книги из ГПНТБ / Богатырев Б.П. Борьба с шумом на зерноперерабатывающих предприятиях

площадке.

С 1971 г. для определения шумовых характеристик вентиляторов общего назначения введен ГОСТ 15529—70, внесенный Министерством строительного, дорожного и коммунального машиностроения СССР. Гост называется «Методы определения шумовых характеристик», хотя по существу определять их рекомендуют только методом отраженного звукового поля [22].

Рассмотрим некоторые положения ГОСТ 15529—70. Им установлено, что объем каждого измерительного по­ мещения должен быть tJo^lOOO D3 , где D — диаметр ко­ леса испытываемого вентилятора в метрах. Таким об­ разом, для вентилятора ВВД № 8 (Z) = 0,8 м) объем трех помещений (всасывание воздуха — расположение вен­ тилятора— нагнетание воздуха) будет около 1500 м3 . Строить помещения столь больших размеров для испы­ тания ограниченной партии вентиляторов в заводских условиях неэкономично.

Гост устанавливает в качестве •основной характери­ стики октавные уровни звуковой мощности, которые и должны быть занесены на график аэродинамических характеристик. Однако производственнику октавные уровни звуковой мощности не дают полезной информа­ ции, так как не позволяют сравнивать шум машины с санитарными нормами. Как отмечено в стандарте, ис­ пытание машины в реверберационной камере не позво­ ляет получить характеристику направленности и уровень звукового давления с достаточной точностью в первой октаве (63 Гц).

Литературные данные касаются только общей венти­ ляции, поэтому применять их для воздуходувных машин (ЦВ, ВВД, ТВ и др.) пневмотранспорта, учитывая из­ ложенное, можно только для ориентировочных расче­ тов.

Опыт акустических испытаний вентиляторов показы­ вает, что ограничение четырех методов ГОСТ 11870—66 одним из них, не самым точным и практичным, не спо­ собствует его внедрению.

Исследование воздуходувных машин пневмотранс­ порта зерноперерабатывающих предприятий, проведен­ ное авторами, позволяет рекомендовать следующие по-

90

ложения методики испытания с учетом особенностей эксплуатации и некоторых указаний ГОСТ 15529—70.

Во-первых, шумовые характеристики центробежных вентиляторов высокого давления и турбовоздуходувок должны быть размерными (см. рис. 37), поскольку толь­ ко их можно сравнить с санитарными нормами.

Во-вторых, размерными шумовыми характеристика­ ми, определяемыми вокруг вентилятора и на нагнетании, должны быть: зависимости общего уровня шума от про­ изводительности вентилятора; спектры уровней звуково­ го давления в октавных полосах при всех паспортных числах оборотов не менее чем в пяти точках аэродина­ мической характеристики вентилятора, причем одна из них должна быть в режиме максимума к. п. д.

Уровни звуковой мощности, в случае необходимости, рассчитывают по измеренным уровням звукового давле­ ния.

В-третьих, определение шумовых характеристик вен­ тиляторов ввиду очевидной экономичности испытаний целесообразно проводить четвертым методом ГОСТ 11870—66. Располагать основные источники излучения шума 'Воздуходувной машины нужно в разных поме­ щениях (площадках), чтобы исключить их взаимное влияние.

При контрольных замерах шума нагнетания можно отграничиться одной измерительной точкой, расположен­ ной под угол ом 45° к оси воздухопровода на расстоянии 1 м от его диффузора.

iB-чегвертых, одновременно с определением звукового давления необходимо измерять производительность, пол­ ное давление, и скорость вращения рабочего колеса вен­ тилятора в каждом режиме по ГОСТ 10921—64 или по любой другой методике, обеспечивающей сравнимые данные.

3. Физическая природа вентиляционных шумов

Взаимодействие воздушного потока с элементами конструкции вентилятора и механические колебания последних служат причиной возникновения шума. Глав­ ные составляющие аэродинамического шума вентилято­ ров— это шум от неоднородности потока и вихревой шум, интенсивность которых объясняется нестационар­ ным обтеканием лопаток колеса, пульсациями давления

91

и скорости воздушного потока, наличием препятствий в потоке. Интенсивность аэродинамического шума опреде­ ляется также геометрией рабочего колеса и кожуха, со­ отношением длины волны и размеров излучателя (ло­ патки). Максимальное излучение звука происходит на частоте, называемой лопаточной

гурации языка вентилятора, числа лопаток, частоты вра­ щения рабочего колеса и других причин.

При достаточно больших числах Рейнольдса за ло­ паткой вентилятора образуется завихренный след, при­ чем вихри срываются поочередно с двух сторон тела и движутся вдоль потока, располагаясь в шахматном по­ рядке (дорожка Кармана). Скорость и направление по­ тока в вентиляторах изменяются при обтекании лопаток. Поэтому, как отмечает Е. Я- Юдин [90], элементы ло­ патки излучают звук с различной частотой, что обус­ ловливает непрерывный спектр вихревого шума.

Неуравновешенность вращающихся частей вызывает низкочастотные вибрации и воздушный шум, пиковая

при окружных скоростях менее 20 м/с и шестой степени при ы > 2 0 м/с [74]

к— функция геометрической формы обтекаемого элемента, направления потока и аэродинамичес­

ких критериев подобия — чисел Маха (М), Рей­ нольдса (Re).

92

Анализ формулы (44) показывает, что для геомет­ рически подобных вентиляторов при изменении окруж­

звуковая мощность вентилятора не зависит от диаметра колеса и окружной скорости, а определяется в основном энергетическими параметрами: производительность^,-, давлением и коэффициентом полезного действия

Поэтому сравнение уровней шума разных типов вентиляторов рекомендуется проводить только на основе эквивалентных значений производительности и давления, а не эквивалентной скорости. Шум вентилятора — это функция его скорости только тогда, когда оценка огра­ ничивается вентилятором данного типа и размера [98].

Рассматривая шум вентиляторной установки, следует принимать во внимание шум воздухопроводов, возника­ ющий при повышенных скоростях движения воздуха ( и > 1 0 м/с) и увеличивающийся из-за плохо обтекаемых фасонных частей и не жестко закрепленных деталей. Турбулентный характер течения воздуха в трубопрово­ дах и кожухе вентилятора оказывает влияние на спектр излучаемого шума, изменяя его дискретный (тональный) характер. Поскольку санитарные нормы предъявляют более жесткие требования к тональному шуму, «широ­ кополосный» акустический режим работы вентилятора предпочтительнее (см. рис. 35).

4.Уменьшение аэродинамического шума

висточнике

Для уменьшения шума в самом вентиляторе приме­ няют рабочие колеса и кожухи из пластмасс, лопатки с улучшенным аэродинамическим профилем, звукопогло­ щающие облицовки, вибродемпфирующие покрытия, турбулизирующие элементы и т. д.

Отбалансированный ротор не сохраняет свою урав­ новешенность в течение всего периода эксплуатации. Причины этого—-смещение центра тяжести рабочего класса от оси вращения в результате неравномерного

93

износа подшипников и нарушения весовой симметрии ра­ бочего колеса (истирание лопаток, налипание продукта и т . п.) [43].

Поэтому для снижения акустической интенсивности обязательно периодически проводить статическую балансировку рабочего колеса. Следует отметить, что для воздуходувных машин высокого давления нет обще­ принятых предельно допустимых с точки зрения меха­ ники и акустики знамений остаточного дисбаланса.

Аэроакустические испытания рабочих колес с кап­ левидными и плоскими лопатками показали, что интен­ сивность шума центробежного вентилятора ВВД № 8 в первом случае меньше на З-г-4 дБ, чем во втором. Необ­ ходимо сказать, что результаты исследований рабочих колес с лопатками различной конфигурации не могут быть полностью сопоставимы ввиду некоторого отличия аэродинамических характеристик.

В настоящее время в вентиляторо-, турбо- и компрессоростроении нашли применение пластические массы. С одной стороны, они обладают высокой коррозионной стойкостью, а с другой — меньшей массой: рабочее ко­ лесо из пластмассы весит намного меньше металличес- , кого [11, 73].

Применение деталей вентилятора из пластических масс на зерноперерабатывающих предприятиях связано с некоторыми трудностями: необходимостью защиты ус­ тановки от статического электричества и меньшей изно­ состойкостью рабочего колеса.

Исследования, проведенные в ОТИПП им. М. В. Ло­ моносова по применению различных пластмасс (вини­ пласта, полиэтилена и др.), позволяют сделать вывод о целесообразности применения стеклопластика (КАСТ, СТЭФ) как наиболее прочного материала для изготов­ ления рабочих колес центробежных вентиляторов высо­ кого давления.

Опыт внедрения вентилятора ВВД № 8 с рабочим

сети без завалов продукта. Наибольшему разрушению при завалах подвергаются всасывающие кромки капле­ видных лопаток, что приводит к дисбалансу колеса и выходу из строя всей установки.

94

Покрытие наиритом (гуммирование) кожуха и рабо­ чего колеса вентилятора ВВД № 8 не привело к замет­ ному уменьшению шума, так же как и напыление по­ лиэтилена. Объясняется это недостаточной толщиной покрытия, которая равнялась толщине элементов (2-г-4 мм) конструкции вентилятора (лопатки и т. д.). Эффективность вибродемпфирования для листовых и мастичных материалов начинает сказываться при тол­ щине покрытия, равной 2,5-г-4 толщинам покрываемой конструкции. При этом наибольшее уменьшение шума отмечается на высоких частотах. Однако экономически такой способ себя не оправдывает.

Известны исследования по изучению влияния степе­ ни шероховатости поверхности на акустические пара­ метры вихревого и турбулентного шума [7, 59]. Акусти­ ческий эффект при нанесении искусственной шерохова­ тости на обтекаемую поверхность объясняется разруше­ нием крупных вихрей воздушного потока, что повышает уровень шума на высоких частотах, снижая его на низких.

L.uB

Рис. 39. Влияние формы языка вентилятора на излучаемый шум:

/ — прямой язык; 2 — скошенный язык.

95

текаемым телом (языком) интенсивность шума от неод­

чить из спектра шума составляющую от неоднородности потока.

Угол наклона языка а рекомендуется определять по

шума представлены в ряде работ отечественных и зару­

ма — метод расфазировки отдельных точечных излуча­ телей, т. е. применение лопаток, установленных наклон­ но относительно дисков колеса. Когда лопатки постав­ лены перпендикулярно дискам, все точечные источники работают в одной фазе по длине лопатки, в то время как при наклонных лопатках фазы будут сдвинуты.

Влияние формы и размеров кожуха центробежного вентилятора на шумообразование впервые было освеще­

96'

Спектральные характеристики шума, полученные ав­ торами в результате испытания центробежного венти­ лятора ВВД № 3 (лопатки, загнутые вперед) с метал­ лическими сетками № 2,5*, различным образом распо­ ложенными в рабочем колесе и кожухе, приведены на рисунке 40. Анализ результатов испытаний показывает, что наибольшей эффективностью обладают металличес­ кие сетки, установленные на выходных кромках колеса, наименьшей — в кожухе вентилятора (рис. 41).

Монтаж сетки на выходных кромках колеса позво­ ляет снизить общий уровень шума на 4-ь5 дБ, а на от­ дельных частотах — до 15 дБ с одновременным умень­ шением производительности и давления на 5-4-8%.

Следует отметить, что сеточные стаканы (рис. 41, д) и сетки (рис. 41, а), поставленные вдоль потока в меж-

* Номер сетки означает размер ячейки в свету. Ячейка сетки

№ 2,5—2,5X2,5 мм.

98

лопаточном пространстве, обладают минимальным эф­ фектом, а последние к тому же трудоемки при мон­ таже.

Можно полагать, что применение сеток для уменьше­ ния шума в источнике с акустической точки зрения целе­ сообразно и может быть рекомендовано для вентилято­ ров и турбовоздуходувок. В вентиляторах высокого дав­ ления и турбовоздуходувках, работающих с большими окружными скоростями в среде с повышенной степенью запыленности, сетки нужно часто чистить. Недостаток этого способа шумоглушения для вентиляторов высокого давления — усложнение конструкции ввиду крепежа се­ ток к рабочему колесу.

Некоторый акустический эффект может быть достиг­ нут с меньшими конструктивными и технологическими потерями при перфорации лопаток колеса вентилятора. Сборка рабочего колеса с перфорированными лопатка­ ми, изготовленными методом штамповки, технологичес­ ки целесообразнее установки сеток.

Влияние прорезей в лопатке на аэродинамику венти-

^лятора освещено в работе [60]. Как отмечает К- Пфлейдерер, использование отверстий в лопатке для образова­ ния струи от напорной стороны к подсасывающей для сдува пограничного слоя оказалось бесполезным. Эк­

спериментальная проверка указанного положения уста­ новила для вентилятора ВВД № 3 с перфорированны­ ми лопатками падение давления и производительности, достигающее 10% при акустической эффективности 3^-6 дБ.

Влияние перфорации на аэродинамику воздушного потока можно отчасти сопоставить с влиянием турбулизирующих сеток, однако полное и точное теоретическое решение связано с выяснением закономерностей аэроди­ намических процессов самого вентилятора. Ввиду слож­ ности явлений, происходящих в центробежных вентиля­ торах,— неравномерное распределение скоростей при повороте и входе на лопатки, неравномерное течение в колеса и кожухе, отрыва потока от стенок межлопастно­ го канала и зависимость акустики от аэродинамики пер­ форированного колеса получена экспериментально.

Экспериментально установлен для вентилятора ВВД № 3 наилучший аэродинамический и акустический эффект при перфорировании восьми лопаток из 12 (две перфорированных через одну неперфорированную) и ди-

99