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1、吸尘器不均匀分布风叶的分析与实验魏静微(哈尔滨理工大学 电气与电子工程学院 , 黑龙江 哈尔滨 150040)摘要 :对吸尘器噪声产生的机理进行了分析 ,提出采用不均匀分布风叶降低噪声的观点 . 通过对样机进行实际测试 ,给出了噪声频谱的比较 . 最后得出采用不均匀分布风叶的噪声指标明显优于均匀分布风叶噪声指标的结论 .关 键 词 :吸尘器 ;不均匀风叶 ;空气动力噪声中图分类号 : TM31 文献标识码 :AAnalysis and experiment of blo wer fans in a vacuum cleanerW EI J ing2wei( School of Elect ri
2、cal and Elect ric Engineering , Harbin U niversity of Science and Technology , Harbin 150040 ,China)Abstract :The mechanism of noise generatio n was discussed fo r vacuum cleaner . A way of using heteroge2neo us dist ributio n vane w heel to reduce noise was p resented. A co mpariso n bet ween noise
3、 f requency spect ra was made by testing t he mo del . The result s show t hat hete vane has o bvio us advantages over unifo r m vane .Key words :vacuum cleaner ; heterogeneo us dist ributio n vane w heel ;air dynamic noise吸尘器的噪声主要包括 3 部分 ,即空气动力噪声 、电机电磁噪声及整机的机械噪声 . 根据吸尘 器电风机频谱测试结果分析看 ,其中空气动力噪 声是主要部分
4、 ,因此要降低吸尘器噪声首先应考虑如何降低电风机的空气动力噪声 .中的流动方向 ,当空气流过其风机内部各环节时 ,由于风路发生变化而使气流压力发生了变化 ,这 就使空气的动能一部分变成声能 ,即产生了空气 动力噪声. 空气动力噪声根据产生原因不同可分 为离散噪声和宽带噪声 ,二者叠加而形成实际的噪声频谱如图 2 .1吸尘器风机空气动力噪声产生的机理吸尘器风机由叶轮 、风罩及导流板等组成 ,如图 2 风机噪声频谱1 . 1离散噪声离散噪声也称旋转噪声 ,是以某个频率为基 波和谐波形式出现的 . 产生旋转噪声的原因为 1) 叶轮高速旋转时 ,动轮上均匀分布的叶片打击周 围空气质点 ,引起空气压力周
5、期脉动而产生噪声 .2) 气流流过叶片时 ,在叶片表面形成附面层 ,吸力边和压力边附面层厚度不均匀 ,使得叶片出口区1 . 罩 ;2 . 叶轮 ;3 . 导流板 ;4 . 电机图 1 电风机组成示意图图 1 所示 ,图中箭头表示风机旋转时空气在风机式中 :为相邻叶片间的角度 ; N 为叶片数 ; n 为从 1到 N 的整数 ; j 为表征余弦次数的整数为 1 、2 、3 ;为叶片不均匀度参数为 1 、2 、3 ; j N .由于所求得全部叶片间距总和不可能恰好为360,所以最后可按式(4) 修正 :内气流速度与压力具有较大不均匀 ,当这种不均匀性周期作用于周围部件 (如导流板 、风罩等) 时
6、,同样也会引起压力脉动而形成噪声 .旋转噪声的频率为z nf r = 60 i ,( 1)360 = ( 4),N式中 : z 为叶片数 ; n 为叶轮转速 ,单位为 r/ min ;i 为 1 、2 、3 谐波序号 . i = 1 为基频 , i = 2 、3 ,为高频谐波. 基频幅值最高 ,高频谐波随谐波 序号递增而幅值逐渐减弱 ,如图 2 中各峰值分别 为各次谐波幅值.1 . 2 宽带噪声宽带噪声也称涡流噪声或漩涡噪声 ,它产生 的主要原因是当气流流过叶片时由于附面层发展 到一定程度表面会产生涡流 ,在叶片出口处容易 形成涡流脱离 . 周期性涡流脱离将引起速度环量 的变化和气流作用力的脉
7、动而产生噪声. 这种噪声频率为()1当选择总叶片数 N = 9 ,取 j = 3 , = 4 时 ,可算出分 布系数.表 1 叶片与分布系数样品测试结果按上述计算后 ,试制了样品并在吸尘器上进 行了测试 .3( 2)f i = s r L i ,式中 : s r 为斯特劳哈尔数 , 一般取 s r = 0 . 14 0 . 20 ;为气体与叶片相对速度 ; L 为叶片表面宽 度与垂直于速度平面的投影 ; i 为 1 、2 、3 谐 波序号.由式 ( 2) 可知 f i 与气流和叶片相对速度有关 , 又与叶片叶轮圆周速度 u 有关 , u 随叶轮各 点对轴心半径 r 而连续变化 , 因此涡流噪声
8、通常 是一种宽频带的连续谱 .可以看出 ,在频谱 2 噪声中 ,旋转噪声明显大 于涡流噪声 .2 不均匀间距风叶的提出2 . 1 降低噪声的原理由于上述分析可知 ,吸尘器风叶中噪声主要 是由于均匀分布叶片造成压力脉动而产生的 ,当 采用不均匀分布叶片时 ,显然可以减少采用均匀 间距时所引起的有规律的压力挠动强度 ,改变了 叶片频率和噪声成分的大小 ,破坏了基波和谐波 出现的频率的规律 ,这样虽然不能减少总噪声强 度 ,但是由于噪声频率的分散而使主观干扰下降 , 产生了降低噪声响度的影响的后果 .2 . 2 叶片不均匀分布规律关于叶片不均匀分布 ,国外提出了不同的计 算关系式 ,采用了 Mell
9、in 和 Sovran 提出的余弦规律变化的表达式 :3 . 1测试结果首先进行了风箱吸力测试 ,测试结果如表 2 .表 2测试结果- 1类型最大真空度最大流量/ L s最大效率/ %原风叶不等距风叶1 0901 09529 . 2529 . 2527 . 6029 . 003 . 2噪声比较表 3噪声测试类型声压级/ dB原风叶不均匀风叶92 . 687 . 9结论4通过上述分析 ,可以看出不均匀风叶在最大真空度 、最大流量及通风效率与分布风叶基本相 同的前提下 ,噪声明显降低 ,应用于吸尘器中可以得到低噪声效果.参 考 文 献 :1程福秀 ,林金铭 . 现代电机设计 M . 北京 :机械工业出版社 ,1993 . 责任编辑 :李雪莲 360=,( 3)2NN + j co s2j n - 1叶片号角度/ ()叶片号角度/ ()1 322 563 324 325 566 327 328 569 32