螺杆压缩机噪声分析与控制.docx

螺杆压缩机噪声分析与控制牛群峰 1 , 钱林方 1 , 黄均人 2( 1. 南京理工大学 ,南京 210094; 2. 无锡压缩机股份公司 技术中心 ,无锡 214026 )摘 要 :针对某型号螺杆压缩机噪声超标的问题 ,在压缩机多种工况下进行噪声测试 ,对测试结果采用 1 /3 倍频程分析等方法分析出噪声超标的主要原因 ,采用结构改进和吸声材料特性修正两项措施来控制螺杆压缩机噪 声 。试验结果表明 ,此方法降低噪声的声压级 ,有效地控制螺杆压缩机的噪声 ,使产品符合要求 。关键词 :声学 ; 螺杆压缩机 ; 测试分析 ; 噪声控制中图分类号 : th45; tb53文献标识码 : 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螺杆压缩机具有可靠性高和寿命长的特点 ,在各行各业得到广泛的应用 ,目前的市场需求越来越大 。 为适应环保要求和用户需要 ,改善螺杆压缩机的性能 ,采取有效措施控制螺杆压缩机的噪声成为压缩机 制造公司必须考虑的问题 ,有必要进行相关研究来解决螺杆压缩机使用中面临的各种噪声问题 1 。本文针对某型号螺杆压缩机的噪声水平超标问 题 ,采用多工况测试 、1 /3 倍频程分析等方法 , 在试 验的基础上结合理论计算对该型号螺杆压缩机的噪 声源进行了详细分析 ,判断出噪声超标的主要原因 , 运用理论分析和试验方法对此压缩机进行了噪声控 制研究 。研究结果为该型号螺杆压缩机的噪声控制 提供了有效途径 。口 ,进气压力差产生进气孔口的吸气噪声 ,随着排气孔口周期性地相通 、切断 ,产生了强烈的周期性排气 噪声 ,电动机中的气体流动以及管道内的气流压力 脉动也产生噪声 。空气动力性噪声是一种宽频带连 2 续谱。机械性噪声是由振动产生 。产生机械噪声的主 要原因是转子系统不平衡产生的振动 ,该噪声频率 是转子转动频率的整数倍 ,此外转子啮合 、转子转速 波动也会引起冲击噪声 ,机械性噪声还包括轴承振 动的噪声 、机体外部 (包括机壳 、支承结构 、底座 )的 振动与噪声 。由电机转速和和齿轮传动比可知 ,电 机转子和主动齿轮基频 49. 5 h z,从动齿轮和压缩机 阳转子基频 65. 41 h z,压缩机阴转子基频 43. 61 h z, 轴承引起的噪声频率分布在 50 - 400 h z范围 。电磁噪声主要是由内置电动机产生 。电动机运 转时 ,基波磁通和高次谐波磁通沿径向进入气隙 ,在定子和转子上产生径向力 ,由此而引起径向的振动和噪声 。此外 ,产生的切向力矩和轴向力也引起切1 螺杆压缩机噪声源的理论分析试验对象为某型号螺杆压缩机 ,电机驱动 ,转速2 970 r /m in,齿轮传动 ,传动比为 37 /28。该型号压 缩机的噪声主要为进 、出气口辐射的空气动力性噪 声 、机械运动部件产生的机械性噪声和驱动电机产 生的电磁噪声等 。空气动力性噪声主要产生在螺杆压缩机进排气 4 向和轴向的振动噪 声。电机 切向 振 动产 生的 噪声频率 fi 为2 f1fi =, 其中 m = 2, 4, 6,(偶数 )m f0m f0 + 2 f1收稿日期 : 2006 210 212作者简介 :牛群峰 ( 1974 - ) ,男 ,河南洛阳人 ,在读博士研究生 , 研究方向 :机械系统动态信号测试及信号处理技术 。2007 年 6月噪声与振动控制第 3期f0 转子的基频 ; f1 电网频率 。电机径向振动引起的噪声频率 fr 为各测点的 a 计权声压级水平和噪声频谱 ; 仅启动电机状态下打开箱罩时各测点的 a 计权声压级水 平和噪声频谱 ; 机组工作状态下不吸气 ,打开箱罩时各测点的 a 计权声压级水平和噪声频谱 。各测点 a 计权声压级数据如图 3所示 。各测点噪声 1 /3倍频程数据如图 4 所示 。 zz+2, 其中 , k = 1, 2, 3,fr =k ( 1 -s) - 0pzz 转子槽数 ; p 磁极对数 ; s转差率 。结合供电电网频率计算知 ,驱动电机产生的电磁噪声基频为49. 5 h z和 100 h z。2 压缩机噪声测试及结果分析2. 1 压缩机噪声测试根据 gb / t 4980 3 在螺杆压缩机周围选取 4 个 测点 ,对其进行噪声测量 。螺杆压缩机测点分布如 图 1 所示 。图 3各工况 a 计权声压级水平图 1 螺杆压缩机测点图噪声测试传感器采用丹麦 b / k公司的传声器4189和前置 放 大 器 2671 , 数 据 采 集 系 统 采 用 美 国n i公司的 px i24472b 采集卡和 px i硬件平台 ,软件 是基于 l abview 设计的压缩机振动噪声分析系统 。测试参数选择如下 : 采样频率 51. 2 kh z, 采样长度8192 ,声级采用 a 计权评 定 , 频谱 分 析采 用 1 /3 倍 频程分析 ,分析频率范围是 20 h z20 kh z。测试系 统如图 2所示 。图 2 测试系统图设计了五种测试工况对压缩机噪声进行测试 :各测点本底噪声 a 计权声压级水平和噪声频谱 ;机组正常工作状态下各测点的 a 计权声压级水 平和噪声频谱 ; 机组正常工作状态下打开箱罩时121螺杆压缩机噪声分析与控制3 噪声控制方案确定及降噪效果3. 1 噪声控制方案的确定从测试结果分析 ,噪声控制方案从以下两个方 面进行 :电机进风口结构改进 ;在仍采用隔声罩的基 础上 ,对吸声材料进行特性修正 。( 1 )电机进风口结构改进 从原隔声罩的结构和噪声测量数据分析 ,电动机端的噪声很大 ,达到 84. 5 db (a ) ,因此首先从电 机端进行结构改进 ,将原来的电动机直接进风方式 改为通道进风方式 ,电机尾部罩起来 ,通过风道从顶 部进风 。( 2 )吸声材料特性修正螺杆压缩机虽然采用了隔声罩结构 ,但噪声声 压级超出正常标准 ,因此隔声罩吸声材料的特性修 正是解决该型号压缩机噪声的方案之一 。隔声罩的图 4 测点 1 /3倍频程数据图2. 2 测试结果分析( 1 )由图 3 可知 ,在只启动电机的状态下 ,噪声 声压级水平已经较高 ,各个测点的数据均反映这一点 ,电动机噪声应该 是压 缩 机整 机的 主 要噪 声源 。 从开关门 状态 对 照测 试数 据 看 : 测 点 1 相 差 8 db (a ) ;测点 2 相 差 13 db ( a ) ; 测 点 3 相 差 12 db(a ) ;测点 4相差 1 db (a ) ,分析是由于电机进风口 的开设 ,隔声罩在该测点 4 侧出现严重薄弱环节所致 。从进气口不吸气的状态测试数据看 ,吸气噪声 的影响较低 ,不是此型号压缩机的主要噪声源 。( 2 ) 从图 4 中的 1 /3 倍频程数据可以看出 , 压 缩机正常运行 (关门状态 )时 ,测点 1 和测点 3 在中 心频率 31. 5 h z - - 2000 h z处的声压级较高 ,测点2在中心频率 50 h z - - 2000 h z处的声压级较高 , 测点 4 在中心频率 31. 5 h z - - 5000 h z处的声压 级较高 。打开隔声罩 (开门状态 ) 和进气口不吸气 两种状态 , 4 个测点均在中心频率 50 h z - 5000 h z 处的声压级较高 。单开电机状态下 ,在中心频率 50h z - 5000 h z处的声压级较高 。因此 , 压缩机噪声 的主要频率分量在 50 2 kh z范围内 ,特别是 50 500 h z。结合噪声源的理论分析得出 ,中心频率为49. 5 h z和 100 h z及相应倍频的声压级主要来源电 机噪声 ;中心频率为 50 h z - 2000 h z的声压级主要来源压缩机的主动齿轮噪声和轴承噪声 。实际隔声能力 il 除了取决于结构的固有隔声量 il外 , 还与罩内壁材料的吸声系数 有关 5 , 其表达 式为il = il + 10 lgdb吸声系数 是指声波在物体表面反射时 ,其能量被吸收的百分率 6 2p = 1 -rpi其中 越大 , 吸声性能越好 。式中 pi 为入射声压 , pr 为反射声压吸声材料的吸声系数是频率的函 数 ,对于不同的频率 ,同一材料的吸声系数也不同 ,因此 ,工程中常以倍频程的方式提供吸声系数随频率的变化曲线 。吸声系数大于 0. 20 的材料 ,才能作 为吸声材料 。方案采用带孔夹层海绵材料 ,在中间一层海绵上均匀地分布一些 10 的通孔 ,两边再各覆一层海绵 , 利用海绵的空腔进一步吸声 ,大大地提高吸声材料在 中低频段的吸声系数 。采用驻波管法测量的螺杆压 缩机吸声材料改进前后的吸声系数如表 1所示 。3. 2 降噪效果采用以上两种噪声控制方案同时对该型号螺杆 压缩机实施降噪控制 ,测量的噪声数据如表 2 所示 。从改进前后压缩机噪声测试数据可以看出 : 在 测点 1 位置降低噪声声压级为 8 db (a ) ; 在测点 2 位置降低噪声声压级为 9. 3 db (a ) ; 在测点 3 位置降低 噪 声 声 压 级 为 6. 7 db (a ) ; 在 测 点 4位 置 降 低( 3 )各 测点 整 体噪 声高 于 国家 标准 规 定 的db (a ) 。80综合上述分析 ,可确定出噪声超标的主要原因为 :电机进风口结构不合理 ,电动机主噪声源 ,主动齿 轮噪声源 、轴承振动引起的噪声源 、吸排气噪声源 。表 1 压缩机吸声材料改进前后的吸声系数频率 /h z200250315400500630800100012501600改进前吸声系数0. 170. 180. 210. 230. 220. 280. 450. 500. 650. 80改进后吸声系数0. 370. 410. 460. 630. 940. 960. 820. 630. 480. 382007 年 6月噪声与振动控制第 3期表 2 压缩机噪声测量数据对照表/ db( a )用被动降噪具有成本低 、见效快等优点 ,但是如果能同时采用低噪声电机来主动降低压缩机噪声 ,将会 取得更好效果 ;( 3 ) 进 一 步 改 善 隔 声 罩 的 密 封 性 能 和 制 造 性能 ,从设计上根本改变箱罩结构 ,充分隔断噪声源的 噪声辐射 ,也是降低噪声的有效措施 。参考文献 :噪声声压级为 12. 9 db (a ) ;通过改变电机进风口结构 、采用带孔夹层吸声海绵等降噪措施后 ,噪声声压 级平均降低 9. 225 db (a ) ,电机端噪声声压级降低 达到 12. 9 db (a ) 。 1 韩丽娟 . 螺杆压缩机机组的噪声控制 j . 流体机械 ,2000 , ( 10) : 39 - 41.马大猷 . 现代声学理论基础 m . 北京 :科学出版社 . gb / t4980 - 2003. 容积式压缩机噪声的测定 s . 赵志军 ,等 . 冰箱用全封闭 压缩机噪声分析与降噪措 施的探讨 j . 流体机械 , 2004 , ( 12 ) : 47 - 49.孙 长 城 , 等 . 氨 制 冷 螺 杆 压 缩 机 组 噪 声 分 析 与 治 理 j . 噪声与振动控制 , 2005, ( 6) : 54 - 56.陈剑 ,等 . 用于发动机机舱 内吸声材料与结构的测试 及工程应用 j . 噪声与振动控制 , 2006 , ( 8) : 84 - 86. 2 3 4 4 结语( 1 )在压缩机噪声控制中 ,通过电机进风口结 构改进及采用吸声系数高的吸声材料 (带孔夹层吸 声海绵 )作为螺杆压缩机隔声罩的吸声材料 , 有效 降低了压缩机的噪声辐射 ,平均降噪 9. 225 db (a ) , 达到国家噪声允许排放标准 ;( 2 )与降低电机噪声等主动降噪措施相比 , 采 5 6 (上接第 15 页 )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 , 黄协清 . 冰 箱压缩机减 振 降 噪 的 应 用 研 究 j . 机械科学与技术 , 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.黄兹思 ,蒋伟康 ,等 . 压缩机消声器特性的数值分析 与实验研究 j . 振动工程学报 , 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