螺杆压缩机低频噪声性能控制研究

螺杆压缩机低频噪声性能控制研究
冀军鹤;唐鹏;吴霞俊
【摘要】针对螺杆压缩机噪声存在突出的低频成分现象,提出了一种典型的被动降噪方法,该方法利用阻尼减振降噪机理,将阻尼材料贴附在隔声罩外层钢板与内层吸声材料之间,形成隔声层加阻尼层与吸声层的结构,从而提高对低频噪声的控制能力.结果表明,试验机噪声水平在200 Hz中心频率以下各个频段均有5~10 dB(A)左右的改善,且全频段噪声声压级降低4.5dB(A),符合预期要求.%For screw compressor noise exist predominant phenomenon of low frequency component, a kind of typical passive noise re-duction method is proposed. The method is by using damping vibration noise reduction mechanism, the damping materials attached with a sound insulation cover in outer layer between the steel plate and the inner absorption material, forming the sound insulation, damping and absorption layer structure, thus improving its control ability of low frequency noise. Results show that various frequency are about 5~10dB (A) improved of testing machine noise level under 200Hz, and all frequencies noise sound pressure level reduced by 4.5 dB (A), reached the expectations.
【期刊名称】《压缩机技术》
【年(卷),期】2017(000)002
【总页数】4页(P24-26,55)
【关键词】螺杆压缩机;被动降噪;减振降噪;阻尼材料;低频噪声
【作者】冀军鹤;唐鹏;吴霞俊
【作者单位】无锡压缩机股份有限公司技术研究院,江苏无锡 214145;无锡压缩机股份有限公司技术研究院,江苏无锡 214145;无锡压缩机股份有限公司技术研究院,江苏无锡 214145
【正文语种】中文
【中图分类】TH455
螺杆压缩机属于容积式压缩机，具有可靠性高、动力平衡好、适应性强等诸多优点，在矿上、化工、动力等工业部门应用广泛。

螺杆压缩机噪声源以风机、压缩机主机为主，其低频噪声穿透力强，势必对操作工人的听力、身心带来伤害，因此，研究与控制螺杆压缩机的低频噪声具有重要意义。

噪声控制分为主动控制与被动控制两种，前者从噪声源分析入手，通过改善噪声源辐射声场与能量入手；后者多从噪声源传递路径入手，通过隔声、吸声等措施来达到目的。

相比而言，主动降噪难度较大，周期长；被动降噪是一种快速且有效的噪声控制方法[1]。

隔声罩是将噪声源封闭在一个相对小的空间内，以降低噪声源向周围环境辐射噪声的六面体结构，合理的结构和声学材料的设计，对隔声罩的性能起到关键作用[1-3]。

本文通过测试分析试验机组的隔声罩外层钢板频响函数发现，其存在187 Hz，255 Hz等与风机、压缩机的特征频率较为接近的共振频率，这表明隔声罩在上述频率附近将产生隔声低估。

因此，从声学材料设计入手，对试验机组原隔声罩添加阻尼材料，达到控制机组低频噪声的目的。

声学材料多用于噪声的被动控制当中，主要分为隔声、吸声与阻尼材料[1-2]。

2.1 隔声材料
用材料、构件或结构来隔绝空气中传播的噪声，从而获得较安静的环境称为隔声。

上述材料（构件、结构）称为隔声材料（隔声构件、隔声结构）。

隔声材料一般为金属板状类，本文的试验机组隔声罩外层隔声材料为钢板，其隔声量公式如下
公式TL——隔声量
ρs——隔声材料的面密度
f——入射声波的频率
由上式可知，隔声量对频率越高的声波，其隔声效果越好，反之效果越差[1-5]。

2.2 隔声量曲线
隔声量在不同的频段具有不同的特性，形成隔声量曲线，具体说明如图1所示。

上述隔声量曲线中，阻尼控制区是由于入射声波频率与隔声层的共振频率相同或接近，产生共振，导致隔声量下降即出现隔声低谷，其他控制区说明详见文献[4]。

2.3 吸声材料
声波通过或入射到媒质分界面上时声能的减小过程，称为吸声或声吸收。

一般吸声材料的吸声能力除与本身材料特性参数有关外，另与入射声波的频率有关，频率越高，吸声能力越强，故吸声材料主要用于中高频的噪声控制当中[2-5]。

2.4 阻尼材料
阻尼材料减振降噪原理是吸收薄板的振动能量，并在阻尼片中由剪切形变转化为热能，从而降低振动辐射的噪声。

阻尼材料粘结于刚性振动的薄板类金属、塑料、木质表面，可提高结构阻尼并有效降低振动响应。

阻尼材料主要抑制低频振动，其性能与温度、频率等有关[4，6]。

根据容积式压缩机噪声测试标准GB/T 4980-2003，对试验机布置1～5号5个测
点，各测点距隔声罩除底面外的其余表面中心1 m处。

使用Signalpad采集系统对各个测点在隔声罩打开即裸机状态下进行声压级频谱测试。

测点2的频谱图1所示，其他测点的频谱特征基本相似。

其中峰值频率集中在风
机旋转频率188 Hz、压缩机主机啮合频率244 Hz等处。

如图2所示为本文研究对象的机组实物图。

机组尺寸长宽高为1450 mm×1020 mm×1335 mm。

利用SIMO锤击法完成钢板的频响函数测试，激励点选择在钢板几何中心，响应
点选取在近钢板各边端点与中心处，共9个。

试验边界条件为泡沫材料弹性支撑，以模拟自由边界条件，单向加速度传感器采集响应信号。

频响函数测试结果如图5所示。

从图5可看出，隔声罩钢板在187 Hz、255 Hz处存在共振频率，这2处频率分
别与风机、压缩机主机的工作频率接近，表明压缩机工作时，钢板将受到上述2
处频率噪声源的激励、产生强烈的振动响应、并辐射噪声。

由上文分析可知，隔声罩钢板的隔声曲线存在低谷，这将会导致机组的低频噪声穿透隔声罩辐射到外部，据此，利用基材为PVC、厚度为3 mm的阻尼材料改善此
现象。

这里进行3组试验，分别对应隔声罩贴附吸声材料、阻尼材料、阻尼与吸声材料
状态下，进行上述5个测点的声压级水平测试。

试验机噪声水平即为5个测点的
声压级平均值。

图6为3组试验对应的机组噪声频谱及试验机声压级水平。

由图6可知，隔声罩贴附阻尼材料后，试验机噪声频谱在低频段得到明显的改善，但500 Hz以上中心频率段几乎无改善。

此时试验机噪声水平在全频段由78.0 dB （A）降低到75.9 dB（A）。

这表明，阻尼材料的性能体现在低频段。

将阻尼材料与吸声材料同时贴附在隔声罩内壁，低频段较试验一有较大的改善，且
中高频段较试验二有一定的改善。

此时，试验机噪声水平在全频段降低4.5 dB （A）。

表1为上述3组试验获取的各测点声压级及其平均值数据。

（1）通过对隔声罩添加阻尼材料，达到提高其低频噪声控制的能力，使得试验机低频噪声得到明显控制。

此方法适用于低频噪声丰富的噪声控制当中。

（2）阻尼与吸声材料粘结为一体，其阻尼性能介于阻尼与吸声材料之间，吸声性能却优于阻尼或吸声材料的任何一种。

因此，将两者结合使用不但能很好的控制低频噪声，对全频段噪声控制也有较好的效果。

（3）不同的阻尼材料性能会存在较大差别，使用合适的阻尼材料可拓宽低频噪声控制的频带。

综上，通过本文的研究可知，阻尼材料可有效控制低频噪声，结合吸声材料使用可提高全频段噪声的控制能力，最终试验机噪声水平得到4.5dB（A）的改善，达到预期目标。

【相关文献】
[1]郁永章，孙嗣莹，陈洪俊.容积式压缩机技术手册[M].北京：机械工业出版社，2000：954-963.
[2]马大猷，沈崤.声学手册修订版[M].北京：科学出版社，004：592-603.
[3]马广斌，朱正吼，夏小鸽.一种新型中低频吸声材料的研制[J].功能材料，2008，39（5）：861-863.
[4]庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动-理论与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2006：335-352.
[5]侯清泉，王金满.木质穿孔板结构的吸声性能及模拟仿真研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2012.
[6]顾海明.机械振动理论与应用[M].南京：东南大学出版社，2007：7-44.。