罗茨风机降低噪声措施的探讨

罗茨风机降低噪声措施的探讨

摘要：介绍了罗茨风机的噪声源，主要分析了罗茨风机的气动噪声及其产生噪声的机理。在综合各种应用实例的基础上提出了控制噪声的各种方法，并指出了这些方法在经济和节能方面的利弊。提出了降低罗茨风机噪声的根本途径是改进风机的气动设计和进行风机的最佳选择、选用合适的安装及运行方式，同时指出了今后关于罗茨风机降噪的研究方向。

关键词：罗茨风机噪声产生机理降噪根本途径

罗茨风机是一种典型的容积式鼓风机，它依靠转子容积的改变，将原动机所加入的机械能转变为气体的压力和动能。与离心式鼓风机相比较，它具有压头高、流量受阻力影响小、供风稳定等优点，但在使用的过程中普遍存在着效率低、噪声高的缺点。罗茨风机在化工厂特别是中小型化工厂使用相当普遍，由于风机产生较大的噪声恶化了劳动条件，污染了生活环境，因而日益引起人们对风机噪声的重视，开展了有关风机噪声产生的机理和防治措施的研究工作。对于离心风机和轴流风机在这方面的研究已日趋完善，该文主要分析罗茨风机的气动噪声源及其产生的机理，在综合各种应用实例的基础上，提出了各种降低噪声的方法，并对降低罗茨风机噪声的根本途径进行了一定的探讨。

1 罗茨风机噪声产生的机理

1．1 罗茨风机的噪声源

罗茨风机含有多种噪声源，其辐射噪声的部位主要有：(1)进气口和出气口辐射的空气动力性噪声；(2)机壳及电动机、轴承等辐射的机械性噪声；(3)基础振动辐射的固体声。在这几部分噪声中，进、出口部位辐射的空气动力性噪声(简称气动噪声)最强，其它如机械噪声、电磁噪声等，在风机正常运行条件下都是次要的[1]。根据罗茨风机产生噪声的频谱分析，其特点为低频宽带。风机的气动噪声主要由两部分组成：即旋转噪声和涡流噪声。

1. 2 旋转噪声

旋转噪声是由于工作轮上均匀分布的叶片打击周围的气体介质，引起周围的气体压力脉动而产生的噪声另外，当气流流过叶片时，在叶片表面形成附面层，特别是吸力

边的附面层容易加厚，并产生很多涡。在叶片尾缘处，吸力边与压力边的附面层汇台形成所谓尾迹区。在尾迹区内，气流的压力与速度都大大低于主气流区的数值。因而，当工作轮旋转肘，叶片出口区内气流具有很大的不均匀性。这种不均匀性气流周期地作用于周围介质，产生压力脉动而形成噪声。气流的不均匀性愈强，噪声也愈大。

风机的噪声具有确定的频率，其旋转噪声的频率为：

fi=i(NZ／60) (1)

式中：N为风机工作轮每分钟转数(r／min)；z为叶片数；i为谐波序号(1，2，3，⋯⋯)。i=l为基频，i=2，3，4，⋯⋯为高次谐音。从噪声强度来看，基频最强，其次高频谐音总的趋势是逐渐减弱的。典型罗茨风机的频率特性见图l、图2[2]

1．3 涡流噪声

涡流噪声又称旋涡噪声或紊流噪声。它主要是由于气流流经叶片时，产生紊流附面层及旋涡与旋涡分裂脱体。而引起叶片上压力的脉动所造成的。其产生有4个方面的原因：其一是物体表面上的气流形成紊流附面层后，附面层中气流紊乱的压力脉动作用于叶片、蜗壳内表面及局部表面等，产生了噪声；其二是气流流经物体时，由于附面层发展到一定程度会产生涡流脱落，脱离涡流将造成较大的脉动；其三是由于来流的紊流度引起叶片作用力的脉动造成噪声；其四是由于二次涡流形成的噪声。

图l 流量10m3/min与30m3/min的罗茨鼓图2 流量120rn3/min与140rn3/min罗茨鼓风机进口噪声频谱风机进口噪声频谱

————室内进口轴向0.5m —————室内进口轴向1.Om

–––––室内连口轴向0.5m –––––室内进口轴向0.6m

一般认为，上述4种产生涡流噪声的原因，由附面层紊流压力脉动和二次涡流辐射

的噪声功率相对小得多。此外，只要来流的紊流度不特别大，由于冲角脉动形成的噪声也不太明显。于是可以认为，风机的涡流噪声主要是由于第二种噪声，即涡流和涡流脱离引起叶片升力的脉动所造成的涡流噪声。

根据经验公式，涡流噪声的频率为：

Fi=i(SrW/L) (2)

式中：Sr为斯特罗啥尔数，Sr=0．14～0．20，一般可取0.185；W 为气体与叶片的相对速度；L为物体正表面宽度在垂直于速度平面上的投影；i为谐波序号(i=1，2，3，……)。

由公式(2)可知，风机的涡流噪声频率，主要与气流和叶轮的相对速度W 有关。W又与工作轮的圆周速度u有关。u是随着工作轮各点到转轴轴心距离而变化的。由内到外是连续变化的。因而风机旋转时所产生的涡流噪声是一种宽频带的连续谱。通过分析可知，风机的空气动力性噪声是由上述两种性质不同的噪声相互叠加的结果。旋转噪声和涡流噪声两种噪声源强弱取决于叶片的几何形状和运行工况。

2 罗茨风机噪声控制的一般方法

对于现场使用的风机可根据风机噪声的太小、现场条件和降噪要求选用不同的控制措施，一般可概括为安装消声器、加装隔声罩和改造风机房或进行管道包扎等措施。2．1 机械噪声控制方法

对于罗茨风机的机械噪声，控制的方法主要是提高装配的精度；更换旧的滚珠轴承，或用滑动轴承来代替滚动轴承，使转子处于动态平衡；以弹性联轴节连接电动机和鼓风机；加强对设备的维修保养，以及加油润滑，拧紧连接的螺栓，更换损坏的零部件等等。这些对臧弱噪声均是有效的[3]

2．2 气动噪声的一般控制方法

2.2.1 安装消声器由于一般情况下，从风机进气口和排气口辐射的空气动力性噪声比从其他部位辐射的噪声要高10～20分贝(A) [4]，因此，控制风机噪声时，首先应在进气和排气管道上安装适当的消声器，见图3。风机上采用消声器，目前国内外均趋向于采用阻性消声器,而体积较大、消声频道较窄的消声器已很少使用，当然消声器的选择、设计和安装应根据实际情况进行。

图3 在风机管道上安装消声器

2.2.2建立隔声罩采用隔声罩措施，就是将整个风机机组用密闭的厢声罩围包起来。其技术关键是采用怎样的冷却措施保证风机的正常运转。目前，国内外均以采用风冷方法为最普遍。主要的冷却形式有：自扇通风冷却法、负压吸风冷却法、罩内空气循环通风冷却法和外加机械通风冷却法等。具体的设计原理、制作和方法介绍见文献[5]。

2.2.3 改造风机房如果风机组有专门的风机房，则可以结合现场情况，采取将已有的风机房改造成隔声间的方法。即把风机封闭在风机房内使其噪声传不出去。主要技术措旋是采用隔声门、隔声窗、隔声屏和墙壁隔声，应用合适的吸声材料等。

2.2.4 管道包扎为了臧弱从风机风管上辐射出来的噪声，可以对管道旋行包扎，厢绝噪声由此传播的途径。管道包扎的方法见图4。

图4 管道包扎方法示意图

2.2.5隔振综合考虑安全、稳定和维护方便等因素，设计选用适当的隔振器，以便消除机器与机组之间的刚性连接，从而达到降低固体振动噪声的目的。也可以挖舫振沟来代替基础隔振，可取得一定的效果[6]。