某轻卡车型发动机冷却风扇降低噪声研究(2)

图2 新设计风扇方案与原车风扇在额定转速下风量对比

根据公式(1)可知，额定转速由3 400 r/min降为2 800 r/min时，噪声可降低4.2 dB；根据第3节所述，因增加叶片数量会导致噪声增加2.1 dB，综合噪声可降低约2.1 dB，即该风扇优化噪声的一个方法是将风扇额定转速由3 400 r/min降低为2 800 r/min，理论上本体噪声可由94.5 dB降低2.1 dB至92.4 dB。通过台架实测，10叶风扇在2 800 r/min下的噪声值为92.2 dB，与理论计算值基本吻合。

6 优化方案实测结果对比分析

(1)测试设备：朗德专业NVH测试。

(2) 麦克风布置位置：主驾驶员左耳及右耳各一个。

(3) 测试工况：将整车热车，硅油离合器风扇啮合后，5挡全油门加速，发动机转速从850 r/min到3 200 r/min。

(4)测试方案：原车风扇20%叶片伸入护风圈(方案一)；10叶风扇20%叶片宽度伸入护风圈(方案二)；10叶风扇50%叶片宽度伸入护风圈(方案三)；10叶风扇60%叶片宽度伸入护风圈(方案四)；10叶风扇75%叶片宽度伸入护风圈(方案五)。

图3 朗德NVH测试设备

(5) 测试结果

根据风扇叶片频率公式：

式中：Z为风扇叶片数量；R为风扇转速，r/min。

结合实际测得风扇转速在噪声频谱图上找出对应阶次的频率即为风扇叶片产生的噪声水平，风量对应的频谱图如图4—图8所示。

图4 方案一噪声频谱

图5 方案二噪声频谱

图6 方案三噪声频谱

图7 方案四噪声频谱

图8 方案五噪声频谱

对5种方案噪声进行数据切片截取结果汇总如表2所示。

表2驾驶室风扇噪声测试结果方案噪声阶次最大噪声方案一 dB@2 599.39 r/min方案二 dB@2 947.73 r/min方案三 dB@2 723.90 r/min方案四 dB@2 595.78 r/min方案五 dB@1 931.59 r/min

通过对比方案一和方案二可知：通过降低风扇转速(增加叶片数量保证恒定流量)来降低风扇本体噪声，可同等降低驾驶室的风扇运转产生的噪声。通过对方案二、方案三、方案四、方案五同款风扇在不同的风扇叶片宽度伸入到护风圈的百分比可得到如图9所示的趋势。

图9 驾驶室风扇噪声与风扇叶片宽度深入到护风圈百分比关系

从图9可看出：风扇在驾驶室噪声表现与风扇叶片宽度深入到护风圈百分比为类似三次曲线关系，其值在50%～75%的时候，对风扇在驾驶室产生的噪声优化最明显，接近3 dB。

7 结论

(1)总结轻卡车型降低驾驶室内风扇产生噪声的措施：降低风量转速，并且通过增加风扇叶片数量来保证恒定风量。

(2)通过降低风扇转速来降低风扇本体噪声，可直接降低风扇在驾驶室内的噪声值。

(3)风扇叶片宽度伸入到护风圈的深度也对风扇传递到驾驶室的噪声有较大影响，这个值为50%～75%对驾驶室侧的噪声贡献最明显。

[1]蒋炎坤,陈龙灿,刘汉光,等.发动机动力舱冷却风扇噪声研究[J].华中科技大学学报(自然科学版),2016,44(10):11-15.

JIANG Y K,CHEN L C,LIU H G,et on cooling fan noise in engine power component[J].Journal of Huazhong University of Science and Technology(Natural Science Edition),2016,44(10):11-15.

[2]王益友．基于CFD的发动机冷却风扇噪声计算[J]．机械工程师，2009(11)：11-12.

WANG Y Y.Noise calculation of engine cooling fan based on CFD[J].Mechanical Engineer,2009(11)：11-12.

[3]张红辉．发动机轴流冷却风扇低噪声气动性能分析与控制研究[D]．重庆:重庆大学，2002.

[4]张立，金英子，王艳萍，等.叶片数对小型轴流风扇性能的影响研究[J].工程热物理学报，2010，31(S1)：1564-1567.

[5]张立,黄积烨.基于低噪声的发动机冷却风扇的参数优化设计[J].价值工程,2011,30(29):53-54.

ZHANG L,HUANG J optimization design of engine cooling fan based on low noise[J].Value Engineering,2011,30(29):53-54.

[6]张杰，周邵萍，葛晓陵．低压轴流风机设计参数对紊流噪声的影响[J]．流体机械，2010，38(9)：19-23．

ZHANG J,ZHOU S P,GE X of design parameters on the turbulent noise of low-pressure axial fan[J].Fluid Machinery,2010，38(9)：19-23．

[7]KANEFSKY P,NELSON V,RANGER M.A systems engineering approach to engine cooling design[C]//Proceedings of International Truck & Bus Meeting & Exposition,1999.

[8]SANJOSE M,MOREAU S.Direct noise prediction and control of an installed large low-speed radial fan[J].European Journal of Mechanics-B/Fluids,2017,61(2):235-243.

文章来源：《中国辐射卫生》 网址: http://www.zgfswszz.cn/qikandaodu/2021/0520/805.html