一种离心风机及该离心风机的降噪控制方法与流程

本发明涉及动力装置，尤其是一种离心风机，以及上述离心风机的降噪控制方法。

背景技术：

离心风机是一种通过风机内部叶轮旋转，工作时使得叶轮附近的空气也随之旋转，由此产生离心运动，并且在风机蜗壳的阻挡作用下，可将离心运动转化为风机压力并由此产生一定的空气流量的动力装置。离心风机具有结构安装简单，通风量大和风压高等优点，从而被广泛应用于油烟净化设备、空气净化设备。

但是，离心风机具有一个明显的缺点，即工作噪声大。这种噪声对人们的生活、工作等有着不容忽视的影响。离心风机的主要噪声源包括：气动噪声、电磁噪声以及机械噪声。

现有技术针对电机噪声的解决方法主要是在外部，例如风机系统的前盖板等位置处，这种方法的弊端就是降噪效果不明显，无法针对性的对不同频段的噪声进行降噪。为此，现已有了一些降噪的离心风机，如申请号为201510114450.8的中国专利公开的一种采用颗粒阻尼减振的离心风机蜗壳，包括蜗壳本体，蜗壳本体设有进风口，蜗壳本体由内蜗壳和外蜗壳构成，内蜗壳和外蜗壳之间形成一减振降噪腔室，减振降噪腔室内填充有阻尼减振颗粒。这种噪声检测与降噪主要是基于半消音室法，然后通过改变蜗壳或者叶轮的尺寸参数，反复再进行降噪测试，通过测试结果对比进一步迭代优化达到降噪目的，这种方法的弊端是可对比性不高，机械重复且效果不好。

此外，目前常用一些有源降噪方式进行降噪，有源降噪装置由一个噪声信号的采集模块、一个信号处理分析模块(主要包括控制芯片和信号放大器)、一个声源发生器模块组成，这三个模块通过导线电连接，噪声采集模块用于采集噪声，并将噪声传输至噪声处理分析模块，噪声处理分析模块将接收到的信号进行频谱分析、形成降噪序列信号，并将该序列信号传输给声源发生器模块(如扬声器)；声源发生器模块按照降噪序列信号发出与噪声信号幅值相同、相位相反的反向声波，从而消除噪声。然而，由于吸油烟机的风机系统内的噪声是一个混杂了涡流噪声和旋转噪声等一系列的噪声，因此噪声采集的声音是一个混响声夹杂很多无关的频谱噪声，且针对于吸油烟机风机系统特殊的使用环境和运行，对噪声采集模块的位置要求很高，位置布置不当，采集的噪声不具备可靠度，那后期的处理就是无效的，即分析处理模块非常容易分析出与噪声信号频谱与相位完全不对应的反向声波，导致降噪的效果非常差，因此还有待进一步改进。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术存在的问题，提供一种离心风机，能提高降噪能力，实现静音。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种应用有上述离心风机的吸油烟机。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种上述离心风机的降噪控制方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种离心风机，包括蜗壳、叶轮和降噪装置，所述蜗壳包括环壁和蜗舌，其特征在于：所述环壁分成至少两个分区，所述降噪装置为有源降噪装置，所述有源降噪装置包括设置在叶轮上的激光位移传感器，以及设置在每个分区内、根据激光位移传感器测的位移值对相应分区内的噪声进行针对性降噪的降噪组件。

为使得每个分区内噪声的平均值差距不大，更有效地进行分区降噪，每个分区内、所述蜗壳的型线的曲率半径相同。

优选的，以所述蜗舌处的一点为起点，所述蜗壳型线的中心为圆心，所述圆心和起点的连线作为分区的基线，所述基线绕圆心顺时针旋转一定角度得到第一分区线，所述基线和第一分区线之间的区域为第一分区；所述第一分区线绕圆心顺时针旋转一定角度得到第二分区线，所述第一分区线和第二分区线之间的区域为第二分区；所述第二分区线绕圆心顺时针旋转一定角度得到第三分区线，所述第二分区线和第三分区线之间的区域为第三分区；所述第三分区线绕圆心顺时针旋转一定角度得到第四分区线，所述第三分区线和第四分区线之间的区域为第四分区；所述第四分区线和基线之间的区域为第五分区。

为能够更好地与噪声匹配，所述降噪组件包括至少两个声源发生器，所述声源发生器的发声频率各不相同。

为匹配风机内的噪声分布，更有效地针对性降噪，将频谱相位越高的声源发生器越靠近蜗壳的前盖布置，并且沿着环壁型线顺时针方向、声源发生器的频谱相位依次递减。

为自动控制降噪组件，所述有源降噪装置还包括根据所述激光位移传感器的信号、向降噪组件输出反向降噪序列信号的信号分析处理模块。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种吸油烟机，其特征在于：包括如上所述的离心风机。

本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种如上所述的离心风机的降噪控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)离心风机正常运行一定时间后，叶轮上的激光位移传感器开始工作；

2)激光位移传感器随叶轮旋转到每一个分区范围内时，检测与环壁之间的距离x，并对每个不同的距离x匹配相应的转速r；

3)将匹配好的转速传输给信号分析处理模块，信号分析处理模块提取当前转速与噪声频谱及相位参数的对应关系；

4)信号分析处理模块向每个分区内的降噪组件输出与相应分区当前噪声频谱及相位参数对应的最优的反向降噪序列；

5)每个分区内的各声源发生器根据接收到的信号发出声波进行抵消降噪。

优选的，在步骤3)中，根据公式f＝rz/60，f为噪声频率，r为叶轮的转速，z是叶轮的叶片数，所述信号分析根据转速r确定噪声的频率，对噪声进行fft分析，从而得到噪声频谱和相位信息。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过对蜗壳的环壁进行分区，针对每个分区内的噪声进行降噪，能完成针对性的降噪，提高降噪能力；通过使得每个分区内的曲率半径相同，能使得噪声的平均值差距不大，这样可以更有效地进行分区降噪；通过将检测转速来提取噪声频率和相位，检测可靠，避免直接检测噪声存在的影响因素多、检测不准确的问题。

附图说明

图1为本发明实施例的离心风机的示意图；

图2为本发明实施例的离心风机的隐藏叶轮的示意图；

图3为本发明实施例的离心风机的蜗壳的环壁的前视图；

图4为本发明实施例的离心风机的有源降噪装置的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

参见图1～图4，一种离心风机，包括蜗壳1和叶轮2，蜗壳1包括前盖11、后盖(未示出)、以及设置在前盖11和后盖之间的环壁12，蜗壳1的上述部件上形成有蜗舌13。本发明的离心风机，主要用于吸油烟机中。

离心风机还包括有源降噪装置，包括设置在环壁12内侧的有源降噪组件，设置在叶轮2上、尤其是叶轮2的前圈上的激光位移传感器36，以及用于接收激光位移传感器36的信号从而控制有源降噪组件的信号分析处理模块37，该信号分析处理模块36可设置在蜗壳1外侧，或者其他任何固定的位置。

即使是同样的转速下，在蜗壳1内部的不同位置噪声也是不相同的，蜗舌13附近噪声最大。因此，本发明提出一种分区降低蜗壳噪声的方案。

将蜗壳1的环壁12分为5个分区，具体的，将环壁12的型线视为近似圆形的结构，圆心为o(在蜗壳所应用的离心风机的叶轮的轴线上)，蜗舌13处的一点为起点o’，圆心o和起点o’的连线作为分区的基线l1，绕圆心o顺时针旋转一定角度得到第一分区线l2，两者之间的区域为第一分区q1，两者之间的角度优选的为45°，第一分区q1内、环壁12型线各点曲率半径相同，优选为89mm；第一分区线l2绕圆心o顺时针旋转一定角度得到第二分区线l3，两者之间的区域为第二分区q2，两者之间的角度优选的为65°，第二分区q2内、环壁12型线各点曲率半径相同，优选为101mm；第二分区线l3绕圆心o顺时针旋转一定角度得到第三分区线l4，两者之间的区域为第三分区q3，两者之间的角度优选的为115°，第三分区q3内、环壁12型线各点曲率半径相同，优选为130mm；第三分区线l4绕圆心o顺时针旋转一定角度得到第四分区线l5，两者之间的区域为第四分区q4，两者之间的角度优选的为80°，第四分区q4内、环壁12型线各点曲率半径相同，优选为117mm；第四分区线l5和基线l1之间的区域为第五分区q5，第五分区q5内、环壁12型线各点曲率半径相同，优选为130mm。

通过上述方法得到的分区，即根据噪声测试及仿真结果和设计准则，第一分区q1为蜗舌附近，以顺时针旋转依次为第二分区q2、第三分区q3、第四分区q4、第五分区q5，主要依据是曲率半径的差异，每个分区的曲率半径基本一致，噪声的平均值差距不大，这样可以更有效地进行分区降噪，完全覆盖，从而更有针对性的进行调节。

本发明的有源降噪装置，与传统的有源降噪不同点在于：1)不需要噪声信号采集模块；2)声源发生器模块采用相互抵消的方式，而不是仅是一个。由此，得到的噪声信号仅仅是一个信号，不会出现混响声信号影响后期处理分析，真正实现“一对一”降噪。

叶轮2上的激光位移传感器36，在蜗壳1的环壁12的每个分区内按照当叶轮2在旋转过程中转到某个分区范围，从进入这个分区的起点位置处开始，到这个分区的结束，激光位移传感器36检测到一个范围，针对位移值区间匹配该分区的转速数据，之后传给信号分析处理模块37，通过信号分析处理模块37提取频谱及相位参数，进行归一化及提取最优反向降噪序列信号，并进行分布式的输出给降噪组件。

在本实施例中，有源降噪组件的数量与蜗壳1的环壁12的分区数量对应，每个有源降噪组件包括至少两个声源发生器，优选的，声源发生器为扬声器。在本实施例中，采用五个声源发生器，包括第一声源发生器31、第二声源发生器32、第三声源发生器33、第四声源发生器34和第五声源发生器35，上述各声源发生器的发声频率各不相同，第一声源发生器31：用于消除100～300hz频段内的频谱噪声，第二声源发生器32：用于消除300～600hz频段内的频谱噪声，第三声源发生器33：用于消除600～1000hz频段内的频谱噪声，第四声源发生器34：用于消除1000～1400hz频段内的频谱噪声，第五声源发生器35：用于消除1400～2000hz频段内的频谱噪声。

由于环壁12上越靠近前盖11的位置噪声频谱相位越高，沿环壁12型线顺时针方向频谱相位依次递减。因此，在第一分区q1内，第五声源发生器35、第四声源发生器34靠近前盖11，第三声源发生器33、第二声源发生器32靠近后盖，第一声源发生器31位于中心区域，第五声源发生器35、第四声源发生器34、第二声源发生器32、第三声源发生器33顺时针(图2所示顺时针)排布。

在第二分区q2内，第五声源发生器35、第四声源发生器34靠近前盖11，第三声源发生器33、第一声源发生器31靠近后盖，第二声源发生器32位于中心区域，第五声源发生器35、第四声源发生器34、第一声源发生器31、第三声源发生器33顺时针排布。

在第三分区q3内，第五声源发生器35、第四声源发生器34靠近前盖11，第二声源发生器32、第一声源发生器31靠近后盖，第三声源发生器33位于中心区域，第五声源发生器35、第四声源发生器34、第一声源发生器31、第二声源发生器32顺时针排布。

在第四分区q4内，第五声源发生器35、第三声源发生器33靠近前盖11，第二声源发生器32、第一声源发生器31靠近后盖，第四声源发生器34位于中心区域，第五声源发生器35、第三声源发生器33、第一声源发生器31、第二声源发生器32顺时针排布。

在第五分区q5内，第四声源发生器34、第三声源发生器33靠近前盖11，第二声源发生器32、第一声源发生器31靠近后盖，第五声源发生器35位于中心区域，第四声源发生器34、第三声源发生器33、第一声源发生器31、第二声源发生器32顺时针排布。

上述离心风机的降噪方法，包括如下步骤：

1)离心风机正常运行一定时间、如5s后，叶轮2上的激光位移传感器36开始工作；

2)激光位移传感器36随叶轮2旋转到五个分区的每一个分区范围内时，激光位移传感器36检测与环壁12之间的距离x，x在每一个分区内均不同，根据实际测得的距离x区间匹配相应分区的转速r，如在第一分区q1内的距离x1∈(34.7mm，38.5mm]，则匹配相应的转速范围为r1∈(26r/s，35r/s]；在第二分区q2内的距离x2∈(38.5mm，69mm]、则匹配相应的转速范围为r2∈(35r/s，75r/s]；在第三分区q3内的距离x3∈(69mm，97mm]、则匹配相应的转速范围为r3∈(75r/s，93r/s]；在第四分区q4内的距离x4∈(97mm，104mm]、则匹配相应的转速范围为r4∈(93r/s，106r/s]；在第五分区q5内的距离x5∈(104mm，187mm]、则匹配相应的转速范围为r5∈(106r/s，150r/s]；上述距离x和转速r的匹配关系可存储在激光位移传感器36或信号分析处理模块37，在本实施例中，为存储在激光位移传感器36；

3)将匹配好的转速传输给信号分析处理模块37，信号分析处理模块37提取对应的噪声频谱及相位参数，从而得到五个分区对应的噪声频谱及相位参数；在这一步中，根据公式f＝rz/60，f为噪声频率，其中r为叶轮的转速，z是叶片数，由于离心风机制造完成后，z即确定，因此只要转速r确定，即可确定噪声的频率，对噪声进行fft(傅立叶变换分析)分析，即可得到噪声频谱和相位信息；

4)信号分析处理模块37向每个分区内的降噪组件输出与相应分区当前噪声频谱及相位参数对应的最优的反向降噪序列，信号分析处理模块37可对噪声进行归一化、小波分析等现有技术常用的信号处理方式，而后得到与处理后的噪声反向的声音相位，根据噪声的频率和相位参数得到各分区内的各声源发生器的降噪发生序列(各声源发生器的频率、相位和位置一定，因此，各声源发生器发声时之间声场抵消的情况已知，由此可根据实际噪声控制发声的声源发生器)，可针对更多频率和相位的噪声；

5)每个分区内的各声源发生器根据接收到的信号发出声波进行抵消降噪。

以第一分区q1为例，当叶轮2上的激光位移传感器36正常开始工作，检测到当前距离环壁12的距离是在34.7mm至38.5mm范围内，之后匹配对应的转速范围为26r/s～35r/s；并形成传输信号传输给信号分析处理模块37，信号分析处理模块37根据接收到的转速信号，找到对应的噪声频谱及相位参数，处理后输出最优反向降噪序列至第一分区q1内的第一声源发生器31和第二声源发生器32，两个声源发生器根据接收到的声波序列信号发出降噪声波。

类似的，在第二分区q2，当激光位移传感器36检测到当前与环壁12的距离在38.5mm至69mm范围内时，匹配对应的转速范围35r/s～75r/s，并传输给信号分析模块，信号分析模块根据经过一系列分析处理输出方向降噪序列给第二声源发生器32和第三声源发生器33，这两个声源发生器根据接收到的声波信号发出声波降噪。