羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)量及控制研究

羅茨風(fēng)機(jī)屬于容積式鼓風(fēng)機(jī)，是一種典型的氣體增壓與輸送機(jī)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(yīng)用。與離心風(fēng)機(jī)比較，羅茨風(fēng)機(jī)具有壓力高、流量受阻力影響小、供風(fēng)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但工程應(yīng)用中存在噪聲高的缺點(diǎn)。在風(fēng)機(jī)類動(dòng)力機(jī)械中，羅茨風(fēng)機(jī)享有“聲老虎”稱號(hào)，不僅污染了環(huán)境，也惡化了勞動(dòng)條件，羅茨風(fēng)機(jī)噪音測(cè)量及控制方法一直是錦工風(fēng)機(jī)科研工作的重點(diǎn)，低噪聲風(fēng)機(jī)研究和制造更是錦工常抓不懈的戰(zhàn)略目標(biāo)。

測(cè)量羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲的目的就是為了對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行噪聲等級(jí)的分析、評(píng)價(jià)或聲源識(shí)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(shí)別方法有現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量法、聲功率測(cè)量法、表面振動(dòng)測(cè)量法等，其中，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量法是工程實(shí)際中常用的方法。
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量法通過對(duì)數(shù)據(jù)、頻譜的分析確定主要的噪聲輻射源，方法簡(jiǎn)便，測(cè)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(cè)量法反映噪聲源輻射強(qiáng)度與輻射特性，避免了聲壓級(jí)易受測(cè)量距離和測(cè)量環(huán)境影響的缺點(diǎn)。振動(dòng)測(cè)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(cè)量較多的數(shù)據(jù)和進(jìn)行大量的計(jì)算。

羅茨鼓風(fēng)機(jī)機(jī)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(dòng)軸承代替滾珠軸承，使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)處于動(dòng)平衡；③優(yōu)化基礎(chǔ)的隔振支撐；④采用彈性聯(lián)軸器聯(lián)接電動(dòng)機(jī)；⑤加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的安全維護(hù)與保養(yǎng)，如添加潤(rùn)滑油、擰緊連接螺栓、更換損壞的零部件等。

羅茨鼓風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲的主要控制方法有兩種：一是對(duì)噪聲源進(jìn)行控制，即從噪聲產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)降低噪聲；二是控制噪聲的傳播途徑，通過設(shè)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(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、進(jìn)排氣口與管道形狀、轉(zhuǎn)子間隙等與氣動(dòng)性能之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)噪聲低、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)能的新機(jī)型，也稱低噪聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
（1）異形排氣口設(shè)計(jì)：沖破傳統(tǒng)的矩形排氣口束縛，采用具有良好聲學(xué)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(zhuǎn)子：作用與異形排氣口類似，氣體的脈動(dòng)幅度及不均勻度比直葉轉(zhuǎn)子顯著減小，具有延緩回流過程、降低排氣脈動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。
（3）采用三葉輪轉(zhuǎn)子：與二葉型轉(zhuǎn)子比較，三葉輪轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周輸出六個(gè)較小的排氣容積，氣流脈動(dòng)平緩，噪聲降低，在小型機(jī)上應(yīng)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(fēng)機(jī)進(jìn)、排氣管道上安裝消聲器降低氣流噪聲。消聲器應(yīng)根據(jù)風(fēng)機(jī)噪聲強(qiáng)度、頻譜特性和降噪要求等因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(hù)方便等特點(diǎn)。
（2）隔聲：利用隔聲構(gòu)件阻擋空氣聲傳播。安裝消聲器后，羅茨風(fēng)機(jī)機(jī)械噪聲和電動(dòng)機(jī)噪聲就成為主要噪聲源，采用隔聲罩或隔聲間將機(jī)組噪聲封閉在局部空間。

羅茨鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡引起基礎(chǔ)振動(dòng)并沿地板和墻體傳播，激發(fā)二次空氣噪聲。通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用隔振器、隔振墊、撓性軟接管控制機(jī)械振動(dòng)與結(jié)構(gòu)噪聲，能夠取得顯著的減振降噪效果。

羅茨鼓風(fēng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，主要是進(jìn)一步提高效率、降低噪聲、增強(qiáng)可靠性及擴(kuò)大應(yīng)用范圍。實(shí)踐證明，在探明羅茨風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生機(jī)理基礎(chǔ)上，錦工采用的低噪聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是控制羅茨風(fēng)機(jī)噪聲有效措施。近幾年，國(guó)內(nèi)包括錦工在內(nèi)的多個(gè)科研機(jī)構(gòu)就低噪聲羅茨風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開展了很多研究，主要進(jìn)展有：
（1）封閉容積預(yù)進(jìn)氣壓縮設(shè)計(jì)：主要是為改善風(fēng)機(jī)的回流沖擊特性提出來的。在基元容積由進(jìn)氣口向排氣口移動(dòng)的過程中，通過開在機(jī)殼或墻板上的導(dǎo)氣孔口，向其內(nèi)部預(yù)先導(dǎo)入高壓氣體，以便在基元容積與排氣口連通之前，使其內(nèi)部壓力逐漸與排氣口的壓力達(dá)到平衡。與傳統(tǒng)的壓縮情形相比，導(dǎo)入預(yù)進(jìn)氣后，排氣口的回流沖擊強(qiáng)度大為減弱，鼓風(fēng)機(jī)的氣體動(dòng)力性噪聲得以降低。實(shí)際應(yīng)用中，通常從鼓風(fēng)機(jī)的排氣口引回一部分氣體，作為高壓預(yù)進(jìn)氣導(dǎo)入機(jī)殼。如果將排氣口的高溫氣體冷卻之后再導(dǎo)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(fēng)機(jī)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(guó)內(nèi)應(yīng)用極少。
（2）提高風(fēng)機(jī)葉面加工精度：錦工實(shí)踐證明，采用先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)，能夠提高風(fēng)機(jī)葉面加工精度，保證轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡性能，減小高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)。此外，還能夠保證嚙合時(shí)葉面間間隙的均勻性，降低葉面間氣體流動(dòng)的波動(dòng)，從而降低風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)噪聲。
（3）葉輪型線優(yōu)化設(shè)計(jì)：葉輪作為羅茨風(fēng)機(jī)的心臟零件，表面形狀至關(guān)重要。目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)羅茨風(fēng)機(jī)葉輪設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。

羅茨鼓風(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(hào)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，仍然是錦工風(fēng)機(jī)的主要研究發(fā)展方向。

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