整机压力云图分布

通过Fluent 软件对掘进工作面离心风机进行流场数值模拟，模拟得出在同流量下，加米字集流器和普通集流器离心风机压力云图可以看出，风机静压从进口至出口逐渐增大，在蜗壳外达到较大。加米字集流器风机进口静压明显高于普通集流器离心风机， 其较大静压达到2 510 Pa，普通集流器达到1 440 Pa；在中高频段后盖板加消声材料的降噪效果很好，这种方式对于气动噪声及高频振动等起到很好的吸收作用，尤其是5-51离心风机包括电机的高频振动噪声过滤程度明显。加米字风机的全压较大可达5 860 Pa，而普通集流器较大达到4 260 Pa。

5-51离心风机集流器的压力用Tecplot 软件对模拟结果进行后处理，可以对离心风机集流器的受压进行对比分析。加米字形集流器和普通圆弧形集流器内部流场受压分布所示， 5-51离心风机米字形集流器入口压力为-8 000 Pa，到集流器出口达到-18 000 Pa，压差10 000 Pa；金属叶轮是离心风机的重要组成部分，在一定程度上决定着离心风机的性能。普通圆弧形集流器入口压力为-8 000 Pa，到集流器出口达到-16 000 Pa，压差8 000 Pa，小于米字形集流器。同时也可以看出，加米字形集流器压力梯度变化趋势比普通圆弧形集流器平缓，对稳定进口气流，保证气流的均匀及稳定有更明显的作用。

在标准进气风管测试装置上，对5-51离心风机及在风机蜗壳周向板、前盖板、后盖板等部位分别加装吸声材料后，测试了不同结构形式下风机性能和噪声特性。试验结果表明:相比原风机，蜗壳周向板与后盖板同时加装吸声材料效果较好，设计工况下A声级能够降低7．2dB(A)，在小流量工况下，吸声蜗壳的降噪效果变差;根据风机噪声频谱，穿孔板加玻璃棉吸声蜗壳的吸声性能中高频好于低频，风机基频噪声在设计点能够降低12．5dB(A);5-51离心风机加装吸声材料后风机气动性能会略有下滑，压力和效率都有不同程度的降低。离心式风机是工业生产中应用广泛的通用辅助设备，而风机噪声尤其大型风机噪声很大，严重影响人的身心健康，所以降低风机噪声有着重要的意义。由于蜗壳壁面是离心风机主要的气动噪声源，蜗壳不消声时，声波在风机蜗壳内连续反射，形成一个混响声场，声压级较高。采用消声蜗壳后，被吸收的声能多，被反射的声能少，其声场的声压级就会降低。但是集流器由于增加米字形支撑架，造成集流器截面的摩擦力增大，消耗了风机的一部分动能。

对于5-51离心风机消声蜗壳降噪效果的研究，国内外很多学者都做了不少的研究工作。Bartenwerfer等将蜗板外侧消声部分的外壳做成方形，里面填充消声材料对离心风机进行降噪试验研究，使改进后的风机A声级降低了9～12dB(A)。刘晓良等研究了消声蜗壳消声材料厚度、空腔厚度等对风机降噪效果的影响，结果表明:适当增加消声材料厚度或空腔厚度可以提高消声蜗壳的降噪效果。到目前为止，对消声蜗壳的研究基本都集中在周向蜗板上加装消声材料，对风机侧板加消声材料的消声蜗壳降噪效果研究得还比较少。主要原因是大流量工况下，蜗壳内部气流速度较高，气流与穿孔板之间的摩擦损失增加。

消声蜗壳对5-51离心风机气动性能的影响原风机与不同消声组合试验所得的气动性能对比如图3 所示。试验结果表明: 由于穿孔板相对于光滑的铝板有着较高的壁面摩擦阻力，导致加装穿孔板后的风机压力和效率在整个测试工况范围内都有不同程度的降低。4种消声组合方式的压力损失并不相同，当额定转速为3 800 r /min，在设计工况下，A 组合改进风机全压降低了约16．0 Pa，效率下降了约1．28%; B 组合改进风机全压降低了约5．0 Pa，5-51离心风机效率下降了约0．9%; C 组合改进风机全压降低了约36．8 Pa，效率下降了约3．18%; D 组合改进风机全压降低了约45．8 Pa，效率下降了约3．28%。本文在传统蜗壳型线设计理论基础上，以某抽油烟机用多翼离心风机为研究对象，5-51离心风机采用动量矩修正方法对其进行性能优化。

主要由于安装穿孔板的面积不同，导致不同消声组合方式的摩擦损失不同。B 组合即只在风机后盖板上安装穿孔板，风机压力损失小。不同工况下，风机压力和效率损失也不相同，在设计工况及偏大流量工况下，5-51离心风机压力和效率损失较大，效率也同步降低。主要原因是大流量工况下，蜗壳内部气流速度较高，气流与穿孔板之间的摩擦损失增加。消声蜗壳为A 组合形式时与原风机的出口A声级随流量变化的对比图。可以看出，不同工况下，A 型消声蜗壳的降噪效果不同，5-51离心风机在额定工况点附近，降噪效果好; 在大流量工况下，降噪效果变差，这主要因为大流量情况下，蜗壳内气体流速较大，而气体流速对吸声材料的吸声效果影响很大; 在小流量工况下，风机流动恶化，风机振动较大，导致振动噪声很大以致降噪效果反而变差。与原风机相比，在额定工况点A 声级降低约4．5 dB( A) ，在大流量工况下，A 声级降低约3．6 dB( A) ，在小流量工况下，A 声级降低约1．9 dB( A) 。但上述边界条件只针对高雷诺数而言，在固体壁面附近，流体粘性应力将取代湍流雷诺应力，并在临近固体壁面的粘性底层占主要作用。