淺析往復活塞式壓縮機氣流脈動噪聲及降噪措施

路偉 栢權

(沈陽遠大壓縮機股份有限公司,遼寧沈陽 110027)

淺析往復活塞式壓縮機氣流脈動噪聲及降噪措施

路偉 栢權

(沈陽遠大壓縮機股份有限公司,遼寧沈陽 110027)

本文列舉了往復活塞式壓縮機氣流脈動噪聲及降低噪聲的控制措施。

往復活塞式壓縮機 氣流脈動 噪聲

1 概述

噪聲污染是當今世界三大環境污染之一。壓縮機是一種輻射高響度噪聲的設備，是一種主要的工業噪聲污染源。有研究表明，如果人長期在95分貝的噪聲環境里工作和生活，大約有29%的會喪失聽力；即使噪聲只有85分貝(SH/T3143-2004石油化工往復壓縮機工程技術規定第5.16條規定，離機器1m處測定的壓縮機機組的總體噪聲不超過85分貝)，也有10%的人會發生耳聾；120～130分貝的噪聲，能使人感到耳內疼痛；更強的噪聲會使聽覺器官受到損害，出現頭痛、頭暈、記憶力減退、血壓升高、心率不齊、基礎代謝率升高、腸胃功能紊亂等一系列生理、病理變化。所以，我們不能對噪聲等閑視之。應加強對噪聲來源的了解并采取措施加以防范。

2 往復活塞式壓縮機噪聲分析

往復活塞式壓縮機的噪聲是一種綜合性的機械噪聲源，主要包括氣流噪聲、機械噪聲和電磁噪聲。在壓縮機進行單體噪聲源的分析中，壓縮機的吸、排氣氣流動力特性噪聲最強；壓縮機構件的撞擊、摩擦、曲柄連桿機構的慣性激振力、活塞(或十字頭)敲擊激振、氣閥閥片的撞擊噪聲等機械噪聲，帶有隨機性并呈寬頻帶特性，很易被其它噪聲因素所激發；壓縮機的電磁噪聲相對于氣流噪聲和機械噪聲而言是比較弱的。壓縮機的整體噪聲實際上是由上述三者綜合疊加而成，在實際的分析中很難分出是哪個因素所引起的，用人耳朵也很難判斷，但從實驗分析的頻譜圖中，可以看出不同的噪聲源所反映的噪聲特征峰是不一樣的。

3 氣流脈動噪聲的形成機理

3.1 管道中的氣流脈動噪聲

往復活塞式壓縮機由于每運行一轉的吸入和排出過程是有間隔的，壓縮機向管道間歇地吸氣或排氣引起氣流脈動。脈動的壓力波沿管道傳播，在管道的轉彎處或截面變化處產生周期性變化的作用力，從而引起管道的振動和噪聲輻射。該力還是導致管道機械振動的激振力，當激振力的激振頻率和管道的固有頻率重疊時易引起管道機械共振，管道的機械振動會導致管道附件及其連接部位發生松動或疲勞破壞，從而產生更強烈的管道振動和噪聲輻射。

3.2 壓縮機內的氣流脈動噪聲

壓縮機內的氣流脈動噪聲主要包括閥室與進、排氣管中的噪聲、氣閥的噴射渦流噪聲。

(1)閥室與進、排氣管中的噪聲。由于進、排氣系統中遠離氣缸的一端，均是與一個具有很大體積的容器相連，因此，進、排氣系統均可以看成是近氣缸一端為閉端，另一端為開口的聲學管。該管的固有頻率為

式中，n為諧波序數，n=1，2，3…。

(2)氣閥的噴射渦流噪聲。高速氣流從氣閥的出口高速噴射出來，與周圍的氣體激烈混合時產生噴射噪聲。氣閥噴射出來的高速氣流的外腔的靜壓低于高壓氣體的壓強，在高速氣流周圍產生強烈的引射現象，沿氣流噴射方向的一定距離內大量氣體被噴射氣流卷吸進去，噴射氣體的體積越來越大，速度逐漸降低，產生大量渦流，從而形成寬頻帶連續的中、高頻氣流噪聲，其最大峰值頻率為

式中，Sr為斯特勞哈爾數，其值=0.05～0.25，d為垂直氣流方向上障礙物的厚度；u為氣閥的閥隙速度。

4 改善氣流脈動噪聲的方法探討

在往復活塞式壓縮機的應用上，下列措施可以有效的避免氣流脈動噪聲的傳遞和激發。目前主要采用的方法有：

(1)使用PBI工程塑料吸氣腔。因PBI工程塑料是一個很好的吸音材料，可以在吸氣緩沖時吸附較強聲波。

(2)對吸排氣閥組的結構進行優化，減少氣流流道結構上的尖角。氣流在吸氣部位及排氣通道上的尖角處易產生渦旋噪音。

(3)在進、排氣管或氣閥中，降低其通道內氣流速度，可以降低紊流噪聲。

(4)盡量減少在氣流管道中出現轉彎和截面變化，以便減少脈動氣流的激振力。

(5)盡量減少各種管道中的閥門，以減少自激振動，避免高速紊流通過扼流區產生空穴噪聲。

(6)加大或增設進、排氣緩沖器，可以減少壓力脈動，從而可降低噪聲。緩沖器容積愈大、聲頻率愈高，降低噪聲愈多。緩沖器應放在近氣缸的管道中氣柱的壓力腹點處，避免形成共振而失效或減效。

(7)調整容器尺寸、管道長度，從而改變氣柱固有頻率，使該頻率避開激振力的頻率，也要避開壓縮機本身的固有頻率。

(8)在壓縮機進、排氣管道中裝設消音器，將聲波反射回聲源或吸收掉一部分，從而使向外輻射的噪聲大大減小。

(9)加裝隔聲體、隔聲罩、隔聲間或采用全封閉式壓縮機，以阻擋、衰減噪聲向外傳遞或輻射。

(10)在聲壓力駐波的節點處的管端，增設孔板，通常孔板置于足夠大的容器的進口或出口側，使管道的原駐波改變為單向行波，以降低孔板所在管道中的聲壓幅值。

氣流脈動噪聲是往復活塞式壓縮機噪聲源的一個重要方面，有效解決壓縮機的氣流脈動噪聲就可以解決由此引起的一系列問題，諸如高頻噪聲，共鳴噪聲，管道共振噪聲，系統氣流噴發噪聲等。氣流脈動噪聲與壓縮機的高頻噪聲緊密聯系在一起，兩者不能孤立地對待，解決氣流脈動噪聲可以很好地緩解高頻噪聲的影響。

5 結語

由于目前往復活塞式壓縮機的結構及噪聲源復雜多樣，而且壓縮機的噪聲源影響因素很多，如吸排氣壓力的大小、介質的流速、介質的溫度、氣閥的結構形式、管道的走向等等，而這些參數與壓縮機之間并不存在簡單的函數關系，因此，降低壓縮機噪聲要綜合考慮各種因素是互相影響，不能顧此失彼。

[1]郁永章,姜培正,孫嗣瑩等.壓縮機工程手冊.中國石化出版社,2011.10.

[2]中國石化集團洛陽石油化工工程公司SH/T3143-2004石油化工往復壓縮機工程技術規定.

[3]美國石油學會API 618標準.石油、化學和氣體工業設施用往復壓縮機.2007.12.