[打印] [關(guān)閉] 發(fā)布時(shí)間：[2010-01-11 00:00]

    一臺(tái)典型的噴油螺桿空氣壓縮機(jī)。螺桿壓縮機(jī)屬于容積式旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，它的基本工作原理是靠相互嚙合的一對(duì)齒的分開(kāi)與咬合來(lái)改變齒間容積的變化，以達(dá)到輸送和壓縮氣體的目的，其工作原理。

螺桿壓縮機(jī)工作原理

    氣體狀態(tài)在機(jī)體內(nèi)是不斷的循環(huán)變化的，同時(shí)旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)和相互作用不可避免的存在，這些因素不僅會(huì)造成機(jī)體和系統(tǒng)的振動(dòng)，同時(shí)還產(chǎn)生不同頻率和強(qiáng)度的壓力波。因此螺桿壓縮機(jī)的噪聲必然是與之共存的，不可能完全消除，而只能盡量減少工作過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)和壓力波所帶來(lái)的噪聲或者將之限制在系統(tǒng)之內(nèi)。

    就噪聲形成機(jī)制而言，必不可少的三個(gè)環(huán)節(jié)是聲形成、聲傳播、聲輻射。因此，噪聲控制必須針對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)分別采取相應(yīng)的措施。前提是必須對(duì)所研究機(jī)器的主要噪聲源形成機(jī)制、傳播途徑和輻射特性建立較為完整的認(rèn)識(shí)，然后分析每個(gè)環(huán)節(jié)的特性、規(guī)律以及對(duì)噪聲的貢獻(xiàn)大小。其中，最根本的是對(duì)噪聲源的識(shí)別，和對(duì)其產(chǎn)生機(jī)制的認(rèn)識(shí)與規(guī)律的把握。

    對(duì)于一個(gè)完整的螺桿壓縮系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，動(dòng)力的轉(zhuǎn)換是在壓縮機(jī)內(nèi)進(jìn)行的，一切的噪聲都源于壓縮機(jī)本身，因此螺桿壓縮機(jī)本身噪聲源的辨別、噪聲產(chǎn)生機(jī)制和特性的研究是螺桿壓縮機(jī)噪聲控制的基礎(chǔ)。

研究回顧

   螺桿壓縮機(jī)開(kāi)始廣泛使用的時(shí)間并不長(zhǎng)，因此對(duì)于其噪聲的研究時(shí)間相對(duì)活塞機(jī)來(lái)說(shuō)不長(zhǎng)。總體看，國(guó)內(nèi)外專門(mén)從事這方面深入研究的人還比較少。

    國(guó)外對(duì)于螺桿壓縮機(jī)噪聲的研究起步較早，伴隨著螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展就已經(jīng)逐步開(kāi)始對(duì)其振動(dòng)和噪聲進(jìn)行研究，研究的主體是制造廠家和研究機(jī)構(gòu)。主要的研究方法是憑借自身的檢測(cè)手段優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了廣泛、大量的實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上編制噪聲模擬和預(yù)測(cè)軟件，并以模擬計(jì)算輔以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證展開(kāi)深入的研究，同時(shí)針對(duì)螺桿壓縮機(jī)噪聲的特點(diǎn)進(jìn)行了降低噪聲的工作，取得了良好的效果。

   國(guó)內(nèi)對(duì)螺桿壓縮機(jī)噪聲的研究工作以企業(yè)為主，他們迫于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要紛紛開(kāi)始重視壓縮機(jī)系統(tǒng)的噪聲控制?？傮w來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的螺桿壓縮機(jī)噪聲研究和控制還處在初級(jí)階段，對(duì)噪聲形成機(jī)理、特性的認(rèn)識(shí)還很少，采用的降噪方法還比較單一。以下分幾個(gè)方面對(duì)這些工作進(jìn)行總結(jié)概括。

測(cè)量分析方法

   對(duì)噪聲研究的基礎(chǔ)是必須有足夠的方法和手段來(lái)獲得盡可能多的原始數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的加工處理。螺桿壓縮機(jī)存在于壓縮系統(tǒng)中，如圖3所示典型的螺桿空氣壓縮系統(tǒng)包括，電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、壓縮機(jī)、吸氣過(guò)濾器、排氣管道路、油分離器、冷卻器等。要對(duì)壓縮機(jī)本身進(jìn)行噪聲分析，首先就要能夠?qū)嚎s機(jī)產(chǎn)生的噪聲從整個(gè)系統(tǒng)噪聲中分離出來(lái)。

螺桿空氣壓縮系統(tǒng)

    噪聲信號(hào)的測(cè)量與分析的方法有很多，但是對(duì)于螺桿壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，大多數(shù)的測(cè)量場(chǎng)所沒(méi)有辦法嚴(yán)格的滿足理想的聲學(xué)測(cè)量要求。目前主要采取的測(cè)量和信號(hào)分析方法有近場(chǎng)測(cè)量法、頻譜分析法、相關(guān)性分析法。

    近場(chǎng)測(cè)量法是用聲級(jí)計(jì)貼近壓縮機(jī)表面掃描，根據(jù)聲級(jí)計(jì)的指示值大小來(lái)確定噪聲源的部位。這種方法簡(jiǎn)單易行，使用廣泛，但是它的正確性是有條件的。傳聲器測(cè)得的聲級(jí)主要是最靠近的某個(gè)噪聲源的貢獻(xiàn)，其它噪聲源對(duì)測(cè)量值的影響很小。由于靠近總是相對(duì)的，一個(gè)聲場(chǎng)總是要受到附近生源的影響（尤其是在較強(qiáng)的混響場(chǎng)內(nèi)），因此這種方法不能夠提供精確的測(cè)量值，通常用作噪聲源和主要發(fā)生部位的一般識(shí)別或精確測(cè)量前的粗定位。

    螺桿壓縮機(jī)噪聲包含著許多不同頻率的分量，這些分量按頻率連續(xù)分布。為了更細(xì)致的分析噪聲源，需要掌握噪聲隨頻率的分布情況，即頻譜，這就是頻譜分析法。常用的是倍頻分析和基于傅立葉變換的頻域分析。倍頻分析儀一般與聲級(jí)計(jì)結(jié)合，能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行噪聲的頻譜分析，通常使用的是倍頻程和1/3倍頻程分析儀。但是倍頻分析較為粗糙，對(duì)于高頻范圍的噪聲仍然不能夠確切的分析。對(duì)噪聲信號(hào)最有效的頻率分析方法是基于快速傅立葉變換（FFT）的頻譜分析。螺桿壓縮機(jī)的噪聲頻譜中可以找到與轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子齒數(shù)相關(guān)的純音峰值，并且這個(gè)峰值存在一系列的諧波，因此對(duì)測(cè)得的噪聲信號(hào)進(jìn)行純音峰值的分析，可以識(shí)別其主要的噪聲源并對(duì)其進(jìn)行跟蹤研究。這種方法可以對(duì)連續(xù)的噪聲信號(hào)在整個(gè)頻率范圍內(nèi)進(jìn)行分析。

 螺桿空氣壓縮系統(tǒng)噪聲頻譜

    相關(guān)性分析就是同時(shí)采集噪聲信號(hào)和其它信號(hào)，如振動(dòng)信號(hào)、壓力信號(hào)，通過(guò)對(duì)比噪聲信號(hào)與它們的相關(guān)性來(lái)判斷噪聲源及其特性的方法。螺桿壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)壓力變化、振動(dòng)和噪聲是相互關(guān)聯(lián)的，通過(guò)綜合聯(lián)系對(duì)比，能夠更好的判斷和掌握噪聲源及其規(guī)律。

    另外，基于時(shí)域和頻域的小波分析、更簡(jiǎn)便的聲強(qiáng)分析法也正在發(fā)展中，它們的出現(xiàn)不但提供了更多的噪聲分析手段，同時(shí)為壓縮機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷提供了工具。無(wú)論是哪種方法，對(duì)螺桿壓縮機(jī)噪聲的測(cè)量與分析都是不是一蹴而就的，它需要將各種手段、方法綜合的運(yùn)用，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

噪聲的產(chǎn)生

　  螺桿壓縮機(jī)的噪聲按產(chǎn)生機(jī)理可以分為流體動(dòng)力性噪聲和機(jī)械性噪聲。流體動(dòng)力性噪聲是流體的流動(dòng)或物體在流體中運(yùn)動(dòng)而引起流體振動(dòng)而產(chǎn)生的。機(jī)械性噪聲是由固體振動(dòng)產(chǎn)生的，在沖擊、摩擦、交變應(yīng)力或磁性應(yīng)力等作用下，引起機(jī)械設(shè)備中構(gòu)件及部件碰撞、摩擦、振動(dòng)等產(chǎn)生的。

1。螺桿壓縮機(jī)流體動(dòng)力性噪聲

    流體動(dòng)力性噪聲主要有吸氣孔口氣流脈動(dòng)噪聲、排氣孔口氣流脈動(dòng)噪聲、氣體在機(jī)體內(nèi)流動(dòng)和氣柱共鳴噪聲。

    吸氣過(guò)程中，相互嚙合的轉(zhuǎn)子脫離嚙合使得齒間容積擴(kuò)大，吸氣腔內(nèi)的壓力低于吸氣壓力，氣體快速填充進(jìn)來(lái)。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)進(jìn)入下一個(gè)過(guò)程，當(dāng)下一對(duì)齒開(kāi)始脫嚙時(shí)這個(gè)過(guò)程再次重復(fù)，這就造成了吸氣孔口周期性的壓力脈動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲。

    排氣孔口與吸氣孔口的情況類似，當(dāng)排氣孔口打開(kāi)的時(shí)候，齒間容積與排氣腔存在壓力差，而這個(gè)過(guò)程由于轉(zhuǎn)子齒的間歇性的掃過(guò)而重復(fù)，造成排氣壓力脈動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲。排氣孔口的壓力脈動(dòng)與吸氣孔口不同的是，齒間容積內(nèi)的壓力可能大于排氣壓力，也可能會(huì)小于排氣壓力，因此它的情況比較復(fù)雜。

    吸、排氣的脈動(dòng)不但本身產(chǎn)生噪聲，同時(shí)會(huì)使轉(zhuǎn)子——軸承產(chǎn)生振動(dòng)，并可能引發(fā)其它部件的共振，從而激勵(lì)新的噪聲源。

螺桿空氣壓縮機(jī)吸、排氣孔口噪聲頻譜

2 。螺桿壓縮機(jī)機(jī)械性性噪聲

    機(jī)械性噪聲主要是由壓縮機(jī)內(nèi)固體振動(dòng)引發(fā)，包括轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡引起的振動(dòng)、轉(zhuǎn)子碰撞和摩擦引起的振動(dòng)、軸承引起的振動(dòng)、傳動(dòng)或同步齒輪引起的振動(dòng)、滑閥的振動(dòng)等。這些振動(dòng)同時(shí)會(huì)通過(guò)軸承傳遞到殼體，進(jìn)一步激發(fā)殼體的振動(dòng)，從而向外部輻射聲能。

    螺桿壓縮機(jī)中一對(duì)轉(zhuǎn)子在動(dòng)平衡不好的情況下旋轉(zhuǎn)中會(huì)引起較大的振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的損壞。轉(zhuǎn)子齒的分度精度、表面粗糙度和缺陷都會(huì)帶來(lái)相應(yīng)的振動(dòng)。

 轉(zhuǎn)子缺陷噪聲頻譜

    在運(yùn)行過(guò)程中，陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒面間的作用力是周期變化的，在整個(gè)轉(zhuǎn)子齒面非均勻分布，陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒面會(huì)相互碰撞、摩擦引起振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。

    軸承的振動(dòng)與軸承本身精度、裝配質(zhì)量等相關(guān)。尤其是滾動(dòng)軸承，由于其內(nèi)的滾動(dòng)體是不連續(xù)，在滾動(dòng)過(guò)程中交變力作用下必然會(huì)發(fā)生振動(dòng)，誘發(fā)噪聲。

    無(wú)油壓縮機(jī)都帶有同步齒輪，而有些螺桿壓縮機(jī)自身帶增速齒輪箱。齒輪的情況與螺桿轉(zhuǎn)子類似，也會(huì)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速和齒數(shù)相關(guān)的振動(dòng)和噪聲。另外齒輪的裝配精度及其與轉(zhuǎn)子配合后轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)平衡精度都可能引起相應(yīng)的振動(dòng)。

    制冷壓縮機(jī)內(nèi)滑閥有時(shí)會(huì)在基頻處振動(dòng)，通過(guò)作用于殼體，這種振動(dòng)極端情況下會(huì)造成巨大的噪聲。

總之，螺桿壓縮機(jī)內(nèi)誘發(fā)噪聲的因素很多，它們交織在一起，相互影響，不過(guò)所有的因素最終向外界輻射能量的途徑主要是機(jī)體表面振動(dòng)和吸、排氣脈動(dòng)。

噪聲特性

    總的來(lái)說(shuō)，壓力脈動(dòng)和轉(zhuǎn)子振動(dòng)是螺桿壓縮機(jī)主要的噪聲來(lái)源，脈動(dòng)和振動(dòng)越強(qiáng)烈產(chǎn)生的噪聲越大，并且都與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的基頻（主動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與齒數(shù)的乘積）和其諧波相關(guān)，其中前兩次諧波影響最大。因?yàn)檠芯空邆円恢抡J(rèn)為螺桿壓縮機(jī)最主要的噪聲源是氣流脈動(dòng)，尤其是排氣孔口的脈動(dòng)，因此許多研究工作都側(cè)重于排氣孔口壓力脈動(dòng)以及各種參數(shù)對(duì)它的影響。關(guān)于螺桿壓縮機(jī)噪聲特性研究主要的結(jié)論如下：

    轉(zhuǎn)子的齒數(shù)越多噪聲就越小；扭轉(zhuǎn)角改變50度排氣噪聲就減小越1dB；長(zhǎng)/徑比的變化不會(huì)對(duì)噪聲的大小產(chǎn)生影響。

    當(dāng)壓縮過(guò)程開(kāi)始，齒間容積內(nèi)壓力上升的時(shí)候，會(huì)在局部區(qū)域引起轉(zhuǎn)子碰撞振動(dòng)的加劇，從而增大噪聲。

    轉(zhuǎn)子之間及轉(zhuǎn)子與殼體之間間隙的變化會(huì)影響泄漏，從而對(duì)噪聲產(chǎn)生影響。間隙的減小會(huì)造成排氣口噪聲的增加，但是這種影響并不是很大。

壓縮工質(zhì)的類型的改變會(huì)對(duì)壓縮機(jī)噪聲產(chǎn)生顯著的影響。

    轉(zhuǎn)子腔內(nèi)的油對(duì)噪聲油衰減作用，但主要是對(duì)三次以上的高次諧波。噴油量對(duì)大型螺桿制冷壓縮機(jī)整體噪聲的影響有時(shí)會(huì)達(dá)到幾個(gè)分貝。

    排氣孔口處少許的欠壓縮會(huì)減小氣流脈動(dòng)，而過(guò)壓縮越大則脈動(dòng)越強(qiáng)烈，但是當(dāng)欠壓縮達(dá)到一定程度時(shí)，其產(chǎn)生的影響將會(huì)和過(guò)壓縮一樣?？偟膩?lái)說(shuō)，隨著排氣壓力的升高，齒間容積內(nèi)壓力與排氣孔口壓力差增大，噪聲會(huì)加強(qiáng)。

    在不同的負(fù)荷下，螺桿壓縮機(jī)主要的噪聲源有所變化。在較高的負(fù)荷下，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)有所降低，排氣脈動(dòng)是主要的噪聲源；在較低的負(fù)荷下，轉(zhuǎn)子振動(dòng)加強(qiáng)，成為主要的噪聲源。

噪聲的控制

螺桿壓縮機(jī)噪聲控制的工作主要

以生產(chǎn)廠家為主，針對(duì)自己的產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，見(jiàn)于文獻(xiàn)介紹的較少。主要的方法：

（1）減小或阻斷噪聲通過(guò)機(jī)殼向外界的傳播，這是目前較為普遍采用的方法。一般是在機(jī)體外部加隔聲罩，國(guó)外一些公司在殼體噪聲模擬的基礎(chǔ)上采用雙層殼體結(jié)構(gòu)來(lái)阻斷噪聲的輻射。文獻(xiàn)[8]通過(guò)增加殼體剛度和加裝減震器降低殼體的振動(dòng)，從而降低了噪聲。

（2）優(yōu)化排氣結(jié)構(gòu)、在排氣管路上安裝消聲裝置，以減小排氣壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。如文獻(xiàn)[9]利用小孔消聲的原理將半封螺桿壓縮機(jī)排氣管的消聲結(jié)構(gòu)改為多孔結(jié)構(gòu)，從而降低了壓縮機(jī)整體噪聲，并使得該壓縮機(jī)在部分負(fù)荷和滿負(fù)荷時(shí)噪聲基本一致。

（3）通過(guò)改變轉(zhuǎn)子幾何參數(shù)、提高轉(zhuǎn)子制造和裝配精度等措施減小轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的振動(dòng)，達(dá)到減小噪聲的目的。