称心常识网离心式过滤机
离心沉淀式过滤器啸叫声研究
陈朝晖1，余浩2，成毅3，陈斌41.湖南联诚轨道装备有限公司，湖南 株洲 4120012.湖南联诚轨道装备有限公司，湖南 株洲 412001
摘要：风机通常配备离心沉淀式过滤器用于过滤沙尘和雨水来保护散热设备。因过滤器尺寸受限使风机产生啸叫声。本文通过试验手段分析了啸叫声产生的原因，并通过优化过滤器自身结构提高了产生啸叫声的临界风速，采用CFD手段进行了理论验证。避免了风机装车运行时产生啸叫声的风险。关键字：啸叫声 临界风机 涡流噪声
0 前言
为保证铁道车辆发热设备(如牵引电机等)的正常工作, 通常设置牵引风机强迫通风冷却的方式来转移热量, 牵引风机前端设置的沉淀式离心过滤器是必不可少的关键部件, 用以过滤空气中的沙尘和雨水[1]。在铁道车辆应用过程中，出现过装车运行时沉淀式离心过滤器产生啸叫声的现象，引起业主投诉，通过对啸叫声产生的机理进行分析，提出改进方案，从而沉淀式离心过滤器解决产生啸叫声的现象。1 离心沉淀式过滤器的结构和工作原理
离心沉淀式过滤器是利用惯性碰撞和离心沉淀原理设计、由三排交错排列的不同形式的管状零件组成的框架式结构如图1所示。其前部为外凸、封闭、带尾翼的管状导流体，对气流起导向和加速作用;中部为带尾翼的圆缺形管状分离器，起分离捕集粉尘(雨雪)的作用；后部为尺寸略小且不带尾翼的圆缺形管状分离器，起进一步分离捕集粉尘(雨雪)的作用[2]。
离心沉淀式过滤器的工作原理是:利用各管状元件间的间隙使粉尘(雨雪)在运动中产生惯性离心力, 以达到分离粉尘(雨雪)的效果, 分离出的粉尘(雨雪)被两排分离器收集, 或吸附于内壁, 或在重力作用下自动排出。
2 离心沉淀式过滤器特性
离心沉淀式过滤器三个管排之间的间隙和距离设计对过滤效果有着较大影响。较小的间隙或距离一般能提高过滤效率，但会风阻会增加；较大的间隙或距离能降低风阻，但会牺牲过滤效果。
铁道车辆用离心沉淀式过滤器通常源自FSAM型成熟过滤器，有些研究机构对这种原型过滤提出了许多改进及优化措施以降低风阻，提高过滤器效率[3]，但没有研究机构对离心沉淀式过滤器的啸叫声进行研究。
离心沉淀式过滤器在入口临界风速情况下会产生啸叫声，这种声音类似于吹口哨的声音，特点是非常尖锐，让人产生不适感。
3 啸叫声产生的机理
当气体流过狭小缝隙时，气流会产生扰动，产生涡流，如图2所示。
当气流经过固体边界时，相当于固体对气体进行切割，产生单极子声源，同时产生气流旋涡，产生涡流噪声，属于偶极子声源，如图3所示。
离心沉淀式过滤器啸叫声产生的原因是空气振动产生，并未结构振动导致。主要是空气进种管排后产生旋涡区，属于涡流噪声。在频谱表现上通常为宽频噪声，没有相应的特征频率，但频率通常较高，经过试验测试表明，频率主要表现在1000Hz附近。
4 啸叫声试验测试
对某装有过滤器的风机进行啸叫声试验，通过调节风机出口管道风门达到调整过滤器进风量的目的，如图4所示为原始设计过滤器。图5是四种试验方案：方案为对四条边进行密封测试啸声对应的临界通风量（即风速）。
得出试验结果表1所示：
对试验结果分析可知，通风量增加的主要是将右侧进行密封所获得，说明啸叫声产生的原因是最左侧管排缝隙中产生的；右侧密封仅能提高1%的通风量；上下密封并未对啸声产生影响。
5 啸叫声产生的原因分析
气流经过离心沉淀式过滤器后进入风机当中时，两侧的气流速度梯度较大，最容易产生旋涡，产生涡流噪声，中间部位气流垂直进入风机当中，速度梯度不大。
再通过CFD进行流体仿真，如图7所示，气流在两侧时拐弯非常明显,与上述分析非常吻合。
6 改进措施
一、过滤器两侧间隙处进行打胶密封处理，即能起到提高防水能力，又能提高啸声临界值的目的，且对离心结构未做修改，保证了过滤效果。
二、优化过滤器安装结构，因安装空间受限，尽可能的降低两侧的速度梯度，减少产生涡流的大小，能有效的提高过滤器产生啸声的临界值风速大小。优化方案如图8所示
总 结
通过对过滤器产生啸叫声的原因查找、理论分析，及试验验证，对解决过滤器的啸声提供了理论依据和解决方案。
参考文献：
[1] 林范坤. 铁道车辆用离心沉淀式机械过滤器结构优化研究[J]. 铁道车辆，2011，5(5):18-22.
[2] 林范坤.机车车辆通风用新型空气过滤器的研制[J]. 电力机车与城轨车辆, 2008，31(3):13-15.
[3] 范春斌，张同玲. 机车车辆用新型空气过滤器概述[J]. 电力机车与城轨车辆, 2012，35(5):65-67.
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