降低羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪音的設(shè)計(jì)

山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨風(fēng)機(jī)、消聲器、羅茨風(fēng)機(jī)消音室、隔音房、羅茨鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備公司，位于有“鐵匠之鄉(xiāng)”之稱的山東省章丘市相公鎮(zhèn)，近年來，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱增氧機(jī)、水冷羅茨鼓風(fēng)機(jī)、油驅(qū)羅茨鼓風(fēng)機(jī)、低噪音羅茨增氧機(jī)，贏得了市場好評和認(rèn)可。產(chǎn)品和服務(wù)遠(yuǎn)銷全國各地及東南亞，深受客戶好評。

羅茨鼓風(fēng)機(jī)每次吸入、排出的風(fēng)量很大并有突變現(xiàn)象,從而產(chǎn)生較大的噪聲,被稱之為機(jī)械產(chǎn)品的“聲老虎”,特別是在高壓的情況下尤甚,且風(fēng)量越大、壓力越高、轉(zhuǎn)速越快,則噪聲就越大,而現(xiàn)代化大生產(chǎn)又希望羅茨鼓風(fēng)機(jī)能提供更高的壓力和更大的風(fēng)量。為了提高風(fēng)機(jī)性能、降低噪聲污染、滿足環(huán)保要求,工程師們想盡了各種對策。本文從噪聲源著手,在設(shè)計(jì)與制造方面提出降低噪聲的一些方法。
機(jī)械噪聲主要來源于機(jī)殼的振動(dòng), 使機(jī)殼發(fā)生振動(dòng)的原因主要有兩個(gè):①葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡力,通過傳動(dòng)構(gòu)件轉(zhuǎn)移到機(jī)殼上,對機(jī)殼產(chǎn)生周期性的激勵(lì);②機(jī)殼內(nèi)的渦流強(qiáng)度所決定的壓力脈動(dòng),常與葉片的基頻(即葉片通過頻率)有聯(lián)系,也對機(jī)殼產(chǎn)生周期性的激勵(lì)。風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓越高,這一激勵(lì)源越不能忽視。噪聲測量測量羅茨風(fēng)機(jī)噪聲的目的就是為了對被測對象進(jìn)行噪聲等級的分析、評價(jià)或聲源識別,以便采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行噪聲控制。通常羅茨風(fēng)機(jī)的噪聲識別方法有現(xiàn)場測量法、聲功率測量法、表面振動(dòng)測量法等,其中,現(xiàn)場測量法是工程實(shí)際中常用的方法?，F(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(jié)果能真實(shí)反映風(fēng)機(jī)的振動(dòng)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(qiáng)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(diǎn)。振動(dòng)測量法是根據(jù)羅茨風(fēng)機(jī)的表面振動(dòng)速度來估計(jì)表面輻射聲功率,主要困難在于羅茨風(fēng)機(jī)零部件輻射比的確定,需要測量較多的數(shù)據(jù)和進(jìn)行大量的計(jì)算。
在機(jī)殼出風(fēng)端未過轉(zhuǎn)子中心處開一定的U形條孔, 可以減輕出風(fēng)口端的壓力爆發(fā),在葉輪與機(jī)殼、墻板所形成的容腔即將進(jìn)入密閉狀態(tài)時(shí),使出風(fēng)口的高壓氣體有少量部分能回流入容腔,并使容腔與出風(fēng)口氣室形成一定的壓力平衡。同時(shí),當(dāng)葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí),容腔體積變小,壓力增加,又可使得密閉容腔在大量排出氣體前能通過回流孔預(yù)排,這樣既可減少“死角”氣體的渦流噪聲,又可減少排氣時(shí)由于壓力過于釋放造成的沖擊噪聲 。
傳統(tǒng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)出風(fēng)口為矩形口,吸氣時(shí),整個(gè)葉輪外圓同時(shí)進(jìn)入密封區(qū),使氣體突然關(guān)閉,排氣時(shí)葉輪外圓又同時(shí)打開,則高壓氣體突然釋放,使得吸入和排出氣體時(shí)都會(huì)產(chǎn)生高噪聲并伴有較大振動(dòng)。將進(jìn)出風(fēng)口設(shè)計(jì)成異形口,吸入時(shí)的密封和排出時(shí)的打開基于開口面積由最大到零和由零到最大,均為漸變,從而延緩了進(jìn)排氣口氣體壓差的變化率,起到削減周期性排氣沖擊噪聲的作用,因此使噪聲低而平穩(wěn)。

葉輪一般作為一個(gè)整體與軸聯(lián)接,若將葉輪沿軸向分成幾段,則構(gòu)成串接轉(zhuǎn)子。每段葉輪具有相同的葉型、直徑,甚至相同的長度。串接時(shí),相鄰兩段葉輪周向錯(cuò)開一定的角度(兩葉錯(cuò)開90°,三葉錯(cuò)開60°) ,并在機(jī)殼內(nèi)或葉輪段間設(shè)置隔板,將其隔成相應(yīng)的段,每一段的工作情況都與單臺鼓風(fēng)機(jī)相似。由于各段葉輪的工作過程有一定的時(shí)間差,使氣流脈沖減少,與同長度的單一葉輪相比總排氣流量不變而脈動(dòng)變得更加平穩(wěn),噪聲也相對較低。
羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪輪齒一般與軸線平行,即直齒狀,這樣加工、檢測就比較方便,但隨著加工技術(shù)的發(fā)展,還是應(yīng)設(shè)計(jì)成扭曲葉輪,即斜齒狀,因?yàn)檫@樣可以增加嚙合線長度。扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)工作平穩(wěn)、輸氣脈動(dòng)小、噪聲低,而且工作時(shí)具有內(nèi)壓縮過程,與直葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)相比效率高、能耗低,是羅茨鼓風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)的替代產(chǎn)品。
葉輪作為羅茨鼓風(fēng)機(jī)的心臟零件,表面形狀至關(guān)重要,氣體是通過兩個(gè)葉輪表面的嚙合,來進(jìn)行吸氣與排氣的。為了使這對葉輪能正常嚙合,葉輪曲線一般都設(shè)計(jì)成漸開線、擺線或圓包絡(luò)線?；谠O(shè)計(jì)及制造工藝,傳統(tǒng)葉輪一般設(shè)計(jì)成單一型線,通過數(shù)學(xué)方法計(jì)算出各種參數(shù),包括中心距、基圓、壓力角、起始嚙合角等。隨著計(jì)算機(jī)及數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,CAD 設(shè)計(jì)軟件和數(shù)控編程軟件功能也越來越強(qiáng)大,應(yīng)充分利用軟件資源,對葉輪曲線進(jìn)行分段、組合設(shè)計(jì),改掉以往的單一曲線,通過CAD 進(jìn)行模擬、仿真,保證葉輪在任何情況下嚙合時(shí)均可有相對固定的間隙。因?yàn)檫@種組合曲線在現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床上編程、加工已不是難事。均勻的葉輪間隙不僅能大大提高平穩(wěn)性、降低噪聲,而且還能保證風(fēng)量、振動(dòng)、壽命等重要的機(jī)械性能。
精度的提高意味著產(chǎn)品成本的增加,但為了滿足所需性能,又不得不提高相應(yīng)方面的精度。下面就為滿足低噪性能方面提出應(yīng)提高的精度。
葉輪表面質(zhì)量主要取決于材質(zhì)及加工質(zhì)量。對于小葉輪,一般選擇鑄鋼或球墨鑄鐵,并與軸鑄成一體,大葉輪選擇HT200 ,粗糙度為Ra3. 2 ,在數(shù)控機(jī)床上加工,取較小的走刀量,可獲得較低的粗糙度;轉(zhuǎn)子平衡至少應(yīng)保證G6. 3 ,最好提高到G5. 6 。
軸承作為易損件,一般的企業(yè)都不愿提高其精度使產(chǎn)品成本增加,這樣往往得不償失。因?yàn)榈途容S承產(chǎn)生較大的振動(dòng)和摩擦,且其作為整個(gè)機(jī)器的裝配基準(zhǔn),對整機(jī)性能及其它零部件的壽命都有至關(guān)重要的影響。國外風(fēng)機(jī)的軸承精度一般至少相當(dāng)于我國的C 級標(biāo)準(zhǔn)。
齒輪間隙、運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性、齒向精度等直接決定著葉輪嚙合的均勻性及平穩(wěn)性,齒面粗糙度又是摩擦噪聲的主要來源之一。因此,按國標(biāo)要求齒輪精度應(yīng)保證在7 級以上,而一般機(jī)械加工廠的齒輪加工、檢測手段往往不強(qiáng), 使精度不能滿足要求。所以齒輪加工最好是與專業(yè)的齒輪加工廠協(xié)作。
光滑的風(fēng)道表面能讓氣流順利通過,不僅有利于減少損失,而且能大大減少因氣流流動(dòng)受阻而帶來的嘯叫聲,因此,管道內(nèi)壁應(yīng)盡量降低粗糙度,減少彎道數(shù)量;進(jìn)出風(fēng)口不宜處于急變流場,應(yīng)由方變圓光滑過渡。若系統(tǒng)中有多個(gè)管件,如彎頭、支管等,則它們之間的距離應(yīng)拉開5~10 倍管徑。
除了在結(jié)構(gòu)及制造精度方面控制噪聲外,在軸承、齒輪、密封處應(yīng)使用優(yōu)質(zhì)的潤滑油,進(jìn)出風(fēng)口配設(shè)消聲器,整機(jī)及配套設(shè)備外圍設(shè)計(jì)隔聲罩,有條件的地方可將風(fēng)機(jī)置于地下室工作或選擇水下羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行隔聲、隔振等。
“一種低噪聲羅茨鼓風(fēng)機(jī)”就是針對降低二葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲，在噪聲聲源降噪的產(chǎn)品。其主要結(jié)構(gòu)就是將羅茨鼓風(fēng)機(jī)的排氣口設(shè)計(jì)為雙螺旋氣口，并設(shè)有變徑消聲腔。當(dāng)基元容積與排氣口相通時(shí)，高壓回流氣體同時(shí)從雙螺旋氣口兩側(cè)進(jìn)入基元容積腔內(nèi)，與單螺旋氣口相比，相同時(shí)間內(nèi)回流氣體的體積增加一倍，回流流速降低一半，故回流沖擊脈動(dòng)強(qiáng)度降低，從而降低了噪聲。
不僅如此，雙螺旋氣口使的高壓回流氣體從兩封口同時(shí)回流，其沖擊作用在基元容積腔內(nèi)相互作用、相互抵消，最終對風(fēng)機(jī)側(cè)板基本不形成沖擊力，能很好的降低噪聲。與此同時(shí)，雙螺旋風(fēng)口降低高壓氣體對葉輪軸的撓度影響，使得運(yùn)行更可靠，這樣的結(jié)構(gòu)，還提高了抗超負(fù)荷的能力。而且，鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)部聯(lián)成整體，使其的抗擠壓能力和抗拉伸能力得到很大提高。最后，除了采用以上辦法降低啟動(dòng)噪聲和機(jī)械噪聲外，還設(shè)計(jì)有變徑消聲腔干涉消聲，使得噪聲大大降低。
羅茨風(fēng)機(jī)噪聲以氣動(dòng)噪聲和機(jī)械噪聲影響為主。研究噪聲源的特性和產(chǎn)生機(jī)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(shè)備成本與工程投資。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝考慮,通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、改進(jìn)加工方法、提高裝配精度、選用合理的型號和調(diào)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(fēng)機(jī)效率、降低設(shè)備能耗,仍然是羅茨風(fēng)機(jī)的主要發(fā)展方向。

相關(guān)產(chǎn)品：羅茨風(fēng)機(jī)隔音罩http://g32.com.cn/archives/118

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