燃料電池車用離心風(fēng)機(jī)噪聲特性試驗(yàn)分析(1)

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基于消聲室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)，對(duì)某企業(yè)研發(fā)的燃料電池汽車空輔系統(tǒng)內(nèi)的離心石家莊風(fēng)機(jī)進(jìn)行了噪聲特性分析。通過(guò)初步預(yù)測(cè)離心石家莊風(fēng)機(jī)噪聲并設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，測(cè)量不同穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工況下離心石家莊風(fēng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲信號(hào)。離心石家莊風(fēng)機(jī)的噪聲主要表現(xiàn)為由石家莊風(fēng)機(jī)葉輪、散熱風(fēng)扇等產(chǎn)生的階次噪聲以及由進(jìn)氣湍流、電磁激勵(lì)等產(chǎn)生的寬頻噪聲兩類，經(jīng)過(guò)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析以及階次分析，明確了其主要的噪聲成分是離心石家莊風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣噪聲、石家莊風(fēng)機(jī)葉輪和散熱風(fēng)扇的氣動(dòng)噪聲。當(dāng)今世界范圍內(nèi)日益匱乏的石油資源和不斷惡化的環(huán)境問(wèn)題，迫使各大汽車廠商紛紛著手研發(fā)新能源清潔汽車，如燃料電池汽車、純電動(dòng)汽車以及混合動(dòng)力汽車，其中屬燃料電池汽車最受關(guān)注。燃料電池汽車省去了內(nèi)燃機(jī)這個(gè)主要噪聲源，人們期待它更安靜和舒適，實(shí)現(xiàn)零污染排放，并且能提供噪聲環(huán)保［１］。但燃料電池汽車的總體布置、動(dòng)力系統(tǒng)以及燃料電池系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車完全不同，因此它的振動(dòng)噪聲特性也很獨(dú)特。燃料電池汽車的ＮＶＨ問(wèn)題主要集中在燃料電池輔助系統(tǒng)（空輔系統(tǒng)、氫輔系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)）。因此，在燃料電池汽車研發(fā)中的噪聲識(shí)別和控制問(wèn)題成為了科研人員面臨的一個(gè)新難題［２］。近日某企業(yè)研發(fā)的一款燃料電池汽車，在某些運(yùn)行工況下其燃料電池空輔系統(tǒng)存在著一系列振動(dòng)噪聲問(wèn)題，在該車開發(fā)過(guò)程中亟需將這類振動(dòng)噪聲問(wèn)題解決。在對(duì)該燃料電池汽車的噪聲特性進(jìn)行初步測(cè)試和分析后，確定了其主要的噪聲源是燃料電池空輔系統(tǒng)中的離心石家莊風(fēng)機(jī)。本文的主要研究?jī)?nèi)容圍繞該車用離心石家莊風(fēng)機(jī)展開，通過(guò)對(duì)離心石家莊風(fēng)機(jī)臺(tái)架運(yùn)行工況下的噪聲特性進(jìn)行分析和預(yù)判，設(shè)計(jì)臺(tái)架試驗(yàn)方案，采集不同工況下的離心風(fēng)機(jī)的振動(dòng)與噪聲信號(hào)，并利用現(xiàn)代工程信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行分析，最后識(shí)別出離心石家莊風(fēng)機(jī)的主要噪聲成分和來(lái)源。
１被測(cè)離心石家莊風(fēng)機(jī)噪聲初判
１１被測(cè)離心石家莊風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析
被測(cè)離心石家莊風(fēng)機(jī)在燃料電池系統(tǒng)中起到空氣壓縮機(jī)的作用，其包括了離心石家莊風(fēng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和石家莊風(fēng)機(jī)進(jìn)排氣口等構(gòu)成的整個(gè)系統(tǒng)。利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)石家莊風(fēng)機(jī)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將進(jìn)氣口吸進(jìn)的氣體加速并改變其流向，實(shí)現(xiàn)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能的過(guò)程。分析離心石家莊風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式以及在燃料電池空輔系統(tǒng)內(nèi)具體的安裝位置，得到以下幾個(gè)信息：（１）離心石家莊風(fēng)機(jī)本身與驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為一體，運(yùn)行工況下最高轉(zhuǎn)速可達(dá)1500～1700ｒ／min。石家莊風(fēng)機(jī)葉輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)是這個(gè)離心石家莊風(fēng)機(jī)最主要的兩個(gè)組成部分，絕大部分的噪聲都是由這兩個(gè)部分產(chǎn)生的（本文簡(jiǎn)稱風(fēng)機(jī)噪聲和電機(jī)噪聲）；（２）離心石家莊風(fēng)機(jī)進(jìn)口與空氣濾清器相連，可當(dāng)作與外界空氣直接相通，出口管與空氣凈化器相連并通往燃料電池反應(yīng)堆，沒有直接與空氣相通，石家莊風(fēng)機(jī)內(nèi)噪聲會(huì)通過(guò)進(jìn)口管向外輻射，不會(huì)通過(guò)出口管傳出。（３）離心石家莊風(fēng)機(jī)在高速運(yùn)行下進(jìn)口管向內(nèi)吸氣，進(jìn)氣氣流流速快，能夠產(chǎn)生復(fù)雜的噴流噪聲，并能激起進(jìn)氣口端面殼體的振動(dòng)。（４）離心石家莊風(fēng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)都為旋轉(zhuǎn)件，石家莊風(fēng)機(jī)葉輪和驅(qū)動(dòng)電機(jī)散熱風(fēng)扇葉片數(shù)均為６，產(chǎn)生的噪聲必定存在與轉(zhuǎn)速有關(guān)的階次特性噪聲。（５）驅(qū)動(dòng)電機(jī)側(cè)殼體開有通風(fēng)槽，對(duì)噪聲的輻射有所影響。
１２被測(cè)離心石家莊風(fēng)機(jī)噪聲預(yù)判根據(jù)以上分析，對(duì)于該離心石家莊風(fēng)機(jī)存在的噪聲源進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以將噪聲分為階次噪聲和寬頻噪聲兩類。以下是幾個(gè)主要可能的噪聲源以及其產(chǎn)生噪聲的特性：（１）石家莊風(fēng)機(jī)噪聲：旋轉(zhuǎn)噪聲（階次特性）、渦流噪聲（寬頻特性）、進(jìn)氣噪聲（寬頻特性）；（２）電機(jī)噪聲：激勵(lì)電流噪聲（階次特性）、電磁噪聲（階次特性和寬頻特性）、轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡噪聲（階次特性）、散熱風(fēng)扇氣動(dòng)噪聲（階次特性和寬頻特性）；（３）殼體噪聲：殼體固有特性噪聲（寬頻特性）。因此，需根據(jù)噪聲成分的預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)離心石家莊風(fēng)機(jī)噪聲特性試驗(yàn)方案，進(jìn)行離心石家莊風(fēng)機(jī)噪聲試驗(yàn)，結(jié)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)信號(hào)對(duì)其產(chǎn)生的噪聲特性進(jìn)行分析，識(shí)別出該離心風(fēng)機(jī)的主要噪聲成分的來(lái)源。