羅茨鼓風(fēng)機(jī)出口管道系統(tǒng)防震降噪措施

辛春

【摘 要】本文針對羅茨鼓風(fēng)機(jī)出口管道系統(tǒng)，從震動(dòng)產(chǎn)生的種類出發(fā)，具體分析了羅茨鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生出口管道震動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生原因，并且提出了相應(yīng)的解決措施及策略，為通過防震降噪改善羅茨鼓風(fēng)機(jī)工作效率，從而為工廠實(shí)際生產(chǎn)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】羅茨鼓風(fēng)機(jī)；出口管道；震動(dòng)； 噪聲

Abstract：According to the outlet pipeline system of Roots Blower， This paper analyzes the reasons of vibration and noise that would be produced by Roots Blower， and provides the solving measures and strategies to reduct noise of Roots Blower， improve the working efficiency of roots blower to by shock noise reduction， Therefore brings economic benefits for factory production.

Keyword：roots blower； outlet piping； vibration； noise

前言

羅茨鼓風(fēng)機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、無內(nèi)壓縮等優(yōu)點(diǎn)，廣泛被應(yīng)用于氣體輸送等部門，以及石化、建材、電力、冶煉、化肥、礦山、港口、輕紡、食品、造紙、水產(chǎn)養(yǎng)殖和污水處理、環(huán)保產(chǎn)業(yè)等諸多領(lǐng)域等各個(gè)行業(yè)。但是，在實(shí)際工作中的羅茨鼓風(fēng)機(jī)往往存在噪聲問題，并且十分突出，這是由于羅茨鼓風(fēng)機(jī)在制造、安裝、隔振等方面存在某些缺陷，以及其自身運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等使得羅茨鼓風(fēng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)行為更加復(fù)雜，其中，對于羅茨風(fēng)機(jī)出口管道震動(dòng)產(chǎn)生的原因，更是知之甚少[1]。因此，對于羅茨鼓風(fēng)機(jī)出口管道系統(tǒng)，進(jìn)行震動(dòng)和噪聲控制具有非常重要的意義。

1 風(fēng)機(jī)與出口管道震動(dòng)噪音產(chǎn)生原理

一般風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力性噪聲即氣體流動(dòng)過程中產(chǎn)生的噪聲，屬于偶極子源，它主要由氣體的非穩(wěn)定流動(dòng)，即氣流的擾動(dòng)、氣體與氣體及氣體與管道相互作用而產(chǎn)生。羅茨鼓風(fēng)機(jī)作為一種典型的氣體增壓和輸送機(jī)械，其主要功能部件，是由軸線相互平行、相互嵌合、作方向相反等速旋轉(zhuǎn)的兩葉或者三葉輪組成，在與其他類型的氣體的氣體壓縮相比，在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、壓力變化時(shí)風(fēng)量很少變化、流量受阻力影響小、供風(fēng)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。但在工作過程中，由于鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)、排氣口不相通，氣體的傳輸是通過葉輪和機(jī)殼及墻板圍成的封閉的基本容積從進(jìn)氣口向排氣口移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，因此，進(jìn)氣口為大氣壓，而羅茨鼓風(fēng)機(jī)自身不存在內(nèi)壓縮，壓力升高依賴于排氣口工作系統(tǒng)的背壓。在各種噪聲中，有主有次，以進(jìn)、出口部位的氣動(dòng)噪聲最為強(qiáng)烈，主要是由氣流脈動(dòng)產(chǎn)生，因此這種噪音源屬于空氣動(dòng)力性噪音。

結(jié)合羅茨鼓風(fēng)機(jī)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特征，產(chǎn)生的噪音種類和來源的因素很多，主要包括：管道輸送過程中，氣體在管道輸送過程中由于管道橫截面積變化所引起的氣流脈動(dòng)噪聲；風(fēng)機(jī)葉輪中在容積空間變化中產(chǎn)生的壓力震動(dòng)噪音；高速氣體與葉輪和殼體的接觸噪音。在羅茨鼓風(fēng)機(jī)工作的風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中，氣體通過進(jìn)排氣口在管道系統(tǒng)中的流動(dòng)，并不均勻，出口管道系統(tǒng)中氣體的流動(dòng)及排出，低速時(shí)主要因管壁隔聲不良而引起的串聲；高速時(shí)由管壁振動(dòng)而輻射噪音；氣流擾動(dòng)引起的管壁共振，周期性地?cái)_動(dòng)了氣體，從而都對周圍介質(zhì)施加脈動(dòng)壓力，產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲，氣流越不均勻，噪聲也就越大。

另外，氣體在出口管道系統(tǒng)中，氣壓在進(jìn)出氣腔產(chǎn)生的脈動(dòng)也能發(fā)生聲學(xué)上的共鳴，這種噪音的產(chǎn)生重要是頻率及諧振為中高頻的。在分析羅茨鼓風(fēng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性和振動(dòng)聲輻射時(shí)，往往要對是風(fēng)機(jī)基頻倍數(shù)的頻率進(jìn)行分析，研究發(fā)現(xiàn)不同的基頻倍數(shù)及葉頻的倍數(shù)、高階頻率在整個(gè)球面場點(diǎn)上的聲壓分布，證實(shí)了殼體周圍聲壓直接影響出口管道氣壓，從而導(dǎo)致出口管道不通頻段的噪聲。

2 振動(dòng)危害及解決措施

羅茨風(fēng)機(jī)的振動(dòng)噪聲不但危害工作人員的身心健康，也嚴(yán)重影響了周圍居民的正常生活和工作，同時(shí)，周期性的振動(dòng)也使其使用壽命大大縮短，會增加生產(chǎn)成本，降低效率，不利于當(dāng)前建設(shè)經(jīng)濟(jì)節(jié)約型環(huán)境和社會的要求[2]，因此，對羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)隔離和噪聲控制具有非常重要的意義。

對于羅茨風(fēng)機(jī)而言，除了由于結(jié)構(gòu)和殼體振動(dòng)引起額結(jié)構(gòu)聲以外，更重要是的羅茨風(fēng)機(jī)的周期性吸排氣以及瞬時(shí)等容壓縮而形成的氣流與壓力脈動(dòng)等，產(chǎn)生了很大的氣體動(dòng)力噪聲和振動(dòng)輻射噪聲，其大小通常能達(dá)到100dB以上。相關(guān)研究表明，鼓風(fēng)機(jī)的噪聲一般能達(dá)到100—130dB（A），雖然羅茨鼓風(fēng)機(jī)由于其基本結(jié)構(gòu)和工作原理具有相對穩(wěn)定性，雖然經(jīng)過長期以來許多人員的努力，其噪聲仍然不符合人們理想接受的期望值。

在針對羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口管道系統(tǒng)的防震降噪，從結(jié)構(gòu)上可以進(jìn)行改進(jìn)，可以從根本上減小排氣口的回流沖擊強(qiáng)度，消減氣流脈動(dòng)，從而降低鼓風(fēng)機(jī)氣體動(dòng)力性噪聲，從根源上降低噪音的產(chǎn)生強(qiáng)度。目前，對羅茨鼓風(fēng)機(jī)出口管道的振動(dòng)和噪聲控制，則主要從消振和減噪兩方面作手。通常，在鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口或排氣管路中安裝消聲器，可以大幅度的降低從進(jìn)氣口輻射或管路中傳播的噪聲。這主要是采用消聲、隔聲和吸聲等技術(shù)，把吸聲材料固定在氣流通過的管道周壁，或者按一定方式在管道中排列起來，構(gòu)成阻性消聲器。聲波入射時(shí)，引起多孔材料中的空氣及纖維振動(dòng)，由于摩擦和粘滯阻力的作用，一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能散耗掉，達(dá)到消聲的目的。為防止噪聲從堵板和管道的縫隙中傳出來影響隔聲和消聲效果，還可以針對對部件和管道的聯(lián)接進(jìn)行了精心的設(shè)計(jì)，各部件相互搭接處粘貼AN-200密封條，在隔聲罩堵板開口處的管道外周都貼有AF-200管道密封條，增大阻尼，隔斷噪聲傳播。消振方面則從減小出口管道系統(tǒng)自身振動(dòng)、加固管道各部分的聯(lián)結(jié)等方面來考慮，因?yàn)椴牧霞肮艿篮穸戎苯佑绊憵饬髅}沖及聲音共振，具體措施為安裝消聲器、建立隔聲罩、采用軟管和連接、管道包扎、粘帖吸聲材料等[3]。

3 實(shí)際應(yīng)用及產(chǎn)生的效益

在羅茨鼓風(fēng)機(jī)出口管道系統(tǒng)防震降噪應(yīng)用，實(shí)踐結(jié)果表明：通過改變風(fēng)機(jī)殼體與出口管道系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)、改善出口管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)、采用新材料包扎管道系統(tǒng)等，都能將鼓風(fēng)機(jī)噪聲降低10.15dB（A），通過現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)表明，降噪后的風(fēng)機(jī)噪音成功降低到了80dB（A）以下，通常在80dB以下職業(yè)性噪聲暴露時(shí)，一般不會引起噪聲性耳聾，符合人們接受范圍。楊利芳等利用有限元模態(tài)分析進(jìn)行參數(shù)識別，研究風(fēng)機(jī)進(jìn)口消聲器對風(fēng)機(jī)振動(dòng)的影響，提出風(fēng)機(jī)殼體的阻尼降噪措施，為一定程度上有效減少震動(dòng)及噪音提供了理論依據(jù)。羅茨鼓風(fēng)機(jī)預(yù)進(jìn)氣口的形狀、大小、位置等對排氣口的氣流脈動(dòng)影響比較明顯，通過對預(yù)進(jìn)氣口的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)研究，優(yōu)化出口管道產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用主動(dòng)隔振降噪措施，合理地進(jìn)行噪音降低控制，實(shí)施效果明顯。

在化工生產(chǎn)中，生產(chǎn)工藝對氣體輸送設(shè)備提出的要求有許多是需要風(fēng)量一定而風(fēng)壓可變的，在化工生產(chǎn)實(shí)踐表明，通過在出口管道采取消音器等措施后的噪聲頻譜下降顯著，降噪效果明顯。因此，注重通過優(yōu)化出口管道結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，及材料技術(shù)的應(yīng)用研究及措施，從而防震降噪，將有助于改進(jìn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的密封性、耐磨性、耐腐蝕性、阻燃防爆性等在實(shí)際化工企業(yè)中的應(yīng)用[4]。但是，這種防震降噪措施也存在一定弊端，采取外購消聲器的辦法降低噪聲，因價(jià)格昂貴使生產(chǎn)成本上升，影響經(jīng)濟(jì)效益，況且外購消聲器往往與羅茨風(fēng)機(jī)不匹配，會影響風(fēng)機(jī)性能，嚴(yán)重時(shí)甚至影響生產(chǎn)工藝的正常運(yùn)行。另外，通過改變管道長度、管徑、支撐等等，均可減少進(jìn)口管道系統(tǒng)的共振動(dòng)，調(diào)整氣流脈動(dòng)的頻率從而避開氣流共振，在一定程度上也可以加大羅茨鼓風(fēng)機(jī)在化工企業(yè)中的生產(chǎn)應(yīng)用，但同時(shí)也對風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高要求。

綜上，許多針對出口管道系統(tǒng)防振減噪的方法，都能成功對羅茨鼓風(fēng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲在一定程度上進(jìn)行改善，然而，直到現(xiàn)在仍沒有將鼓風(fēng)機(jī)的噪聲在整體上控制在80dB以下的通用方法，對不同情況的風(fēng)機(jī)仍需要具體分析，有針對性進(jìn)行消振和減噪的綜合治理，只有這樣，才可以有效控制噪音污染，延長設(shè)備使用時(shí)限，節(jié)約投資成本，創(chuàng)造具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李鵬飛，SSR型羅茨鼓風(fēng)機(jī)震動(dòng)噪音的綜合治理實(shí)踐[D]. 山東大學(xué)，2010.

[2] 國大非，李永明.羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲的控制[J]. 北方環(huán)境.2002，（3）：68.69

[3] 郭猛，污水處理廠羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲治理[J]. 環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì).2009，29（12）

[4] 郭曉斌. 羅茨鼓風(fēng)機(jī)低噪聲結(jié)構(gòu)與內(nèi)流數(shù)值模擬研究[D].山東科技大學(xué)，2012.