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集装箱船机舱轴流风机噪声治理探讨

时间:2017-10-10 10:37:00   来源:本网   添加人:admin

  薛震远副总工程师/研究员级高工广州文冲船厂有限责任公司叶家玮教授华南理工大学交通学院响及治理方案,同时对风机选型提出了建议。轴流风机气动噪声机舱0问题的提出建造某集装箱船时,由船东优选的机舱风机在安装试验时多次出现问题:一是风机叶片多次打碎且叶片齐根折断;二是风机噪声过大,使得船舶局部噪声指标超标,如驾驶室两翼引水员反映过大的噪声甚至影响操作口令的传达,对此,船东表示不能接受。风机叶片的强度关系到机舱风机的安全且直接关系到船舶的航行安全,而过大的噪声将影响船员工作和生活的舒适度,二者均关系到船舶产品的建造质量。鉴于此,需针对风机叶片强度不足和噪声过大等问题对该风机及通风系统进行改造,以提高风机安全性且使噪声达到合格要求。

  1风机参数、性能和风道结构1.1风机技术参数机舱轴流风机系德国某公司可逆转大流量轴流风机产品,厂家提供的有关性能参数为:1.2风机材料及结构对损坏过的风机进行检测后发现:叶片材质为铝合金,其成分中的Si元素含量过高,导致叶片较脆;叶片末端与筒体的间隙波动较大;筒体圆度误差超差(该风机的圆度误差最3-86要求,对于直径为1500mm的风机筒体,其圆度误差应<*7mm叶片与桨毂是分开制造后经装配成一体的,叶片根部与插入桨毂部分轴的圆角过渡比较小,且插入桨毂部分轴的直径较小。对于交变拉应力和剪应力的联合作用,其结构形式及断面尺寸显得不合理。

  1.3管路布置原风道设计未充分考虑风压损失及消噪要求,而未按图正确的安装又使问题扩大,风道中有关缺陷主要是:进风百叶窗叶片间距过密导致通风面积减小,加上安装过程中的叶片变形,使得通风面积进一步下降;甲板下有一段风管空箱,有可能成为额外空气动力噪声声源;防火风闸安装在风机的后面,因其与风机叶片距离太近(见),使得风压损失和噪声增大。1.4风机运转测试风机经振动测试后评估,符合要求;从风机厂家提供的噪声频谱图和安装后对噪声测试的频谱分析显示,250Hz附近噪声幅度最大。

  风机噪声的测量数据见表1,噪声频谱分析见。

  表1治理前后噪声实测数据单位:BA测量地点距风机外壳1m处两翼驾驶台右舷两翼驾驶台左舷距进风百叶窗1m处测量环境噪声备注:1降噪前:晚上在船厂码头,背景噪声驾驶台两翼约1.5噪声问题讨论风机的噪声包括:电动机的电磁噪声、机械噪声和气动噪声。通过振动测试和噪声频谱测量,可以排除电动机的电磁噪声、机械噪声对不可接受噪声的贡献。因此可以从分析气动噪声的机理出发,分析造成不可接受噪声的原因。

  气动噪声包括旋转噪声和涡流噪声,有关问题该风机为电机前置式风机,由于气流经过马达及支撑时产生湍流再进入工作叶轮,产生了额外的湍流噪声,因此电机前置式风机噪声高于电机后置式风机,这是造成噪声偏大的原因之一。

  *风机叶片数。

  轴流风机产生气动噪声是由离散峰值的旋转噪声和宽频带的连续涡流噪声组成,降低噪声就需从这两方面着手。旋转噪声声强度在基频处最强,随着谐波的增高强度依次减弱;相同噪声值所对应的频率给人体的感觉是不同的,人体对高频噪声会敏感得多,所以同样是105旋转噪声基频较高的风机就显得格外响一些。风机厂家提供的是A加权声功率和倍频程频率频谱图,在比较风机噪声时不仅要比较分贝数还要比较旋转基频,旋转噪声基频低一些的较好;风机产生的湍流噪声具有随机性,呈现为连续的宽带频谱。从风机厂家提供的频谱图来看,若干噪声峰值是由旋转噪声的高次谐波叠加湍流噪声而成,湍流噪声值在这台风机的噪声源中未占主导地位,符合“旋转噪声在大流量时占主导地位而湍流噪声在小流量时占主导地位”结论。

  筒体圆度超标和叶片尖端与筒体间隙不均匀是造成气动噪声增大的另一主要原因。

  旋转噪声是风机在旋转时第一次扰动气流时所产生的周期性噪声。靠近叶片出口处的边界层脱离、气流在筒体中扩压脉动的脱离,叶片进口处流动分离及偏离最佳工况点时的流动恶化均产生旋转噪声,因此风机筒体圆度误差超标和叶片尖端与筒体间隙不均匀是造成高次旋转噪声的主要原因。

  宽带湍流噪声是二次流产生的噪声,又称紊流噪声、旋涡噪声、宽频噪声,主要是由气流分离后引起气流压力脉动造成的。宽带湍流噪声频率经验公式15,SV V气体与叶片的相对速度,m/s;D气体入射方向的物体厚度,m.风机筒体圆度误差超标使得叶片尖端与筒体间隙不均匀,造成了通过叶片的气体流量不相等,气流速度不均衡,使紊流边界层及其脱离引起气流压力脉动从而产生宽带湍流噪声。由此可见风机的气动噪声(即旋转噪声和宽带湍流噪声)是自身结构所固有的,与风机的制造工艺和结构设计有关,风机缺陷越多,噪声就越大,因此风机的正确选型在通风系统的设计中是非常关键的。

  原设计防火风闸在风机的后面,且风叶与风闸挡板距离很近,加之甲板下有一个形似静压箱的风管,截面变化较大,使噪声得以扩大从而产生噪声反射。又因进风百叶窗结构太密,增加了进风噪声,随后的测试结果也证明了进风百叶窗处噪声最大。由于百叶窗距两翼驾驶室比较近,它发出的噪声直接造成了两翼驾驶室的噪声超标。

  2噪声治理从以上分析可知噪声过大的原因有两方面:一是风机本身的制造及结构缺陷;二是风管设计及布置欠缺。本着以最小的支出或获得最大效益的原则,采取了以下弥补措施:针对风机结构缺陷要求厂家严格制造工艺,使得补到货的风机在质量上得到一定的改善,如提高了筒体与轮毂的同心度要求;叶片连接改为焊接方式且加大了连接面积,使得风叶的结构强度提高,避免了风叶根部断裂导致叶片打碎。

  在对实船噪声频谱分析的基础上采取消音措施。这些措施主要是设针对中高频消音的消音百页窗、消音风管和减小噪声向外传播的局部结构,从消音后的频谱图上可以看到这些措施产生的效果(如所示)。

  将防火风闸移到风机前面,借以改善气流状态、减小风机出口阻力损失,这可以从所测量风管和风机的全压值得到证实。

  在同一个系统中风机进出口面积不变,进出口动压就可以视为大致相等,而风机全压就等于静压差。在改变防火风闸的位置后,因为气流状态改变,风管内的全压的损失取决于进出风口的形状和气体的流动特性,当气体的流动特性发生改变时相应的风管内全压值也发生变化。风机的全压Pt=Ps+Pd=Pas出口静、动压和进口静、动压。

  风机压力测量结果显示:移动防火风闸改变了风机进出口静压和动压的分配,使出口处静压减小、动压大且全压下降。

  低于风机额定值的全压给加消音百页窗、消音风管提供了可能性。风机的静压是依据管路的阻力损失计算来选定的,而阻力损失是由沿程压力损失和局部压力损失组成的。在横断面积不变的管道内,阻力损失只与沿程压力损失和局部压力损失管件的数量有关,而与管件的位置无关。消音百页窗、消音风管的设,使通风管路系统加了约40Pa的阻力损失。这一阻力损失可用代数和的形式直接加到原静压值中(消音百页窗、消音风管位于风机前部),相加后的静压值仍然是处于工作曲线之内,加的部件尚未影响风机的正常运转。

  3结论和建议此次噪声治理取得较好的效果。从减少噪声的角度出发:风机选型时应优先考虑电机后置式风机,在不得不采用电机前置时,其内部支撑应设计成流线型以尽量减少其对气流的影响。

  应选择旋转噪声基频较低者(特别是相同噪声值水平时),而不应只单纯用转速和噪声分倍数作为标准。

  定货时要求厂家提供风机筒体的制造标准,风叶叶尖与筒体间隙波动在满足规范的前提下尽量小而均匀。

  通风管路设计中不要在紧靠风机的两端布置会造成湍流的装置或结构。

  百页窗结构在满足防雨防浪的功能前提下,叶片距离尽量大,且需考虑标准百叶窗的适用范围。