淺析往復(fù)活塞式壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)噪聲及降噪措施

路偉 栢權(quán)

(沈陽(yáng)遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司,遼寧沈陽(yáng) 110027)

淺析往復(fù)活塞式壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)噪聲及降噪措施

路偉 栢權(quán)

(沈陽(yáng)遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司,遼寧沈陽(yáng) 110027)

本文列舉了往復(fù)活塞式壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)噪聲及降低噪聲的控制措施。

往復(fù)活塞式壓縮機(jī) 氣流脈動(dòng) 噪聲

1 概述

噪聲污染是當(dāng)今世界三大環(huán)境污染之一。壓縮機(jī)是一種輻射高響度噪聲的設(shè)備，是一種主要的工業(yè)噪聲污染源。有研究表明，如果人長(zhǎng)期在95分貝的噪聲環(huán)境里工作和生活，大約有29%的會(huì)喪失聽(tīng)力；即使噪聲只有85分貝(SH/T3143-2004石油化工往復(fù)壓縮機(jī)工程技術(shù)規(guī)定第5.16條規(guī)定，離機(jī)器1m處測(cè)定的壓縮機(jī)機(jī)組的總體噪聲不超過(guò)85分貝)，也有10%的人會(huì)發(fā)生耳聾；120～130分貝的噪聲，能使人感到耳內(nèi)疼痛；更強(qiáng)的噪聲會(huì)使聽(tīng)覺(jué)器官受到損害，出現(xiàn)頭痛、頭暈、記憶力減退、血壓升高、心率不齊、基礎(chǔ)代謝率升高、腸胃功能紊亂等一系列生理、病理變化。所以，我們不能對(duì)噪聲等閑視之。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)噪聲來(lái)源的了解并采取措施加以防范。

2 往復(fù)活塞式壓縮機(jī)噪聲分析

往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的噪聲是一種綜合性的機(jī)械噪聲源，主要包括氣流噪聲、機(jī)械噪聲和電磁噪聲。在壓縮機(jī)進(jìn)行單體噪聲源的分析中，壓縮機(jī)的吸、排氣氣流動(dòng)力特性噪聲最強(qiáng)；壓縮機(jī)構(gòu)件的撞擊、摩擦、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性激振力、活塞(或十字頭)敲擊激振、氣閥閥片的撞擊噪聲等機(jī)械噪聲，帶有隨機(jī)性并呈寬頻帶特性，很易被其它噪聲因素所激發(fā)；壓縮機(jī)的電磁噪聲相對(duì)于氣流噪聲和機(jī)械噪聲而言是比較弱的。壓縮機(jī)的整體噪聲實(shí)際上是由上述三者綜合疊加而成，在實(shí)際的分析中很難分出是哪個(gè)因素所引起的，用人耳朵也很難判斷，但從實(shí)驗(yàn)分析的頻譜圖中，可以看出不同的噪聲源所反映的噪聲特征峰是不一樣的。

3 氣流脈動(dòng)噪聲的形成機(jī)理

3.1 管道中的氣流脈動(dòng)噪聲

往復(fù)活塞式壓縮機(jī)由于每運(yùn)行一轉(zhuǎn)的吸入和排出過(guò)程是有間隔的，壓縮機(jī)向管道間歇地吸氣或排氣引起氣流脈動(dòng)。脈動(dòng)的壓力波沿管道傳播，在管道的轉(zhuǎn)彎處或截面變化處產(chǎn)生周期性變化的作用力，從而引起管道的振動(dòng)和噪聲輻射。該力還是導(dǎo)致管道機(jī)械振動(dòng)的激振力，當(dāng)激振力的激振頻率和管道的固有頻率重疊時(shí)易引起管道機(jī)械共振，管道的機(jī)械振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致管道附件及其連接部位發(fā)生松動(dòng)或疲勞破壞，從而產(chǎn)生更強(qiáng)烈的管道振動(dòng)和噪聲輻射。

3.2 壓縮機(jī)內(nèi)的氣流脈動(dòng)噪聲

壓縮機(jī)內(nèi)的氣流脈動(dòng)噪聲主要包括閥室與進(jìn)、排氣管中的噪聲、氣閥的噴射渦流噪聲。

(1)閥室與進(jìn)、排氣管中的噪聲。由于進(jìn)、排氣系統(tǒng)中遠(yuǎn)離氣缸的一端，均是與一個(gè)具有很大體積的容器相連，因此，進(jìn)、排氣系統(tǒng)均可以看成是近氣缸一端為閉端，另一端為開(kāi)口的聲學(xué)管。該管的固有頻率為

式中，n為諧波序數(shù)，n=1，2，3…。

(2)氣閥的噴射渦流噪聲。高速氣流從氣閥的出口高速噴射出來(lái)，與周?chē)臍怏w激烈混合時(shí)產(chǎn)生噴射噪聲。氣閥噴射出來(lái)的高速氣流的外腔的靜壓低于高壓氣體的壓強(qiáng)，在高速氣流周?chē)a(chǎn)生強(qiáng)烈的引射現(xiàn)象，沿氣流噴射方向的一定距離內(nèi)大量氣體被噴射氣流卷吸進(jìn)去，噴射氣體的體積越來(lái)越大，速度逐漸降低，產(chǎn)生大量渦流，從而形成寬頻帶連續(xù)的中、高頻氣流噪聲，其最大峰值頻率為

式中，Sr為斯特勞哈爾數(shù)，其值=0.05～0.25，d為垂直氣流方向上障礙物的厚度；u為氣閥的閥隙速度。

4 改善氣流脈動(dòng)噪聲的方法探討

在往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的應(yīng)用上，下列措施可以有效的避免氣流脈動(dòng)噪聲的傳遞和激發(fā)。目前主要采用的方法有：

(1)使用PBI工程塑料吸氣腔。因PBI工程塑料是一個(gè)很好的吸音材料，可以在吸氣緩沖時(shí)吸附較強(qiáng)聲波。

(2)對(duì)吸排氣閥組的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，減少氣流流道結(jié)構(gòu)上的尖角。氣流在吸氣部位及排氣通道上的尖角處易產(chǎn)生渦旋噪音。

(3)在進(jìn)、排氣管或氣閥中，降低其通道內(nèi)氣流速度，可以降低紊流噪聲。

(4)盡量減少在氣流管道中出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎和截面變化，以便減少脈動(dòng)氣流的激振力。

(5)盡量減少各種管道中的閥門(mén)，以減少自激振動(dòng)，避免高速紊流通過(guò)扼流區(qū)產(chǎn)生空穴噪聲。

(6)加大或增設(shè)進(jìn)、排氣緩沖器，可以減少壓力脈動(dòng)，從而可降低噪聲。緩沖器容積愈大、聲頻率愈高，降低噪聲愈多。緩沖器應(yīng)放在近氣缸的管道中氣柱的壓力腹點(diǎn)處，避免形成共振而失效或減效。

(7)調(diào)整容器尺寸、管道長(zhǎng)度，從而改變氣柱固有頻率，使該頻率避開(kāi)激振力的頻率，也要避開(kāi)壓縮機(jī)本身的固有頻率。

(8)在壓縮機(jī)進(jìn)、排氣管道中裝設(shè)消音器，將聲波反射回聲源或吸收掉一部分，從而使向外輻射的噪聲大大減小。

(9)加裝隔聲體、隔聲罩、隔聲間或采用全封閉式壓縮機(jī)，以阻擋、衰減噪聲向外傳遞或輻射。

(10)在聲壓力駐波的節(jié)點(diǎn)處的管端，增設(shè)孔板，通常孔板置于足夠大的容器的進(jìn)口或出口側(cè)，使管道的原駐波改變?yōu)閱蜗蛐胁ǎ越档涂装逅诠艿乐械穆晧悍怠?/p>

氣流脈動(dòng)噪聲是往復(fù)活塞式壓縮機(jī)噪聲源的一個(gè)重要方面，有效解決壓縮機(jī)的氣流脈動(dòng)噪聲就可以解決由此引起的一系列問(wèn)題，諸如高頻噪聲，共鳴噪聲，管道共振噪聲，系統(tǒng)氣流噴發(fā)噪聲等。氣流脈動(dòng)噪聲與壓縮機(jī)的高頻噪聲緊密聯(lián)系在一起，兩者不能孤立地對(duì)待，解決氣流脈動(dòng)噪聲可以很好地緩解高頻噪聲的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

由于目前往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)及噪聲源復(fù)雜多樣，而且壓縮機(jī)的噪聲源影響因素很多，如吸排氣壓力的大小、介質(zhì)的流速、介質(zhì)的溫度、氣閥的結(jié)構(gòu)形式、管道的走向等等，而這些參數(shù)與壓縮機(jī)之間并不存在簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系，因此，降低壓縮機(jī)噪聲要綜合考慮各種因素是互相影響，不能顧此失彼。

[1]郁永章,姜培正,孫嗣瑩等.壓縮機(jī)工程手冊(cè).中國(guó)石化出版社,2011.10.

[2]中國(guó)石化集團(tuán)洛陽(yáng)石油化工工程公司SH/T3143-2004石油化工往復(fù)壓縮機(jī)工程技術(shù)規(guī)定.

[3]美國(guó)石油學(xué)會(huì)API 618標(biāo)準(zhǔn).石油、化學(xué)和氣體工業(yè)設(shè)施用往復(fù)壓縮機(jī).2007.12.