螺桿壓縮機噪聲分析與控制.docx

螺桿壓縮機噪聲分析與控制牛群峰 1 , 錢林方 1 , 黃均人 2( 1. 南京理工大學 ,南京 210094; 2. 無錫壓縮機股份公司 技術(shù)中心 ,無錫 214026 )摘 要 :針對某型號螺桿壓縮機噪聲超標的問題 ,在壓縮機多種工況下進行噪聲測試 ,對測試結(jié)果采用 1 /3 倍頻程分析等方法分析出噪聲超標的主要原因 ,采用結(jié)構(gòu)改進和吸聲材料特性修正兩項措施來控制螺桿壓縮機噪 聲 。試驗結(jié)果表明 ,此方法降低噪聲的聲壓級 ,有效地控制螺桿壓縮機的噪聲 ,使產(chǎn)品符合要求 。關(guān)鍵詞 :聲學 ; 螺桿壓縮機 ; 測試分析 ; 噪聲控制中圖分類號 : th45; tb53文獻標識碼 : ano ise ana ly s is an d c on tro l of screw c om pre ssorn iu q un 2feng1 , q ian l in 2fang1 , huan g j un 2ren2( 1. n an jing u n ive rsity of sc ience and techno logy, n an jing 210094 , ch ina;2. techno logy cen te r of w uxi comp re sso r comp any . l td, w uxi j iangsu 214026 , ch ina)a b stra c t:no ise of a sc rew comp re sso r is te sted unde r seve ra l wo rk cond ition s first acco rd ing to the p rob lem of its unqua lified no ise standa rd. the te st re su lts a re ana lyzed w ith 1 /3 oc tona l frequency sp ec2 trum a im ing to ob ta in m a in rea son s of no ise. two k ind s of no ise con tro l m e thod s w ith struc tu re imp roving and sound ab so rp tion m a te ria l cha rac te ristic mod ifying a re adop ted to con tro l no ise. the exp e rim en ta l re2 su lts p re sen ts tha t the se m e thod s reduce sound p re ss leve l of no ise, con tro l no ise of the sc rew comp re sso r effec tive ly and m ake the comp re sso r up to the standa rd.key word s: acou stic s; sc rew comp re sso r; te st and ana lysis; no ise con tro l螺桿壓縮機具有可靠性高和壽命長的特點 ,在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用 ,目前的市場需求越來越大 。 為適應(yīng)環(huán)保要求和用戶需要 ,改善螺桿壓縮機的性能 ,采取有效措施控制螺桿壓縮機的噪聲成為壓縮機 制造公司必須考慮的問題 ,有必要進行相關(guān)研究來解決螺桿壓縮機使用中面臨的各種噪聲問題 1 。本文針對某型號螺桿壓縮機的噪聲水平超標問 題 ,采用多工況測試 、1 /3 倍頻程分析等方法 , 在試 驗的基礎(chǔ)上結(jié)合理論計算對該型號螺桿壓縮機的噪 聲源進行了詳細分析 ,判斷出噪聲超標的主要原因 , 運用理論分析和試驗方法對此壓縮機進行了噪聲控 制研究 。研究結(jié)果為該型號螺桿壓縮機的噪聲控制 提供了有效途徑 ?？?,進氣壓力差產(chǎn)生進氣孔口的吸氣噪聲 ,隨著排氣孔口周期性地相通 、切斷 ,產(chǎn)生了強烈的周期性排氣 噪聲 ,電動機中的氣體流動以及管道內(nèi)的氣流壓力 脈動也產(chǎn)生噪聲 ?？諝鈩恿π栽肼暿且环N寬頻帶連 2 續(xù)譜。機械性噪聲是由振動產(chǎn)生 。產(chǎn)生機械噪聲的主 要原因是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡產(chǎn)生的振動 ,該噪聲頻率 是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率的整數(shù)倍 ,此外轉(zhuǎn)子嚙合 、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 波動也會引起沖擊噪聲 ,機械性噪聲還包括軸承振 動的噪聲 、機體外部 (包括機殼 、支承結(jié)構(gòu) 、底座 )的 振動與噪聲 。由電機轉(zhuǎn)速和和齒輪傳動比可知 ,電 機轉(zhuǎn)子和主動齒輪基頻 49. 5 h z,從動齒輪和壓縮機 陽轉(zhuǎn)子基頻 65. 41 h z,壓縮機陰轉(zhuǎn)子基頻 43. 61 h z, 軸承引起的噪聲頻率分布在 50 - 400 h z范圍 。電磁噪聲主要是由內(nèi)置電動機產(chǎn)生 。電動機運 轉(zhuǎn)時 ,基波磁通和高次諧波磁通沿徑向進入氣隙 ,在定子和轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生徑向力 ,由此而引起徑向的振動和噪聲 。此外 ,產(chǎn)生的切向力矩和軸向力也引起切1 螺桿壓縮機噪聲源的理論分析試驗對象為某型號螺桿壓縮機 ,電機驅(qū)動 ,轉(zhuǎn)速2 970 r /m in,齒輪傳動 ,傳動比為 37 /28。該型號壓 縮機的噪聲主要為進 、出氣口輻射的空氣動力性噪 聲 、機械運動部件產(chǎn)生的機械性噪聲和驅(qū)動電機產(chǎn) 生的電磁噪聲等 ?？諝鈩恿π栽肼曋饕a(chǎn)生在螺桿壓縮機進排氣 4 向和軸向的振動噪 聲。電機 切向 振 動產(chǎn) 生的 噪聲頻率 fi 為2 f1fi =, 其中 m = 2, 4, 6,(偶數(shù) )m f0m f0 + 2 f1收稿日期 : 2006 210 212作者簡介 :牛群峰 ( 1974 - ) ,男 ,河南洛陽人 ,在讀博士研究生 , 研究方向 :機械系統(tǒng)動態(tài)信號測試及信號處理技術(shù) 。2007 年 6月噪聲與振動控制第 3期f0 轉(zhuǎn)子的基頻 ; f1 電網(wǎng)頻率 。電機徑向振動引起的噪聲頻率 fr 為各測點的 a 計權(quán)聲壓級水平和噪聲頻譜 ; 僅啟動電機狀態(tài)下打開箱罩時各測點的 a 計權(quán)聲壓級水 平和噪聲頻譜 ; 機組工作狀態(tài)下不吸氣 ,打開箱罩時各測點的 a 計權(quán)聲壓級水平和噪聲頻譜 。各測點 a 計權(quán)聲壓級數(shù)據(jù)如圖 3所示 。各測點噪聲 1 /3倍頻程數(shù)據(jù)如圖 4 所示 。 zz+2, 其中 , k = 1, 2, 3,fr =k ( 1 -s) - 0pzz 轉(zhuǎn)子槽數(shù) ; p 磁極對數(shù) ; s轉(zhuǎn)差率 。結(jié)合供電電網(wǎng)頻率計算知 ,驅(qū)動電機產(chǎn)生的電磁噪聲基頻為49. 5 h z和 100 h z。2 壓縮機噪聲測試及結(jié)果分析2. 1 壓縮機噪聲測試根據(jù) gb / t 4980 3 在螺桿壓縮機周圍選取 4 個 測點 ,對其進行噪聲測量 。螺桿壓縮機測點分布如 圖 1 所示 。圖 3各工況 a 計權(quán)聲壓級水平圖 1 螺桿壓縮機測點圖噪聲測試傳感器采用丹麥 b / k公司的傳聲器4189和前置 放 大 器 2671 , 數(shù) 據(jù) 采 集 系 統(tǒng) 采 用 美 國n i公司的 px i24472b 采集卡和 px i硬件平臺 ,軟件 是基于 l abview 設(shè)計的壓縮機振動噪聲分析系統(tǒng) 。測試參數(shù)選擇如下 : 采樣頻率 51. 2 kh z, 采樣長度8192 ,聲級采用 a 計權(quán)評 定 , 頻譜 分 析采 用 1 /3 倍 頻程分析 ,分析頻率范圍是 20 h z20 kh z。測試系 統(tǒng)如圖 2所示 。圖 2 測試系統(tǒng)圖設(shè)計了五種測試工況對壓縮機噪聲進行測試 :各測點本底噪聲 a 計權(quán)聲壓級水平和噪聲頻譜 ;機組正常工作狀態(tài)下各測點的 a 計權(quán)聲壓級水 平和噪聲頻譜 ; 機組正常工作狀態(tài)下打開箱罩時121螺桿壓縮機噪聲分析與控制3 噪聲控制方案確定及降噪效果3. 1 噪聲控制方案的確定從測試結(jié)果分析 ,噪聲控制方案從以下兩個方 面進行 :電機進風口結(jié)構(gòu)改進 ;在仍采用隔聲罩的基 礎(chǔ)上 ,對吸聲材料進行特性修正 。( 1 )電機進風口結(jié)構(gòu)改進 從原隔聲罩的結(jié)構(gòu)和噪聲測量數(shù)據(jù)分析 ,電動機端的噪聲很大 ,達到 84. 5 db (a ) ,因此首先從電 機端進行結(jié)構(gòu)改進 ,將原來的電動機直接進風方式 改為通道進風方式 ,電機尾部罩起來 ,通過風道從頂 部進風 。( 2 )吸聲材料特性修正螺桿壓縮機雖然采用了隔聲罩結(jié)構(gòu) ,但噪聲聲 壓級超出正常標準 ,因此隔聲罩吸聲材料的特性修 正是解決該型號壓縮機噪聲的方案之一 。隔聲罩的圖 4 測點 1 /3倍頻程數(shù)據(jù)圖2. 2 測試結(jié)果分析( 1 )由圖 3 可知 ,在只啟動電機的狀態(tài)下 ,噪聲 聲壓級水平已經(jīng)較高 ,各個測點的數(shù)據(jù)均反映這一點 ,電動機噪聲應(yīng)該 是壓 縮 機整 機的 主 要噪 聲源 。 從開關(guān)門 狀態(tài) 對 照測 試數(shù) 據(jù) 看 : 測 點 1 相 差 8 db (a ) ;測點 2 相 差 13 db ( a ) ; 測 點 3 相 差 12 db(a ) ;測點 4相差 1 db (a ) ,分析是由于電機進風口 的開設(shè) ,隔聲罩在該測點 4 側(cè)出現(xiàn)嚴重薄弱環(huán)節(jié)所致 。從進氣口不吸氣的狀態(tài)測試數(shù)據(jù)看 ,吸氣噪聲 的影響較低 ,不是此型號壓縮機的主要噪聲源 。( 2 ) 從圖 4 中的 1 /3 倍頻程數(shù)據(jù)可以看出 , 壓 縮機正常運行 (關(guān)門狀態(tài) )時 ,測點 1 和測點 3 在中 心頻率 31. 5 h z - - 2000 h z處的聲壓級較高 ,測點2在中心頻率 50 h z - - 2000 h z處的聲壓級較高 , 測點 4 在中心頻率 31. 5 h z - - 5000 h z處的聲壓 級較高 。打開隔聲罩 (開門狀態(tài) ) 和進氣口不吸氣 兩種狀態(tài) , 4 個測點均在中心頻率 50 h z - 5000 h z 處的聲壓級較高 。單開電機狀態(tài)下 ,在中心頻率 50h z - 5000 h z處的聲壓級較高 。因此 , 壓縮機噪聲 的主要頻率分量在 50 2 kh z范圍內(nèi) ,特別是 50 500 h z。結(jié)合噪聲源的理論分析得出 ,中心頻率為49. 5 h z和 100 h z及相應(yīng)倍頻的聲壓級主要來源電 機噪聲 ;中心頻率為 50 h z - 2000 h z的聲壓級主要來源壓縮機的主動齒輪噪聲和軸承噪聲 。實際隔聲能力 il 除了取決于結(jié)構(gòu)的固有隔聲量 il外 , 還與罩內(nèi)壁材料的吸聲系數(shù) 有關(guān) 5 , 其表達 式為il = il + 10 lgdb吸聲系數(shù) 是指聲波在物體表面反射時 ,其能量被吸收的百分率 6 2p = 1 -rpi其中 越大 , 吸聲性能越好 。式中 pi 為入射聲壓 , pr 為反射聲壓吸聲材料的吸聲系數(shù)是頻率的函 數(shù) ,對于不同的頻率 ,同一材料的吸聲系數(shù)也不同 ,因此 ,工程中常以倍頻程的方式提供吸聲系數(shù)隨頻率的變化曲線 。吸聲系數(shù)大于 0. 20 的材料 ,才能作 為吸聲材料 。方案采用帶孔夾層海綿材料 ,在中間一層海綿上均勻地分布一些 10 的通孔 ,兩邊再各覆一層海綿 , 利用海綿的空腔進一步吸聲 ,大大地提高吸聲材料在 中低頻段的吸聲系數(shù) 。采用駐波管法測量的螺桿壓 縮機吸聲材料改進前后的吸聲系數(shù)如表 1所示 。3. 2 降噪效果采用以上兩種噪聲控制方案同時對該型號螺桿 壓縮機實施降噪控制 ,測量的噪聲數(shù)據(jù)如表 2 所示 。從改進前后壓縮機噪聲測試數(shù)據(jù)可以看出 : 在 測點 1 位置降低噪聲聲壓級為 8 db (a ) ; 在測點 2 位置降低噪聲聲壓級為 9. 3 db (a ) ; 在測點 3 位置降低 噪 聲 聲 壓 級 為 6. 7 db (a ) ; 在 測 點 4位 置 降 低( 3 )各 測點 整 體噪 聲高 于 國家 標準 規(guī) 定 的db (a ) 。80綜合上述分析 ,可確定出噪聲超標的主要原因為 :電機進風口結(jié)構(gòu)不合理 ,電動機主噪聲源 ,主動齒 輪噪聲源 、軸承振動引起的噪聲源 、吸排氣噪聲源 。表 1 壓縮機吸聲材料改進前后的吸聲系數(shù)頻率 /h z200250315400500630800100012501600改進前吸聲系數(shù)0. 170. 180. 210. 230. 220. 280. 450. 500. 650. 80改進后吸聲系數(shù)0. 370. 410. 460. 630. 940. 960. 820. 630. 480. 382007 年 6月噪聲與振動控制第 3期表 2 壓縮機噪聲測量數(shù)據(jù)對照表/ db( a )用被動降噪具有成本低 、見效快等優(yōu)點 ,但是如果能同時采用低噪聲電機來主動降低壓縮機噪聲 ,將會 取得更好效果 ;( 3 ) 進 一 步 改 善 隔 聲 罩 的 密 封 性 能 和 制 造 性能 ,從設(shè)計上根本改變箱罩結(jié)構(gòu) ,充分隔斷噪聲源的 噪聲輻射 ,也是降低噪聲的有效措施 。參考文獻 :噪聲聲壓級為 12. 9 db (a ) ;通過改變電機進風口結(jié)構(gòu) 、采用帶孔夾層吸聲海綿等降噪措施后 ,噪聲聲壓 級平均降低 9. 225 db (a ) ,電機端噪聲聲壓級降低 達到 12. 9 db (a ) 。 1 韓麗娟 . 螺桿壓縮機機組的噪聲控制 j . 流體機械 ,2000 , ( 10) : 39 - 41.馬大猷 . 現(xiàn)代聲學理論基礎(chǔ) m . 北京 :科學出版社 . gb / t4980 - 2003. 容積式壓縮機噪聲的測定 s . 趙志軍 ,等 . 冰箱用全封閉 壓縮機噪聲分析與降噪措 施的探討 j . 流體機械 , 2004 , ( 12 ) : 47 - 49.孫 長 城 , 等 . 氨 制 冷 螺 桿 壓 縮 機 組 噪 聲 分 析 與 治 理 j . 噪聲與振動控制 , 2005, ( 6) : 54 - 56.陳劍 ,等 . 用于發(fā)動機機艙 內(nèi)吸聲材料與結(jié)構(gòu)的測試 及工程應(yīng)用 j . 噪聲與振動控制 , 2006 , ( 8) : 84 - 86. 2 3 4 4 結(jié)語( 1 )在壓縮機噪聲控制中 ,通過電機進風口結(jié) 構(gòu)改進及采用吸聲系數(shù)高的吸聲材料 (帶孔夾層吸 聲海綿 )作為螺桿壓縮機隔聲罩的吸聲材料 , 有效 降低了壓縮機的噪聲輻射 ,平均降噪 9. 225 db (a ) , 達到國家噪聲允許排放標準 ;( 2 )與降低電機噪聲等主動降噪措施相比 , 采 5 6 (上接第 15 頁 )r e sonance c . w e st l afaye tte, ind iana, u sa: p ro2 ceed ings of the 1990 pu rdue comp re sso r techno logy confe rence. 1990: 612 - 624.to jo. k, saegu sa. s. no ise r educ tion of r efrige ra to r comp re sso r c , w e st l afaye tte, ind iana, u sa: p ro2 ceed ings of the 1980 pu rdue comp re sso r techno logy confe rence. 1980: 235 - 242.soede l. w. simp le m a them a tica l mode ls of the v ib ra tion and fo rce tran sm ission of d ischa rge o r suc tion tube s a s fuc tion of d ischa rge and suc tion p re ssu re s c . w e st l afaye tte, ind iana, u sa: p roceed ings of the 1980 pu r2 due comp re sso r techno logy confe rence. 1980: 68 - 73.李洪亮 , 黃協(xié)清 . 冰 箱壓縮機減 振 降 噪 的 應(yīng) 用 研 究 j . 機械科學與技術(shù) , 2002: 9 - 10.mozzon. g. a n ew exp e rim en ta lm e thod fo r the iden tifi2 ca tion of the tran sm ission pa th s c . w e st l afaye tte, ind iana, u sa: p roceed ings of the 1990 pu rdue com 2 p re sso r techno logy confe rence. 1990: 789 - 799.lowe ry. c. a n imp roved shap e fo r h e rm e tic comp re sso r hou sings c . w e st l afaye tte, ind iana, u sa: p roceed2 ings of the 1984 pu rdue comp re sso r techno logy confe r2 ence. 1984: 285 - 290.sm ith. j. p, kie l. d. h , c. j. h u rst. in ten sity m ea su re2 m en ts and r ad ia ted no ise r educ tion fo r a f reon com 2 p re sso r c . w e st l afaye tte, ind iana, u sa: p roceed2 ings of the 1992 pu rdue comp re sso r techno logy confe r2 ence. 1992: 947 - 950.sa ito. f, o kubo. n. no ise r educ tion of h e rm e tic com 2 p re sso r by imp rovem en t on its she ll shap e c . w e st l afaye tte, ind iana, u sa: p roceed ings of the 1980 pu r2 due comp re sso r techno logy confe rence. 1980: 228 -234. 9 kawaguch i. s, mo rinu sh i. k, e t a l. no ise reduc tion ofro lling p iston typ e ro ta ry comp re sso r c . w e st l afa2 ye tte, ind iana, u sa: p roceed ings of the 1986 pu rdue comp re sso r techno logy confe rence , 1986: 550 - 565. sano. k, m itsu i. k. a na lysis of h e rm e tic po lling p iston typ e comp re sso r no ise and coun te rm ea su re s c . w e st l afaye tte, ind iana, u sa: p roceed ings of the 1984 pu r2 due comp re sso r techno logy confe rence , 1984: 242 -250.黃茲思 ,蔣偉康 ,等 . 壓縮機消聲器特性的數(shù)值分析 與實驗研究 j . 振動工程學報 , 2004: 399 - 402.l amp ugnan i. g, pe ruzzi. f, v ay. p. suc tion m uffle r d e2 sign fo r no ise r educ tion on h igh effic iency r ec ip roca2 ting comp re sso r c . w e st l afaye tte, ind iana, u sa:p roceed ings of the 1990 pu rdue comp re sso r techno logyconfe rence. 1990: 584 - 593.john son. n , h am ilton. f. c