鋒速達通風降溫系統
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工廠降溫對旋軸流通風機噪聲源的識別與分析電弧噴涂制模技術的研
摘要： 根據對旋軸流通風機的結構特點，以一臺具有代表性的對旋軸流通風機為例，介紹了與其相適應的聲場測量方法。通過對其噪聲源進行分析，識別出其噪聲源由氣動離散噪聲、電機的電磁噪聲及寬帶噪聲組成，并指出氣動離散噪聲是這類通風機最主要的噪聲源。最后，給出了對旋軸流通風機降噪的幾點創新性建議。
關鍵詞 ：對旋軸流通風機；噪聲源；氣動離散噪聲；措施
中圖分類號 ： TH432.1 文獻標識碼 ： B
Identification and Analysis of Noise Source in Counter-rotating Axia-flow Fan
Abstract: According to the structural characteristics of counter-rotating axia-flow fan , taking a representative counter-rotating axia-flow fan as example, an appropriate measuring method of the sound field is introduced. Through the analysis of noise source, it consists of aerodynamic discrete noise, electromagnetic noise of motor and broadband noise. And the aerodynamic discrete noise is the most main noise source for this kind of fans. Finally, several innovative suggestions of noise control in counter-rotating axia-flow fan are given.
Key words: counter-rotating axia-flow fan ; noise source; aerodynamic discrete noise; measure
0 引言
近年來，隨著社會的發展進步，人們對生活和工作環境的要求日益提高，風機的噪聲問題便突顯出來，從而帶動國內外風機噪聲研究的興起和發展。
對旋軸流通風機廣泛用于礦井、隧道等使用空間小又需要強烈通風的場合。然而，作為軸流通風機的一個特例，對旋軸流通風機將兩個相對反向旋轉的葉輪、電機和各種支撐結構都安裝在一個葉頂間隙很小的筒體中，從而導致其內部流場中存在非常嚴重的動動干涉與動靜干涉，使得這類風機的內部流場比普通軸流通風機更加復雜，同時還伴有嚴重的噪聲污染，不僅給人們的生活和工作帶來巨大危害，其噪聲測試也比較困難，這就給對旋軸流通風機的噪聲研究及控制帶來更大的難度 [1-3] 。因此，在研究這類通風機的噪聲問題時，首先必須要對其噪聲源進行識別，即對其進行聲場測量和噪聲分析 ， 識別出主要聲源的位置、性質和頻率特征，并分析其發聲機制，從而有針對性地進行改進設計，并提出和實施相應的降噪措施 [4] 。
1 試驗方法
選擇一臺具有代表性的對旋軸流通風機作為研究對象進行了聲學測量。表 1 為該通風機標準工況下的主要設計參數，其葉片采用等厚度薄板，葉型由葉片上 7 個不同截面的雙圓弧型線組合而成。
表 1 對旋軸流通風機主要設計參數
符號/單位
意義及說明
參數
Dt/mm
葉輪直徑
500
Nf /（ r/min ）
前級葉輪轉速
2900
Nr/（ r/min ）
后級葉輪轉速
2900
Q/(m3/h)
流量
11000
pt /Pa
總壓
3000
ν
輪轂比
0.6
Zf
前級葉片數
9
Zr
后級葉片數
7
由于選用的對旋軸流通風機整機結構和體積比較龐大（所有這類風機基本都具有類似的結構和體積），使得噪聲測試很難在消聲實驗室內進行，而現場測試聲功率不僅需要有很大的測試空間，而且風機出口區排氣速度大，針對出口區的測量很難測準，所以選擇在現場測試聲壓級，按 GB/T 2888-91 《風機和羅茨鼓風機噪聲測量方法》測了一點，其位置為距風機出口 1m 遠、 45 °位置，見圖 1 。聲學信號測量采用 BK 3560C -pulse 多分析儀工程，量程選擇 1/24 倍頻程。在測量聲壓級的同時，還進行了相應的進氣氣動性能試驗。
2 測試結果
試驗測試得到的線性聲壓級頻譜見圖 2 。當頻率超過 1000Hz 時，其線性聲壓級均在 70Hz 以下；在中低頻部分則存在 4 個聲壓級超過 70 dB 的高峰，分別對應編號① ~ ④，主要針對這 4 個峰進行分析；編號⑤和⑥位置也存在兩個小峰，但它們的聲壓級較低，所以不作探討；編號⑦為高頻位置。表 2 給出了編號① ~ ④對應的頻率、線性聲壓級和 A 計權聲壓級。
來源：佳工機電網作者：煙臺機械工藝研究所 宋寶通 于林奇 衛淑玲摘要：將電弧噴涂技術成功地運用到模具制作上，開辟了電弧噴涂技術應用的一個新領域。利用電弧噴涂制作模具具有周期短、費用低、效益高的顯著特點，尤其對一些形狀復雜、有各種裝飾花紋的型腔模具更具有明顯的經濟效果和實用價值。
關鍵詞：電弧噴涂；模具；噴涂層；基體
1 電弧噴涂制作模具的原理和特點
電弧噴涂制模技術是將兩根帶電的制模專用金屬絲通過導管不斷地向前輸送，金屬絲在噴槍前端相交形成電弧，金屬絲經電弧熔化，在壓縮空氣的作用下，將熔化的金屬霧化成金屬微粒，并以一定的速度噴射到樣模表面，一層一層地相互疊加、堆積而形成高密度、高結合強度的金屬噴涂層，即模具型腔的殼體(或實體)，這層殼體的內壁形狀與樣模表面完全吻合，從而形成了所需的模具型腔。噴涂形成的金屬殼體與其他基體材料填充加固，結合成一整體，再配以其他部件，即組成一付完整的模具。這種制模方法類似于電鑄制模，但又不完全相似。它制模工藝簡單，容易掌握，模具制作周期短，費用低。對比制作同一形狀尺寸的鋼模，制模周期和模具費用均可降低60%以上。
2 電弧噴涂模具的基本結構
電弧噴涂模具的基本結構可分為三部分，即金屬噴涂層部分、基體部分和鋼結構部分�，F以室內裝璜用裝飾條模具為例，說明電弧噴涂模具的基本結構，見圖1。
圖1模具結構示意圖
1.加熱管2.鉸鏈3.�？�4.鑲塊5.注射嘴
6.填充基體7.噴涂層8.制作9.銷緊卡子10.頂桿(1)金屬噴涂層：本模具的制品為高硬度聚脂塑料制品，要求模具具有一定的強度、硬度、表面粗糙度及良好的導熱性，為此我們選用特殊的合金材料作為金屬噴涂材料，經電弧熔化噴涂形成圖示中的模具型腔。即圖1中第7項噴涂層。
(2)模具基體：第6項為填充基體。本模具基體材料為有機粘接劑與金屬粉料混合而成，它能與金屬噴涂層牢固地結合成一體，有很好的強度和導熱性，完全可滿足模具的工作要求。
(3)鋼結構件：如�？颉㈣倝K、注射嘴、絞鏈等，均采用機械加工而成，然后鑲配組合于模具上。
3 電弧噴涂模具的制模工藝
電弧噴涂模具制模工藝流程見圖2。根據產品的要求及模具結構情況，工藝流程可作調整。
圖2 電弧噴涂模具制模工藝流程(1)噴涂樣模
電弧噴涂模具的特點就是以樣模為基準，模具型腔尺寸、幾何精度完全取決于樣模，樣模的設計應根據產品成形的工藝要求決定其形狀尺寸。為了便于噴涂后的脫模，樣模可設計成拼塊組合的結構形式。
制造樣模的材質很多：石膏、石墨、樹脂、陶瓷、木材、金屬等均可，也可直接采用產品作樣模使用。
(2)離型劑、脫模劑
利用電弧噴涂技術制作模具，既要求金屬微粒均勻致密地貼敷到樣模表面，又要求形成殼體后能順利、完整地從樣模上分離下來，而且在噴涂過程中要保護好樣模及其表面花紋能經得起噴涂金屬微粒的沖擊。同時，起到承受噴涂時的高溫和阻止熱量向樣模傳遞。
(3)噴涂參數
①電弧功率：電弧功率是由電源所決定的，它是影響模具型腔質量的主要因素。功率小，起弧困難或斷弧，噴涂的金屬材料不能很好地熔化，影響涂層的結合強度。功率過大，噴涂的金屬材料易過熱，金屬微粒的表面氧化嚴重，降低噴涂層的機械性能。使用鋅合金噴涂制模材料以電弧電壓36V，電弧電流110A左右較合適。
②噴涂距離：噴涂距離指噴涂制模時，噴槍嘴到樣模之間的距離。噴涂距離直接影響到噴涂層的質量。距離過大，沖擊到樣模表面上金屬微粒的溫度和速度都將下降，動能減小，塑性較差，涂層組織疏松，強度降低，沉積效率下降。距離過小，噴涂層溫度升高，模具型腔容易產生熱變形，影響模具精度。通過試驗，噴嘴到樣模之間的噴涂距離以150～200mm為宜。
③噴涂角度：噴涂角度是指電弧噴涂成形時噴嘴氣流軸線與被噴涂樣模之間的夾角。此夾角以垂直于樣模表面為最好，不得已情況下，也不應小于45°，否則會產生“遮蔽效應”，如圖3所示。
圖3 遮蔽效應④噴涂氣壓：電弧噴涂制模是利用壓縮空氣，將熔化的金屬霧化成微粒并噴射到樣模表面。因此，要求壓縮空氣具有一定的穩定壓力，并且要保證空氣干燥、清潔，通過試驗，我們選取了空氣壓力為0.5～0.6MPa。
⑤填充基體：當噴涂形成殼體后，利用基體材料填充加實，對殼體進行支撐和加固�；w材料的選擇，主要是根據模具的工作條件和噴涂層的材質不同，選擇不同的材料和工藝方法。模具對基體材料的要求，應具有一定的強度，能滿足模具工作狀態的受力要求，易于成形。由于噴涂殼體形成后，其外形比較復雜，基體形狀必須與涂層緊密吻合，因此，填充基體必須具有易成形的特點，要有一定的導熱性和耐熱性，同時，其導熱性及熱膨脹系數應與金屬噴 涂層相近，特別當模具工作溫度較高時，更應注意。
⑥鑲嵌金屬件：有些模具的某些部位有一些特殊要求，難以進行噴涂，則可采用金屬鑲嵌件。經噴涂的金屬鑲嵌件，在樣模取出后就直接成為模具型腔的一部分。這些特殊的部位一般是指模具上有較深的凹陷、凸起或筋條等結構，并且凸起或凹陷的高度大于其寬度，這些部位均應安放鑲嵌件。對于一些受力較大、磨損較重的模具部位，也可采用金屬鑲嵌的辦法，以提高模具壽命。鑲嵌件的安裝如圖4所示。
圖4金屬鑲嵌件安裝示意圖
1.金屬鑲嵌件2.金屬噴涂層3.樣模根據模具的工作條件、受力情況等因素，選用不同的鑲嵌件材料，如鋼、鑄鐵、鋁、鋅合金、銅等均可。
⑦組裝試模：電弧噴涂形成模具型腔，經填充加實后，將樣模自型腔中脫出，并清理加工至符合要求、組裝好相應的配件，即可形成一副完整的模具。
4電弧噴涂制模工藝應用
現以PVC塑料女鞋底注塑模具為例，將電弧噴涂成形過程綜述如下：
(1)樣模是以市場選購的比較流行的PVC塑料女鞋底原件為樣模。
(2)根據產品要求確定模具分型面，并涂刷離型劑和脫模劑。離型劑和脫模劑應涂刷均勻，每次涂刷應在上次涂刷干燥后再進行。
(3)待離型劑、脫模劑干燥后進行第一次噴涂，形成金屬噴涂的凹模殼體。
(4)將殼體按要求找平，安裝凹�？蚣埽沧寄；w填充材料。澆注時應注意將周邊封閉，以防澆注時滲漏出來。
(5)凝固后翻轉，在分型面樣模上涂刷離型劑和脫模劑，并在相應部位上組裝鑲嵌金屬件。
(6)干燥后進行第二次噴涂，形成金屬噴涂的凸模殼體。
(7)安裝凸模框架，并澆注凸�；w填充材料，同樣注意周邊封閉。
(8)凝固后，按分型面將凸、凹模分開，取出樣模，即完成模具型腔的電弧噴涂成形。
(9)合模加工上下平面，以保證模具的平行。
(10)連接上下模板，組裝注射嘴等鋼件。
(11)上機注射成形。
5電弧噴涂制作模具的經濟效果
(1)電弧噴涂制作模具工藝簡單。它以樣模為基準，利用電弧熔化金屬，壓縮空氣使金屬霧化并噴射到樣模表面，形成模具型腔。這種方法比機械加工或電加工成形都簡單，尤其是形狀復雜、機械加工難以實現的模具型腔，其效果更為明顯。
(2)電弧噴涂制作模具的制模周期短。常規的模具加工從鑄(或鍛)件、粗加工、精加工、仿型加工、鉗工研配到模具成品，需要一個很長的加工周期，某些形狀復雜的型腔模具，直接加工成形較困難，不得不采用拼接鑲嵌的結構形式，從而使模具的設計和制造周期相應加長。采用電弧噴涂制作模具，只要有了樣模，可在很短的時間內制作出符合要求的模具。制作一副投影面積1900mm×1200mm、表面有立體裝飾花紋及以塑代木雙人床頭模具，僅用1周時間。同樣大小的一副模具，若采用鑄鋁加工的常規方法，制作了5個多月才完成。
(3)電弧噴涂模具成本低。噴涂模具所用的主要材料為噴涂金屬絲和基體填充材料。噴絲用量很少，僅為薄薄的一層，所占模具費用比例甚微。上述床頭模具，僅用噴絲不足20kg，價值500余元，整個模具成本費為1200多元，而常規方法所用的鑄造費用就近7000元，整個模具成本近1.5萬元。
電弧噴涂制模是一種典型的快速制模技術，它是具有制模工藝簡單、制作周期短、模具成本低等顯著特點，特別適用于小批量、多品種的生產使用，尤其在當前市場競爭的情況
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