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

2. Уменьшить Дрст и Ди. Эти величины уменьшаются по мере увеличения расстояния от выходных кромок лопаток. Поэтому при достаточном удалении обтекаемого тела от кромок лопатки Арст и Ди могут оказаться настолько незначительными, что значение звукового давления р будет мало (подробнее о выборе расстояния между выходными кромками лопаток и обтекаемым телом см. в § 26). Здесь же отметим только, что этот метод несколько ухуд­ шает энергетические параметры вентиляторов. Например, увеличе­ ние радиального зазора в центробежном вентиляторе наряду с уменьшением спектральной составляющей шума от неоднород­ ности приводит также к уменьшению экономичности вентилятора. К-п.д. центробежных вентиляторов при увеличении зазора с 0,030 2 до (0,09—0,12) D2 снижается на 6—8% {Dz— диаметр рабочего колеса). Увеличение осевого зазора в осевых многоступенчатых вентиляторах и компрессорах влечет за собой значительное воз­ растание осевых габаритов машин.

3. Изменять параметры ті и т2 так, чтобы тригонометрические функции, входящие в формулу (111), были равны нулю. Так как параметры п и т2 определяются величиной угла наклона обтекае­ мого тела Ѳ{(см. формулу (70)], то очевидно, что при прочих рав­ ных условиях тригонометрические функции будут равны нулю при

зывает шаг лопаток, длина обтекаемого тела и параметр эпюры аэродинамического следа Ах3. Диаметр тела мало сказывается на величине угла наклона, так как в вентиляторах обычно d<^b.

101

Рассмотрим второе выражение в формуле (112):

k(äX2 ■тип.

Аналогично первому случаю, подставляя вместо тг его значение из (70), имеем

жение, определяющее угол наклона тела, во втором случае совпа­ дает с выражением (115). Таким образом, минимальный угол, на который следует наклонить обтекаемое тело, чтобы в спектре воз­ душного шума вентилятора отсутствовала составляющая /2, сле­ дует рассчитывать по формуле (115).

Из формулы (118) следует также, что имеется множество зна­ чений углов наклона обтекаемого тела, ограниченных пределами 0<Ѳ<90°, при которых будут наблюдаться минимальные значения звукового давления. Однако наименьшее значение угол Ѳ будет

'иметь при m = 1.

Вформулу (118) кроме геометрических размеров обтекаемого

тела и шага лопаток входит еще величина Ах3— один из парамет­ ров эпюры скорости на выходе из колеса (см. рис. 35). Теорети­ ческим путем эту величину установить невозможно, особенно для таких машин, как центробежные вентиляторы. Для ее определения целесообразно воспользоваться способом, разработанным авто­ рами. Он заключается в следующем.

В улитке вентилятора устанавливают датчик термоанемо­ метра 2 (рис. 56) так, чтобы проволочка датчика находилась на таком же расстоянии от выходных кромок лопаток рабочего ко­ леса 1, как и входная кромка языка улитки. Сигнал с датчика по­ ступает на термоанемометр 3 и с выхода прибора подается на

по шагу лопаток в любом диапазоне частот пульсаций потока. Ре­

102

гулировкой частоты развертки на экране осциллографа устанавли­ вают один или несколько периодов скорости. Для получения непод­ вижного изображения применяют внутреннюю синхронизацию. Изображение эпюры скорости на экране фотографируют. Кроме возможности быстро определять форму эпюры скорости по шагу лопаток этот метод позволяет в случае необходимости наблюдать характер изменения эпюры скорости при различных расстояниях от рабочих колес, а также на различных режимах работы венти­ лятора.

В качестве примера на рис. 57 приведены фотографии эпюры скорости на выходе из рабочего колеса центробежного и осевого судовых вентиляторов. Приведенные данные подтверждают вывод, сделан­ ный в § 18, о том, что для центробеж­ ных вентиляторов характерна трапе­ цеидальная форма аэродинамического следа, а для осевых — прямоугольная.

Данный метод позволяет произво­ дить не только качественный анализ эпюр скоростей в потоке за вращаю­ щимся колесом, но и получить их ко­ личественные характеристики. Для этого одновременно с фотографирова­ нием замеряют с помощью термоане­ мометра среднюю скорость потока и степень турбулентности в заданном диапазоне частот. В результате вели­ чину недостатка скорости Ап, м/с, в аэродинамическом следе можно под­ считать по формуле

АV= гѵ,ср»

где е — степень турбулентности; -'ср ■ средняя скорость.

Зная шаг лопаток рабочего колеса t и измеряя на фотографии расстояние между аналогичными точками, можно определить Ах3:

. . Д^зфот Ахз = t ------,

Гфот

где Ахзфот — горизонтальный участок эпюры скорости на фотогра­ фии;

^Фот— расстояние между аналогичными точками на фото­ графии.

Для судовых центробежных вентиляторов серии ЦС на рис. 58 представлена полученная указанным методом зависимость, безраз-

Дs

ходных кромок рабочих лопаток Аs =

D.

103

Таким образом, используя данные, приведенные на рис. 58, и зная геометрические размеры языка улитки и шаг лопаток рабо­

Рис. 58. Завивимость параметра А х3 от расстояния до рабочего колеса для центробежных вентиляторов серии ЦС.

языка улитки (или любого другого обтекаемого тела), при кото­ ром в спектре воздушного шума вентилятора составляющая шума от неоднородности потока будет отсутствовать.

Рис. 59. Спектрограмма воздушного шума центробежного вентилятора.

1 — прямой язык; 2 — косой язык.

В качестве примера на рис. 59 приведена спектрограмма воз­ душного шума центробежного судового вентилятора серии ЦС с уменьшенным по сравнению с серийным вентилятором радиаль­ ным зазором между рабочим колесом и языком улитки (As = 6 мм

105

вместо As = 13 мм у серийного вентилятора). Общий вид вентиля­ тора с косым языком показан на рис. 60. Из рис. 59 видно, что при правильно спроектированном косом языке уровень воздушного шума спектральной составляющей шума от неоднородности потока уменьшается на 19 дБ на первой гармонике и на 13 дБ на второй гармонике.

Из анализа зависимости (ПО) можно сделать вывод о том, что звуковое давление на частоте fz изменяется по гармоническому за­ кону в зависимости от угла наклона языка улитки. Следовательно, минимальное значение уровня шума от неоднородности будет иметь место только при некотором определенном значении угла

наклона языка, изме­ няющегося в неболь­ ших пределах относи­ тельно оптимального. При его уменьшении или увеличении эф­ фективность примене­ ния косого языка мо­ жет уменьшиться.

Применение косых языков у центробеж­ ных вентиляторов по­ зволяет существенно уменьшить радиаль­ ные зазоры, которые обычно, исходя из ус­ ловия снижения шума от неоднородности по­ тока, выбирают в пре­

делах (0,1—0,12) D2. В случае использования косого языка ради­ альный зазор может быть сколь угодно малым, и его величина обус­ ловливается уже требованиями эксплуатации, а не уровнем шума. Уменьшение радиального зазора обычно приводит к повышению экономичности вентиляторов с малой быстроходностью и не ухуд­ шает экономичности вентиляторов с большой быстроходностью.

В заключение параграфа рассмотрим влияние формы входной кромки обтекаемого тела на интенсивность спектральной состав­ ляющей шума от неоднородности. Для этого разделим (76') на (79):

Из последнего выражения следует, что уровень шума в случае, если форма входной кромки тела прямоугольная, будет больше уровня шума для случая, когда входная кромка выполнена в виде полуокружности, на величину

AL = 20 lg 1,27 = 2 дБ.

106

рами средней линии профиля необходимо задаться у прямого про­ филя (в заданном цилиндрическом сечении), чтобы получить рас­ четные параметры средней линии у наклонного профиля (в том же цилиндрическом сечении). При решении этих задач полагают, что форма телесности профиля не влияет или очень слабо влияет на аэроакустические характеристики профиля.

Рис. 61. Схема наклона лопатки спрямляющего аппарата осевого вентилятора.

Прежде чем решать поставленные задачи, найдем выражение для определения угла наклона лопатки спрямляющего аппарата с учетом веерности лопаток и закрутки лопаток рабочего колеса и спрямляющего аппарата по радиусу. При этом примем следующие допущения:

1.Эпюра скорости на выходе из рабочего колеса осевого вен­

тилятора-— прямоугольная. Как было показано раньше, для осе­ вых судовых вентиляторов это утверждение справедливо для ре­ жимов работы вентилятора, когда его производительность не от­ личается от расчетной более чем на ±20% .

108

2. Ширина аэродинамического следа на расстоянии As от вы­ ходных кромок рабочего колеса постоянна по высоте и равна Ах2. При условии прямоугольной формы эпюры скорости угол наклона лопатки СА Ѳ следует определять из условия совпадения (рис. 61) точки А 2 с т о ч к о й В2 при неподвижной точке 0 2.

3. Вследствие закрутки лопатки аэродинамический след по вы­ соте лопатки на выходе из рабочего колеса наклонен по сравне­ нию с радиальной прямой (рис. 62).

При определении зависимости для расчета угла наклона ло­ патки спрямляющего аппарата на угол Ѳ рассмотрим два случая: лопатка СА не закручена; лопатка СА закручена.

Рис. 62. Схема ступени осевого вентилятора.

Лопатка спрямляющего аппарата не закручена. На рис. 61 по­ казана проекция входной кромки прямой лопатки СА — АА20 30 2 и наклоненной на угол Ѳ— ВВ20 '30 2. На этом рисунке изображена также часть эпюры скорости с шириной аэродинамического следа Ах2. Угол наклона лопатки спрямляющего аппарата, при котором шум от неоднородности потока не проявляется в спектре шума вентиляторов, будет равен

109

За d в первом приближении можно принять максимальную тол­ щину лопатки СА. Для судовых вентиляторов Ах2 можно принять

(см. рис. 62).

Если закрученная лопатка СА наклонена в сторону вогнутой

филя— в виде функции z2= f(u). Тогда геометрический угол входа профиля ßi (рис. 63) определится как arctg производной уравне­ ния средней линии в точке А', т. е.

HO