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1、探讨如何降低罗茨鼓风机噪音的设计 1概述 罗茨鼓风机每次吸入、排出的风量很大并有突变现象,从而产生较大的噪声,被称之为机械产品的“声老虎”,特别是在高压的情况下尤甚,且风量越大、压力越高、转速越快,则噪声就越大,而现代化大生产又希望罗茨鼓风机能提供更高的压力和更大的风量。为了提高风机性能、降低噪声污染、满足环保要求,工程师们想尽了各种对策。本文从噪声源着手,在设计与制造方面提出降低噪声的一些方法。 噪声分析 机械噪声主要来源于机壳的振动,使机壳发生振动的原因主要有两个:①叶轮的转动不平衡力,通过传动构件转移到机壳上,对机壳产生周期性
2、的激励;②机壳内的涡流强度所决定的压力脉动,常与叶片的基频(即叶片通过频率)有联系,也对机壳产生周期性的激励。风机的风压越高,这一激励源越不能忽视。噪声测量测量罗茨风机噪声的目的就是为了对被测对象进行噪声等级的分析、评价或声源识别,以便采取适当的措施进行噪声控制。通常罗茨风机的噪声识别方法有现场测量法、声功率测量法、表面振动测量法等,其中,现场测量法是工程实际中常用的方法。现场测量法通过对数据、频谱的分析确定主要的噪声辐射源,方法简便,测量结果能真实反映风机的振动与噪声水平,但易受环境的影响。声功率测量法反映噪声源辐射强度与辐射特性,避免了
3、声压级易受测量距离和测量环境影响的缺点。振动测量法是根据罗茨风机的表面振动速度来估计表面辐射声功率,主要困难在于罗茨风机零部件辐射比的确定,需要测联盟量较多的数据和进行大量的计算。 结构设计 设计回流孔 在机壳出风端未过转子中心处开一定的U形条孔,可以减轻出风口端的压力爆发,在叶轮与机壳、墙板所形成的容腔即将进入密闭状态时,使出风口的高压气体有少量部分能回流入容腔,并使容腔与出风口气室形成一定的压力平衡。同时,当叶轮继续旋转时,容腔体积变小,压力增加,又可使得密闭容腔在大量排出气体前能通过回流孔预排,这样既可减少“死角”气体的涡流噪声
4、,又可减少排气时由于压力过于释放造成的冲击噪声。 3.设计异形进出风口 传统罗茨鼓风机的进出风口为矩形口,吸气时,整个叶轮外圆同时进入密封区,使气体突然关闭,排气时叶轮外圆又同时打开,则高压气体突然释放,使得吸入和排出气体时都会产生高噪声并伴有较大振动。将进出风口设计成异形口,吸入时的密封和排出时的打开基于开口面积由最大到零和由零到最大,均为渐变,从而延缓了进排气口气体压差的变化率,起到削减周期性排气冲击噪声的作用,因此使噪声低而平稳。。 3.转子串接设计法 叶轮一般作为一个整体与轴联接,若将叶轮沿轴向分成几段,则构成串接转子。每段
5、叶轮具有相同的叶型、直径,甚至相同的长度。串接时,相邻两段叶轮周向错开一定的角度(两叶错开90°,三叶错开60°),并在机壳内或叶轮段间设置隔板,将其隔成相应的段,每一段的工作情况都与单台鼓风机相似。由于各段叶轮的工作过程有一定的时间差,使气流脉冲减少,与同长度的单一叶轮相比总排气流量不变而脉动变得更加平稳,噪声也相对较低。 3.设计扭曲叶轮 罗茨鼓风机叶轮轮齿一般与轴线平行,即直齿状,这样加工、检测就比较方便,但随着加工技术的发展,还是应设计成扭曲叶轮,即斜齿状,因为这样可以增加啮合线长度。扭叶罗茨鼓风机工作平稳、输气脉动小、噪声低,
6、而且工作时具有内压缩过程,与直叶罗茨鼓风机相比效率高、能耗低,是罗茨鼓风机传统的替代产品。 3.叶轮曲线的CAD设计法 叶轮作为罗茨鼓风机的心脏零件,表面形状至关重要,气体是通过两个叶轮表面的啮合,来进行吸气与排气的。为了使这对叶轮能正常啮合,叶轮曲线一般都设计成渐开线、摆线或圆包络线。基于设计及制造工艺,传统叶轮一般设计成单一型线,通过数学方法计算出各种参数,包括中心距、基圆、压力角、起始啮合角等。随着计算机及数控技术的发展,CAD设计软件和数控编程软件功能也越来越强大,应充分利用软件资源,对叶轮曲线进行分段、组合设计,改掉以往的单一
7、曲线,通过CAD进行模拟、仿真,保证叶轮在任何情况下啮合时均可有相对固定的间隙。因为这种组合曲线在现代的数控机床上编程、加工已不是难事。均匀的叶轮间隙不仅能大大提高平稳性、降低噪声,而且还能保证风量、振动、寿命等重要的机械性能。 制造精度 精度的提高意味着产品成本的增加,但为了满足所需性能,又不得不提高相应方面的精度。下面就为满足低噪性能方面提出应提高的精度。 叶轮表面质量及平衡 叶轮表面质量主要取决于材质及加工质量。对于小叶轮,一般选择铸钢或球墨铸铁,并与轴铸成一体,大叶轮选择HT200,粗糙度为Ra3.,在数控机床上加工,取较小
8、的走刀量,可获得较低的粗糙度;转子平衡至少应保证G6.,最好提高到G5.。 4.轴承精度 轴承作为易损件,一般的企业都不愿提高其精度使产品成本增加,这样往往得不偿失。因为低精
