对风电水冷空气散热器降噪方法的探讨
摘要：根据水冷系统行业标准要求，水冷系统的空气散热器噪音要求不大于86dB（A），很多水冷用户，尤其是海外用户，也会出于环保考虑，要求水冷产品噪音不能高于80dB（A），而空气散热器作为水冷系统室外二次换热设备，是风电水冷产品的主要噪音来源，因此对空气散热器降噪方法进行探讨、有针对性地解决噪音问题，对风电产品的国产产业化和海外市场化是非常重要和必要的。
关键词：噪声源 控制方式
引言：本文对风力发电机组的水冷系统的空气散热器噪声的产生原因进行了分析说明，并提出了几种降噪方法的探讨。
1.噪声产生的原因
轴流风机的噪声主要是电机噪声、机械噪声和空气动力性噪声。
1.1电机噪声
电机噪音有由于轴承本身精度不够而产生撞击振动形成的轴承噪声；由换向器整流子碳刷摩擦导电环而产生的摩擦噪声；由径向交变的电磁力激发的电磁噪声；由于某些部件振动使自己的固有频率与激励频率产生共振形成的窄带噪声；还有转子不平衡或电磁力轴向分量产生的轴向串动声；整流子的打击噪声和电机冷却风扇产生的噪声。
1.2机械噪声
风机主要指风叶（即叶轮）、电机的连接组件。机械噪声主要是风叶和电机配合不平衡形成振动而造成的。
风机属于回转体，回转体不平衡会导致振动，产生噪音，在较长时间运行后，因风机高转速的影响下，叶轮会产生不同程度的磨损，加上风压等影响，会直接导致受力零件产生变形，这些也会使整个风机再次不平衡而产生振动、噪声。
而由于风机的安装不良或连接零件安装不够紧固也会产生噪声；风机叶轮在高速旋转的情况下也会产生比较大的振动，这种振动可能会导致空气散热器整机或其中某一部分产生共振，从而产生噪声。
1.3风机的气动噪声
轴流风机的气动噪声是气体与气体、以及气体与固体之间相互作用所产生的噪声，主要是由于气体的非稳定流动而形成的气流扰动。当多个叶片的风机叶轮绕轴旋转时，旋转的叶片对气流不断施加作用力，作用力的平均部分对应于维持气流运动的推力，而其交变部分则对应于产生气流噪声的激发力。一般可分涡流噪声和旋转噪声。
1.3.1涡旋噪声产生的机理
涡旋噪声也叫紊流噪声或涡流噪声，风机叶片相对于气流运动时，由于气流受到叶片阻挡即绕流，沿叶片表面的流线会在背面脱体，会形成一个阴影区。在该阴影区内的气体一般并不随气流向下游方向运动，而是处于相对静止的状态，由于涡旋的中心与边缘的压力是不相同的，气流通过切向粘滞力而产生卷吸作用，带动静止的气体运动，在背面的分叉点附近形成了涡旋胚，并逐渐成长，涡流的范围越来越大，到一定程度后涡旋胚就从叶片背面滑脱，涡旋在叶片上侧不断地形成、发展和滑脱，产生一系列顺流而下的旋涡。在涡旋脱体的过程中，涡流分裂，使气体发生扰动，叶片受到交变气体扰动作用力。上述过程中，叶片要不断地向气体施加周期性的反作用力，形成气流的压缩与稀疏过，从而向周围辐射声波，产生涡旋噪声。
1.3.2旋转噪声产生的机理
旋转噪声也叫离散频率噪声或叶片噪声。叶片绕轴旋转时，风机叶片相对于气流运动，背风侧与迎风侧所受压力不同。在旋转叶轮的叶片通道出口处沿周向的气动压力与气流速度都有很大变化，在较窄的蜗舌处当旋转的叶片通道掠过时，就会出现速度脉动和周期性的压力，而产生噪声。叶片在自由空间旋转时，对于叶片邻近的某固定空间位置来说，每当一个叶片通过时，空气受到叶片及其压力场的激励，压力就会起伏变化一次，旋转的叶片不断地逐个通过，相应逐个地产生脉冲，向周围辐射噪声。
2.噪声的控制
2.1噪声源的控制
要彻底消除噪声只有对噪声源进行控制。要从噪声源上根治噪声是比较困难的，而且受到各种条件和环境的限制。但是，对噪声源进行一些技术改进是切实可行的。减少风量和风压或降低叶轮圆周速度，都能有效地降低风机噪声。但通风量的下降，往往满足不了散热的要求。因此，低噪声轴流风机的设计，应在不增加叶轮直径和满足风量、风压的前提下，采取以下措施。
2.1.1选用低转速高性能风机。选用低转速高性能风机，能耗低，噪音小，风扇的扇叶与马达外转子为一体式，在出厂前已做好预平衡，将噪声减到最小。
2.1.2采用多叶片高效叶轮。在得到同样风量风压情况下，采用多叶片叶轮可以增大叶栅的气动力载荷，叶轮叶片外圆上圆周速度可使风机噪声明显降低。不同形式的叶片，产生的噪声也不一样，采用阔叶型风机叶片，把风机叶片由直片式改成弯形，用较低的转速驱动就能获得所需的流量和全压值。选择最佳叶片形状，可以降低风机噪声。
2.1.3采用流线型罩壳。采用流线型罩壳，改进了风口流场，减小涡流，减小压力脉动，从而可使噪声降低1.5～3dB（A）。
2.1.4采用变频调速控制。水冷系统的空气散热器采用变频器进行调速控制，同时设工频旁路，既可以保证温度的平稳调节，又可以在变频器出现故障时，自动切换至工频回路正常运行，因此，电机可以选用带变频调节的高性能电机，起到降噪目的。
2.2传播途径的控制
在噪声源上治理噪声效果不理想时，需要在噪声传播的途径上采取措施。空气散热器在传播途径上主要采用增加消声器的方法来降噪。在空气散热器的出风口处安装消声器，其消声量的设计是噪声源和风机综合噪声值与所设计标准的差，并且考虑3～5dB（A）的盈余量。
2.2.1消声器的结构形式
消声器的结构形式是根据消声器的流量和允许的流速大小（一般情况下，流速控制决定于阻力要求和消声量要求），确定所需要的面积，然后根据通流面积的大小来选定的。按照常规设计，单通道直管式消声器适用于通道的当量直径小于300mm；当通道当量直径在300mm和500mm之间时，为了避免由于流速增加而引起的不良影响，应在通道中加设吸声层或吸声芯，同时要扣除消声器的有效通流面积声层或吸声芯所占面积；以当直径大于500mm时，当考滤采用片式、阻性片式、风蜂窝式等其他形式的消声器。 消声器设计一般采用阻性片式消声器。 消音器结构由许多平行的单元消声管排列组成，消声管之间填充多孔吸声材料，为减少气流激发壳壁振动而产生辐射声，在外壳上设置了加强筋。
2.2.2吸声材料选择。吸声材料声学性能的好坏是决定消声器声学性能的重要因素。除首先考滤其声学性能外，还需考滤消声器的实际使用条件，具有耐高温、防潮、抗腐蚀性能。
2.2.3消声器的长度。在通道截面积确定后，增加消声器的长度可以提高消声量。消声器的长度主要根据声源。强度和具体的降噪要求决定，还应注意现场空间所允许的安装尺寸。
2.3.4吸声材料的护面结构。阻性折板式消声结构，所用钢板为镀锌穿孔板，内外表面均需涂锈漆、面漆，面漆为2-3层聚氨酯暖灰3C面漆，面漆厚度≥120μm。
2.3.5消声器压力损失控制 为使用风机正常运行，安装消声器后，压力损失不应大于35Pa。
3.总结：
近几年，随着风力发电机国产化程度的不断扩大，而我国制造业与欧美发达国家还有一定的差距，因此国产化风力发电机振动噪声问题逐渐显现出来。因此，有效地对风力发电机的减振降噪控制是非常重要和必要的。
参考文献：
[1]马大猷，噪声与振动控制工程手册，[M]，机械工业出版社，2002
[2]林丽华，风力发电机组噪声测试分析研究，能源工程，2008