空调噪声控制 噪声治理
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发布时间：2021-09-25
空气净化器噪声控制
1. 空气净化器噪声源与传递特性
现而今，空气净化器噪声已经成为影响空气净化器使用的主要因素。空气净化器噪声源主要还是其内部的风机所产生。其传递途径则包含三部分：进气端、端以及面板。因此对空气净化器噪声控制主要是围绕如何通过降低其内部风机通过上述三个途径的传递贡献。
2. 风机噪声基本特性
风机的噪声包括旋转噪声和涡流噪声，其中旋转噪声是由于工作轮旋转，轮上的叶片打击周围的气体介质、引起周围气体的压力脉动造成的。由压力脉动造成气流很大的不均匀性，从而向周围辐射噪声。旋转噪声频率fi为：
fi=nzi/60 (1)
式中：n为轮机转数r/min，z为叶片数，i为谐波序号
从旋转噪声强度看，基频噪声，随着谐波次数变高，噪声强度渐渐变小。对于离心风机，叶片出口处沿着工作轮周围，由于存在尾迹，气流的速度和压力都不均匀，这种不均匀的气流作用在蜗壳上，于是在蜗壳上形成了压力随时间的脉动，气流的不均匀性越强，噪声也越大。
而涡流噪声则主要是气流流经叶片界面产生分裂时，形成附面层及漩涡分裂脱离，而引起叶片上压力的脉动，辐射出一种非稳定的流动噪声。
fc=Kvi/t (2)
式中：K为斯特劳哈尔数，在0.14到0.2之间；v为气体与叶片相对速度；t 为物体正表面宽度在垂直于速度平面上的投影。
由于涡流噪声频率主要取决于叶片与气流的相对速度，而相对速度与工作轮的圆周速度有关，则圆周速度是随着工作轮各点到转轴轴心距离而连续变化的。由此风机涡流噪声是一种宽频带连续谱噪声。
因此整体而言，风扇噪声特性是一种宽频连续谱噪声并在某些频率点显示出峰值。下图为一个典型的风机噪声频谱曲线。
风机噪声频谱
3. 空气净化器噪声控制设计方法
制氧机内部空间较为紧凑，同时风机的频谱范围较宽，因此需要根据风机运行时的噪声频谱特性，开展复合吸声材料设计，以满足在较薄的情况下得到较宽的吸声频带。再结合空气净化器的结构，开展消声通道的设计分析。
同时，如果对制氧机降噪量较大时，还需要净化器壳体的复合隔声设计。
后，对于制氧机内部振动较为**的部件，开展阻尼减振处理。
制氧机降噪
随着人们生活水平的不断提高和改善，对健康的需求逐渐增强，吸氧将逐步成为家庭和社区康复中一种重要手段。如何降氧机在运行过程中的噪声水平，是一个急需研究的新课题。
制氧机的主要声源主要包括下图所示的内部压缩机稳态噪声，电磁阀瞬态噪声以及散热风扇的噪声。其噪声传递途径主要是通过制氧机的孔隙以及进气和孔。
制氧机噪声时域特性
A. 对现有大部分制氧机而言，其噪声主要来自于出风口和进风口，因此需要采用声源识别技术分析净化器出风口和进风口的噪声贡献。
B. 目前大部分空气净化器的外壳为塑料，其隔声性能较低，因此需要分析空气净化器外壳的隔声性能。
C. 测量分析制氧机的频谱特性，从而为后续消声设计和隔声设计提供依据。
公司具备制氧机降噪实际案例，对噪声达到65dB(A)5L压缩机，终将制氧机噪声降低20dB左右。
风力发电作为二十世纪的绿色新能源，近年来得到大力推广，然而随着目前风电建设土地面积的资源减少，风电机组开始在靠近居民的地方树立，由此引发了风电噪声扰民，风电场附近居民产生大的噪声投诉等问题。由于风电产业在国内的发展较晚，对风电噪声控制的研究起步也较晚。目前国内外，针对风力发电机组以及风场的建设有明确的噪声限值标准。部分国家的标准甚至不于噪声声级有要求，对可听性音调性都有相关的规定。这说明未来低噪声风机的开发有着必然的趋势。
风机降噪技术是一项复杂的系统工程，包括来源复杂的气动噪声、机械噪声以及电磁噪声。全面的噪声治理技术复杂性和难度非常大，不仅需要从主动控制上考虑优化设计相应的机械部件，降低噪声源的辐射声能；同时还需要研究噪声传递途径上的处理方式，使得风电噪声得到显著衰减；另外还可以考虑在受到噪声困扰的居民住宅等敏感建筑物附近进行隔声吸音处理，降低风电噪声对外界的干扰。
1 风电整机噪声产生机理
风电机组的噪声来源有气动噪声、机械噪声和电磁噪声，在大功率的风电机组中气动噪声是主要的。下面将分述三类噪声的主要形式及产生机理。
1.1气动噪声及产生机理
空气动力性噪声是气体的滚动或物体在气体中运动，引起空气振动而产生的，一般分为三类：单较源、偶较源和四较源。风电机组噪声是其他流动过程中产生的，主要是由于气体的非稳定流动造成的，为偶较子源。
风电机组的气动噪声主要有下面几种形式：
（1）低频声。这部分噪声是由于风电叶片旋转时遇到气流不均（气流围绕塔筒流动）、风速改变或者从其他叶片上的尾流脱落而产生的。
（2）流入湍流噪声。取决于空气湍流的总量。由于空气湍流造成的叶片周围的载荷力和载荷压强的波动。
（3）翼型自身噪声。包括沿翼型表面的空气流产生的噪声。一般为宽频噪声，但是生硬的边缘，或气流穿过狭缝和孔则会产生纯音。这一部分噪声主要由6种噪声组成。
1）后缘噪声，这是由于叶片后缘边界层湍流的相互作用造成的。在对机翼后缘的噪声预测研究中，通过仿真分析获得了机翼的不同设计参数如升力系数和几何形状对后缘噪声的影响。厚度不变，弦长变长，升力系数减小时噪声降低，升力系数不变，改变翼型厚度减少，噪声降低，而升力系数与迎角成近似线性正比关系，噪声强度则随升力系数增加而增加，且在升力系数较低时，厚翼型比薄翼型后缘噪声大，升力系数到达一定值后，则薄翼型比厚翼型后缘噪声大。
2） 翼尖噪声，这是由叶片翼尖表面的湍流交互造成的。
3） 失速，分离噪声，这是由于叶片表面湍流的相互影响。
4） 边界层噪声，叶片表面的非线性边界层不稳定交互作用。
5） 钝尾缘噪声，由于在钝尾缘的涡旋脱落。
6） 通过孔、缝隙以及入侵的空气流动产生的噪声——通过孔和缝隙的非平稳剪切向流体，入侵引起的涡旋脱落。
另外还有叶片搅动的噪声：这是一种类似通过节奏性调制的噪声，听起来接近涡轮的声音，其幅值和频率随叶片的经过改变（这相当于声源相对接受者发生了变化），其声源特性的变化可能是由湍流、偏航误差和切向风力增强导致的。随着离涡轮距离越来越远这部分噪声越来越模糊，但是这种声音经常被人们所厌烦。
有研究者采用声阵列测试对风电机组的噪声源进行定位，分析了不同频段叶片与轮毂噪声对总体噪声的贡献情况，还对比了不同处理方式的叶片其噪声分布情况。
1.2机械噪声及其产生机理
机械噪声是由与冲击、摩擦、交变应力或磁性应力等作用下，引起的机械设备结构部件碰撞、摩擦、振动产生的。在风电机组中，主要的机械噪声来源有齿轮箱、发电机、偏航设备、冷却风扇（实际上，这一部分应归到气动噪声中）和其他设备等。
对于齿轮箱，偏航设备这类旋转零件较多的部件，其噪声多是由于转动零部件的不平衡引起的，对于转子的形状不对称、材质不均匀，毛坯缺陷，热处理变形，加工和装配误差以及与转速有关的变形等原因，是质量分布不均，造成转子偏心，当转子运转时就产生了不平衡的离心惯性力，从而是机械产生振动和噪声。
发电机的噪声问题比较复杂，其噪声源主要有电磁噪声、流体产生的空气动力噪声及转子和轴承的机械噪声。电磁噪声是因为交变磁场引起定子铁心和电驱绕组振动时产生的噪声，该噪声为固体传播声，传向定子机座，成为噪声源。空气动力噪声则是由于安装在转子轴端的风扇和转子自身的的旋转而使发动机内各部分的冷却空气流动，继而产生的噪声。此外转子自身旋转也会产生空气动力声。转子和轴承的机械噪声则是由振动产生的。
冷却风扇的噪声机制基本相近，在此以轴流风扇为例进行说明。轴流风扇的噪声包括旋转噪声和涡流噪声，当风机出口直接排入大气时还有排气噪声。
1.3电磁噪声及其产生机理
该部分噪声主要来自风电机组的变电站：变电站运行期间的噪声主要是主变压器、电抗器和室外配电装置等电器设备所产生的电磁噪声，主要以中低频为主。这类噪声是由电磁场交替变化而引起某些机械部件或空间容积振动而产生的噪声。常见的电磁噪声产生原因有线圈和铁心空隙大、线圈松动、载波频率设置不当、线圈磁饱和等等。
2. 风电系统的噪声控制方法
考量风力发电机组的整体性能中，很重要的一个就是高的风电转换效率，而在进程噪声控制实施过程中，首先要保证噪声处理方案不会对其能量转换效率造成影响。其次，需要确保在噪声控制措施实施后，不会影响其后续的操作、维修等工作。另外，风力发电机组塔筒内部需要很好的散热，在进行降噪处理时一定不能影响塔筒内整个空间的散热效率，保证机组各部件的安全运行。同时还需要考虑风场的气候条件，确保安装的外部隔声装置能够耐湿，耐寒，经久耐用。
在气动噪声上，实际降噪措施有降低翼尖速度比，减少叶尖速度，减小叶片的迎角，将涡轮机设计为逆风型（即将转子移动到上风口位置，因为叶片顺风的时候会产生间歇性的重击声），设定合适的变速控制策略，改变叶片尾缘，增加转子的力矩，增加涡轮机的重量和成本，叶片间距的调节，改进叶片的形状设计，使之有较好的流线型和合适的弯曲角度，此外需要及时的清洁表面，修补漏洞。在设计阶段，则需要对叶片的噪声情况建模以优化结构，设计生产。一般的来说，选用逆风型的、低转速、合理的叶片间距控制，这样的风电机组产生的气动噪声较小。
有研究表明，风扇的叶片材料，对其噪声也有一定程度的影响。总体说来，材料的损耗系数越大，其噪声越小。增加风扇的叶片数，在转速不变的条件下，可以增加风扇的风量。或者在获得同等风量的前提下，可以降低风扇的转速，从而降低风扇噪声。但叶片数在6以上时，增加叶片数，风量增加有限，且在降噪特性上往往有的作用。低速宽叶风扇与高速窄叶风扇在相同的风量情况下，前者比后者产生的噪声声压级低4dB(A)，并且功率消耗要减少27%。缩小风扇与护风圈的间隙，防止气流紊乱，可以降低风扇噪声。
对于机械噪声，我们可以通过采用精加工的齿轮，将组件安装于机舱内而不是直接接触地面，在机舱中增加挡板和隔声件，在主要组件上采用隔振器和柔性支撑安装，在相应的主要发声设备周围进行吸声隔声处理，对有振动的地方安装阻尼缓冲件，优化设计涡轮机结构避免将噪声传递到整个结构上。
对于电磁噪声，采用磁致伸缩小的高导磁材料，降低铁心磁密，改良和缩小铁心接缝，采用多级接缝，以及进行隔声隔振处理等。此外，有研究对发电机进行主动降噪，将转子材料改变，从而实现低额定转速，从而在声源上控制了发电机的噪声。
以上都是针对声源进行改善以达到降噪效果，其对噪声降低是有限的，还需要从噪声的传播途径考虑，采取措施使噪声在传播过程中衰减。常见的有在排风口安装，使用主动控制装置，在叶片边缘扰乱湍流模式，从而减少噪音，在塔筒内部铺设吸声隔声板，以消除室内混响降低塔筒内的声能密度，降低声源向外辐射的强度，以及设置两级房间，采用隔声性能好的双层隔声门，以及在敏感建筑附近关注的接收点处设立隔声屏障等。
工业电机噪声概述
电机噪声一般包括气动噪声、机械噪声和电磁噪声。电机的气动噪声主要是由于电机在运行时需要散热，而加装了散热风机所产生；电机机械噪声和电磁噪声主要是由于电机运行时由于电磁激励和机械旋转所产生的噪声。
对于下图所示的箱式大功率工业电机而言，当电机运行时由于电机外壳的密封作用，使得电机运行时电机冷却系统的风扇气动噪声比机械噪声和电磁噪声高，成为主要噪声源，同时过大的气动噪声还将引起电机的整体噪声**标。
电机噪声控制，电机降噪
2. 电机的振动噪声控制
风扇运行时的噪声主要包括两部分。首先是主要的气动噪声，为电机运行时产生的结构振动。因此具体的降噪方案主要是开展风路的消声处理，降低空气动力噪声；其次是针对结构辐射噪声进行阻尼减振处理，降低噪声的辐射。
电机噪声控制，电机降噪
