徐茂青 馮黔軍

（廣州市紅日燃具有限公司 廣東廣州 510435）

0 引言

吸油煙機(jī)作為電器化廚房必備設(shè)施之一越來越受到人們的重視，成為現(xiàn)代人生活的必需品。巨大的市場需求為吸油煙機(jī)行業(yè)的發(fā)展帶了無限的商機(jī)，也對吸油煙機(jī)的風(fēng)量、噪聲、全壓效率、以及氣味降低度等性能指標(biāo)提出了新的要求。目前國內(nèi)吸油煙機(jī)技術(shù)水平整體不高，不能從根本上達(dá)到消費(fèi)者滿意的程度，存在排煙不盡、油氣分離難、噪音高、滴油多、清洗不便等不足。

近吸式油煙機(jī)是近些年發(fā)展起來的新型油煙機(jī)產(chǎn)品，由于其安裝在灶具的側(cè)面，進(jìn)風(fēng)口離油煙源頭更近，能第一時(shí)間鎖定產(chǎn)生的油煙，并且可以有效的縮短油煙上升的運(yùn)動距離，排煙效果自然更為理想，迅速得到消費(fèi)者的認(rèn)可。同時(shí)，由于其安裝位置靠近灶臺，噪聲問題更加突出。因此，在現(xiàn)有的油煙機(jī)配置的情況下，降低油煙機(jī)在工作過程中的的噪聲，減小其振動有很大的經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)實(shí)意義。

本文以某型近吸式油煙機(jī)為研究對象，利用高速便攜測試系統(tǒng)對其進(jìn)行振動和噪聲測試分析，找出該型油煙機(jī)的主要振動和噪聲源，為后續(xù)的油煙機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)提供理論與技術(shù)指導(dǎo)。

1 測量原理與實(shí)驗(yàn)裝置

1.1 測量原理

進(jìn)行吸油煙機(jī)噪聲源辨識的基本思路是：根據(jù)振動和噪聲發(fā)生的原理，首先選擇幾個(gè)關(guān)鍵測點(diǎn)，在近場測量各點(diǎn)的振動和聲壓級。通過數(shù)據(jù)處理與分析，初步確定振動和噪聲源的分布；然后選擇振動信號與噪聲信號做互功率譜分析，通過分析頻譜圖，確定吸油煙機(jī)的噪聲中哪些頻率是由振動產(chǎn)生。

1.2 高速便攜測試系統(tǒng)簡介

本文主要采用高速便攜測試系統(tǒng)（如圖1所示）測量油煙機(jī)的振動和噪聲輻射，通過對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析得到相應(yīng)圖表和圖像。高速便攜測試系統(tǒng)共有8個(gè)輸入端口和四個(gè)擴(kuò)展端口，每個(gè)端口可以連接不同類型的傳感器，它能實(shí)現(xiàn)對噪聲、加速度、速度、位移等物理量的實(shí)時(shí)測量，該儀器不同的配套軟件可實(shí)現(xiàn)不同的功能。它利用通用計(jì)算機(jī)（PC）的高速計(jì)算、大容量存貯能力對采集到的信號進(jìn)行時(shí)域、頻域的分析計(jì)算，具有一機(jī)多用、精度高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛的用在環(huán)境噪聲測量、環(huán)境振動測量、噪聲源的頻譜分析、建筑聲學(xué)測量等領(lǐng)域。測量的結(jié)果可以通過軟件數(shù)據(jù)處理，直接和振動烈度標(biāo)準(zhǔn)[3]、頻率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比判讀。

圖1 高速便攜測試系統(tǒng)

本次試驗(yàn)使用加速度傳感器和麥克風(fēng)傳感器，分別對油煙機(jī)的振動和噪聲進(jìn)行測量。加速度傳感器貼在被測表面上，加速度里面的敏感元件將測點(diǎn)的加速度信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，進(jìn)入前置放大電路，經(jīng)過信號調(diào)理電路改善信號的信噪比，再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號，最后送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和顯示。

1.3 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)要求[1,2]，測試在半消聲室的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，從而避免了外界環(huán)境噪聲的影響。根據(jù)GB/T 4214.1—2011《聲學(xué)家用電器及其類似用途器具噪聲測試方法》的規(guī)定[2]，首先確定各需要安裝的附件，在對樣機(jī)測量前記錄樣機(jī)幾何尺寸，并記錄實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度和大氣壓力作修正參考；實(shí)驗(yàn)前測試環(huán)境的背景噪聲，用于修正測量結(jié)果；檢查油煙機(jī)是否能正常工作，各個(gè)部件是否安裝到位；檢查實(shí)驗(yàn)儀器的連接關(guān)系，保證實(shí)驗(yàn)儀器的正常工作和測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。使吸油煙機(jī)在額定電壓、頻率下，以最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)30min，待樣機(jī)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2 測量過程與結(jié)果分析

2.1 振動測試

在吸油煙機(jī)的正前面、左側(cè)面、右側(cè)面、進(jìn)風(fēng)口側(cè)面，分布布置了四個(gè)振動檢測面（如圖2所示），每個(gè)面上布置五個(gè)加速度傳感器，測量垂直、水平和軸向三個(gè)方向的振動信號，將這三個(gè)方向的振動信號合成便得到該點(diǎn)在空間的振動情況；再將這五個(gè)測點(diǎn)結(jié)果取平均，得到該測量面的平均振動幅值，傳感器的放置如圖3所示。

基于上述實(shí)驗(yàn)測量原理及測定布置情況，本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集主要進(jìn)行了四種工況的實(shí)驗(yàn)，即在低速檔有濾網(wǎng)、低速檔無濾網(wǎng)、高速檔有濾網(wǎng)、高速檔無濾網(wǎng)工況下，分別對正前面、左右側(cè)面、集煙腔進(jìn)行加速度測量。

由于儀器直接獲取的是電壓信號（時(shí)域信號），不便于查看。因此通過傅里葉變換，將時(shí)域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，這樣就可以清晰的看出該信號的頻率成分以及所占比例的大小。以高速工況下正前面有濾網(wǎng)和無濾網(wǎng)為例，振動信號頻譜圖如圖5、圖6所示。

按照一定的測量步驟進(jìn)行測試與計(jì)算，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室環(huán)境影響的修訂，可以得到：除了煙機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率外，占主要部分的頻率為100Hz、415Hz、385Hz左右的頻率；油煙機(jī)高速工況下振動幅度大于低速工況，有濾網(wǎng)時(shí)大于無濾網(wǎng)。

2.2 噪聲測試

根據(jù)GB 17713-1999《吸油煙機(jī)噪音及其檢測方法》，并參考相關(guān)文獻(xiàn)[3，4]，煙機(jī)的噪聲測試采用全球包絡(luò)法進(jìn)行噪聲的測定。開機(jī)半個(gè)小時(shí)，待樣機(jī)工作穩(wěn)定后，再在工況分別為低速檔有濾網(wǎng)、低速檔無濾網(wǎng)、高速檔有濾網(wǎng)、高速檔無濾網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)條件下，每種工況布置四個(gè)測試點(diǎn)A、B、C、D，對測點(diǎn)進(jìn)行噪聲測量，記錄這些點(diǎn)的聲壓值，并換算為A聲功率級。

以有濾網(wǎng)條件下高速和低速兩種工況為例，噪聲信號頻率圖如圖7、圖8所示。可以看出噪聲頻率分布主要集中在100Hz、416Hz、475Hz等頻率處。不同工況下各測點(diǎn)的噪聲數(shù)據(jù)如表4所示。

測量點(diǎn) 高速檔有濾網(wǎng)高速檔無濾網(wǎng)低速檔有濾網(wǎng)低速檔無濾網(wǎng)平均聲壓級 51.75 50.99 43.74 43.21聲功率級 65.75 64.99 57.74 57.21

從表1可以看出煙機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)高速檔的噪聲大于低速檔，有濾網(wǎng)時(shí)的噪聲大于無濾網(wǎng)，但是濾網(wǎng)對煙機(jī)噪聲的影響相對很小，這就對濾網(wǎng)的改進(jìn)留下很大空間，因?yàn)樘岣邽V網(wǎng)過濾油煙的性能勢必要增大油煙在通過濾網(wǎng)時(shí)的擾動和碰撞，從而提高了油煙流經(jīng)濾網(wǎng)的噪聲。煙機(jī)正前方的噪聲大于其他位置，而且隨著工況的的提高而增大，反映出風(fēng)機(jī)是主要噪聲源。

2.3 聲振相干分析

聲振相干分析是在總噪聲的頻譜上，分辨出峰值的頻率與各振動源特征頻率之間的關(guān)系，可以更一步確定振動源對總噪聲級的影響。聲振相干分析所用的依據(jù)是相干函數(shù)。

對于同一頻率噪聲是由多種原因多個(gè)部件振動輻射的，有時(shí)振動大產(chǎn)生的噪聲不一定大，所以僅憑頻譜往往不能準(zhǔn)確判定主噪聲源，因此借助相干函數(shù)分析來判定，相干函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

這里：Sxy(f)為輸入振動信號X(t)與輸出噪聲信號Y(t)的互譜函數(shù)，Sx(f)為振動信號自譜，Sy(f)為噪聲信號自譜。

相干函數(shù)反映了振動信號與噪聲信號的相關(guān)程度。進(jìn)一步說明噪聲信號在能量上有多大程度是來源于這個(gè)振動信號。r2xy(f)越小，表明兩信號之間的關(guān)系越小，即越不相關(guān)。

圖9、圖10為煙機(jī)正前方測點(diǎn)的振動信號和噪聲信號的互功率譜。

由圖可以看出，在低速檔，互譜的峰值位于100Hz附近；而在高速檔，互譜的峰值位于416Hz左右，說明這兩個(gè)頻率及其倍頻程是主要噪聲源。因?yàn)殡S著煙機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的增大，風(fēng)輪對空氣產(chǎn)生的沖擊同樣也在變大，從而在不同的運(yùn)轉(zhuǎn)速度下產(chǎn)生最大噪聲的頻率也在增大，也說明了風(fēng)機(jī)是主要振動和噪聲源。風(fēng)機(jī)產(chǎn)生噪聲主要有離心風(fēng)機(jī)葉片在出口蝸舌處產(chǎn)生的噪聲；氣流流經(jīng)葉片、蝸殼前后蓋的內(nèi)外表面、風(fēng)道、箱體內(nèi)表面時(shí)，氣流紊亂產(chǎn)生的沖擊噪聲[5]。

3 結(jié)論

通過對該型近吸式吸油煙機(jī)的振動噪聲測試以及結(jié)果分析，得出如下結(jié)論：

（1）振動加速度的變化規(guī)律和聲壓級的變化規(guī)律相同，高速工況的幅值大于低速工況，說明振動輻射噪聲的存在。

（2）高速工況聲壓級大于低速工況，有濾網(wǎng)工況下聲壓級小于無濾網(wǎng)工況。

（3）明確油煙機(jī)噪聲的主要來源為風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲，即氣體在蝸殼和風(fēng)機(jī)中流動產(chǎn)生的氣動噪聲。

（4）指出在不同工況下產(chǎn)生噪聲的振動的主要頻率，為煙機(jī)的下一步優(yōu)化提供參考，找到產(chǎn)生該頻率振動的主要位置，從而減小油煙機(jī)的振動和噪聲。

綜上，吸油煙機(jī)的振動和噪聲是由吸油煙機(jī)的各個(gè)部件在工作過程中共同產(chǎn)生的，振動和噪聲源主要是離心風(fēng)機(jī)。通過優(yōu)化風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、蝸殼、箱體以及結(jié)構(gòu)關(guān)系等，可以降低吸油煙機(jī)的噪聲。

[1] 全國家用電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB19606-2004家用和類似用途電器噪聲限值[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[2] 全國聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T 4706.28-2011聲學(xué)家用電器及其類似用途器具噪聲測試方法.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[3] 李加慶,陳進(jìn),楊超等.某型吸油煙機(jī)的振動和噪聲源辨識[J].噪聲與振動控制，2008，28(2)：95-97.

[4] 王艷.離心通風(fēng)機(jī)噪聲污染分析及控制方法[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2008，3：37-39.