[打印] [關閉] 發(fā)布時間：[2010-01-11 00:00]

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

螺桿壓縮機工作原理

    氣體狀態(tài)在機體內(nèi)是不斷的循環(huán)變化的，同時旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動和相互作用不可避免的存在，這些因素不僅會造成機體和系統(tǒng)的振動，同時還產(chǎn)生不同頻率和強度的壓力波。因此螺桿壓縮機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程中產(chǎn)生的振動和壓力波所帶來的噪聲或者將之限制在系統(tǒng)之內(nèi)。

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

    對于一個完整的螺桿壓縮系統(tǒng)來說，動力的轉(zhuǎn)換是在壓縮機內(nèi)進行的，一切的噪聲都源于壓縮機本身，因此螺桿壓縮機本身噪聲源的辨別、噪聲產(chǎn)生機制和特性的研究是螺桿壓縮機噪聲控制的基礎。

研究回顧

   螺桿壓縮機開始廣泛使用的時間并不長，因此對于其噪聲的研究時間相對活塞機來說不長?？傮w看，國內(nèi)外專門從事這方面深入研究的人還比較少。

    國外對于螺桿壓縮機噪聲的研究起步較早，伴隨著螺桿壓縮機設計理論的發(fā)展就已經(jīng)逐步開始對其振動和噪聲進行研究，研究的主體是制造廠家和研究機構(gòu)。主要的研究方法是憑借自身的檢測手段優(yōu)勢進行了廣泛、大量的實驗，在此基礎上編制噪聲模擬和預測軟件，并以模擬計算輔以實驗驗證展開深入的研究，同時針對螺桿壓縮機噪聲的特點進行了降低噪聲的工作，取得了良好的效果。

   國內(nèi)對螺桿壓縮機噪聲的研究工作以企業(yè)為主，他們迫于市場競爭的需要紛紛開始重視壓縮機系統(tǒng)的噪聲控制?？傮w來說，國內(nèi)的螺桿壓縮機噪聲研究和控制還處在初級階段，對噪聲形成機理、特性的認識還很少，采用的降噪方法還比較單一。以下分幾個方面對這些工作進行總結(jié)概括。

測量分析方法

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

螺桿空氣壓縮系統(tǒng)

    噪聲信號的測量與分析的方法有很多，但是對于螺桿壓縮機來說，大多數(shù)的測量場所沒有辦法嚴格的滿足理想的聲學測量要求。目前主要采取的測量和信號分析方法有近場測量法、頻譜分析法、相關性分析法。

    近場測量法是用聲級計貼近壓縮機表面掃描，根據(jù)聲級計的指示值大小來確定噪聲源的部位。這種方法簡單易行，使用廣泛，但是它的正確性是有條件的。傳聲器測得的聲級主要是最靠近的某個噪聲源的貢獻，其它噪聲源對測量值的影響很小。由于靠近總是相對的，一個聲場總是要受到附近生源的影響（尤其是在較強的混響場內(nèi)），因此這種方法不能夠提供精確的測量值，通常用作噪聲源和主要發(fā)生部位的一般識別或精確測量前的粗定位。

    螺桿壓縮機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計結(jié)合，能夠?qū)崟r進行噪聲的頻譜分析，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，對于高頻范圍的噪聲仍然不能夠確切的分析。對噪聲信號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。螺桿壓縮機的噪聲頻譜中可以找到與轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子齒數(shù)相關的純音峰值，并且這個峰值存在一系列的諧波，因此對測得的噪聲信號進行純音峰值的分析，可以識別其主要的噪聲源并對其進行跟蹤研究。這種方法可以對連續(xù)的噪聲信號在整個頻率范圍內(nèi)進行分析。

 螺桿空氣壓縮系統(tǒng)噪聲頻譜

    相關性分析就是同時采集噪聲信號和其它信號，如振動信號、壓力信號，通過對比噪聲信號與它們的相關性來判斷噪聲源及其特性的方法。螺桿壓縮機的動態(tài)壓力變化、振動和噪聲是相互關聯(lián)的，通過綜合聯(lián)系對比，能夠更好的判斷和掌握噪聲源及其規(guī)律。

    另外，基于時域和頻域的小波分析、更簡便的聲強分析法也正在發(fā)展中，它們的出現(xiàn)不但提供了更多的噪聲分析手段，同時為壓縮機的實時監(jiān)控和故障診斷提供了工具。無論是哪種方法，對螺桿壓縮機噪聲的測量與分析都是不是一蹴而就的，它需要將各種手段、方法綜合的運用，取長補短。

噪聲的產(chǎn)生

　  螺桿壓縮機的噪聲按產(chǎn)生機理可以分為流體動力性噪聲和機械性噪聲。流體動力性噪聲是流體的流動或物體在流體中運動而引起流體振動而產(chǎn)生的。機械性噪聲是由固體振動產(chǎn)生的，在沖擊、摩擦、交變應力或磁性應力等作用下，引起機械設備中構(gòu)件及部件碰撞、摩擦、振動等產(chǎn)生的。

1。螺桿壓縮機流體動力性噪聲

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

    吸氣過程中，相互嚙合的轉(zhuǎn)子脫離嚙合使得齒間容積擴大，吸氣腔內(nèi)的壓力低于吸氣壓力，氣體快速填充進來。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)進入下一個過程，當下一對齒開始脫嚙時這個過程再次重復，這就造成了吸氣孔口周期性的壓力脈動，從而產(chǎn)生噪聲。

    排氣孔口與吸氣孔口的情況類似，當排氣孔口打開的時候，齒間容積與排氣腔存在壓力差，而這個過程由于轉(zhuǎn)子齒的間歇性的掃過而重復，造成排氣壓力脈動，從而產(chǎn)生噪聲。排氣孔口的壓力脈動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，也可能會小于排氣壓力，因此它的情況比較復雜。

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

螺桿空氣壓縮機吸、排氣孔口噪聲頻譜

2 。螺桿壓縮機機械性性噪聲

    機械性噪聲主要是由壓縮機內(nèi)固體振動引發(fā)，包括轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)動不平衡引起的振動、轉(zhuǎn)子碰撞和摩擦引起的振動、軸承引起的振動、傳動或同步齒輪引起的振動、滑閥的振動等。這些振動同時會通過軸承傳遞到殼體，進一步激發(fā)殼體的振動，從而向外部輻射聲能。

    螺桿壓縮機中一對轉(zhuǎn)子在動平衡不好的情況下旋轉(zhuǎn)中會引起較大的振動，嚴重時甚至可能導致轉(zhuǎn)子的損壞。轉(zhuǎn)子齒的分度精度、表面粗糙度和缺陷都會帶來相應的振動。

 轉(zhuǎn)子缺陷噪聲頻譜

    在運行過程中，陰陽轉(zhuǎn)子齒面間的作用力是周期變化的，在整個轉(zhuǎn)子齒面非均勻分布，陰、陽轉(zhuǎn)子齒面會相互碰撞、摩擦引起振動而產(chǎn)生噪聲。

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

    無油壓縮機都帶有同步齒輪，而有些螺桿壓縮機自身帶增速齒輪箱。齒輪的情況與螺桿轉(zhuǎn)子類似，也會產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速和齒數(shù)相關的振動和噪聲。另外齒輪的裝配精度及其與轉(zhuǎn)子配合后轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的動平衡精度都可能引起相應的振動。

    制冷壓縮機內(nèi)滑閥有時會在基頻處振動，通過作用于殼體，這種振動極端情況下會造成巨大的噪聲。

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

噪聲特性

    總的來說，壓力脈動和轉(zhuǎn)子振動是螺桿壓縮機主要的噪聲來源，脈動和振動越強烈產(chǎn)生的噪聲越大，并且都與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的基頻（主動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與齒數(shù)的乘積）和其諧波相關，其中前兩次諧波影響最大。因為研究者們一致認為螺桿壓縮機最主要的噪聲源是氣流脈動，尤其是排氣孔口的脈動，因此許多研究工作都側(cè)重于排氣孔口壓力脈動以及各種參數(shù)對它的影響。關于螺桿壓縮機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??；扭轉(zhuǎn)角改變50度排氣噪聲就減小越1dB；長/徑比的變化不會對噪聲的大小產(chǎn)生影響。

    當壓縮過程開始，齒間容積內(nèi)壓力上升的時候，會在局部區(qū)域引起轉(zhuǎn)子碰撞振動的加劇，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影響泄漏，從而對噪聲產(chǎn)生影響。間隙的減小會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)的類型的改變會對壓縮機噪聲產(chǎn)生顯著的影響。

    轉(zhuǎn)子腔內(nèi)的油對噪聲油衰減作用，但主要是對三次以上的高次諧波。噴油量對大型螺桿制冷壓縮機整體噪聲的影響有時會達到幾個分貝。

    排氣孔口處少許的欠壓縮會減小氣流脈動，而過壓縮越大則脈動越強烈，但是當欠壓縮達到一定程度時，其產(chǎn)生的影響將會和過壓縮一樣?？偟膩碚f，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，噪聲會加強。

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

噪聲的控制

螺桿壓縮機噪聲控制的工作主要

以生產(chǎn)廠家為主，針對自己的產(chǎn)品進行實驗改進，見于文獻介紹的較少。主要的方法：

（1）減小或阻斷噪聲通過機殼向外界的傳播，這是目前較為普遍采用的方法。一般是在機體外部加隔聲罩，國外一些公司在殼體噪聲模擬的基礎上采用雙層殼體結(jié)構(gòu)來阻斷噪聲的輻射。文獻[8]通過增加殼體剛度和加裝減震器降低殼體的振動，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產(chǎn)生的噪聲。如文獻[9]利用小孔消聲的原理將半封螺桿壓縮機排氣管的消聲結(jié)構(gòu)改為多孔結(jié)構(gòu)，從而降低了壓縮機整體噪聲，并使得該壓縮機在部分負荷和滿負荷時噪聲基本一致。

（3）通過改變轉(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)子運轉(zhuǎn)過程中的振動，達到減小噪聲的目的。