裝載機動力傳動系噪聲機理分析（三）
發布時間：2014-02-25 共1頁
３風扇噪聲
風扇噪音是由冷卻風扇轉動產生的，與轉速成正比。風扇噪音主要是由風扇葉片切割空氣或由風扇后面的部件所產生的空氣紊流產生的，通過改變葉片的直徑、數量、形狀或角度，以及采用可變葉片風扇或改進風扇罩形狀都可以減少風扇噪音。
風扇噪聲在內燃機噪聲源中也占有較比重。風扇噪聲主要是由葉片旋轉噪聲和渦流噪聲引起的，前者是窄帶噪聲，后者是寬帶噪聲。此外，風扇的護風圈等結構由于共振也會產生機械噪聲。
旋轉噪聲是由風扇旋轉的葉片周期性打擊空氣質點，引起的壓力脈動面激發的噪聲，這種周期性的壓力脈動是由一個穩態的基頻和一系列諧波分量的疊加而成。這些脈動分量可用下式表示：
ｆ＝ｉｎｚ／６０（Ｈｚ）
式中：ｚ——風扇葉片數；
ｎ——風扇轉速，（ｒ／ｍｉｎ）；
ｉ——１，２，３…。
風扇旋轉時，渦流噪聲的頻率取決于葉片與氣體的相對速度，而葉片的圓周速度隨與圓心的距離而變化，因此，渦流噪聲的頻率是連續的，噪聲的頻譜也是連續的。渦流噪聲一般是寬頻帶噪聲，其主要峰值頻率為：
ｆ＝ＫＶ／ｄ（Ｈｚ）
式中：Ｋ——常數；０．１５～０．２２
Ｖ——風扇圓周線速度，（ｍ／ｓ）；
ｄ——葉片在氣流入射方向上的厚度（ｍ）。
影響風扇噪聲的因素主要有以下幾方面：
①風扇轉速、直徑、靜壓
研究表明，風扇的風量越，其噪聲也就越高，風扇直徑的小、轉速的高低直接影響風扇噪聲。三者有以下關系式表示：
Ｌ∞ＤＮ
式中：Ｌ——噪聲聲壓級；
Ｄ——風扇直徑；
Ｎ——風扇轉速。
風扇直徑的小、轉速的高低與風扇風量的關系：
Ｖ∞ＤＮ
式中：Ｖ——風扇風量；
Ｄ——風扇直徑；
Ｎ——風扇轉速。
因此，為了保證需要的風量，適當地增直徑、減小轉速是適宜的。風扇風量的小是根據內燃機的散熱量來確定，從降噪的角度考慮，增強內燃機及其冷卻系統的散熱能力，可以減小風扇風量，降低噪聲。
②風扇效率
普遍規律是，風扇效率越低，消耗功率越，風扇噪聲越。
風扇消耗之功率為：Ｎ＝ｐＶ／ηηηｖ
式中：Ｖ——風扇風量；
η——風扇的液力效率；
η——風扇的機械效率；
η——風扇的容積效率；
由式可見，如果風扇的總效率提高，則同樣風量時風扇消耗功率越小，噪聲亦隨之減小。通常變化不，只要提高風扇的液力效率和容積效率，實際上都有利于降低噪聲。
③風扇的葉片形狀、材料、葉片數
風扇葉片的形狀對風扇效率影響也很。風扇葉片的形狀直接影響葉片附近的渦流強度，從而影響風扇的效率。因此，改進葉片的形狀，使之有較好的流線型和合適的彎曲角度，不僅有利于減少渦流噪聲，而且可以提高風扇效率。
試驗表明，風扇的葉片材料，對其噪聲也有一定程度的影響．例如：鑄鋁的葉片比沖壓鋼板的葉片噪聲小；尼龍葉片比金屬的葉片噪聲小。一般說來，材料的損耗系數越，其噪聲越小。
增加風扇的葉片數，在轉速不變的條件下，可以增加風扇的風量。或者在獲得同等風量的前提下，可以降低風扇的轉速，從而降低風扇噪聲。但葉片數在６以上時，增加葉片數，風量增加有限，且在降噪特性上往往有負面的作用。
低速寬葉風扇與高速窄葉風扇在相同的風量情況下，前者比后者產生的噪聲聲壓級低４ｄＢ（Ａ），并且功率消耗要減少２７％。縮小風扇與護風圈的間隙，防止氣流紊亂，可以降低風扇噪聲。試驗表明，當間隙為零時，風量增加２７％，而噪聲下降３ｄＢ（Ａ），降低轉速使風量回到原有水平，噪聲又可以下降２ｄＢ（Ａ）。
④風扇、散熱器、風罩的相對位置
工程機械風扇有吸風式和吹風式兩種，選擇的主要原則是風扇形成的空氣流動方向必須與主機正向行駛時迎風空氣流動方向一致。裝載機發動機后置，一般采用吹風式風扇。
降低風扇噪聲，也可以從風扇冷卻系統的結構參數以及各部件之間的相互位置來考慮。適當選擇風扇與散熱器之間的距離以及風扇與風罩之間的間隙，對降低風扇噪聲也是有意義的。隨著風扇與散熱器之間的距離的增加，風扇的冷卻能力、流量和噪聲都要增加。而且各自在某一點達到最值，然后又逐漸減小。試驗表明，風扇端面離散熱器芯子過近或過遠，會出現無風區或發生回流現象。推薦風扇端面距離散熱器芯子的距離為風扇直徑的１０％－１５％，這樣既能充分發揮風扇的冷卻能力，又可以使噪聲最小。
風扇前后的導風罩是產生渦流噪聲的重要來源之一，風扇入口處應呈流線型，風扇與導風罩組成的氣流通道表面應光滑，以改善冷卻風的流動狀態，從而降低冷卻系統的噪聲。風扇與導風罩之間要有適當的間隙，徑向間隙一般應控制在２．５％風扇直徑內，最不宜超過３％，否則將降低風扇效率。通常風扇和導風罩的前后關系應是：吸風風扇有２／３風扇投影寬度在導風罩內，吹風式風扇在導風罩內的寬度以１／３風扇葉片寬度為宜。
液壓驅動獨立散熱系統可以根據載荷的需要改變風扇轉速，減少功率消耗，它也使得周圍噪音水平降低，更符合環保要求，可以方便整機輻射噪聲的控制。卡特、沃爾沃、小松、現代等生產的新型裝載機已采用獨立散熱系統。
采用溫控離合器風扇或電控風扇都可減少風扇噪音。目前，通過電子控制的液壓控制風扇也可很好地減輕風扇噪音，這種變速風扇專為減少風扇噪音而設計，風扇的控制器獲得發動機轉速和冷卻溫度數據以及其它信號。用以控制液壓泵高壓端的電磁閥，調節供給液壓馬達的液流量，從而改變風扇轉速。由于裝載機工作環境惡劣，冷卻系統能力要求高，風扇負荷加，風扇噪聲相對汽車變得更加嚴重，在整機噪聲中的貢獻相對更。
在輪式裝載機各個系統的匹配和設計當中，協同考慮以上幾個方面的影響因素，就可以在保證系統冷卻能力的前提下，獲得最小的風扇噪聲。
