某車間4-68風(fēng)機(jī)至2016年止已運(yùn)行近8 年，振動一直偏大，已困擾生產(chǎn)多年。即使是更新了葉輪總成，并在聯(lián)軸器對中性符合允差的情況下，運(yùn)行時前后兩軸承位殼振實(shí)測振動速度有效值分別達(dá)到了3.0 mm/s 和3.6 mm/s 左右，這是屬于“可容忍”的范圍，但不宜長期運(yùn)行工作。經(jīng)我設(shè)備人員分析，認(rèn)為振動大的原因有：一是混凝土基礎(chǔ)過于單薄，重量不足，且運(yùn)行時基礎(chǔ)周圍地板有明顯的顫動；二是預(yù)埋地腳螺栓有松動跡象。經(jīng)上級研究，決定趁當(dāng)年大修時間充足的機(jī)會，對上述存在問題整改，破除舊基礎(chǔ)后，按本文前述處理措施重新設(shè)計、施工新的混凝土基礎(chǔ)和預(yù)埋地腳螺栓。從圖中可以看出，每一種方式都有著不錯的降噪效果，其中C型改進(jìn)風(fēng)機(jī)降噪效果好，在額定工況點(diǎn)附近總A聲級能降低約7dB(A)。

開機(jī)正常生產(chǎn)后，該4-68風(fēng)機(jī)軸承位殼振實(shí)測振動速度有效值分別降到了0.45 mm/s 和0.52 mm/s，屬“良好”級別。安裝精度不達(dá)標(biāo)及其檢查處理措施安裝精度主要是指風(fēng)機(jī)軸與驅(qū)動電機(jī)軸的同心度，即對中性。離心式風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器的同心度要求很高。如果聯(lián)軸器沒有找正，或是找正達(dá)不到要求，引起4-68風(fēng)機(jī)振動將不可避免。LiJingyin對有無進(jìn)氣箱的軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行了數(shù)值分析，并著重分析了進(jìn)氣箱內(nèi)部的流動對軸流風(fēng)機(jī)效率下降的影響。應(yīng)注意的是，即使原來同心度已經(jīng)符合要求了，但是風(fēng)機(jī)運(yùn)行一段時間后，由于各種原因，同心度會也會發(fā)生變化，所以應(yīng)注意定期檢查同心度，如發(fā)現(xiàn)同心度超過允許偏差了，要立即重新找正。因此，當(dāng)風(fēng)機(jī)發(fā)生異常的振動故障時，檢查聯(lián)軸器的對中情況是必不可少的。

4-68風(fēng)機(jī)與4 種消聲方式風(fēng)機(jī)的A 聲級對比。從圖中可以看出，每一種方式都有著不錯的降噪效果，其中C 型改進(jìn)風(fēng)機(jī)降噪效果好，在額定工況點(diǎn)附近總A聲級能降低約7 dB( A) ; B 型改進(jìn)風(fēng)機(jī)降噪效果也比較理想，優(yōu)于A 和D 型改進(jìn)風(fēng)機(jī); A 型改進(jìn)風(fēng)機(jī)的消聲效果差。出現(xiàn)上述情況的原因應(yīng)該是電機(jī)噪聲通過蝸殼會被放大，而沒有被吸聲材料有效吸收。這種分布不均勻的現(xiàn)象會直接堵塞葉輪出口，從而使葉輪發(fā)生周期性的加速或減速，進(jìn)而降低離心風(fēng)機(jī)的工作效率，縮小了4-68風(fēng)機(jī)工作的范圍，影響了金屬葉輪的平穩(wěn)運(yùn)行。但后蓋板加裝消聲材料，恰好吸收了電機(jī)的部分噪聲，因此后蓋板加裝吸聲材料降低風(fēng)機(jī)噪聲明顯。

本文對吸聲蝸殼對風(fēng)機(jī)降噪效果進(jìn)行了研究，分別對單獨(dú)蝸板、后蓋板、蝸板與后蓋板、蝸板與前蓋板加裝消聲材料的4 種方式進(jìn)行了試驗(yàn)測量，在4-68風(fēng)機(jī)全工況范圍內(nèi)，風(fēng)機(jī)噪聲都有不同程度的降低，其中蝸板加后蓋板組合的降噪效果好。由于穿孔板摩擦損失較大，氣體流動阻力增加，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)壓力和效率都有不同程度的降低。通過試驗(yàn)證明相對于周向蝸板加裝消聲材料，風(fēng)機(jī)后蓋板加裝消聲材料消聲效果明顯，且結(jié)構(gòu)簡單、制造方便風(fēng)機(jī)壓力損失小。也證明了消聲蝸殼有很好的降噪效果，并且4-68風(fēng)機(jī)蝸殼尺寸雖然有一定的增大，但相對于消聲器等其他降噪方法優(yōu)勢還是很明顯的。為符合實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，4-68風(fēng)機(jī)進(jìn)出口邊界條件設(shè)置為壓力入口和壓力出口，出口壓降與動能成正比，從而避免在進(jìn)口和出口定義一致的速度分布[15]。對風(fēng)機(jī)進(jìn)出口安裝條件有限制并且對噪聲有一定要求的離心風(fēng)機(jī)，吸聲蝸殼是較好的選擇。

將建立好的4-68風(fēng)機(jī)三維模型導(dǎo)入ICEM 軟件進(jìn)行混合網(wǎng)格的劃分。其中進(jìn)出口和葉輪區(qū)域采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，而蝸殼部分由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是電動機(jī)周圍結(jié)構(gòu)并非規(guī)則模型，故采用適應(yīng)性較強(qiáng)的非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格，具體網(wǎng)格如圖3 所示。綜合考慮動靜耦合區(qū)域?qū)?shù)值模擬預(yù)測結(jié)果的影響，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時，對邊界層進(jìn)行加密處理，其較低網(wǎng)格質(zhì)量雅克比[14]在0.3 以上。為了保證數(shù)值計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免網(wǎng)格誤差對其模擬結(jié)果造成影響，對4-68風(fēng)機(jī)進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，如表1 所示。在小流量工況下，風(fēng)機(jī)流動惡化，風(fēng)機(jī)振動較大，導(dǎo)致振動噪聲很大以致降噪效果反而變差。綜合考慮計算精度和計算效率可知，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)為25 萬左右時預(yù)測結(jié)果較為合理，終確定整個計算域的網(wǎng)格數(shù)為2513558。k-ε 模型作為為普遍有效的湍流模型，能夠計算大量的各種回流和薄剪切層流動，被廣泛應(yīng)用于各類風(fēng)機(jī)的數(shù)值求解計算中。

由于有梯度擴(kuò)散項(xiàng)，模型k-ε 方程為橢圓形方程，故其特性同其他橢圓形方程，需要邊界條件：4-68風(fēng)機(jī)出口或?qū)ΨQ軸處k / n0和/ n0。但上述邊界條件只針對高雷諾數(shù)而言，在固體壁面附近，流體粘性應(yīng)力將取代湍流雷諾應(yīng)力，并在臨近固體壁面的粘性底層占主要作用。而多翼離心風(fēng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)尺寸小、相對馬赫數(shù)低，氣體黏性力在流體流動過程中起重要作用，因此，在實(shí)際運(yùn)用過程中，標(biāo)準(zhǔn)k-ε 模型由于未充分考慮粘性力的影響，導(dǎo)致計算模型出現(xiàn)偏差。運(yùn)用Visual C 將上述修正函數(shù)編寫為UDF代碼，并導(dǎo)入Fluent 內(nèi)置Calculation module。進(jìn)氣箱內(nèi)的流動損失進(jìn)氣箱的流動損失可以通過數(shù)值模擬計算分析，為理論研究提供參考，其大小為進(jìn)氣箱出口截面的動壓乘以損失系數(shù)。為符合實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，4-68風(fēng)機(jī)進(jìn)出口邊界條件設(shè)置為壓力入口和壓力出口，出口壓降與動能成正比，從而避免在進(jìn)口和出口定義一致的速度分布[15]。后以CFD 計算的定常結(jié)果作為初始條件，進(jìn)行非定常數(shù)值計算。