空压机噪声特性及噪声治理方案

发布时间:2021-01-11浏览次数:

一、空压机噪声源及其特性的分析
1.空压机噪声源的组成
  空压机是一个多声源发生体,其噪声主要为进气噪声、排气噪声和机械噪声。
  (1)进气噪声:进气口间歇吸入空气,产生压力动而传送到空气中形成空气动力噪声。随着空压机气缸进气阀门的间断开启,气流在间断吸入气缸的时候,在进气口附近产生压力波动,以声波的形式从进气口辐射出来,从而产生进气噪声。
  (2) 排气噪声:气体从气缸阀门间断地排出时,气流产生扰动所形成的噪声;空压机产生的高压气体通过管路进入储气罐,随着排气量的变化产生压力脉动,使管路产生振动形成噪声;压缩气体通过阀的小孔时,以声速喷射,冲击阀门出口处或阀门接管出口处形成阀门噪声。阀门噪声的大小与阀门的形状、尺寸及压缩空气压力和流量有关;空压机放空时,由于压缩空气压力突变,体积急剧膨胀并以很高的流速进入大气,从而在管道的出口处产生强烈的涡流噪声,这种噪声虽然是间断性出现的,但由于其频率和声级都比较高,所以对周围的环境影响很大。
  (3)机械噪声:机械性噪声主要由摩擦以及机构间的力传递不均匀产生的。空压机运行时很多部件快速旋转和往复运动,产生摩擦、冲击,引起机件振动而产生的噪声。主要有活塞往复运动与气缸壁摩擦,使气缸壁以固有频率强烈振动; 曲杆、连杆和十字头等部件在运动时也发生摩擦撞击;轴承振动与噪声;机体外部包括机壳、支承结构和底座的振动与噪声;冷却系统的振动与噪声; 还包括电动机运转时轴承的噪声、转子不平衡引起的机壳振动发出的噪声;各种压缩机的噪声源部位及其传递途径大体上是类似的,

空压站噪声治理
2.空压机噪声的特性分析
  空压机的噪声频率比较宽广,一般有影响的主要峰值频率在20-2 000Hz之间,一般峰值频率随着压缩机尺寸的增大或者机器转速的降低而降低。  
  (1)气缸内气体压力及其频谱:当空压机工作时,气缸内气体压力发生周期变化,这种气体压力变化产生缸内的气体声,同时激发起活塞、气缸、缸盖、连杆和机体等零部件的振动、冲击而发出固体声,这是产生空压机噪声的重要来源。分析气体压力的频谱,是研究和控制上述气声和固体声的重要环节。气体压力频谱是一种离散谐波谱,其基频就是空压机转速,泛频是该基频的整数倍。一般压力频谱可分为三个频段:① 300Hz以下为低频段。②1 500Hz以上为高频段。③两者之间为中频段。必须说明,这三个频段的界限并不是十分严格,对于缸径小、转速高的,其分界频率值偏高,反之偏低。三个频段各具不同的特点。
  1)低频段:包含由基频开始的头几个谐波,在此段内气体压力级达到相当大的量级,它们主要是由压缩机气缸内排出压力的高低和示功图面积的大小来决定,它引起气缸等零部件低频强迫振动。由于该气缸等零部件的固有频率较高,远远高于干扰频率,故气缸等零部件所辐射出的该频段噪声较低。
  2)中频段:此频段内工作过程的周期性变化特性逐渐消失,频谱受冲击性的压力所控制,由离散谱变为连续谱,其压力级随频率增加呈下降趋势,下降频率主要由气体压力曲线的最大压力升高率的值来控制,值越大,则压力级随频率增加而下降的趋势就越小,即中频区的频谱曲线越平稳、能量越大。如在回转式压缩机中,往往出现封闭容积,造成气体压力突然变化,导致值较大,故引起该中频段有较大的噪声。
  3)高频段:此频段压力级的幅值主要取决于压力升高的加速度的最大值。它具有冲击的性质,会引起缸内气柱共振。气柱共振加剧时,会引起示功图上出现锯齿形压力波,其共振频率与压缩机工作转速无关,但和气缸直径、工质有关。
在上述三个频段中。以第二频段的压力激发对噪声影响最大,因为被它所激发的气缸、缸盖、活塞、连杆、曲轴和机体等零件,其固有频率正处在该中、高频段范围,从而易引起后者的共振。这种振动所诱发的噪声,正符合人耳敏感的频率范围,故A声级较高。
空压机噪声治理方案
  (2)气阀噪声:随着气阀的启闭,以及气阀通道处气体流动的变化,引起气阀处的气体声和固体声。排气阀噪声由下列部分组成。
  1)阀片的敲击声:阀片在开启时敲击升程限制器,关闭时敲击阀座,故在一个工作周期中产生两次敲击。开启时产生的冲击噪声频率与升程限制器结构系统的固有频率有关,尽管不是产生的冲击噪声频率与阀座、阀板、缸盖等系统的固有频率有关。由于敲击时间很短,故敲击力的高次谐波分量较多也较大,常激发出上述系统的中高频自鸣固体声。噪声的强度与阀片的撞击速度、阀片质量等因素有关。由此可见随着阀片升程、转速增加,冲击噪声也将增大。通常以冲击阀座的噪声较大,尤其是当阀片延迟关闭时,阀片关闭瞬间的撞击速度的幅值很大,故产生较大噪声。
  2)涡流噪声:高速气流流经气阀通道,产生大量涡流,从而形成宽频带连续的中、高气流噪声。当阀片延时关闭时,会引起气流倒流,从而也会激发弹性阀片固有的自激振动声。气阀噪声主要在进气、排气过程中通过缸体、缸盖和管道传递出来。
  (3)进气噪声:进气管道中的气体的速度脉动或压力脉动,将导致压缩机进气口处的气体声辐射,即为进气噪声。由于一般空气压缩机进气口直接与大气相通,故进气噪声往往较其他部位的主要声源的噪声要高5-1010 dB(A),故空气压缩机进气噪声是压缩机总噪声中的最主要部分。在影响进气噪声的因素中,一方面是由于进气系统的声学入口处,存在着速度或压力激发,它是引起气柱的强迫振动的激振源,其激发函数的频谱特性影响进气噪声的特性,另一方面是进气管道系统中,气柱固有频率特性或频响特性。
空压机噪音治理措施
  二、空压机噪声的控制方法
  空压机噪声控制一般采用吸声、隔声和消声三种方法及措施。吸声是指声波入射到物体表面时,部分声能被物体吸收转化为其他形式的能量而降低噪声。隔声是将噪声源封闭起来,把噪声控制在一个小的空间内,阻隔声音的传播。消声是将多孔材料按一定方式固定在气流通道内壁中,以达到削弱空气动力性噪声的目的。根据噪声源频率的特点及噪声控制要求和现场条件,空压机各部分噪声治理采取了以下措施。
  1.进气口噪声控制
  控制空压机的进气噪声,采取了安装消声器的方法。由于空压机进气口的噪声为低频特性,峰值出现在31.5Hz、63Hz、125Hz三个频带上,200Hz以下声能占98%-99%,200Hz以上仅占1%-2%,630Hz以上中高频噪声只占总声能的0.2%左右。根据对进气口噪声测得的频率分析知,要采用抗性消声器。其消声性能是低频、低中频的宽频带,主要适用于降低低频及低中频的噪声。为了保证消声器的消声效果,进气消声器采用了无纤维、无泡沫塑料等疏松材料的抗性消声器, 即抗性微穿孔板复合消声器或微穿孔板消声器等。不采用纤维或泡沫塑料等疏松材料的阻性消声器是因为纤维材料的护面层在空压机进气脉动气流的作用下很容易损坏,使纤维逸出,泡沫塑料老化成为粉状,逸出的纤维或粉状材料进入空气压缩机的气缸,使气缸拉伤,机器出现故障,不能正常运行。
  2.排气口噪声控制
  排气压力高、流量大的空压机因产生的排气噪声较高,在排气系统需设置专用的消声器进行控制。排气口消声器要求消声量大,消声频段宽,具有减压扩容,减小排气放空的压力落差的作用,以降低排气放空噪声。排气口噪声不大且主要为中、高频,采用阻性消声器。阻性消声器的优点是能在较宽的中、高频范围内消声,特别对高频声波有突出的消声作用。阻性消声器是利用气流管道内不同结构形式的多孔吸声材料(常称阻性材料)吸收声能,降低噪声的消声器,是各类消声器中形式最多,应用最广的一种消声器,且具有较宽的消声频率范围,在中、高频率段消声性能尤为显著。声波进入消声器,大部分声能被吸收,起到消声作用。
空压机隔音降噪方法
  3.本体噪声控制
  控制空压机的机体噪声、电动机噪声,考虑采用隔声加吸声的控制技术,即给空压机加隔声罩,以阻止噪声的传播。这是因为仅用消声措施无法控制辐射噪声和机电噪声。正常的空压机因没有隔声罩而辐射出很大噪声,市场也因此受到很大限制。
  (1)隔声罩的设计   其隔声罩设计为箱体结构,考虑到通风、降温与操作的方便,在隔声罩上留有通风孔,并在通风口处安装有消声道。四周及上盖设计有可拆卸的门板,便于维修。门板与主框架均采用螺栓联接,在联接部位进行密封处理。
  (2)隔声罩罩壁材料选择及隔声处理   整个隔声罩壳均采用有足够隔声能力的2mm厚钢板材料制作,所有骨架采用薄壁方钢和薄壁型钢。为避免薄钢材在声波作用下引起共振和“吻合效应”形成隔声低谷,使隔声性能降低,在罩内除按构造需要分格用螺栓扣吊连接外,均涂有内耗大的阻尼层(石棉沥青漆),其厚度为6mm,以抑制钢板的弯曲振动,降低钢板罩的声辐射。
  (3)隔声罩内表面吸声材料的选择  隔声罩内表面应具有较好的吸声性能,即应具有较大的吸声系数,其值一般不应低于0.5。为此,我们的隔声罩内表面的吸声材料采用的是平均吸声系数为0.72的超细玻璃棉,其厚度为5cm,堆密度为25kg/m3,玻璃棉用玻璃布和一层穿孔率为25%的穿孔钢板作保护面。同时,在玻璃棉与隔声罩内壁之间留有5cm的空气层,已解决对低频噪声的吸收。
  (4)缝隙密封处理   隔声罩内声能密度很大,隔声罩上很小的窗口或缝隙都能传出很大的噪声。试验表明,开口面积只要占隔声罩总面积的1/100,则其隔声量就会下降20-25dB。因此,缝隙密封处理非常重要。孔缝处理方法如下。
  1)排污、排气等孔的处理:在管必须穿过罩的开孔处加一套管,管内衬以泡沫塑料、毛毡等吸声材料。这种结构既避免了声桥,又通过吸声作用降低了缝隙漏声。
  2)通风、散热孔的处理:空压机运行中将产生大量的热能,必须进行热扩散,以保持机器正常运转。隔声罩内温度不应超过40℃,这样就必须采用强制通风散热系统以保证足够的换气量。隔声罩左右两面底部设有空气进气口,冷空气经过进气消声道后,扑向电动机、空压机主机。热空气由安装在隔声罩顶部的轴流风机抽到排气消声道后排到罩外。
  3)机体振动的控制:控制空压机的噪声就必须控制振动。空压机的振动主要通过基础和管道向外传递。振动的控制主要是采取隔振控制。主要采取了以下隔振措施:①在空压机主机与其支承之间加隔振器,使它们之间形成弹性联接,减小振幅实现隔振,这是隔振的最关键环节。②在主机和电动机的整体支座与隔声罩底板之间加隔振器,使振动传递降到最低。