一、引言
隨著螺桿壓縮機(ji)(ji)的(de)不斷(duan)更新(xin)換代(dai)，性(xing)能得到了(le)持續提升，壓縮機(ji)(ji)的(de)振動(dong)噪聲(sheng)改(gai)善(shan)已(yi)逐漸成為螺桿壓縮機(ji)(ji)技術發展需要(yao)面臨的(de)新(xin)挑戰，同時也成為了(le)各生(sheng)產廠家提升其(qi)(qi)自身產品(pin)競爭力的(de)一(yi)個(ge)重要(yao)“賣點”，尤(you)其(qi)(qi)是對于螺桿壓縮機(ji)(ji)及其(qi)(qi)系(xi)統(tong)的(de)振動(dong)噪聲(sheng)有著極(ji)其(qi)(qi)嚴苛(ke)要(yao)求的(de)一(yi)些(xie)特殊應用(yong)場(chang)合(he)。
此外，螺桿壓(ya)縮(suo)機的(de)振(zhen)動噪(zao)(zao)聲問(wen)題，不(bu)僅(jin)會造(zao)成(cheng)(cheng)噪(zao)(zao)聲污染，而且還會影響機器性(xing)能(neng)和可靠性(xing)。因此螺桿壓(ya)縮(suo)機減振(zhen)降噪(zao)(zao)技(ji)(ji)術逐漸(jian)成(cheng)(cheng)為(wei)壓(ya)縮(suo)機的(de)核心(xin)技(ji)(ji)術，振(zhen)動小噪(zao)(zao)聲低是(shi)螺桿壓(ya)縮(suo)機未來發展的(de)一個重大(da)趨勢。
二、振動(dong)噪聲產生機理
圖1所示為(wei)雙螺(luo)桿壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)的典型結構，它主要(yao)由(you)機(ji)體(ti)以及包含在(zai)(zai)機(ji)體(ti)內的一對平行配置的螺(luo)旋轉(zhuan)子(zi)(zi)和(he)吸排氣(qi)孔口組成(cheng)。壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)與電(dian)動機(ji)封裝在(zai)(zai)同一殼體(ti)內，電(dian)動機(ji)與陽轉(zhuan)子(zi)(zi)同軸。在(zai)(zai)電(dian)動機(ji)的驅動下(xia)，陰(yin)、陽轉(zhuan)子(zi)(zi)像齒(chi)輪一樣嚙合旋轉(zhuan)，由(you)轉(zhuan)子(zi)(zi)齒(chi)頂與機(ji)體(ti)內壁(bi)面圍(wei)成(cheng)的工作(zuo)容積周期性擴大(da)和(he)縮(suo)(suo)小，實現吸氣(qi)、壓(ya)縮(suo)(suo)和(he)排氣(qi)過程。
根據螺(luo)桿壓縮機(ji)的工作原理(li)，可(ke)以(yi)將螺(luo)桿壓縮機(ji)的振(zhen)(zhen)動噪聲(sheng)產生機(ji)理(li)分為(wei)機(ji)械(xie)(xie)接觸產生的機(ji)械(xie)(xie)性振(zhen)(zhen)動噪聲(sheng)和氣流(liu)脈動誘(you)發(fa)的流(liu)體性振(zhen)(zhen)動噪聲(sheng)。
2.1 機械性振(zhen)動噪聲
機械性(xing)噪聲(sheng)(sheng)是(shi)固體振(zhen)動所產(chan)(chan)生(sheng)的(de)，機械部(bu)件運(yun)行時(shi)在沖擊(ji)、摩擦(ca)、交變應(ying)力(li)或磁性(xing)應(ying)力(li)的(de)作用(yong)下，各部(bu)件互相碰撞、摩擦(ca)、振(zhen)動，從而發聲(sheng)(sheng)。螺桿壓縮機中機械性(xing)振(zhen)動噪聲(sheng)(sheng)源來源于轉動部(bu)件，主(zhu)要為嚙(nie)合的(de)轉子和支撐(cheng)的(de)軸承，尤(you)其是(shi)陰陽轉子嚙(nie)合過程中產(chan)(chan)生(sheng)的(de)振(zhen)動噪聲(sheng)(sheng)是(shi)螺桿壓縮機機械性(xing)振(zhen)動噪聲(sheng)(sheng)的(de)主(zhu)要根(gen)源。
① 嚙合轉子振動噪(zao)聲
陰(yin)、陽轉(zhuan)子(zi)是(shi)螺桿壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)核心部件，在(zai)工(gong)作(zuo)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)既(ji)受到徑向(xiang)和軸(zhou)向(xiang)的(de)(de)(de)(de)氣體(ti)作(zuo)用力，又受到傳動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)構的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用力以及(ji)軸(zhou)承的(de)(de)(de)(de)支撐力。這(zhe)些力在(zai)螺桿壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)工(gong)作(zuo)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)周期性(xing)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)，是(shi)壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)機(ji)(ji)械(xie)(xie)性(xing)振動(dong)(dong)(dong)(dong)噪聲的(de)(de)(de)(de)激(ji)勵(li)源。在(zai)螺桿壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)中(zhong)，陽轉(zhuan)子(zi)通過(guo)(guo)(guo)齒(chi)面(mian)接觸直接驅動(dong)(dong)(dong)(dong)陰(yin)轉(zhuan)子(zi)同步旋轉(zhuan)，嚙(nie)合過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)不可避(bi)免的(de)(de)(de)(de)產生機(ji)(ji)械(xie)(xie)振動(dong)(dong)(dong)(dong)，輻射機(ji)(ji)械(xie)(xie)噪聲，是(shi)主要的(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)械(xie)(xie)性(xing)振動(dong)(dong)(dong)(dong)噪聲激(ji)勵(li)源。在(zai)實(shi)際運(yun)行過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)，由于(yu)轉(zhuan)子(zi)是(shi)金屬部件，本身(shen)存在(zai)撓(nao)性(xing)，由于(yu)加工(gong)或者裝配(pei)誤差導致的(de)(de)(de)(de)不對中(zhong)、不平衡(heng)，往往會引起轉(zhuan)動(dong)(dong)(dong)(dong)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)徑向(xiang)振動(dong)(dong)(dong)(dong)，產生異響，也都(dou)可能成為陰(yin)陽轉(zhuan)子(zi)運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)振動(dong)(dong)(dong)(dong)噪聲的(de)(de)(de)(de)激(ji)勵(li)源。
② 支(zhi)撐(cheng)軸承振動噪聲
螺桿(gan)壓(ya)縮(suo)機(ji)所用(yong)(yong)的軸(zhou)承(cheng)主要(yao)(yao)分為(wei)滑(hua)(hua)(hua)動(dong)(dong)(dong)軸(zhou)承(cheng)和滾(gun)(gun)動(dong)(dong)(dong)軸(zhou)承(cheng)。滑(hua)(hua)(hua)動(dong)(dong)(dong)軸(zhou)承(cheng)的振(zhen)動(dong)(dong)(dong)主要(yao)(yao)是(shi)由于潤滑(hua)(hua)(hua)不(bu)充分或出現(xian)異(yi)常的摩擦使(shi)得油膜破裂而(er)引起(qi)金(jin)屬(shu)間“粘滑(hua)(hua)(hua)”激振(zhen)導(dao)致(zhi)(zhi)的；滾(gun)(gun)動(dong)(dong)(dong)軸(zhou)承(cheng)的振(zhen)動(dong)(dong)(dong)主要(yao)(yao)是(shi)因為(wei)離(li)散的滾(gun)(gun)動(dong)(dong)(dong)體對(dui)滾(gun)(gun)道的周(zhou)期性(xing)沖擊(ji)導(dao)致(zhi)(zhi)[4]。相比而(er)言，滾(gun)(gun)動(dong)(dong)(dong)軸(zhou)承(cheng)的振(zhen)動(dong)(dong)(dong)噪聲大(da)于滑(hua)(hua)(hua)動(dong)(dong)(dong)軸(zhou)承(cheng)，但滾(gun)(gun)動(dong)(dong)(dong)軸(zhou)承(cheng)能夠提供(gong)精(jing)確的運(yun)轉精(jing)度和承(cheng)受(shou)(shou)較高的轉速，因此(ci)在螺桿(gan)壓(ya)縮(suo)機(ji)中主要(yao)(yao)采(cai)用(yong)(yong)滾(gun)(gun)動(dong)(dong)(dong)軸(zhou)承(cheng)來承(cheng)受(shou)(shou)軸(zhou)向(xiang)和徑(jing)向(xiang)力，而(er)滑(hua)(hua)(hua)動(dong)(dong)(dong)軸(zhou)承(cheng)一(yi)般只(zhi)應用(yong)(yong)于一(yi)些(xie)大(da)型的螺桿(gan)壓(ya)縮(suo)機(ji)中。
在機(ji)械(xie)零部件加工精(jing)度和裝(zhuang)配(pei)誤差得(de)到有(you)效控(kong)制(zhi)(zhi)的前提下，螺桿壓縮(suo)機(ji)的機(ji)械(xie)性(xing)振(zhen)動噪(zao)聲(sheng)(sheng)得(de)到有(you)效控(kong)制(zhi)(zhi)，相反(fan)流體(ti)性(xing)振(zhen)動噪(zao)聲(sheng)(sheng)逐漸暴露出來(lai)，成(cheng)為主要的振(zhen)動噪(zao)聲(sheng)(sheng)源。
2.2 流體(ti)性振動(dong)噪聲
流(liu)(liu)體動(dong)(dong)力性(xing)噪聲(sheng)(sheng)是指流(liu)(liu)體的(de)(de)流(liu)(liu)動(dong)(dong)或固體在流(liu)(liu)體中運動(dong)(dong)，引起流(liu)(liu)體振動(dong)(dong)而產生的(de)(de)噪聲(sheng)(sheng)。隨著機械性(xing)振動(dong)(dong)噪聲(sheng)(sheng)的(de)(de)深入研究和機械加(jia)工裝(zhuang)配精度的(de)(de)提升，機械性(xing)振動(dong)(dong)噪聲(sheng)(sheng)得(de)到有效控(kong)制(zhi)，而氣流(liu)(liu)脈動(dong)(dong)誘發(fa)的(de)(de)流(liu)(liu)體性(xing)噪聲(sheng)(sheng)已經成(cheng)為(wei)螺桿(gan)壓縮機的(de)(de)主要(yao)噪聲(sheng)(sheng)源，按照其產生的(de)(de)位(wei)置和特點可以分為(wei)齒間容積噪聲(sheng)(sheng)、排氣噪聲(sheng)(sheng)和吸氣噪聲(sheng)(sheng)。
① 齒間容積噪聲
當(dang)螺桿壓縮機(ji)處于吸氣(qi)(qi)結束后、排氣(qi)(qi)開始前(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)狀態時(shi)，齒(chi)(chi)間(jian)(jian)(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)并未(wei)與(yu)吸、排氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)口連(lian)(lian)通(tong)，在(zai)此過程內齒(chi)(chi)間(jian)(jian)(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)與(yu)外(wai)界(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)連(lian)(lian)通(tong)通(tong)道(dao)僅有泄漏(lou)(lou)三角(jiao)形、齒(chi)(chi)頂間(jian)(jian)(jian)(jian)隙(xi)、嚙合間(jian)(jian)(jian)(jian)隙(xi)和端(duan)面(mian)間(jian)(jian)(jian)(jian)隙(xi)。齒(chi)(chi)間(jian)(jian)(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)內的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)體介(jie)質隨(sui)著齒(chi)(chi)間(jian)(jian)(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)減小(xiao)而不(bu)斷被壓縮，同(tong)時(shi)少部分介(jie)質會(hui)通(tong)過上述泄漏(lou)(lou)通(tong)道(dao)進入到(dao)相(xiang)(xiang)鄰齒(chi)(chi)間(jian)(jian)(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)或吸氣(qi)(qi)側齒(chi)(chi)間(jian)(jian)(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)，在(zai)此過程內不(bu)僅會(hui)產(chan)生流(liu)體流(liu)動噪(zao)聲(sheng)，而且在(zai)壓差作用下氣(qi)(qi)體介(jie)質通(tong)過各(ge)間(jian)(jian)(jian)(jian)隙(xi)內的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)動也會(hui)產(chan)生一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)噪(zao)聲(sheng)。當(dang)齒(chi)(chi)間(jian)(jian)(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)與(yu)噴(pen)油、噴(pen)液或補(bu)氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)口連(lian)(lian)通(tong)時(shi)，額外(wai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)液流(liu)動甚至會(hui)導(dao)致更為劇烈(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)動噪(zao)聲(sheng)。泄漏(lou)(lou)三角(jiao)形的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)面(mian)積(ji)(ji)較(jiao)其(qi)他泄漏(lou)(lou)通(tong)道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)面(mian)積(ji)(ji)而言相(xiang)(xiang)對(dui)較(jiao)大(da)(da)，同(tong)時(shi)泄漏(lou)(lou)三角(jiao)形前(qian)后連(lian)(lian)接著兩個壓力(li)不(bu)等(deng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)齒(chi)(chi)間(jian)(jian)(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)，這(zhe)兩個相(xiang)(xiang)對(dui)獨立的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)聲(sheng)學(xue)元件還會(hui)受到(dao)外(wai)界(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)激勵而產(chan)生共鳴，導(dao)致更大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)體動力(li)性噪(zao)聲(sheng)。
② 排氣噪聲
在(zai)轉子(zi)嚙(nie)合腔(qiang)(qiang)與排(pai)(pai)(pai)(pai)氣孔口(kou)連(lian)通的(de)初期(qi)，在(zai)壓(ya)(ya)(ya)差的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)排(pai)(pai)(pai)(pai)氣腔(qiang)(qiang)中(zhong)(zhong)的(de)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)氣體會很快地倒(dao)流(liu)入(ru)(ru)嚙(nie)合腔(qiang)(qiang)導致(zhi)腔(qiang)(qiang)內壓(ya)(ya)(ya)力(li)快速(su)升高(gao)。在(zai)慣性(xing)力(li)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)會形成(cheng)過沖，使得嚙(nie)合腔(qiang)(qiang)中(zhong)(zhong)的(de)壓(ya)(ya)(ya)力(li)要大于排(pai)(pai)(pai)(pai)氣壓(ya)(ya)(ya)力(li)，而排(pai)(pai)(pai)(pai)氣腔(qiang)(qiang)中(zhong)(zhong)的(de)壓(ya)(ya)(ya)力(li)則處于低谷。隨著(zhu)排(pai)(pai)(pai)(pai)氣孔口(kou)的(de)開度迅速(su)增加和(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)氣容(rong)積的(de)減(jian)小，氣體開始(shi)向排(pai)(pai)(pai)(pai)氣腔(qiang)(qiang)流(liu)動。此(ci)時，流(liu)入(ru)(ru)排(pai)(pai)(pai)(pai)氣腔(qiang)(qiang)中(zhong)(zhong)的(de)氣體速(su)度和(he)排(pai)(pai)(pai)(pai)氣腔(qiang)(qiang)中(zhong)(zhong)氣體壓(ya)(ya)(ya)力(li)的(de)變(bian)化較平穩，主(zhu)要受(shou)排(pai)(pai)(pai)(pai)氣容(rong)積變(bian)化率(lv)和(he)孔口(kou)流(liu)通面積的(de)影響。
排(pai)氣(qi)過(guo)程中(zhong)，轉(zhuan)子嚙合腔相繼進(jin)行排(pai)氣(qi)，導致容積周期性的(de)變化，而每個周期內速度和壓力也(ye)在各種作用力下產(chan)生周期性的(de)變化，形成排(pai)氣(qi)氣(qi)流脈動(dong)，誘發(fa)氣(qi)動(dong)噪(zao)聲。
③ 吸氣噪聲
吸(xi)氣噪(zao)聲和排(pai)(pai)氣噪(zao)聲具有(you)一定的(de)相似性(xing)，工(gong)作(zuo)容(rong)(rong)積(ji)(ji)與吸(xi)、排(pai)(pai)氣孔(kong)口連通過程中(zhong)，工(gong)作(zuo)容(rong)(rong)積(ji)(ji)周期性(xing)的(de)增加或(huo)減(jian)小(xiao)，同(tong)時伴隨著工(gong)作(zuo)容(rong)(rong)積(ji)(ji)與吸(xi)、排(pai)(pai)氣孔(kong)口間連通面積(ji)(ji)的(de)周期性(xing)變(bian)化，使得流(liu)體流(liu)動(dong)(dong)特性(xing)變(bian)化劇烈(lie)，產生較大(da)的(de)氣流(liu)脈動(dong)(dong)，誘發(fa)氣動(dong)(dong)噪(zao)聲。
Sangfors等對(dui)辨識螺(luo)桿(gan)壓(ya)縮(suo)機(ji)主要的(de)振動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)噪(zao)聲源開展了大量的(de)研(yan)究工(gong)作，均指出處于(yu)(yu)(yu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)流脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)基頻(pin)及其(qi)整數倍頻(pin)率的(de)振動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)噪(zao)聲值較大，由于(yu)(yu)(yu)工(gong)作容積與(yu)吸(xi)、排(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)孔口周期性連通(tong)所引起的(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)流脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)是螺(luo)桿(gan)壓(ya)縮(suo)機(ji)振動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)噪(zao)聲的(de)主要誘(you)因。此外，由于(yu)(yu)(yu)處于(yu)(yu)(yu)排(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)腔(qiang)內的(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)密度遠(yuan)大于(yu)(yu)(yu)吸(xi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)腔(qiang)內的(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)密度，導致(zhi)排(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)流脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)所誘(you)發的(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)噪(zao)聲更為顯(xian)著。
三、振動控制技術
螺(luo)(luo)桿(gan)壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)運行中(zhong)陰(yin)陽轉(zhuan)子相互嚙合，產(chan)生機(ji)(ji)械振動，通過軸承將振動傳(chuan)遞(di)到(dao)機(ji)(ji)殼和機(ji)(ji)腳。因此，提高轉(zhuan)子加工精(jing)度，減小(xiao)軸系裝(zhuang)配誤差，優化支撐(cheng)軸承游(you)隙等(deng)措施可以從振動激(ji)勵(li)源頭上抑(yi)制螺(luo)(luo)桿(gan)壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)振動的產(chan)生，設計安裝(zhuang)減振墊(dian)等(deng)措施從振動傳(chuan)遞(di)路(lu)徑上進一(yi)步隔(ge)離振動的傳(chuan)遞(di)，從而達到(dao)減小(xiao)螺(luo)(luo)桿(gan)壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)振動的目的。
3.1 振動激(ji)勵源頭減振
① 提(ti)高(gao)加工精度，減小裝配誤差
提高轉(zhuan)子(zi)(zi)加工精度降(jiang)低(di)轉(zhuan)子(zi)(zi)表面粗(cu)糙度和改善(shan)裝配工藝減小軸系裝配誤差等(deng)措施(shi)減小轉(zhuan)子(zi)(zi)嚙合過(guo)程中產(chan)生的(de)機械振動(dong)(dong)，從源頭上(shang)控制(zhi)壓縮(suo)機的(de)振動(dong)(dong)激勵源，可(ke)以有效(xiao)降(jiang)低(di)壓縮(suo)機運行過(guo)程中產(chan)生的(de)機械振動(dong)(dong)。靳春梅等(deng)通(tong)過(guo)實驗(yan)研究指出(chu)，提高轉(zhuan)子(zi)(zi)的(de)加工精度，由(you)銑削(xue)改為磨削(xue)，降(jiang)低(di)了(le)表面粗(cu)糙度，使壓縮(suo)機運行過(guo)程中振動(dong)(dong)得到(dao)有效(xiao)控制(zhi)，中、高頻噪聲(sheng)也(ye)得到(dao)一定程度的(de)降(jiang)低(di)。
② 減小支撐軸承游隙
減(jian)小支撐軸承游(you)隙(xi)，可以提(ti)高轉(zhuan)子旋(xuan)轉(zhuan)精度，縮小轉(zhuan)子嚙合過程(cheng)中(zhong)偏心量(liang)，降低高速運轉(zhuan)過程(cheng)中(zhong)轉(zhuan)子不(bu)平(ping)衡質量(liang)誘(you)發的振(zhen)動(dong)(dong)(dong)噪(zao)(zao)(zao)聲。殷玉(yu)楓等[7]通過理論與實驗研究得出(chu)滾動(dong)(dong)(dong)軸承的徑向游(you)隙(xi)對軸承振(zhen)動(dong)(dong)(dong)噪(zao)(zao)(zao)聲的影響最為顯著。隨(sui)(sui)著徑向游(you)隙(xi)的加(jia)大，振(zhen)動(dong)(dong)(dong)噪(zao)(zao)(zao)聲隨(sui)(sui)之增強，并呈現很(hen)好的線性關系。
3.2 振動傳遞路徑(jing)隔振
① 提高結構件剛度
提高機(ji)殼(ke)(ke)剛度，降低(di)機(ji)殼(ke)(ke)振(zhen)動響應(ying)。螺桿壓縮機(ji)機(ji)殼(ke)(ke)徑(jing)向和圓周方向上增加(jia)加(jia)強筋，可以(yi)提高機(ji)殼(ke)(ke)的剛度，降低(di)機(ji)殼(ke)(ke)振(zhen)動響應(ying)，阻礙(ai)壓縮機(ji)轉子(zi)和軸承的振(zhen)動激(ji)勵傳(chuan)遞(di)到(dao)機(ji)殼(ke)(ke)上。
② 設計安裝減振墊
設(she)計安(an)(an)裝減(jian)振(zhen)墊(dian)，隔(ge)離螺(luo)桿(gan)壓縮(suo)(suo)機(ji)(ji)的(de)(de)振(zhen)動(dong)傳(chuan)遞。根(gen)據螺(luo)桿(gan)壓縮(suo)(suo)機(ji)(ji)的(de)(de)轉(zhuan)子型線、電機(ji)(ji)運行轉(zhuan)速、自身重量(liang)和實際減(jian)振(zhen)需求(qiu)，設(she)計減(jian)振(zhen)器，安(an)(an)裝到(dao)螺(luo)桿(gan)壓縮(suo)(suo)機(ji)(ji)機(ji)(ji)腳上(shang)(shang)，可以阻(zu)礙機(ji)(ji)腳振(zhen)動(dong)傳(chuan)遞到(dao)安(an)(an)裝基礎(chu)面上(shang)(shang)，有(you)效降低壓縮(suo)(suo)機(ji)(ji)安(an)(an)裝基礎(chu)上(shang)(shang)的(de)(de)振(zhen)動(dong)。
四、噪聲控制技術
螺桿壓(ya)(ya)縮機(ji)(ji)(ji)運行過(guo)(guo)程中周期性的(de)(de)(de)(de)吸氣、壓(ya)(ya)縮和(he)排(pai)氣過(guo)(guo)程不可(ke)(ke)(ke)避免的(de)(de)(de)(de)會(hui)產生(sheng)氣流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)，進(jin)而誘發氣動(dong)(dong)(dong)(dong)噪聲(sheng)。隨著(zhu)機(ji)(ji)(ji)械性振(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)噪聲(sheng)的(de)(de)(de)(de)深入研究和(he)機(ji)(ji)(ji)械加工裝(zhuang)配精度的(de)(de)(de)(de)提升(sheng)，機(ji)(ji)(ji)械性振(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)噪聲(sheng)得到有效控制(zhi)，而氣流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)誘發的(de)(de)(de)(de)流(liu)體性噪聲(sheng)已經成為螺桿壓(ya)(ya)縮機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要噪聲(sheng)源。因此，應用排(pai)氣端面衰減裝(zhuang)置、赫姆霍茲(zi)氣流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)衰減腔和(he)穿孔板脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)衰減器等措施(shi)可(ke)(ke)(ke)以(yi)從氣流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)源頭上衰減氣流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)幅(fu)值，降(jiang)低氣流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)誘發的(de)(de)(de)(de)氣動(dong)(dong)(dong)(dong)噪聲(sheng)，設計具有雙(shuang)層壁結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)(ji)殼和(he)安裝(zhuang)隔聲(sheng)罩等措施(shi)在傳(chuan)遞路徑上阻礙噪聲(sheng)的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)遞，可(ke)(ke)(ke)有效降(jiang)低壓(ya)(ya)縮機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)整體噪聲(sheng)。
4.1氣(qi)流脈動誘發的(de)氣(qi)動噪聲源頭控(kong)制
① 排(pai)氣端面氣流脈動(dong)衰減(jian)裝(zhuang)置
基(ji)于聲(sheng)波(bo)干涉原(yuan)理，設(she)計旁支(zhi)流(liu)(liu)道產生(sheng)與(yu)管道內氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)幅值相等，相位相反的旁支(zhi)氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)，兩者相互疊加抵消，從而達到衰減氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)的目的，其(qi)結構示(shi)(shi)意圖如(ru)圖2所示(shi)(shi)。當旁支(zhi)流(liu)(liu)道長度為流(liu)(liu)體介(jie)質(zhi)半波(bo)長的整(zheng)數(shu)倍時，排(pai)氣(qi)管內氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)幅值最小(xiao)，其(qi)衰減效(xiao)果如(ru)圖3所示(shi)(shi)。
 
基(ji)于半波長管原理，周(zhou)明(ming)龍等針對(dui)螺桿壓(ya)縮機氣(qi)流脈動(dong)的(de)周(zhou)期(qi)特性，結(jie)合壓(ya)縮機結(jie)構的(de)內部空間，在排(pai)氣(qi)端(duan)面上(shang)設計氣(qi)流脈動(dong)衰減裝置(zhi)，從排(pai)氣(qi)源頭上(shang)衰減氣(qi)流脈動(dong)幅(fu)值，降低氣(qi)流脈動(dong)誘發的(de)氣(qi)動(dong)噪(zao)聲。圖4是應用在螺桿壓(ya)縮機排(pai)氣(qi)端(duan)面的(de)一種具體結(jie)構。
 
②赫(he)姆(mu)霍茲氣(qi)流脈動衰減腔
赫姆霍茲共振器是聲學中(zhong)一個比(bi)較常(chang)見的降噪(zao)裝置(zhi)，其主要由短管和(he)腔體組(zu)成，如圖5所(suo)示，在一定條件下可用其來消減螺桿壓縮(suo)機排氣腔內(nei)的氣流脈動幅值(zhi)。
根(gen)據赫姆(mu)霍茲共(gong)振器的結構尺寸(cun)可以計算出赫姆(mu)霍茲共(gong)振器的固有(you)頻率 fr：
式中 c—流體介質聲速；
S—短(duan)管(guan)截面積(ji)；
L—短管(guan)有效(xiao)長度(du)；
V—腔體體積。
當入(ru)射聲(sheng)波pi的(de)頻率接近赫姆霍茲共振(zhen)器的(de)固有頻率時，在赫姆霍茲共振(zhen)器的(de)短管中產生強烈振(zhen)動，通過克服(fu)摩擦(ca)阻力而(er)消耗聲(sheng)能(neng)，從而(er)降低下(xia)游聲(sheng)波的(de)幅值(zhi)。
基(ji)于赫姆霍茲共振(zhen)器(qi)原(yuan)理，武(wu)曉昆(kun)等(deng)在(zai)螺桿壓縮機(ji)的排(pai)氣(qi)(qi)軸承座上(shang)設計(ji)赫姆霍茲氣(qi)(qi)流脈動(dong)衰減腔，排(pai)氣(qi)(qi)氣(qi)(qi)流脈動(dong)幅值(zhi)衰減30%以(yi)上(shang)，氣(qi)(qi)流脈動(dong)基(ji)頻下的機(ji)腳振(zhen)動(dong)加速(su)度可(ke)降低36.2%-40.9%。
③ 穿孔板(ban)脈(mo)動衰減器(qi)
穿(chuan)孔板脈(mo)動衰(shuai)減器結(jie)構如(ru)圖6所示，其(qi)脈(mo)動衰(shuai)減機理是穿(chuan)孔板上每個穿(chuan)孔與(yu)其(qi)對應的(de)(de)腔體組成的(de)(de)系統類似赫姆霍(huo)茲(zi)氣流(liu)脈(mo)動衰(shuai)減腔，穿(chuan)孔板脈(mo)動衰(shuai)減器可(ke)以看成許多赫姆霍(huo)茲(zi)氣流(liu)脈(mo)動衰(shuai)減腔的(de)(de)并聯。
按照馬大猷院士經典理論，穿孔(kong)板脈動衰(shuai)減器(qi)的衰(shuai)減頻率(lv)fMPA可以表示為
式中 c—流體(ti)介質聲速(su)；
t—穿孔板(ban)厚度；
d—穿孔孔徑(jing)；
D—穿孔板(ban)腔體(ti)深(shen)度；
P—穿孔率（穿孔面積/全面積100%）。
基于穿(chuan)孔(kong)板設計原(yuan)理，劉華等[15]針對變(bian)頻螺(luo)桿壓縮(suo)機排氣氣流(liu)(liu)脈(mo)(mo)動誘發的(de)氣動噪(zao)聲設計寬頻帶穿(chuan)孔(kong)板氣流(liu)(liu)脈(mo)(mo)動衰減器。應用(yong)氣流(liu)(liu)脈(mo)(mo)動衰減器后，在運行(xing)轉(zhuan)速(su)3000～4500rpm區間(jian)，氣流(liu)(liu)脈(mo)(mo)動基頻排氣噪(zao)聲值下降3.0dBA以上(shang)；在排氣噪(zao)聲較大的(de)高轉(zhuan)速(su)運行(xing)區間(jian)4500～5100rpm，排氣噪(zao)聲值下降5.0dBA到(dao)7.5dBA，實現(xian)了變(bian)頻螺(luo)桿壓縮(suo)機全頻率段(duan)的(de)降噪(zao)。
4.2 噪聲(sheng)傳遞路(lu)徑(jing)隔聲(sheng)
① 機殼雙層壁設計
螺(luo)桿壓(ya)縮機(ji)(ji)機(ji)(ji)殼采(cai)(cai)用(yong)(yong)雙(shuang)層(ceng)(ceng)壁(bi)結(jie)構(gou)，可(ke)(ke)(ke)以(yi)阻礙振動噪(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的(de)傳遞，降低(di)壓(ya)縮機(ji)(ji)的(de)整體噪(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)。格力，大冷(leng)等企業將機(ji)(ji)體外(wai)(wai)殼采(cai)(cai)用(yong)(yong)雙(shuang)層(ceng)(ceng)壁(bi)結(jie)構(gou)，減(jian)弱噪(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)向外(wai)(wai)輻(fu)射的(de)能(neng)力，起到(dao)隔(ge)離(li)噪(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的(de)作(zuo)用(yong)(yong)。此外(wai)(wai)，壓(ya)縮機(ji)(ji)采(cai)(cai)用(yong)(yong)液體冷(leng)卻方(fang)(fang)式（如油冷(leng)、水冷(leng)等），不僅(jin)可(ke)(ke)(ke)阻礙噪(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的(de)傳遞，而(er)且(qie)采(cai)(cai)用(yong)(yong)液冷(leng)方(fang)(fang)式后可(ke)(ke)(ke)取消風冷(leng)方(fang)(fang)式的(de)風扇，也有助于降低(di)螺(luo)桿壓(ya)縮機(ji)(ji)的(de)整體噪(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)。
② 隔聲罩設計
根據螺(luo)桿壓(ya)縮機(ji)(ji)的(de)噪(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)頻譜特性，設計(ji)隔聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)罩(zhao)(zhao)結構，優化(hua)隔聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)罩(zhao)(zhao)的(de)吸(xi)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)材料，可以有效降低壓(ya)縮機(ji)(ji)的(de)遠場噪(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)。程(cheng)雙靈等[16]通過對隔聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)罩(zhao)(zhao)結構和(he)吸(xi)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)材料的(de)優化(hua)，螺(luo)桿壓(ya)縮機(ji)(ji)噪(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)下降了近10dBA。
4.3 氣流(liu)脈動衰減
目前氣流(liu)(liu)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)衰(shuai)減與抑(yi)制主要針(zhen)對特(te)(te)定(ding)運(yun)行(xing)(xing)工(gong)(gong)(gong)況，當壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機運(yun)行(xing)(xing)工(gong)(gong)(gong)況變(bian)化較大時，尤其是變(bian)頻(pin)(pin)螺(luo)桿(gan)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機變(bian)轉速(su)工(gong)(gong)(gong)況，氣流(liu)(liu)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)衰(shuai)減裝(zhuang)(zhuang)置的衰(shuai)減效果減弱甚至消(xiao)失。為(wei)了(le)滿足不(bu)同運(yun)行(xing)(xing)工(gong)(gong)(gong)況下(xia)氣流(liu)(liu)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)衰(shuai)減效果，拓(tuo)寬氣流(liu)(liu)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)衰(shuai)減頻(pin)(pin)率范圍(wei)，往(wang)往(wang)只(zhi)能被動(dong)(dong)的采(cai)用多個衰(shuai)減裝(zhuang)(zhuang)置并聯或者串聯，不(bu)僅會犧(xi)牲(sheng)衰(shuai)減效果，還會帶來衰(shuai)減裝(zhuang)(zhuang)置體(ti)積過大無法(fa)安裝(zhuang)(zhuang)甚至被動(dong)(dong)增加壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機體(ti)積。因此，根(gen)據壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機的運(yun)行(xing)(xing)工(gong)(gong)(gong)況和氣流(liu)(liu)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)特(te)(te)性，自動(dong)(dong)調(diao)節氣流(liu)(liu)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)衰(shuai)減裝(zhuang)(zhuang)置的衰(shuai)減頻(pin)(pin)率，有效降低壓(ya)(ya)(ya)螺(luo)桿(gan)縮(suo)(suo)機氣流(liu)(liu)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)的衰(shuai)減裝(zhuang)(zhuang)置迫在眉(mei)睫。周明龍等[17]等根(gen)據壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機運(yun)行(xing)(xing)特(te)(te)性設計的一(yi)種(zhong)可調(diao)頻(pin)(pin)自適應氣流(liu)(liu)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)衰(shuai)減器將成為(wei)一(yi)種(zhong)新的趨勢(shi)。
4.4 主動減振
在螺桿壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)運(yun)行過(guo)程中，根據所檢測(ce)到的(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)信號(hao)，振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)數據經過(guo)實(shi)時處(chu)(chu)理，通(tong)過(guo)一定的(de)(de)控制策略，驅(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)作動(dong)(dong)(dong)(dong)器對壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)施加外(wai)部(bu)激勵(li)（如力，力矩等），最終達到抑制螺桿壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)，降(jiang)(jiang)低機(ji)械振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)輻射噪(zao)(zao)聲的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。目(mu)前國內主動(dong)(dong)(dong)(dong)減(jian)振(zhen)(zhen)技術(shu)還處(chu)(chu)于機(ji)理的(de)(de)研究階段(duan)，離(li)實(shi)際應用還有(you)較大距離(li)。但是基于主動(dong)(dong)(dong)(dong)減(jian)振(zhen)(zhen)降(jiang)(jiang)噪(zao)(zao)技術(shu)的(de)(de)良(liang)好發展(zhan)前景，以及螺桿壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)產生機(ji)理的(de)(de)深(shen)入(ru)研究，主動(dong)(dong)(dong)(dong)減(jian)振(zhen)(zhen)降(jiang)(jiang)噪(zao)(zao)技術(shu)將逐步應用到螺桿壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)減(jian)振(zhen)(zhen)降(jiang)(jiang)噪(zao)(zao)領域(yu)。
4.5 有源降噪
有源降噪(zao)是利用聲(sheng)波(bo)的相消干(gan)涉原(yuan)(yuan)理，通過引入電聲(sheng)裝置產生額外的噪(zao)聲(sheng)源與不希望(wang)的原(yuan)(yuan)始噪(zao)聲(sheng)進(jin)行疊(die)加，從而達(da)到降低(di)或者抑(yi)制(zhi)噪(zao)聲(sheng)的目的。
有源降噪(zao)具有良好的(de)低頻降噪(zao)效果，最適用于控制低頻諧(xie)波(bo)噪(zao)聲，目前主(zhu)要集中應用在耳機(ji)和汽車等領域。隨著有源技(ji)術的(de)發展，以及螺(luo)(luo)桿(gan)壓(ya)縮(suo)機(ji)噪(zao)聲的(de)深入研(yan)究，有源降噪(zao)將(jiang)逐步(bu)應用到(dao)螺(luo)(luo)桿(gan)壓(ya)縮(suo)機(ji)降噪(zao)領域。
五、振動(dong)噪聲發展趨(qu)勢
5.1 轉子材料
① 轉子材(cai)質(zhi)替換(huan)。隨著非(fei)金(jin)屬材(cai)料(liao)性(xing)(xing)能的(de)改善(shan)和(he)加工精度的(de)提高，其良好的(de)減(jian)振降噪性(xing)(xing)能逐漸顯現出來。在滿(man)足使(shi)用要求的(de)情況(kuang)下，螺桿壓縮(suo)機的(de)陽(yang)轉子可采用金(jin)屬鋼(gang)芯上注塑(su)非(fei)金(jin)屬材(cai)料(liao)的(de)結構，陰轉子采用金(jin)屬材(cai)料(liao)，降低(di)陰陽(yang)轉子嚙合過程中產生的(de)機械性(xing)(xing)振動噪聲(sheng)。
② 轉(zhuan)(zhuan)子(zi)表(biao)面處理。在轉(zhuan)(zhuan)子(zi)表(biao)面噴涂(tu)(tu)自潤滑(hua)封(feng)嚴涂(tu)(tu)層(ceng)，一方面涂(tu)(tu)層(ceng)的(de)(de)封(feng)嚴特性可(ke)減小轉(zhuan)(zhuan)子(zi)間(jian)的(de)(de)嚙(nie)合間(jian)隙(xi)，降低齒間(jian)容積的(de)(de)泄露(lu)通道內流(liu)體流(liu)動(dong)(dong)(dong)誘發的(de)(de)流(liu)體動(dong)(dong)(dong)力性噪聲(sheng)；另一方面涂(tu)(tu)層(ceng)的(de)(de)自潤滑(hua)特性可(ke)降低轉(zhuan)(zhuan)子(zi)嚙(nie)合的(de)(de)摩擦系數(shu)，降低轉(zhuan)(zhuan)子(zi)嚙(nie)合過程中產(chan)生的(de)(de)機械振動(dong)(dong)(dong)噪聲(sheng)。
5.2 轉子型線
① 增加轉子齒數。螺桿壓縮機隨著轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)齒數(shu)的增加(jia)，增加(jia)了轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)嚙合(he)(he)過(guo)程中的重合(he)(he)系數(shu)，使(shi)嚙合(he)(he)載荷平(ping)均分配在較(jiao)多的齒面上，減小單位齒面壓力(li)，降低(di)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)嚙合(he)(he)過(guo)程中產生的機械振動噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)。此外，轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)齒數(shu)較(jiao)少時，轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)嚙合(he)(he)頻率低(di)，低(di)頻噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)波長(chang)較(jiao)長(chang)，其衍射能力(li)強，傳播距離更(geng)遠，低(di)頻噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)控(kong)制(zhi)較(jiao)難；而轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)齒數(shu)增多，轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)嚙合(he)(he)頻率向高頻偏移，在傳播過(guo)程中容(rong)易被吸收衰減，高頻噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)容(rong)易控(kong)制(zhi)，使(shi)壓縮機遠場噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)值更(geng)低(di)。
② 優(you)化(hua)齒型設計(ji)。在(zai)理(li)論研究和實驗(yan)研究的(de)基礎(chu)上(shang)優(you)化(hua)轉(zhuan)子(zi)(zi)的(de)齒型設計(ji)，如增(zeng)大扭轉(zhuan)角增(zeng)加(jia)(jia)重合系數，增(zeng)加(jia)(jia)嚙合線(xian)長(chang)度減小單位嚙合線(xian)上(shang)的(de)載荷等措施減小轉(zhuan)子(zi)(zi)轉(zhuan)動過程中(zhong)的(de)齒面接(jie)觸(chu)力，降低轉(zhuan)子(zi)(zi)嚙合過程中(zhong)產(chan)生的(de)機械(xie)振(zhen)動噪聲，使運行過程中(zhong)轉(zhuan)子(zi)(zi)的(de)振(zhen)動平(ping)穩，噪聲穩定。
六、結論
對于螺桿壓縮機的(de)(de)(de)振動(dong)噪(zao)(zao)聲(sheng)問題，本文全面地介紹了(le)螺桿壓縮(suo)(suo)機(ji)振動(dong)噪(zao)(zao)聲(sheng)產生的(de)(de)(de)機(ji)理及相(xiang)應的(de)(de)(de)控制措施。西安(an)交通大學一直致力(li)(li)于螺桿壓縮(suo)(suo)機(ji)的(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)，在螺桿壓縮(suo)(suo)機(ji)熱力(li)(li)學和動(dong)力(li)(li)學計(ji)算、轉(zhuan)子型線(xian)優化、噴油優化、排(pai)氣(qi)氣(qi)流(liu)脈動(dong)研究(jiu)(jiu)的(de)(de)(de)基(ji)礎(chu)上，目前對螺桿壓縮(suo)(suo)機(ji)振動(dong)噪(zao)(zao)聲(sheng)的(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)也取得了(le)一定(ding)的(de)(de)(de)成果(guo)，但(dan)是(shi)振動(dong)噪(zao)(zao)聲(sheng)影響(xiang)因素眾多(duo)，且互(hu)相(xiang)影響(xiang)，互(hu)相(xiang)制約，給螺桿壓縮(suo)(suo)機(ji)的(de)(de)(de)減(jian)振降(jiang)(jiang)噪(zao)(zao)增加了(le)難(nan)度(du)，導致理論計(ji)算結果(guo)與實驗(yan)結果(guo)還(huan)存在一定(ding)差距，工程應用(yong)中還(huan)沒(mei)有形成系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)減(jian)振降(jiang)(jiang)噪(zao)(zao)的(de)(de)(de)設計(ji)理論和方法。因此，從理論研究(jiu)(jiu)上降(jiang)(jiang)低壓縮(suo)(suo)機(ji)振動(dong)噪(zao)(zao)聲(sheng)并應用(yong)于實踐還(huan)需要進(jin)一步的(de)(de)(de)努力(li)(li)。 |
