大流量三叶罗茨风机的流量特性及噪声分析

1、| 维普资讯 h ttp:/第1?卷第2期2006年04片屮除工学院学报JOURNAL OF ZHU?JGYUAN INifTITUTE OF TECHNOLOGYI =-n m 戸- f:fc=a文章第号：1671 -6906 （2006 02 - 0035-05大流量三叶罗茨风机的流量特性及噪声分析熊安然X熊滨生S杨国良'，冯 力*（1.中原工学院*河南却州150007 f 2.郑州大学机按工程学院.河命郑州 450002）乩世林f课再）冶金设备和抿兽司*河甫漂河 462000摘 要：介紹大流址三叶舉茨风机的流就特性.内泄泻、外泄爲.也力比对容积效略的影响根据何就甩力的变化规律.

2、采取界型排气口、预进气结构等椿施减小冋说冲击.实例说明風机的弋体动力性噪声、机械噪声比较三叶与两叶卵茨风 机的进气流蹴.脉跡.分析嗥声产生原阴及兼氐的降哩诺施.关 镖词：流廿特世；容耙效率、回流压力；吒体动力性噪宙中图分类号：TH48文献标识码；A| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/Hi-fi -三叶罗茨凤机是我国从国外引进开发的一种新型 罗茨风机+运行稳定气流脉动小，特别是大流址三叶 罗茨风机，容积效率高、机械功率损失小，已经成为企 业的关键设备.例如国内的二级生物污水处理厂曝气 工艺使用罗茨风机山送气；氯碱化T企业氢气处理工 序使用大容倉三叶罗茨凤机输送氢气等+大容址三

3、 叶罗茨风机由于自身结构特点工作时产生强烈噪声. 噪声控制在阖内外的相关研究中是通过试验逬行 的".例如，Chymng C 5根据试验做出压力脉动随转 子转速的变化曲线，讨论了脉动频率与空气流速的关 系因此，改进凤机流蚩特性，减小噪声是制造髙质賦 的大流凰三叶罗茨凤机亟待解决的问题.1实例流量特性分析1. 1内泄漏国内生产的三叶罗茨凤机IU销齿圆弧（渐开线叶 型为主.凤机的容积效率卜受内他漏流讹Q*、外泄 漏流尿Qm、实际流塩Q,等参数龙响.以郑州某公司生产的80 mVmin三叶罗茨凤机 为例逬行分析.风机用JS116-6电动机驱动电动机 额定功率95 kW*主、从动轴的固定端安装双

4、列调心滚 子轴牍，游动端安装圆柱滾子轴承.同步齿轮采用6级 将度硬齿面斜齿圆柱齿轮，整体淬火后磨齿”同歩齿轮 转速975 r/min,采用浸油润滑.凤机运行时，排弋腔压力巴远大于进气腔压力 P川排气腔气休通过叶轮与叶轮、叶轮与机壳以及叶轮 与墙板之间的阖隙向进气舵泄露U叶轮与叶轮之间 的间隙皿、叶轮与机盍之间的间隙几对内泄漏流最 Q”影响较大，是决定三叶罗茨风机内泄漏流駐Q”的主要因索，笔者对80 m7min三叶勞茨凤机内泄淅流就汁算的结果如劇1所示.T- APry.HkPa -«- AP= 19.6 kPa土 = 25) .4 kPa T- AP 39-2 kPa -*-AP=4O

5、kPa Y- AP =5S.S kPa AP-ewji kPa AP78.+ kPa AP=Sfl-2 kPaSIW(值即 nun牧稿日期：20恥一02-20作者简介：熊安然（1954-男河南縮州人，实验帅,图i间顒值対肉泄豪影响中原工学院学扭2006 第 17 卷风机的压力比“气体绝热指数筑内泄海流童Q” 都影响温升 0*凤机运行时，较高的温升d引起 主、从动轴的热胀冷缩.主*从动轴的固定端轴承安装 任前墙板内M轮与師墙板之间的河脱釦取 般较小 的偵主*从动轴的游幼端轴承雲装在后墙板内"叶轮 与后墙板之间的间隙九取较大的值.以适应凤机温升 引起的生、从动轴的热胀徐缩.叶轮与前、厉墙

6、板之间 的间隙弘、為对流推参数影响较小渐开线叶型曲血、 三叶叶轮外径及机壳镇孔的加工稱度影响内泄漏流虽 <2上利容积效率*1.2外泄漏外泄漏流童Q,与凤机的工作压力比排气压力 几 有爻.几 増大.外泄诵流绘Q舟随之增大.大流樹 三叶罗茨凤机常采用组合甯封结构，减小Q凤机的买际流址Q, = Q& 0 QJ式中2 凤机的理论流L3客积效率三叶罗茨风机的容积效率平=Q、i Q占(2'三叶罗茨凤机的轻距比 J沁对容积效率巧影响 很大叽笔者对£0 mVmin三叶罗茨风机容积效率计 畀的結果如图2所示-4-3 2 也 心O- 军暗雹廷展B“力 j1j1LL.OU|.2L.3

7、1一4L53面枫利舄系雜与径距比关醍10 -LQC0.8 - n =7* renninOr/min占 n = l lliu HEin1,21.41 用1-fl2.0压力比注“虽0 4 -0 2 M ”一升压 A P"9 kPa1.213径距比/em/a图2容釈效睾与径距比关系对风机的面积利用系数入随桎距比 J冷的变 化计算结果如曲3所示.工柞转速定时.80 mVniiTi三叶罗茨凤机容积 效率肛随压力比e的变化，计算结果如图4所示+大涼虽城机工作转速较低，-般在735-980 r/ mm之同*转子转速较高时容积效率卩也比较高S 4容和效率丽压力比变北2回流压力罗茨凤机的冋流压力变化懸

8、响凤机的撮动与噪 声.罗茨风机运行时.风机的毘圆容积与排气口接通 后，排气端的高压气体向基圆窣和内冋流，引起冋流冲 击*产生强烈噪声.回谎缝隙的面积变化在一定程度 上反映冋適冲占的强弱.罗茨凤机的冋洙过程中，亚临界狀态河漩与超临 界状态回流的临界压力比式中盘一气休绝热指数介质是空气时，取矗二L 4 风机的工柞压力比e低于临界压力比冇时为亚 临界流动“高于临界压力比耳时.为超临界流动.不同 流动状态下.流函数护1P取不同値.卑圆容积内的压 力刊如是回流血积FT流函数叭卩)的函数笔若|维普贤讦I nttp:/|熊安然絆：大施啟三叱歩淡凤机的流就特性及噪声仆析对80廿/min三叶罗茨风机回流圧力随开

9、启角伊的 变化计算后结果如图5所示.开启MP/C)图5 回谎压力随开启角的变化回流冲击的强弱，反映了风机基元容积内压力P g）的变化.3风机的减噪罗茨风机产生的噪声，主要是气体动力性噪声和 机械噪声.3.1气体动力性噪声大流轼三叶羿茨风机的吒体动力性噪声、也括陡 转噪声、涡流噪声和共鸣声，噪声的强弱反映了风机的 流体特性.门）旋转噪声与气流脉动.叶轮旋转时，风机的进 推气腔容积不断发生由大变小、由小变大的周期性变 化，进、排气流动具有脉动性*笔者对80 m'/rnin三叶 罗茨风机逬气流疑脉动计算的结果如图6所示.图6三叶罗茨风机的进气就脉动吒流脉动作用于周围介质引起压力脉动:叫叶轮

10、逐个扫过进、排气口，对气流产生干扰，也引起压力脉 动.誓基圆容积与排气口接通时.回流冲击造成剧烈的 压力脉动+这些周期性圧力脉动产生旋转噪声旋转噪 声棊频fi=Z* w/30（ Hz）<4）式中Z叶轮头数n 转速 1 r/ min三叶罗茨风机的气流脉动小于関叶罗茨飙机*所 以其振动、噪声小于两叶罗茨凤机*对80 m7mm两 叶罗茨凤机进气施诫脉动计算的结果如图7所示.0（8）理论流70 -Pm 理论赧平均值9 J实际歳T一仑！HTL实际适量平均儘045!)01：151H0叶轮转角即C)图7两叶罗茨风机的进气谨豚动（厂涡流噪声（紊流噪声）.在叶轮及机壳流逍表 面使气流宪然减速或方向发生突变

11、的地方，形成漩 涡.漩涡在流动过程中进一步分裂成一系列更小的涡 流.保流变化频率很高*具有随机性.涡流噪声貝有中 高频性质，表现出逹续宽频特性.（刖共鸣声.由于叶轮旋转和气体涡流运动等因素 的影响，代休压力在很葩的频率范围内脉动.这种脉动 与进、排气胶发生声学共振，产生共鸣声”3.2机械噪声控制大流恒三叶罗茨风机的机械噪声包括齿轮啮合噪 声、轴承噪声和电动机噪声.同步齿轮工作于高速重载条件下，可以釆用谀齿 面、磨齿加工，提髙I司步齿轮箱度+减小啮合噪声；适当 提髙转子的动平衡精度，减小转了的攒性力、喷性力珀 引起的振动、噪声；选择合适的轴礦类型，装在前墙板 内的固定端轴承选择双列调心滚F轴屋，

12、增加叶轮部 件刚度'减小振动+3.3 实例测试分析华新水泥股份有限公司在水泥干法主产线对3台 不同型号大流境三叶罗茨风机进行噪声测试，实测的-38中原工学院学报2006年第17卷噪声倍频帯声压级曲线*如图8所示.图8 实测倍頻带声压级与频率关系对实测噪声倍频带車压级曲线分析可知，大流就 罗茨风机的噪声足一个较宽频带范围内的稳定噪声, 小低荻为主.中、小流呈的凤机噪声峰值出现在低中 频段大流量风机低频声强向高频转移化高频段的几 个倍频程里也保持一个波峰.从3台风机的噪声频谱 看畀氐频峰值出现在63 Hz.中频蠅值出现在500 Hz, 从1 000 H工开始，随频率的境加，声压级逐步降低，

13、每 倍频程衰减量约为10 MB进风口的噪声频谱特性与 风机本身的噪声频谱待性是一致的，足一个低频噪声 源华新水泥公司采用安裝消声器、基础减振、制护隔 音等措施降噪.采用消声器控制气体动力性噪声简单 有效在大流量三叶罗茨风机的进气口或排气竹道安 装消声器，可以大幅度降低从进气口辐射、或管道中传 播的噪声+4 结语根据以上对大流趙三叶罗茨风机的流駅特性及噪 声分析、计算可知：<1）<£不发生齿形干涉的前提下，采用较大的径距 比R上和面积利用系数4能够有效提高罗茨凤机的 容积效率适当提高叶轮与机壳的加工精度减小 转子间隙通流面积兀也可以减小内泄漏、提高容积效 率（2常规三叶罗茨

14、风机的排气口为矩形，可以采用 异型排气口减小回流冲击、噪声+风机的开启角在嚴初 开启的范围内，回流面积变化比较平缓冋流压力 变化也比较平缓回诡冲击主要发生在开启第的10 2产之间+在开启角卩转过30“后，基元容积内的压力等 于排气压力尸卅对于回流冲击噪芦，颯机的减噪设计 （如预进气结构、渐扩缝隙结构等应从排气口边缘算 眉的30"范甬内考虑.（3）根据对国内风机试验、运行情况凋查，大容蹟 风机采取综合皓施降噪，效果较好*高质量的大容量三 叶罗茨凤机必有较好的的流量特性"温度特性、较高的 全绝热效率和低噪声提高凤机的热力学性能.已经成 为促进风机行业发展的研究新内容.|维普贤讦

15、I nttp:/|维普贤讦I nttp:/|参考文献:】段立丈"黄志维.炭析水处理厂风机逸阻J”环境技术沱005*(1；46 4乩2 孟 强.罗茨辄机融凤机在氢气输送申的fi/flLJ,申国Hftlc.2DO41：23-24.3 Jahn R G. Solving High noise levels from Rofli, bower,sJ |L South /African Mechanical Engineer 1996.46(4) ： lf?9 197.4 Ohtani Uwamoto T. Reduction of noise in Roots BloowerLJ, Blle

16、iin of the JSME. 1981 »24( IS9) ；547554.5 疇滨生+陈江文、臨安痞，等.三叶歩茨风机的流量特性研覽J.流体机械.2005,33(12),27-29.6 Ritchie J B, PaTttrson J. Geometry nnd leakage a sped a of involute rotors for the Roots blowerC. /The lnstiiusion of Meehan ica Engineers Proceedings, 1968 1969,183(36) ：707 724._7_ PdUerson J - Rit

17、chie J B. Roots blower performance J. Int J Meeh Sciences, 1969.11 ：575 593kt 8 Chy*ng Chien-Songh Un Yen-Chinar Influence of the nature of the Rools blower on pressure fluctuuiions in a fluidized bedj Powder Technology.2002* 127(3)： 19 31.叮李煥文.谈罗茨凤机的噪声特性及盼治描电U+广菲建新段0曲+门即；4-1乳（下转第45页）第2期萌底钧等：一种汽轮机预测

18、维修系统散据采集算法* 45 *A Data Collection Algorithm of the PredictiveMaintenance System of Turbine GeneratorDONG Yue-jun,SHENG Jian-hui(Zhongyuan Institute of lechnologyi Zhengzhou 450007 * China)Abstract； Uased on the characlensticti nd performance of (he predictive maintenance system of turbine generator

19、an< I he requirement of dala, the collection and analysis of algorithm of datd is researched and d<?- signctL The design idea of this 日】苗oriihm is introdured in this p；jper,. The predictive rnaintenancc system of tur bine generatoron this algorithm is running very well.Key words: predictive ma

20、intenance； vibration of shaft digital signal analyze(上接第38 35)Analysis of Flow Characters and Noise ofLarge b low Three Leaves Roots BlowersXIONG An-ran1 , XIONG Bin sheng3, YANG Guo-liang, FENG Li-(L Zhongyuan lnstituie of TechnologyT Zhengzhou 450007；2+ School of Mechanical Engineering, Zhengzhou

21、University, Zhengzhou 450002»3. Sliilin (Luohe) Metallurgical Equipment Co .t Ltd Luohe 462000»China)Abstract： Flow characters of large flow quantityi internal leakage*external leakage and pressure ratio and all the influence volume efficiency of three leaves roots blowers are discussceL T

22、he change of back-flow pres- sure» deformed exhaust hole, pre ihflow structure and jso on can be adopttxl to reduce back-flow impact By practicef research of air dynamic noise and mechanical noise is carried out. Differences of inflow flow pulsation between three leaves and two leaves roots blower are compartcl. jAnalysis of causes of generating noise and ways of reducing noise reducing noise are completed,Key words： flow char