ZESZYTY n a u k o w e p o l i t e c h n i k i ś l ą s k i e j
Seria: ENERGETYKA z. 60
1
3 1 1Nr kol. 512
Jan RADWAŃSKI Eugeniusz PRYSOK Andrzej WAJSPRYCH
PRZYBLIŻONA METODA OBLICZANIA CHARAKTERYSTYK AKUSTYCZNYCH WENTYLATORÓW PROMIENIOWYCH TYPU WFWD*'
Streszczenie. W pracy podano metodę obliczania charakterystyk a- kustycznych promieniowych wentylatorów dwustrumieniowych na podsta
wie znajomości: parametrów termodynamicznych, prędkości obrotowej oraz średnicy zewnętrznej wirnika. Praca może być wykorzystana przy projektowaniu powyższych wentylatorów oraz służyć do określenia ich poziomu ciśnienia akustycznego w nowo projektowanych instalacjach.
Spis oznaczeń:
Lp - poziom mocy akustycznej [dB],
L - - wielkość stała dla danego typu wentylatora - "hałaśliwość właś- ciwa",tl
L f - poziom ciśnienia akustycznego dla wybranego pasma częstotliwości, V - wydajność wentylatora [m^/sj ,
« *
3
/V o - wydajność odniesienia, V Q = 1 m / s f 1 pc - spiętrzenie całkowite wentylatora {N/m^J , i p - spiętrzenie odniesienia} a = 1 N/m ,2
o %
A* pc - spiętrzenie całkowite wentylatora [kG/m^] , A* p„ - spiętrzenie odniesienia} A*p. = 1 kG/m^ ,
°o °o
L - poziom ciśnienia akustycznego [dB],
L - "hałaśliwość właściwa" odniesienia do poziomu ciśnienia akustyca- nego,
A L . - poprawka korekcyjna, śr
f - wybrane częstotliwości [Hzj , u - prędkość obwodowa wirnika [m/s],
d - średnica zewnętrzna wirnika wentylatora [m],
x 'Badania prowadzono przy współpracy z Zespołem Cieplnych Maszyn Wirniko
wych.
J. Radwańwkl. E. Pryaok. A. Wąjapryoh
n - obroty wentylatora
z - liczba łopatek wentylatora.
1. Wstęp
Wentylatory promieniowe dwustrumien! owe instalowane są w różnych insta- lacjaoh: przemysłowych, technologicznych i odpylających. W związku z tym istnieje potrzeba znajomości ich «lśnienia akustycznego podczas rzeczy
wistych warunków pracy.
W niniejszej pracy podano metodę wyznaczania częstotliwościowych cha
rakterystyk akustycznych powyższych wentylatorów na podstawie znanych pa
rametrów termodynamicznych, prędkości obrotowej, średnicy zewnętrznej wir
nika oraz wyznaczonej stałej "hałaśliwości właściwej" odniesionej do po
ziomu ciśnienia akustycznego i obliczonych wykresów poprawek korekcyjnych, ujmujących wpływ poszczególnych częstotliwości na poziom ciśnienia aku
stycznego.
Praca ma na celu uzupełnienie danych zawartych w literaturze przedmio
tu |j, 2, 3, 4, 5> 6] a dotyczących wyznaczania charakterystyk akustycz
nych wentylatorów promieniowych dwustrumieniowych i ich ciśnienia aku- stycznego.
2. Problem określenia stałe.1 "hałaśliwości właściwej" L i wykresów popra
wek korekcyjnych A L j ^
Ha podstawie empirycznej formuły Beranka można określić poziom mocy a- kustycznej wentylatora promieniowego na podstawie znajomości jego parame
trów termodynamicznych.
= 1, + 10 lg ■?-- + 20 lg ^ P°- [dB] . (1)
P P V A* y
o *c
0Dla układu SI wzór Beranka przyjmie postać
Lp = I ? + 10 lg + 20 lg - 19,83 .
To °o
Ponieważ w praktyce operuje się poziomem ciśnienia akustycznego przy znanej odległości dokonywania pomiarów od urządzenia, dlatego też w pracy ooliczono stałą L odniesioną do ciśnienia akustycznego, przy Rp = const *
= 1 , 0 m.
Przybliżona metoda obliczania charakterystyk... 81
Pormuła Baranka sprowadza się wówczas do postaci
L = I + 10 lg + 20 lg _ 19,83 [dB]. (2 )
Vo °o
Za pomocą (2 ) wyznaczono stałą I
I a Ł - 10 lg ^ - 20 lg T ~ n— + 19»85 M * ^
o c „o
Na podstawie wyników badań uzyskano wartości ciśnień akustycznych dla róż
nych typów wentylatorów promieniowych dwustrumieniowych, a następnie dla każdego z typoszeregów określono średnią wartość "hałaśliwości właściwej".
i*a
Z 1
^ ś r = ^ V
(4)Indywidualne charakterystyki akustyczne wentylatorów uzyskane na pod
stawie wyników badań posłużyły do obliczenia poprawki korekcyjnej A L f , ujmującej wpływ poszczególnych pasm częstotliwości na poziom ciśnienia a- kustycznego.
L * + 10 lg + 20 lg _ -19 ,8 3 [dB] (5 )
Br Y a
poo o
A L f = L f - 10 lg - 20 lg - I śr + 19,83 [dB] (6)
T o
°o
A L f = L f - L [dB] (6a)
- f ł ¿"fi“4) •
Po obliczeniu poprawek korekcyjnych A Ł f powyższych typów wentylatorów re
prezentujących różne typoszeregi dla kolejnych pasm częstotliwości (o czę
stotliwościach środkowych: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000) spo
rządzono wykres A L f = f(^ } Uzyskano kilka krzywych, które następ-
82 <T. Radwański. E. Prysok. A. Wajsprych
nie.uśredniono, dzięki czemu uzyskano uśredniony wykres poprawek korek
cyjnych dla wybranego typoszeregu
W ten sposób (6) można zapisać jako
V AP;
= I. + 10 Ig -f- + 20 lg
V
5c.
- 19,83 [dB] (7)JkL. = 0 dla całkowitego poziomu ciśnienia akustycznego i wówczas L f=L.
śr
Moc akustyczną wentylatora można obliczyc za pomocą formuły T7]
L p = L + 20 lg Rp + 11 [dB]
7 . W y z n a c z e n i e w a r t o ś c i c i ś n i e ń a k u s t y c z n y c h w e n t y l a t o r ó w t y p o s z e r e g u
(
8;
Podstawę opracowania niniejszej metody stanowiły wyniki badań akustycz
nych uzys ■.-¡tie podczas pomiarów ruchowych, tzn. w rzeczywistych warunkach pracy za pomocą aparatury firmy Bruel und Kjaer zgodnie z ¡6, 7]. Punkty
pomiarowe przedstawiono na rys.
1. Na podstawie pomiarów aku
stycznych wentylatorów reprezen
tujących typoszereg WFWD-/l,8 obliczone za pomocą (3/ i \4) średnią wartość "hałaśliwości właściwej" całego typoszeregu.
o -m ie jsc a usytuow ania mikrofonu
Rys. 1. Schemat pomiarowy
L.r = 35 dB .
Na rys. 2 przedstawiono indy
widualną częstotliwościową charak
terystykę wentylatora WFWD-90/1,8. Za pomocą (6) i analizy indywidualnych częstotliwościowych charakterystyk akustycznych uzyskano wykres usrednio-
-> dla całego typoszeregu, ny.-r poprawek korekcyjnych
co przed.--iawia rys. 3.
f
śr
Przybliżona metoda obliczania charakterystyk.. 83
Rys. 2. Indywidualna charakterystyka akustyczna wentylatora WPWD-90/1,8
Wartości poprawek A Sr mają znak ujemny.Formuła określająca wartość ciśnienia akustycznego wentylatorów reprezentujących typoszereg WFWD-/1,8 ma postać:
* £ p
1- = 35 + 10 lg i - + 20 lg -S- + A L f - 19,83 fdB] • V„
o
A P c„o
śrW celu określenia wartości ciśnienia akustycznego wybranego wentylato
ra należy posłużyć sie jego charakterystyką przepływową £5] lub w sposób przybliżony odczytać z charakterystyki przepływowej typoszeregu WIWD-/lf8 (rys. 4).
Wartość L ćr = 35 dB odnosi sie do wentylatorów pracujących w układzie ssąco-tłoczącym. W celu określenia wartości L ćr wentylatorów pracujących z wolnymi wlotami należy dodać wartości 3 dB. Wartości 3 dB uzyskano na podstawie badań w warunkach ruchowych.
84 J. Radwański. E. Prysok. A. Wajsprych
Rys. 3. Uśredniony wykres poprawek korekcyjnych wentylatorów
WPWD-/1,8 Sr
OLS ł 2 10 2 0 100 200 300 V [m ’/ j
Rys. 4. Ch^rakterystyka przepływowa typoszeregu WIWD-/1,8
Przybliżona metoda obliczania charakterystyk.. 85
4. Wyznaczenie w artości c iś n ie n ia akustycznego wentylatorów typoszeregu WPWD-/1.4
Z zależności (3) i (4) wyznaczono średnią wartość "h ała śliw o śc i właści
wej" całego typoszeregu.
I x _ = 33,5 dB
0,3 Q5 1 K) 20 50 100 200 5 00
U
Rys. 5* Uśredniony .wykres poprawek korekcyjnych A wentylatorów
WFWD-/1,4 Sr
Za pomocą (6) i analizy indywidualnych częstotliwościowych charakterystyk akustycznych, uzyskano uśredniony wykres poprawek (rys. 5)
a l =
t ą»
sr
Formuła określająca wartości ciśnienia akustycznego wentylatorów reprezen
tujących typoszereg WPWD-/1»4 ma postać
= 33,5 + 10 lg i - + 20 lg + A L . - 19,83 [dB] (10)
VQ co
86_____________________________________ J. Radwański. E. Prysok. A. Wajsprych
Rys. 6. Charakterystyka przepływowa typoszeregu WIWD-/1,4
Podobnie, jak wyżej, można skorzystać z charakterystyki przepływowej wentylatorów typoszeregu WPWD/1,4 (rys. 6). Wartość I śr = 33,5 odnosi się do wentylatorów pracujących w układzie ssąco-tłoczącym. W celu określenia wartości dla wentylatorów pracujących z wolnymi wlotami należy uwzględ
nić poprawkę + 3 dB.
5. Przykład liczbowy
Według powyższej metody przeprowadzono obliczenia ciśnienia akustycz
nego wentylatora WPWD 90/1,8 pracującego w układzie ssąco-tłoczącym dla:
n = 16,33 Ds"1], f = 250 [Hz],
Przybliżona metoda obliczania charakterystyk.. 87
a) określenie średnicy zewnętrznej wentylatora dz
dz = 90.1,8 = 162,0 cm = 1,62 [m],
b) obliczenie wartości ^
u = Jt.dzn = JE .1,62.16,33 = 83,18 [m/s],
f - - 51,5 [=-'] .
Z wykresu uśrednionych poprawek Atj- typoszeregu WPWD/1,8 (rys. 4) odczytano A L - = -13 dB,
śr
c) obliczenie poziomu ciśnienia akustycznego
V A P C
L- = 35 + 10 lg -i- + 20 lg + A L - - 19,83 . a p c„ śr
o o
Jako czynnik roboczy przyjęto spaliny o temp. 200°C. Odczytano z charak
terystyki przepływowej wentylatora WPWD 90/1,8 (rys. 5)
V = 28 [m3/s] A p c = 2480 [N/m2]
L f = 35 + 10 lg 28 + 20 lg 2480 - 13 - 19,83
Lf = 84,5 [dB]
Postępując podobnie dla kolejnych pasm częstotliwości oktawowych (o czę
stotliwościach średnich: 63, 125, 500, 1000, 2000, 4000, 8000) można uzy
skać pełną charakterystykę akustyczną wentylatora. Całkowity poziom ciś
nienia akustycznego wentylatora
L = 35 + 10 lg 28 + 20 lg 2480 - 19,83 = 97 dB .
6. Wnioski i uwagi
Jak wynika z porównania charakterystyk akustycznych, uzyskanych bezpo
średnio z pomiarów i na drodze obliczeniowej za pomocą przedstawionej me tody, dokładność wynosi i 2 dB. Przedstawiona metoda pozwala na ocenę ciś
nienia akustycznego lub mocy akustycznej w nowo projektowanych instala
cjach na podstawie znajomości parametrów termodynamicznych średnicy wir
nika i prędkości obrotowej bez dokonywania pomiarów.
88 J. Radwański. E. Prysok. A. Wajsprych
Wyznaczając częstotliwościowe charakterystyki akustyczne za pomocą po
danej metody można dokonywać analizy wpływu poszczególnych częstotliwości na poziom ciśnienia akustycznego a także zbadać, jakie dominaty mają naj
większy wpływ na poziom ciśnienia akustycznego.
LITERATURA
|j [| BACK 0.: Ventilatoren entwurf und Berechung, Halle (Salle), 1955.
[ 2J ECKERT B . : Sprężarki osiowe i promieniowe, Warszawa, PWT, 1959.
[3] JUDIN E.Ja.: Borba s szumom,Uzdatielstwo litieratury po stroitielstwu, Moskwa, 1964.
[4] Kuczewski S.: Wentylatory promieniowe - teoria i podstawy projektowa
nia, WNT, Warszawa, 1966.
[5j Praca zbiorowa: Katalog - Wentylatory przemysłowe, WKC,Warszawa,1971.
[6J PUZYNA Cz.: Zwalczanie hałasu w przemyśle.
[7] PN-72/M-43120: Wentylatory-metody pomiaru hałasu.
[8j PN-71/M-01300: Hałas maszyn i urządzeń - metody wyznaczania parame
trów akustycznych.
nPHBJIHHEHHblK MET OH PAC NETA AKyCTHHHHX XAPAKTEPHCTHK
UEHTP0EE3KHHX BEHTHKHTOPOB THIIA BUBH C HByXCTOPOHHHM BCACHBAHHEM
P e 3 w m e
B p a ó o i e n p e flC T a B Jie H O MeTOA p a c v e T a x a p a Kt e pH c th k a K y cT H V H tix n e H T p o d e a c -
HŁDC BeHTJUIHTOpOB C flByXCTOpOHHHM BCaCHBaHHeM H a O C H O B e: TepMOflHHaMHHeCKHX
n a p a i i e i p o B , c K o p o c T H B p am eH H H , a l a x a c e B H e m H e ro ^naMeTpa p a 6 o q e r o K O J ie c a ,
PaSoia MosceT ó ł i t b H c n o jiŁ 3 0 B a H a r ip n n p o e ic T H p o B aH H H B e H T M H T o p o B , a l a j o x e c j i y - k h t b r j i j i o n p e ^ e jie H H f l; y p oB H H 3 B y K O B o ro #aB JieH H H h o b o n p o e K T H p o B a H H u x y c i a H O - B O K .
CALCULATION METHOD OF ACOUSTIC CHARACTERISTICS OF THE CENTRIFUGAL FRANS TYPE WPWD
S u m m a r y
This work presents the method of calculating acoustic characteristics of the centrifugal fans Dasing on given thermodynamic, rotation speed and impeller eye diameter parameters. The results of this paper may be made use of in designing of the above mentioned fans as well as in determining their acoustic pressure level in the newly designed installations.
