетке (А<р—*"0 при k —Н). Изменение Лер и сх обусловливает и изменение сѵ. При малых коэффициентах перфорации (£<0,2) коэффициент подъемной силы профиля увеличивается и достигает своего максимального значения при £«0,084-0,12. Одновременно с повышением су улучшается и аэродинамическое качество про­ филя.

Для скоростей воздуха, которые имеют место в судовых венти­ ляторах, диаметр отверстия в лопатках целесообразно выбирать в пределах 1—2 мм, причем меньшие диаметры отверстий соот­ ветствуют решеткам с лучшими условиями обтекания лопаток.

При перфорировании лопаток рабочих колес вентиляторов не­ обходимо правильно выбирать угол наклона отверстия а по отно­ шению к хорде лопатки (см. рис. 47). При больших углах наклона отверстий (<х>60°) аэродинамические параметры решетки профи­ лей Су и сх ухудшаются по сравнению с неперфорированной решет­ кой. Одновременно наблюдается и ухудшение акустической эффек­ тивности перфорации. При а>60° акустическая эффективность

94

перфорированной решетки составляет всего лишь 2 дБ по общему уровню. Уменьшение акустической эффективности вызвано тем, что на высоких частотах (начиная с / = 500 Гц) у перфорированной решетки резко увеличивается интенсивность воздушного шума по сравнению с неперфорированной решеткой. С учетом ухудшения аэродинамических параметров решетки при а>60° можно предпо­ ложить, что снижение акустической эффективности при этом обу-

А£,9б

словлено резким ухудшением характеристик турбулентности при взаимодействии основного потока в межлопаточном канале со струйками воздуха, вытекающими из отверстий в лопатке. Таким образом, для улучшения аэроакустических характеристик перфо­ рированных решеток следует выбирать угол а как можно мень­ шим. Однако, принимая во внимание технологические трудности при осуществлении операции сверления, а также тот факт, что при а<40-^50° изменение Асѵ и Дсж мало (рис. 50), оптимальный угол между осью отверстий и хордой лопатки целесообразно выбирать в пределах а = 40-^50°.

На аэроакустические характеристики перфорированной решетки существенное влияние оказывает также относительная площадь

95

Рис. 50. Влияние угла наклона отверстия на изменение шума (а), коэффициентов подъемной силы сх, су и сопро­ тивления плоской решетки профилей (6).

В случае когда перфорация осуществляется по всей длине ло­ патки,

Xqtb ■Уіотв ' -^отр

S

b

Зависимость акустического эффекта перфорации от параметра

S, приведенная на рис. 51, показывает, что при 0,15 AL имеет практически постоянное значение и достигает 5—6 дБ по общему

96

уровню. По спектру значение АL в зависимости от числа рядов перфорации изменяется в большей степени. Как следует из рис. 52, уменьшение шума плоской решетки профилей изменяется с 3—5 дБ

в случае 2—3 рядов перфорации при S = —0,254-0,1 до 7—И дБ

при 5 = 0,154-0,3. Следует отметить, что первые 2—3 ряда перфо­ рации необходимо располагать до точки отрыва потока, а осталь­ ные — после нее.

Кроме параметров непосредствейно перфорации на аэроакустические характеристики перфорированных лопаток оказывает

влияние и относительная толщина d профиля. Исследование влия-

AL, дв

Рис. 51. Зависимость снижения общего уровня шума плоских решеток профилей_от нормированного параметра перфорации S.

ния d на аэроакустические характеристики решеток профилей по­

казывает, что изменение d от 3 до 12% практически не сказывается на изменении су и сх. Что касается изменения уровня шума, то при увеличении толщины профиля акустическая эффективность перфорированных решеток несколько ухудшается. Уменьшение об­

щего уровня составляет от 6 до 3 дБ при изменении d с 3 до 12%. В качестве примера, характеризующего влияние перфорации рабочих лопаток на аэроакустические характеристики вентилятора, на рис. 53 представлена спектрограмма воздушного шума судового центробежного вентилятора, лопатки которого перфорированы по всей площади, но с разным коэффициентом перфорации. Общий вид рабочего колеса с перфорированными лопатками показан на рис. 54. Из рис. 53 видно, что при увеличении коэффициента пер­ форации с 0,1 до 0,18 акустическая эффективность увеличивается с 2—3 до 5 дБ по спектру. Эти данные хорошо согласуются с теми выводами, которые были сделаны выше. К. п.д. вентилятора с пер­ форированными лопатками уменьшается всего лишь на 2% при

l , дБ

Рис. 52. Влияние числа рядов отверстий на шум плоской решетки профилей

(лг„Тр=0,25 5,7=0,11, і=4°, т=0,5); ж1ряда=0,0835 Ь; *5Ряда=0,427 6;

^ЯРяда =0,666 Ь .

Среднегеометрические частоты октадных полос, Гц

Рис. 53. Спектрограмма воздушного шума центро­ бежного вентилятора (Q = const).

98

Рис. 54. Общий вид рабочего колеса центробеж­ ных вентиляторов с перфорированными лопат­ ками.

Среднегеометрические частоты октабных полос, Гц

Рис. 55. Влияние площади перфорации лопатки рабо­ чего колеса центробежного вентилятора на спектр воздушного шума на всасывании.

--------------- лопатки не перфорированы; — • • — лопатки перфорированы на Уз поверхности, начиная от входных кро­ мок; --------- лопатки перфорированы по всей поверхности.

4*

99

сунка видно, что при увеличении площади перфорации акустиче­ ская эффективность увеличивается. В случае когда вся рабочая лопатка перфорирована, наблюдается максимальное снижение шума вентилятора в области низких и средних звуковых частот. В области высоких частот в обоих случаях появляется помеха, обусловленная двумя причинами: шумом, образующимся при взаи­ модействии струек воздуха, вытекающих из отверстий, с основным потоком в межлопаточном канале; шумом, генерируемым турбу­ лентным пограничным слоем при обтекании потоком воздуха ше­ роховатой поверхности лопатки. Применением комплексного ме­ тода уменьшения шума вентилятора путем воздействия на источник шума (для снижения шума в области низких и средних частот) и путем использования чисто акустических средств, наиболее эф­ фективных на высоких частотах (см. гл. VI), можно добиться су­ щественного снижения шума систем вентиляции кондиционирова­ ния воздуха.

§ 24. Применение наклонных языков в улитках центробежных вентиляторов

Для оценки шума от неоднородности потока, проявляющегося

на лопаточной частоте fz = — , в § 18 была получена зависимость,

60

связывающая звуковое давление на этой частоте с основными па­ раметрами аэродинамического следа и обтекаемого тела:

Проанализируем это выражение. Примем для определенности, что форма входной кромки обтекаемого тела представляет собой полуокружность. Такая форма входной кромки, например, практи­ чески всегда наблюдается у языков улиток центробежных венти­ ляторов. Подставив значение F из (79) в формулу (ПО), получим

однако, не всегда может быть использован, так как геометрические размеры обтекаемого тела обычно выбирают исходя из других со­ ображений.

100