淺談如何利用微穿孔板解決SVK型壓縮機出口高頻共振

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110000）

隨著SVK型壓縮機技術(shù)的不斷成熟，已逐步走向更廣闊的應用市場。在實際應用中存在的問題也就突顯出來，其中以壓縮機出口氣流高頻振動尤為突出，產(chǎn)生的危害是對出口管道元件破壞嚴重和噪音污染。為了解決問題就需要更換管道元件并進行配管，不但耽誤工程時間，而且即便更換新元件也時刻存在隱患。本文利用微穿孔板技術(shù)很好地解決了SVK型壓縮機出口氣流共振問題，阻止了因共振問題帶來的出口膨脹節(jié)振碎及噪音危害。

1 SVK型壓縮機介紹及共振問題描述

1．1 SVK型壓縮機介紹

SVK型壓縮機，全稱為齒輪增速型組裝式離心壓縮機，具體外部構(gòu)造如圖1示。這種壓縮機一般為多軸、多級、多轉(zhuǎn)速，氣缸體為外掛蝸殼示分級壓縮。本文描述的SVK型壓縮機為三軸齒輪式傳動。主軸由電機拖動，低速軸為空壓機的一、二壓縮級，高速軸為空壓機第三壓縮級和增壓機。其中空壓機一、三壓縮級葉輪為半開示葉輪。

圖1 SVK型離心壓縮機外部構(gòu)造圖

1．2 SVK型壓縮機出口共振問題

（1）共振現(xiàn)象描述。當機組進入額定工作情況時，現(xiàn)場噪聲非常刺耳，使用噪聲測量儀測量，噪聲已達到110dB滿量程。即便耳帶噪聲保護裝置，但在現(xiàn)場待上一段時間都會有不同程度的不適感。在此情況下，機組運行不到20小時，一級出口管道膨脹節(jié)彈簧板被振碎，大量碎片掉落在管道中，甚至進入到冷卻器內(nèi)，此種情況下只能停機。在此過程中，壓縮機主機上的振動、溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等相關(guān)監(jiān)測點無異常波動。

（2）共振現(xiàn)象帶來的危害。壓縮機出口氣流共振帶來的危害主要有兩個方面：第一，由于氣流共振，氣體對出口管道連接元件沖擊力非常大，尤其是對出口管線上的膨脹節(jié)造成振碎性毀壞。被振碎下來的膨脹節(jié)碎片散落在管道中，及出口冷卻器內(nèi)，稍有清理不凈便會對以后的生產(chǎn)埋下隱患。同時，壓縮機在運行前，氣管道已經(jīng)過無應力校對，若更換出口膨脹節(jié)需要進行切割和焊接并重新對管道進行無應力校對，工作量非常大，而且也耽誤了工程進度。第二，由于氣流的共振會造成現(xiàn)場噪音污染，對現(xiàn)場操作人員身體損傷是非常大的，必須進行降噪處理，否則影響以后現(xiàn)場工作人員的正常操作。

2 解決問題方法研究

通過上述現(xiàn)象，壓縮機出口存在高頻振動，噪聲非常大且尖銳刺耳。同時，可分析噪聲周期短，振動頻率高。這種由氣流摩擦所導致的振動，在壓縮機轉(zhuǎn)速、葉輪做功都不變的情況下，一定存在共振現(xiàn)象，在固有的振動周期下，其振幅被放大，破壞力也就被放大了。

2．1 擴壓器葉片半高法

眾所周知，離心壓縮機的氣流噪聲主要是離散頻噪聲，是一種氣動噪聲。其主要是通過壓縮機葉輪與擴壓器之間強烈相互作用所產(chǎn)生的。

針對上述情況，最常見的解決方法就是利用壓縮機定子元件上的擴壓器。通過改變擴壓器葉片高度，增大葉片原有間隙。在壓縮機入口流量可以調(diào)節(jié)，壓縮機轉(zhuǎn)速、溫度、壓力不變情況下，是可以使氣流的動靜干涉減弱的。

通過計算，制定好葉片半高方案，經(jīng)過銑削加工再次回裝，同時更換新的管道膨脹節(jié)。當壓縮機進入額定工作狀態(tài)下，噪音較之前相比較有些許的減弱，但不明顯。壓縮機在經(jīng)過48小時運行后，發(fā)現(xiàn)出口管道膨脹節(jié)彈簧板有開裂現(xiàn)象，隨即壓縮機立刻停止運行。

2.2 微穿孔板法

（1）微穿孔板介紹。本文主要針對解決空分離心壓縮機出口共振，所以選用單層微穿孔板技術(shù)就可以將高、中頻帶寬的噪聲很好的吸收。微穿孔板是把多個孔徑為毫米或絲米的穿孔設(shè)計到一個板上，通過它的流阻就可與其流場內(nèi)的特性阻抗匹配，形成良好的寬頻帶共振吸聲效果。本文闡述的是離心壓縮機出口加微穿孔板，所以將微穿孔板鉚到圓管上形成管式微穿孔板元件，具體如圖2示。

圖2 管式微穿孔板

圖2中t，d，D分別代表著孔板的板厚，單個孔徑和氣腔深度。此外，還要考慮空氣特性阻抗、相對聲阻、共振頻率、吸聲系數(shù)、圓管管徑等參數(shù)。

（3）微穿孔板設(shè)計。設(shè)計微穿孔板目的就是為了改變流體經(jīng)過介質(zhì)中的聲阻抗，通過聲阻抗改變降低聲的頻率，從而阻止共振現(xiàn)象發(fā)生。而聲阻抗、吸聲系數(shù)又與孔板的設(shè)計息息相關(guān)，所以根據(jù)下列公式可得出相關(guān)參數(shù)值，進而去設(shè)計微穿孔板。流體在管道中發(fā)生共振時，共振頻率f0：

根據(jù)上述情況，壓縮機出口一定存在共振現(xiàn)象。當共振現(xiàn)象發(fā)生時，出口處的流體相對聲阻抗一定為零，其聲阻抗函數(shù)極值也為零。通過公式計算改變目前的聲阻抗可有效吸聲，避免共振發(fā)生，降低噪音危害。

聲阻抗Z：

其中：ρ為氣體密度，η為粘滯系級，t為孔板厚度，ω為入射的角頻率，j為Bessel函數(shù)值可近似看成為虛數(shù)，。

根據(jù)上述公式，對公式（2）加末端修正項并除以穿孔面積就是微穿孔板的聲阻扛率，再除以氣體的特性阻抗ρc，將常數(shù)值代入，就是其相對聲阻抗Z。

根據(jù)穿孔率吸聲特性，如圖3可得出：當穿孔率為5%時，對當前工況下出口吸聲降頻控制的效果最好。

在已知壓縮機出口管徑為1400mm情況下，通過最終的計算確定微穿孔板各項參數(shù)值，主要包括孔徑（經(jīng)計算設(shè)計為1mm）和氣腔的深度（經(jīng)計算設(shè)計為15mm）。將設(shè)計好的管式微穿孔板安裝在壓縮機出口管道上，再次啟動壓縮機，在達到額定工況下，噪音較之前相比有了明顯下降，經(jīng)噪聲測量儀測得現(xiàn)場噪音降到90dB以下。

圖3 穿孔率對吸聲性能的影響

3 結(jié)語

微穿孔板有著對聲音頻率很好的控制作用，可調(diào)控帶寬頻在100Hz-4000Hz甚至更高。所以利用微穿孔板可以很好地解決壓縮機管道出口氣流共振問題，改變了出口氣流的頻率，消除了共振現(xiàn)象，降低了壓縮機出口噪聲，使壓縮機保持良好的平穩(wěn)運行。此外，對于半開式葉輪而言，利用擴壓器葉片半高法不能單純地削弱氣流共振，改變其頻率。半開式葉輪不可控因素較多，做功流量大，沖擊力高，雖然利用擴壓器半高法可以使流經(jīng)葉輪的氣流動靜干涉減弱，但會增加流經(jīng)蝸殼氣流動靜干涉的作用，致使蝸殼的氣體出口振動頻率增加。