羅茨鼓風機噪聲測量及控制研究

羅茨風機屬于容積式鼓風機，是一種典型的氣體增壓與輸送機械，在冶金、煤炭、石油化工、食品加工、水產(chǎn)養(yǎng)殖、污水處理、礦山與造紙等行業(yè)獲得了廣泛應用。與離心風機比較，羅茨風機具有壓力高、流量受阻力影響小、供風穩(wěn)定等優(yōu)點，但工程應用中存在噪聲高的缺點。在風機類動力機械中，羅茨風機享有“聲老虎”稱號，不僅污染了環(huán)境，也惡化了勞動條件，羅茨風機噪音測量及控制方法一直是錦工風機科研工作的重點，低噪聲風機研究和制造更是錦工常抓不懈的戰(zhàn)略目標。

測量羅茨鼓風機噪聲的目的就是為了對被測對象進行噪聲等級的分析、評價或聲源識別，以便采取適當?shù)拇胧┻M行噪聲控制。通常羅茨風機的噪聲識別方法有現(xiàn)場測量法、聲功率測量法、表面振動測量法等，其中，現(xiàn)場測量法是工程實際中常用的方法。
現(xiàn)場測量法通過對數(shù)據(jù)、頻譜的分析確定主要的噪聲輻射源，方法簡便，測量結果能真實反映風機的振動與噪聲水平，但易受環(huán)境的影響。聲功率測量法反映噪聲源輻射強度與輻射特性，避免了聲壓級易受測量距離和測量環(huán)境影響的缺點。振動測量法是根據(jù)羅茨風機的表面振動速度來估計表面輻射聲功率，主要困難在于羅茨風機零部件輻射比的確定，需要測量較多的數(shù)據(jù)和進行大量的計算。

羅茨鼓風機機械噪聲的主要控制方法有：①提高零部件加工與裝配精度；②更換滾珠軸承，或使用滑動軸承代替滾珠軸承，使轉子系統(tǒng)處于動平衡；③優(yōu)化基礎的隔振支撐；④采用彈性聯(lián)軸器聯(lián)接電動機；⑤加強對設備的安全維護與保養(yǎng)，如添加潤滑油、擰緊連接螺栓、更換損壞的零部件等。

羅茨鼓風機氣動噪聲的主要控制方法有兩種：一是對噪聲源進行控制，即從噪聲產(chǎn)生的機理出發(fā)降低噪聲；二是控制噪聲的傳播途徑，通過設置消聲器和吸聲材料耗散聲波能量。
1、噪聲源控制：通過研究轉子結構、進排氣口與管道形狀、轉子間隙等與氣動性能之間的關系，設計噪聲低、效率高、結構緊湊、節(jié)能的新機型，也稱低噪聲結構設計。
（1）異形排氣口設計：沖破傳統(tǒng)的矩形排氣口束縛，采用具有良好聲學性能的異形口，將開口過程由突變改為漸變，開口面積由零到最大逐漸過渡，延緩了排氣口氣體壓差的變化率，降低了氣體的沖擊噪聲。
（2）采用扭葉轉子：作用與異形排氣口類似，氣體的脈動幅度及不均勻度比直葉轉子顯著減小，具有延緩回流過程、降低排氣脈動的優(yōu)點。
（3）采用三葉輪轉子：與二葉型轉子比較，三葉輪轉子每旋轉一周輸出六個較小的排氣容積，氣流脈動平緩，噪聲降低，在小型機上應用提高了效率。
2、噪聲的傳播途徑控制：主要有消聲和隔聲等措施，是工程上普遍采用的降噪手段。
（1）消聲：通過在風機進、排氣管道上安裝消聲器降低氣流噪聲。消聲器應根據(jù)風機噪聲強度、頻譜特性和降噪要求等因素進行優(yōu)化設計，具備消聲效果好、消聲頻帶寬、阻力損失小、體積小、重量輕、安裝維護方便等特點。
（2）隔聲：利用隔聲構件阻擋空氣聲傳播。安裝消聲器后，羅茨風機機械噪聲和電動機噪聲就成為主要噪聲源，采用隔聲罩或隔聲間將機組噪聲封閉在局部空間。

羅茨鼓風機運轉不平衡引起基礎振動并沿地板和墻體傳播，激發(fā)二次空氣噪聲。通過優(yōu)化結構設計，采用隔振器、隔振墊、撓性軟接管控制機械振動與結構噪聲，能夠取得顯著的減振降噪效果。

羅茨鼓風機的發(fā)展趨勢，主要是進一步提高效率、降低噪聲、增強可靠性及擴大應用范圍。實踐證明，在探明羅茨風機噪聲產(chǎn)生機理基礎上，錦工采用的低噪聲結構設計，是控制羅茨風機噪聲有效措施。近幾年，國內包括錦工在內的多個科研機構就低噪聲羅茨風機結構設計開展了很多研究，主要進展有：
（1）封閉容積預進氣壓縮設計：主要是為改善風機的回流沖擊特性提出來的。在基元容積由進氣口向排氣口移動的過程中，通過開在機殼或墻板上的導氣孔口，向其內部預先導入高壓氣體，以便在基元容積與排氣口連通之前，使其內部壓力逐漸與排氣口的壓力達到平衡。與傳統(tǒng)的壓縮情形相比，導入預進氣后，排氣口的回流沖擊強度大為減弱，鼓風機的氣體動力性噪聲得以降低。實際應用中，通常從鼓風機的排氣口引回一部分氣體，作為高壓預進氣導入機殼。如果將排氣口的高溫氣體冷卻之后再導入基元容積，則不僅可以減緩排氣口的回流沖擊，而且還能降低鼓風機的排氣溫度，這種降低排氣溫度的方法稱為逆流冷卻。目前，由于制造方面的限制，國內應用極少。
（2）提高風機葉面加工精度：錦工實踐證明，采用先進的數(shù)控加工技術，能夠提高風機葉面加工精度，保證轉子動平衡性能，減小高速轉子系統(tǒng)振動。此外，還能夠保證嚙合時葉面間間隙的均勻性，降低葉面間氣體流動的波動，從而降低風機的氣動噪聲。
（3）葉輪型線優(yōu)化設計：葉輪作為羅茨風機的心臟零件，表面形狀至關重要。目前，國內有關羅茨風機葉輪設計形式多種，包括漸開線、圓弧線、擺線、共軛圓弧線等多種線型組合，涉及加工問題，需要優(yōu)化設計。

羅茨鼓風機噪聲以氣動噪聲和機械噪聲影響為主。研究噪聲源的特性和產(chǎn)生機理，是正確選擇噪聲控制措施的基本條件。從聲源傳播途徑考慮，采取消聲、隔聲、吸聲和隔振等降噪方法，能夠有效控制噪聲污染，但增加了設備成本與工程投資。從結構設計與生產(chǎn)工藝考慮，通過優(yōu)化結構設計、改進加工方法、提高裝配精度、選用合理的型號和調節(jié)方式，能夠從根本上消除噪聲危害，不僅降低噪聲，而且提高風機效率、降低設備能耗，仍然是錦工風機的主要研究發(fā)展方向。

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