ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: ENERGETYKA z. 118
1993 Nr kol. 1221
A ndrzej SOWA
C en tru m Mechanizacji G órnictwa K om ag - Gliwice
WPŁYW LICZB ŁOPATEK N A KSZTAŁT WIDMA HAŁASU WENTYLATORA PRZECIW BIEŻNEGO
S t r e s z c z e n ie . W ystępowanie w w idm ach h a ła s u w entylatorów prze
ciwbieżnych tonalnych składowych spowodowanych oddziaływaniem wieńców wirnikow ych zależy od liczb łopatek. W niektórych przypad
kach składowe te nie pojaw iają się. U stalenie dokładnych zależności wymaga system atycznych badań.
BL A D E S NUMBERS INFLUENC E THE SH A PE OF N O ISE SPECTRUM IN CONTRA-ROTATING FAN
Summary. The occurrence of discrete tones caused by blades interactions in contra—ro ta tin g fans noise sp ectra depens on num b ers of blades. In some cases th ese tones do n ot occur. System atic investigations are req u ired to define exact form ulae.
E IN F L U SS DER SCHAUFELZAHL AU F DIE GESTALT D E S LÄRM SPEKTRUMS E IN E S G EG ENLAUFVENTILATORS
Z u s a m m e n f a s s u n g . Das A nw esen von t o t a l e n K o m p o n e n t e n im L ärm spektrum den G egenlaufventilatoren, die die Folge der Schaufelkränzeinteraktion sind, h ä n g t von der Schaufelzahl ab. In einigen Fällen diese Kom ponenten erscheinen nicht. Um die Genaue Formeln zu bestim m en die erw eiterten U n tersuchungen notw endig sind.
Widmo hałasu w entylatora osiowego je s t w idm em złożonym, w którym są widoczne wyraźnie zaznaczone tonalne składowe. Składowe te, ze względu na sw oją intensywność, decydują zazwyczaj o ogólnym poziomie h a ła su w entyla
to ra . Główną przyczyną ich pow staw ania je s t niejednorodność stru m ien ia p ow ietrza napływającego n a łopatki w irnik a lub kierownicy. Częstotliwości
podstawowe tonalnych składowych zależą od liczby łopatek wirnikowych i prędkości obrotowej w entylatora.
W przypadku w entylatora przeciwbieżnego pracującego w układzie dwóch obracających się w przeciwnych kieru nk ach w irników liczba występujących w widmie tonalnych składowych o różnych częstotliwościach podstawowych jest w iększa niż w przypadku w entylatora, w którym w skład u k ład u łopatkowego wchodzi wieniec ruchom y i nieruchomy. W ynika to z faktu , że wentylator przeciwbieżny m a dwa w irniki o różnych liczbach łopatek W widmie hałasu w entylatora przeciwbieżnego o prędkości obrotowej n i liczbach łopatek zwl w pierwszym i zw2 w drugim w irniku mogą pojawić się składowe tonalne wyni
kające z oddziaływania:
1. Pomiędzy nieruchom ym i elem entam i u k ład u przepływowego a łopatka
mi pierwszego w irnika. Częstotliwość podstaw ow a w yniesie wtedy:
f i = n - Z w i (1)
2. Pomiędzy nieruchom ym i elem entam i u k ładu przepływowego a łopatka
mi drugiego w irnika. Częstotliwość podstaw owa wyniesie:
f 2 = n ■ zw2 (2)
3. Pomiędzy łopatkam i pierwszego a łopatkam i drugiego w irnika.
Składowe opisane w pkt. 1 i 2 są znane z widm h a ła su wentylatorów pracujących w układzie w irnik — nieruchom a kierow nica (lub nieruchoma kierow nica — wirnik), n ato m iast składowe wg pkt. 3 s ą charakterystyczne dla w idm a h a ła su w entylatora przeciwbieżnego i zazwyczaj przew yższają swym poziomem inne tonalne składowe. Ich częstotliwości podstawowych nie można określić w sposób jednoznaczny, ponieważ m am y tu do czynienia z dwoma wieńcam i poruszających się łopatek wirnikowych.
W celu poszerzenia wiadomości n a te m a t h a ła su w entylatorów przeciwbież
nych przeanalizow ano w idm a h a ła su szeregu w entylatorów pod k ątem wystę
pow ania w nich tonalnych składowych spowodowanych oddziaływaniem po
m iędzy łopatkam i pierwszego i drugiego w irn ik a [1]. M ateriał badawczy obej
m uje w idm a h a ła su 11 układów łopatkowych zamontowanych w wentylato
rach o średnicach zew nętrznych 500, 540, 630, 680 oraz 700 mm. Podstawowe dane tych układów przedstaw iono w tabeli 1.
We w szystkich widm ach h a ła su m ożna zidentyfikować tonalne składowe o częstotliwości f i i f 2 oraz ich wyższe harm oniczne. Oprócz nich występują również inne składowe, których przyczyną jest, najprawdopodobniej, oddzia
ływ anie opisane w pkt. 3. Ich częstotliwości podstawowe m ożna opisać ogólną zależnością:
W pływ liczb łopatek na kształt widma hałasu. 209
Tabela 1
Numer układu łopat
kowego
Średnica Liczba łopatek
Prędkość obrotowa n
s-1 Typ wentylatora
wierz
chołków łopatek Dz
mm
Z w l Zw 2
1 WLE-504A
500 13 9
2 prototyp 13 7
3 WM-540
540 12 11
4 modelowy 13 7
5 WLE-603A prod. seryjna
630 10 9
6 WLE-630A prototyp 16 9 49
7 WLE-804A prototyp
630 15 9
8 WLE-804A prototyp 16 9
9 WLE-1004A
680 12 7
10 prototyp 13 7
11 dGAL7-350/350
700 10
prod. seryjna Korfmann
f 3 = a ■ n ■ zwl + b ■ n ■ zw2 (3)
gdzie:
a i b = 1, 2, 3 ...
F rag m en ty trzech najbardziej charakterystycznych widm zamieszczono n a rys. 1 i 2.
W tabeli 2 przedstawiono częstotliwości podstaw owe składowych, które w yraźnie dominują i decydują o ogólnym poziomie h a ła su w entylatora. B rak liczby w rubryce oznacza, że d a n a składow a m a niew ielką w artość lub w w idm ie h ałasu w ogóle nie występuje.
Z tabeli wynika, że w w idm ach h a ła su dwóch układów łopatkow ych (układy n r 6 i 8) składowe wg pkt. 3 nie w ystępują, n atom iast w innych przypadkach ich częstotliwości są zgodne z zależnością (3), n a to m ia st w artości współczyn
ników a i b są różne dla różnych układów. N asuw a się w niosek, że występow a
nie bądź niewystępowanie tonalnych składowych, o których mowa, ja k rów
nież w artości współczynników a i b s ą zw iązane z liczbam i łopatek w poszcze
gólnych wieńcach wirnikowych w en ty lato ra przeciwbieżnego.
Aby w pełni udokum entować tę tezę, należałoby wykonać szereg układów łopatkow ych o tej samej średnicy zew nętrznej, prędkości obrotowej i tych sam ych param etrach spiętrzenia i wydajności, a różniących się liczbam i łopa
te k wirnikowych i przeprow adzić b ad an ia em itow anego przez nie hałasu.
f < i i __i ----j---•---:---.----J---i--->---i---J---:---■---:---■---■---i---•---ł-J,
1... ...I - A
i f t e ... r f ë à M i - 5: >, c : ■ ::: : : : : ::: :
■ >r à
. ;
V:...•
' 1 •
Î " ; ...| ...1...l i ...
- -- --- - - - - - ■■ ' --
i •: •: •; •! •! v / v ’ AA: i '' A i *! j ivi ’A 'A: '■ ii' i 'H i i i A —: ... ... ... ^ . - - • - - ; - . - - ; : - i ; : : : : . : ; : . : ; : : : : : ... • • • i -* .; -: . < -: -; •: - - •: . ■-• .: -, ■■ - -: •. •: • •: *• - -, - •: -, •: •: -. ■: ■: •: • •' - •: ■: •' ■: •:
: - - - - - —. - - : ---■---. ---■ - - — - - : --- — * -f “ ■* — *----
O.Ok 0 .5 k
b)
Rys. 1 Fragmenty widm hałasu wentylatorów: a) WLE—603A, układ łopatkowy 5, b) WLE—603A, układ łopatkowy 6 Fig. 1. Parto of fan noise spectrum: a) blade configuration 5, b) blade configuration 6
AndrzejSowa
W pływ liczb łopatek na kształt widma hałasu. 211
n o
O . O k G. 5 k 1 . 0 k x . ü k 2 , Ok 2 . 5 k 3 . 0
Rys. 2. Fragment widma hałasu wentylatora WLE-1004A, układ łopatkowy 9 Fig. 2. P art of fan noise spectrum blade configuration 9
T a b ela 2 Częstotliwość
tonalnej składowej
Numer układu łopatkowego
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
n ■ zwi + n ■ zw2 1088 - 1144 - 940 - - - 944 - 944 n z wl + 2 n z w2 - 1336 - 1340 - - 1640 - 1292 1336 -
n ■ zwi + 3 • n • zw2 - - - - - - - - 2236 - -
P race takie, obok w aloru poznawczego, m iałyby isto tne znaczenie praktyczne, poniew aż umożliwiłyby wytypowanie układów łopatkow ych o niskim poziomie h a ła s u tonalnego. Dałoby to podstaw y do zm iany obecnego system u projekto
w a n ia wentylatorów, który nie zw raca dostatecznej uw agi n a stronę akustycz
n ą , co w konsekwencji prowadzi do produkcji w entylatorów o znacznym pozio
m ie h ałasu, wym agających stosow ania tłum ików o dużych w ym iarach.
LITERATURA
[1] Spraw ozdanie n r 16/90 BE CMG KOMAG - Gliwice: Popraw a charakte
rystyk przepływowych wentylatorów ; listopad 1990 - p raca nie publiko
w ana.
A b stra ct
The occurence of discrete tones caused by blades interactions in rev e rse-ro ta tin g fans noise spectra depends on th e n u m ber of blades.
For th e rev e rse-ro ta tin g fan w ith two opposite-w orking rotors th e number of spectral tone components w ith different basic frequences is g rea ter than th e components for th e fan w ith th e movable and imm ovable blade-ring. The reason is, th a t th e rev e rse-ro ta tin g fan h as two rotors w ith different number of blades. In th e rev e rse-ro ta tin g fan noise spectrum w ith n -velocity and zw]
and Zy,2 blade num ber m ay appear due to th e following reactions:
1. Between th e immovable elem ents of th e flow system an d th e blades of th e first rotor. Basic frequency is: fi=n ■ zwl.
2. Between th e immovable elem ents of th e flow system an d th e blades of th e second rotor. Basic frequency is: f 2=n • zw2.
3. Between th e blades of th e first and th e second rotor. Basic frequency is:
f 3 = a n zwl + b ■ n • z w2, a, b = 1, 2, 3,...
In some cases these tones do not occur. System atic investigation is requi
red to define th e exact form ula.
