一、引言
隨(sui)著螺桿壓(ya)(ya)縮(suo)機(ji)(ji)的(de)不斷更新(xin)換代，性能得到(dao)了(le)持(chi)續(xu)提升(sheng)(sheng)，壓(ya)(ya)縮(suo)機(ji)(ji)的(de)振動噪聲(sheng)改善已逐(zhu)漸成(cheng)為螺桿壓(ya)(ya)縮(suo)機(ji)(ji)技術發展需要(yao)面臨(lin)的(de)新(xin)挑戰，同時也成(cheng)為了(le)各生產廠家提升(sheng)(sheng)其(qi)(qi)自身產品競爭力(li)的(de)一個重(zhong)要(yao)“賣點”，尤其(qi)(qi)是對(dui)于螺桿壓(ya)(ya)縮(suo)機(ji)(ji)及其(qi)(qi)系統的(de)振動噪聲(sheng)有著極其(qi)(qi)嚴苛要(yao)求的(de)一些特殊應用場(chang)合。
此(ci)外，螺(luo)桿(gan)壓縮機(ji)(ji)的振(zhen)(zhen)動(dong)噪聲(sheng)問題，不僅會造成(cheng)噪聲(sheng)污(wu)染，而且還會影響機(ji)(ji)器(qi)性能和可靠性。因此(ci)螺(luo)桿(gan)壓縮機(ji)(ji)減振(zhen)(zhen)降噪技術(shu)(shu)逐漸成(cheng)為(wei)壓縮機(ji)(ji)的核心技術(shu)(shu)，振(zhen)(zhen)動(dong)小噪聲(sheng)低是螺(luo)桿(gan)壓縮機(ji)(ji)未來(lai)發展的一個重大趨勢。
二、振動(dong)噪聲產生機理
圖1所示為雙螺(luo)桿(gan)壓縮機的(de)典型結(jie)構，它主要由機體以及包含在(zai)機體內(nei)的(de)一(yi)對平行(xing)配置的(de)螺(luo)旋(xuan)轉子(zi)和吸排氣孔(kong)口(kou)組成(cheng)。壓縮機與電(dian)動(dong)機封裝在(zai)同一(yi)殼體內(nei)，電(dian)動(dong)機與陽轉子(zi)同軸。在(zai)電(dian)動(dong)機的(de)驅動(dong)下，陰、陽轉子(zi)像(xiang)齒輪一(yi)樣嚙合旋(xuan)轉，由轉子(zi)齒頂與機體內(nei)壁面圍成(cheng)的(de)工作容積周期(qi)性擴大和縮小(xiao)，實現(xian)吸氣、壓縮和排氣過程。
根據螺(luo)桿(gan)壓縮機(ji)的(de)工(gong)作原理，可以(yi)將螺(luo)桿(gan)壓縮機(ji)的(de)振(zhen)動噪(zao)聲產生機(ji)理分為(wei)機(ji)械(xie)接觸(chu)產生的(de)機(ji)械(xie)性(xing)振(zhen)動噪(zao)聲和氣(qi)流(liu)脈(mo)動誘發的(de)流(liu)體性(xing)振(zhen)動噪(zao)聲。
2.1 機械性振動噪聲
機(ji)(ji)械性噪(zao)聲(sheng)(sheng)是固(gu)體(ti)振(zhen)動(dong)(dong)所產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)，機(ji)(ji)械部(bu)件(jian)運行時(shi)在沖擊、摩(mo)擦(ca)、交變應力(li)或磁性應力(li)的(de)作用下，各(ge)部(bu)件(jian)互相碰撞、摩(mo)擦(ca)、振(zhen)動(dong)(dong)，從而發(fa)聲(sheng)(sheng)。螺(luo)桿壓縮(suo)機(ji)(ji)中(zhong)機(ji)(ji)械性振(zhen)動(dong)(dong)噪(zao)聲(sheng)(sheng)源(yuan)(yuan)來源(yuan)(yuan)于(yu)轉動(dong)(dong)部(bu)件(jian)，主要(yao)為嚙(nie)合(he)的(de)轉子(zi)和支撐的(de)軸承，尤其是陰(yin)陽轉子(zi)嚙(nie)合(he)過程(cheng)中(zhong)產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)振(zhen)動(dong)(dong)噪(zao)聲(sheng)(sheng)是螺(luo)桿壓縮(suo)機(ji)(ji)機(ji)(ji)械性振(zhen)動(dong)(dong)噪(zao)聲(sheng)(sheng)的(de)主要(yao)根源(yuan)(yuan)。
① 嚙合(he)轉子振(zhen)動噪聲
陰(yin)、陽轉(zhuan)子是(shi)(shi)螺(luo)桿壓縮(suo)機(ji)的(de)核心部(bu)件，在工(gong)(gong)作(zuo)過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)既受到徑向和軸向的(de)氣(qi)體作(zuo)用力，又受到傳動(dong)機(ji)構的(de)作(zuo)用力以(yi)及軸承的(de)支撐力。這些力在螺(luo)桿壓縮(suo)機(ji)工(gong)(gong)作(zuo)過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)周期性的(de)變化，是(shi)(shi)壓縮(suo)機(ji)機(ji)械(xie)性振(zhen)動(dong)噪(zao)聲的(de)激(ji)勵源(yuan)。在螺(luo)桿壓縮(suo)機(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，陽轉(zhuan)子通過齒面(mian)接(jie)觸直接(jie)驅動(dong)陰(yin)轉(zhuan)子同步旋(xuan)轉(zhuan)，嚙合過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)不可(ke)避免(mian)的(de)產(chan)生機(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)，輻射機(ji)械(xie)噪(zao)聲，是(shi)(shi)主要的(de)機(ji)械(xie)性振(zhen)動(dong)噪(zao)聲激(ji)勵源(yuan)。在實際運(yun)行過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，由于轉(zhuan)子是(shi)(shi)金屬(shu)部(bu)件，本身存在撓性，由于加工(gong)(gong)或(huo)者裝配誤差導致的(de)不對(dui)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)、不平衡(heng)，往往會引起轉(zhuan)動(dong)過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)徑向振(zhen)動(dong)，產(chan)生異響(xiang)，也都可(ke)能成為陰(yin)陽轉(zhuan)子運(yun)動(dong)過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)振(zhen)動(dong)噪(zao)聲的(de)激(ji)勵源(yuan)。
② 支撐軸(zhou)承振動噪聲
螺(luo)桿(gan)壓縮機(ji)所用(yong)的軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)主(zhu)要(yao)(yao)分為(wei)滑(hua)(hua)動(dong)(dong)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)和滾(gun)動(dong)(dong)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)。滑(hua)(hua)動(dong)(dong)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)的振動(dong)(dong)主(zhu)要(yao)(yao)是由(you)于(yu)潤滑(hua)(hua)不充分或(huo)出(chu)現異(yi)常的摩擦使得油(you)膜破裂(lie)而引起金屬(shu)間“粘(zhan)滑(hua)(hua)”激振導致的；滾(gun)動(dong)(dong)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)的振動(dong)(dong)主(zhu)要(yao)(yao)是因(yin)為(wei)離(li)散的滾(gun)動(dong)(dong)體對滾(gun)道的周期性沖擊導致[4]。相比而言，滾(gun)動(dong)(dong)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)的振動(dong)(dong)噪(zao)聲大于(yu)滑(hua)(hua)動(dong)(dong)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)，但滾(gun)動(dong)(dong)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)能夠提(ti)供精確的運轉精度和承(cheng)(cheng)受較高(gao)的轉速，因(yin)此在(zai)螺(luo)桿(gan)壓縮機(ji)中主(zhu)要(yao)(yao)采用(yong)滾(gun)動(dong)(dong)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)來承(cheng)(cheng)受軸(zhou)(zhou)向(xiang)和徑(jing)向(xiang)力，而滑(hua)(hua)動(dong)(dong)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)一般只應用(yong)于(yu)一些大型的螺(luo)桿(gan)壓縮機(ji)中。
在機(ji)械零部件加工精度和裝配誤差得(de)到有效(xiao)(xiao)控(kong)制(zhi)的前(qian)提下，螺桿(gan)壓縮(suo)機(ji)的機(ji)械性(xing)振動噪(zao)聲得(de)到有效(xiao)(xiao)控(kong)制(zhi)，相反流體(ti)性(xing)振動噪(zao)聲逐漸(jian)暴露出來，成(cheng)為主(zhu)要的振動噪(zao)聲源。
2.2 流體性振動噪聲
流(liu)(liu)體動(dong)(dong)力性噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)是(shi)指流(liu)(liu)體的流(liu)(liu)動(dong)(dong)或(huo)固體在流(liu)(liu)體中運動(dong)(dong)，引起流(liu)(liu)體振(zhen)動(dong)(dong)而產生的噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)。隨著(zhu)機(ji)械性振(zhen)動(dong)(dong)噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)的深(shen)入(ru)研究和(he)機(ji)械加(jia)工裝配精度的提升，機(ji)械性振(zhen)動(dong)(dong)噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)得到(dao)有效控制，而氣(qi)流(liu)(liu)脈動(dong)(dong)誘發(fa)的流(liu)(liu)體性噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)已(yi)經成為螺桿(gan)壓(ya)縮機(ji)的主要噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)源，按(an)照(zhao)其產生的位置(zhi)和(he)特點可(ke)以分(fen)為齒間(jian)容積(ji)噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)、排氣(qi)噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)和(he)吸氣(qi)噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)。
① 齒間容積噪聲
當螺(luo)桿(gan)壓(ya)(ya)(ya)縮機處于吸氣結束后、排氣開(kai)始前的(de)狀態時，齒(chi)間(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)(ji)并未與(yu)吸、排氣孔口連(lian)通，在(zai)(zai)此過程內齒(chi)間(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)(ji)與(yu)外界(jie)的(de)連(lian)通通道(dao)僅(jin)有泄漏(lou)三(san)角(jiao)(jiao)形(xing)、齒(chi)頂間(jian)(jian)隙(xi)、嚙(nie)合間(jian)(jian)隙(xi)和端面(mian)間(jian)(jian)隙(xi)。齒(chi)間(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)(ji)內的(de)氣體(ti)(ti)介質(zhi)隨著齒(chi)間(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)(ji)的(de)減小而不斷被壓(ya)(ya)(ya)縮，同時少部分介質(zhi)會通過上述泄漏(lou)通道(dao)進入(ru)到相鄰(lin)齒(chi)間(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)(ji)或吸氣側齒(chi)間(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)(ji)，在(zai)(zai)此過程內不僅(jin)會產生流(liu)(liu)體(ti)(ti)流(liu)(liu)動噪(zao)聲，而且(qie)在(zai)(zai)壓(ya)(ya)(ya)差作(zuo)用下(xia)氣體(ti)(ti)介質(zhi)通過各間(jian)(jian)隙(xi)內的(de)流(liu)(liu)動也會產生一定的(de)噪(zao)聲。當齒(chi)間(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)(ji)與(yu)噴(pen)油、噴(pen)液(ye)或補氣孔口連(lian)通時，額外的(de)氣液(ye)流(liu)(liu)動甚至會導(dao)致(zhi)更為劇烈的(de)流(liu)(liu)動噪(zao)聲。泄漏(lou)三(san)角(jiao)(jiao)形(xing)的(de)面(mian)積(ji)(ji)(ji)較其他泄漏(lou)通道(dao)的(de)面(mian)積(ji)(ji)(ji)而言相對較大，同時泄漏(lou)三(san)角(jiao)(jiao)形(xing)前后連(lian)接著兩(liang)個壓(ya)(ya)(ya)力不等的(de)齒(chi)間(jian)(jian)容(rong)積(ji)(ji)(ji)，這(zhe)兩(liang)個相對獨立(li)的(de)聲學元件還會受到外界(jie)的(de)激(ji)勵而產生共鳴，導(dao)致(zhi)更大的(de)流(liu)(liu)體(ti)(ti)動力性噪(zao)聲。
② 排氣噪聲
在(zai)(zai)轉子嚙(nie)合腔(qiang)(qiang)(qiang)與排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)口(kou)連通的(de)初(chu)期(qi)，在(zai)(zai)壓(ya)差的(de)作用(yong)下排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)腔(qiang)(qiang)(qiang)中的(de)高壓(ya)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)會很快(kuai)地倒流入嚙(nie)合腔(qiang)(qiang)(qiang)導致腔(qiang)(qiang)(qiang)內壓(ya)力快(kuai)速升高。在(zai)(zai)慣性力的(de)作用(yong)下會形成(cheng)過沖，使得(de)嚙(nie)合腔(qiang)(qiang)(qiang)中的(de)壓(ya)力要大于(yu)排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)壓(ya)力，而排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)腔(qiang)(qiang)(qiang)中的(de)壓(ya)力則(ze)處于(yu)低谷。隨著排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)口(kou)的(de)開(kai)度迅速增(zeng)加(jia)和排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)容(rong)積(ji)的(de)減小，氣(qi)(qi)(qi)體(ti)開(kai)始向(xiang)排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)腔(qiang)(qiang)(qiang)流動。此時，流入排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)腔(qiang)(qiang)(qiang)中的(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)速度和排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)腔(qiang)(qiang)(qiang)中氣(qi)(qi)(qi)體(ti)壓(ya)力的(de)變化(hua)較平穩，主要受排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)容(rong)積(ji)變化(hua)率和孔(kong)口(kou)流通面積(ji)的(de)影響(xiang)。
排氣(qi)過程中，轉(zhuan)子嚙合腔(qiang)相繼進行排氣(qi)，導(dao)致(zhi)容積周期性的(de)(de)變化，而(er)每個周期內速度(du)和壓力也(ye)在各種作用力下(xia)產(chan)生周期性的(de)(de)變化，形成排氣(qi)氣(qi)流(liu)脈(mo)動(dong)，誘發氣(qi)動(dong)噪聲。
③ 吸氣噪聲
吸氣噪(zao)聲(sheng)和(he)排(pai)氣噪(zao)聲(sheng)具有一定的(de)相似性(xing)，工(gong)作(zuo)容(rong)積(ji)與吸、排(pai)氣孔(kong)口(kou)連(lian)通(tong)過(guo)程(cheng)中，工(gong)作(zuo)容(rong)積(ji)周期(qi)(qi)性(xing)的(de)增加(jia)或減(jian)小(xiao)，同時伴(ban)隨著工(gong)作(zuo)容(rong)積(ji)與吸、排(pai)氣孔(kong)口(kou)間(jian)連(lian)通(tong)面積(ji)的(de)周期(qi)(qi)性(xing)變化，使得(de)流(liu)體(ti)流(liu)動特性(xing)變化劇烈，產生較大的(de)氣流(liu)脈動，誘發(fa)氣動噪(zao)聲(sheng)。
Sangfors等對辨識螺桿壓縮機(ji)主要(yao)的(de)(de)振(zhen)動噪(zao)聲(sheng)源開展了(le)大(da)量(liang)的(de)(de)研究工作，均指(zhi)出(chu)處于(yu)氣(qi)(qi)流脈動基(ji)頻及其(qi)整數倍(bei)頻率的(de)(de)振(zhen)動噪(zao)聲(sheng)值較大(da)，由于(yu)工作容積(ji)與(yu)吸、排氣(qi)(qi)孔口(kou)周期性連(lian)通所引起的(de)(de)氣(qi)(qi)流脈動是螺桿壓縮機(ji)振(zhen)動噪(zao)聲(sheng)的(de)(de)主要(yao)誘(you)因。此外(wai)，由于(yu)處于(yu)排氣(qi)(qi)腔(qiang)內的(de)(de)氣(qi)(qi)體密度遠(yuan)大(da)于(yu)吸氣(qi)(qi)腔(qiang)內的(de)(de)氣(qi)(qi)體密度，導致排氣(qi)(qi)氣(qi)(qi)流脈動所誘(you)發的(de)(de)氣(qi)(qi)動噪(zao)聲(sheng)更(geng)為(wei)顯著(zhu)。
三、振動控制技術
螺桿(gan)壓(ya)縮(suo)機運行中陰陽(yang)轉(zhuan)子(zi)相互嚙合，產生機械振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)，通(tong)過(guo)軸(zhou)承將振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)傳(chuan)遞到(dao)機殼和(he)機腳。因(yin)此，提高轉(zhuan)子(zi)加工精(jing)度(du)，減(jian)小(xiao)軸(zhou)系裝配誤差(cha)，優(you)化支撐軸(zhou)承游隙等措(cuo)施可以從(cong)(cong)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)激勵源頭上(shang)抑制螺桿(gan)壓(ya)縮(suo)機振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)的產生，設計安裝減(jian)振(zhen)(zhen)(zhen)墊(dian)等措(cuo)施從(cong)(cong)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)傳(chuan)遞路(lu)徑(jing)上(shang)進一(yi)步隔離振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)的傳(chuan)遞，從(cong)(cong)而達到(dao)減(jian)小(xiao)螺桿(gan)壓(ya)縮(suo)機振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)的目的。
3.1 振動(dong)激勵源頭(tou)減振
① 提高加(jia)工精度，減小裝配誤差(cha)
提高轉子(zi)加(jia)工精(jing)度(du)降(jiang)(jiang)低轉子(zi)表(biao)面(mian)粗糙度(du)和改善裝配工藝減(jian)小(xiao)軸系裝配誤(wu)差等(deng)措(cuo)施減(jian)小(xiao)轉子(zi)嚙(nie)合過程(cheng)中(zhong)(zhong)產生的(de)機(ji)(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)，從(cong)源頭上控制壓縮(suo)機(ji)(ji)的(de)振(zhen)動(dong)激(ji)勵源，可(ke)以有效降(jiang)(jiang)低壓縮(suo)機(ji)(ji)運行過程(cheng)中(zhong)(zhong)產生的(de)機(ji)(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)。靳春梅等(deng)通過實驗研究指出(chu)，提高轉子(zi)的(de)加(jia)工精(jing)度(du)，由銑(xian)削(xue)改為磨削(xue)，降(jiang)(jiang)低了表(biao)面(mian)粗糙度(du)，使壓縮(suo)機(ji)(ji)運行過程(cheng)中(zhong)(zhong)振(zhen)動(dong)得到(dao)有效控制，中(zhong)(zhong)、高頻(pin)噪聲也(ye)得到(dao)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)的(de)降(jiang)(jiang)低。
② 減(jian)小支撐軸承游隙
減小支(zhi)撐軸承(cheng)游(you)隙，可(ke)以提高(gao)轉子(zi)(zi)旋轉精(jing)度，縮小轉子(zi)(zi)嚙合過程中偏(pian)心量(liang)(liang)，降低高(gao)速運轉過程中轉子(zi)(zi)不平衡質量(liang)(liang)誘發的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)噪聲。殷玉楓等[7]通過理論與實驗研究(jiu)得出滾(gun)動(dong)軸承(cheng)的(de)徑向游(you)隙對(dui)軸承(cheng)振(zhen)(zhen)動(dong)噪聲的(de)影響最為顯(xian)著(zhu)。隨著(zhu)徑向游(you)隙的(de)加大，振(zhen)(zhen)動(dong)噪聲隨之增強，并呈現很好的(de)線性關系。
3.2 振動傳遞路徑隔(ge)振
① 提高結構件剛度
提(ti)高機(ji)殼(ke)(ke)剛(gang)(gang)度(du)(du)，降(jiang)低機(ji)殼(ke)(ke)振動(dong)響應(ying)。螺(luo)桿壓(ya)縮機(ji)機(ji)殼(ke)(ke)徑(jing)向和圓周方(fang)向上增加加強(qiang)筋，可以提(ti)高機(ji)殼(ke)(ke)的剛(gang)(gang)度(du)(du)，降(jiang)低機(ji)殼(ke)(ke)振動(dong)響應(ying)，阻礙壓(ya)縮機(ji)轉子和軸承的振動(dong)激勵傳遞到機(ji)殼(ke)(ke)上。
② 設計安裝減振墊
設計(ji)安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)減(jian)振(zhen)墊，隔離(li)螺桿(gan)壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)的(de)振(zhen)動傳遞。根據螺桿(gan)壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)的(de)轉子型線、電機(ji)運(yun)行轉速、自身(shen)重量和實際(ji)減(jian)振(zhen)需求，設計(ji)減(jian)振(zhen)器(qi)，安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)到螺桿(gan)壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)機(ji)腳上(shang)，可以(yi)阻礙機(ji)腳振(zhen)動傳遞到安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)基礎(chu)面(mian)上(shang)，有效(xiao)降(jiang)低(di)壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)安(an)(an)裝(zhuang)(zhuang)基礎(chu)上(shang)的(de)振(zhen)動。
四、噪聲控制技術
螺桿(gan)壓縮(suo)機(ji)運行過(guo)程中(zhong)周(zhou)期性(xing)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)氣(qi)、壓縮(suo)和排氣(qi)過(guo)程不(bu)可(ke)(ke)避免的(de)(de)(de)(de)會產生氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)，進(jin)而(er)(er)誘(you)發(fa)氣(qi)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)噪(zao)聲(sheng)(sheng)。隨(sui)著(zhu)機(ji)械(xie)性(xing)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)噪(zao)聲(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)深入研究和機(ji)械(xie)加工裝(zhuang)配精度的(de)(de)(de)(de)提升(sheng)，機(ji)械(xie)性(xing)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)噪(zao)聲(sheng)(sheng)得到有(you)效控制，而(er)(er)氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)誘(you)發(fa)的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)體(ti)性(xing)噪(zao)聲(sheng)(sheng)已經(jing)成為螺桿(gan)壓縮(suo)機(ji)的(de)(de)(de)(de)主要噪(zao)聲(sheng)(sheng)源。因(yin)此，應用排氣(qi)端面(mian)衰(shuai)減裝(zhuang)置(zhi)、赫姆(mu)霍茲(zi)氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)衰(shuai)減腔和穿孔板(ban)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)衰(shuai)減器等措施(shi)可(ke)(ke)以(yi)從氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)源頭上衰(shuai)減氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)幅值，降低氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)誘(you)發(fa)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)噪(zao)聲(sheng)(sheng)，設計具(ju)有(you)雙(shuang)層壁(bi)結構的(de)(de)(de)(de)機(ji)殼和安裝(zhuang)隔聲(sheng)(sheng)罩等措施(shi)在傳遞(di)路徑上阻礙噪(zao)聲(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)傳遞(di)，可(ke)(ke)有(you)效降低壓縮(suo)機(ji)的(de)(de)(de)(de)整體(ti)噪(zao)聲(sheng)(sheng)。
4.1氣流(liu)脈動誘發(fa)的氣動噪聲源頭控制
① 排氣端面氣流脈動衰(shuai)減裝置
基于(yu)聲波(bo)(bo)干涉原理，設計旁支流(liu)(liu)道(dao)產生(sheng)與管道(dao)內氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)幅值相等，相位相反(fan)的(de)(de)旁支氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)，兩者相互疊加抵消，從(cong)而達(da)到衰減(jian)(jian)氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)的(de)(de)目的(de)(de)，其(qi)結構示意圖如圖2所(suo)示。當(dang)旁支流(liu)(liu)道(dao)長度為流(liu)(liu)體(ti)介質半波(bo)(bo)長的(de)(de)整數(shu)倍(bei)時，排氣(qi)管內氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)幅值最小，其(qi)衰減(jian)(jian)效果如圖3所(suo)示。
 
基于(yu)半波長管(guan)原理(li)，周(zhou)明龍等針對螺(luo)桿壓(ya)縮機(ji)氣(qi)流脈(mo)(mo)動(dong)(dong)的(de)周(zhou)期特(te)性，結(jie)合壓(ya)縮機(ji)結(jie)構(gou)的(de)內(nei)部空間，在(zai)排氣(qi)端(duan)面上設計氣(qi)流脈(mo)(mo)動(dong)(dong)衰(shuai)減(jian)裝置，從排氣(qi)源(yuan)頭(tou)上衰(shuai)減(jian)氣(qi)流脈(mo)(mo)動(dong)(dong)幅值，降低氣(qi)流脈(mo)(mo)動(dong)(dong)誘發(fa)的(de)氣(qi)動(dong)(dong)噪聲。圖4是應用在(zai)螺(luo)桿壓(ya)縮機(ji)排氣(qi)端(duan)面的(de)一種具(ju)體結(jie)構(gou)。
 
②赫姆(mu)霍茲氣流(liu)脈動衰減腔(qiang)
赫姆霍茲共振器是聲學中一(yi)(yi)個(ge)比較(jiao)常見(jian)的降噪裝置，其主要由短(duan)管和腔(qiang)體(ti)組成，如圖5所示，在(zai)一(yi)(yi)定條件下可用其來消(xiao)減螺桿壓(ya)縮機排氣腔(qiang)內(nei)的氣流脈動幅(fu)值。
根據赫(he)姆霍茲共振器(qi)的結構(gou)尺寸(cun)可以(yi)計算(suan)出赫(he)姆霍茲共振器(qi)的固有頻(pin)率 fr：
式中 c—流體介(jie)質聲速；
S—短管截面積；
L—短管(guan)有效(xiao)長度；
V—腔體體積(ji)。
當入射聲(sheng)波pi的頻率接(jie)近赫姆霍茲(zi)共振器的固有頻率時(shi)，在赫姆霍茲(zi)共振器的短管中產生強烈振動，通(tong)過克服(fu)摩擦阻(zu)力而(er)消耗聲(sheng)能，從而(er)降低下游聲(sheng)波的幅(fu)值。
基于(yu)赫姆霍茲(zi)共振器原(yuan)理，武曉(xiao)昆等在(zai)螺桿(gan)壓縮機的排(pai)氣軸承座上(shang)設計(ji)赫姆霍茲(zi)氣流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)衰減腔，排(pai)氣氣流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)幅(fu)值衰減30%以上(shang)，氣流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)基頻下(xia)的機腳振動(dong)(dong)加(jia)速度可(ke)降低(di)36.2%-40.9%。
③ 穿孔板脈動衰減器
穿(chuan)孔(kong)板脈(mo)動(dong)衰(shuai)減(jian)(jian)器(qi)結(jie)構如(ru)圖6所示，其脈(mo)動(dong)衰(shuai)減(jian)(jian)機(ji)理(li)是穿(chuan)孔(kong)板上每個(ge)穿(chuan)孔(kong)與(yu)其對(dui)應的(de)腔(qiang)體組成(cheng)的(de)系統類似赫姆霍茲(zi)氣流(liu)脈(mo)動(dong)衰(shuai)減(jian)(jian)腔(qiang)，穿(chuan)孔(kong)板脈(mo)動(dong)衰(shuai)減(jian)(jian)器(qi)可(ke)以看成(cheng)許多赫姆霍茲(zi)氣流(liu)脈(mo)動(dong)衰(shuai)減(jian)(jian)腔(qiang)的(de)并聯。
按照馬大(da)猷院士(shi)經典理論(lun)，穿(chuan)孔(kong)板脈動衰(shuai)減(jian)器(qi)的(de)衰(shuai)減(jian)頻率fMPA可以表示為(wei)
式中 c—流體介質聲速；
t—穿孔板厚度；
d—穿孔孔徑；
D—穿(chuan)孔板(ban)腔體深度(du)；
P—穿(chuan)孔(kong)率（穿(chuan)孔(kong)面(mian)積/全面(mian)積100%）。
基(ji)于穿(chuan)孔(kong)板(ban)設計原理，劉華等[15]針對變頻(pin)(pin)螺桿壓縮機(ji)排(pai)(pai)(pai)氣(qi)氣(qi)流(liu)(liu)(liu)脈動誘發的(de)(de)氣(qi)動噪(zao)聲(sheng)(sheng)設計寬(kuan)頻(pin)(pin)帶穿(chuan)孔(kong)板(ban)氣(qi)流(liu)(liu)(liu)脈動衰減(jian)器(qi)。應用(yong)氣(qi)流(liu)(liu)(liu)脈動衰減(jian)器(qi)后，在運(yun)行轉(zhuan)(zhuan)速3000～4500rpm區(qu)間，氣(qi)流(liu)(liu)(liu)脈動基(ji)頻(pin)(pin)排(pai)(pai)(pai)氣(qi)噪(zao)聲(sheng)(sheng)值(zhi)下降3.0dBA以上(shang)；在排(pai)(pai)(pai)氣(qi)噪(zao)聲(sheng)(sheng)較大的(de)(de)高轉(zhuan)(zhuan)速運(yun)行區(qu)間4500～5100rpm，排(pai)(pai)(pai)氣(qi)噪(zao)聲(sheng)(sheng)值(zhi)下降5.0dBA到7.5dBA，實現了變頻(pin)(pin)螺桿壓縮機(ji)全頻(pin)(pin)率段(duan)的(de)(de)降噪(zao)。
4.2 噪(zao)聲(sheng)傳(chuan)遞路徑隔聲(sheng)
① 機殼雙層壁設計
螺(luo)桿壓縮(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)機(ji)(ji)(ji)殼(ke)采用雙層(ceng)(ceng)壁結(jie)(jie)構，可(ke)(ke)以(yi)阻礙振動噪(zao)(zao)聲的(de)(de)傳遞，降(jiang)低(di)壓縮(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)整體(ti)噪(zao)(zao)聲。格力(li)，大冷(leng)(leng)等企業(ye)將(jiang)機(ji)(ji)(ji)體(ti)外(wai)殼(ke)采用雙層(ceng)(ceng)壁結(jie)(jie)構，減(jian)弱噪(zao)(zao)聲向外(wai)輻射的(de)(de)能力(li)，起(qi)到隔(ge)離(li)噪(zao)(zao)聲的(de)(de)作用。此外(wai)，壓縮(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)采用液(ye)體(ti)冷(leng)(leng)卻(que)方式(shi)（如油冷(leng)(leng)、水冷(leng)(leng)等），不僅可(ke)(ke)阻礙噪(zao)(zao)聲的(de)(de)傳遞，而且采用液(ye)冷(leng)(leng)方式(shi)后可(ke)(ke)取消風冷(leng)(leng)方式(shi)的(de)(de)風扇，也有助(zhu)于降(jiang)低(di)螺(luo)桿壓縮(suo)(suo)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)整體(ti)噪(zao)(zao)聲。
② 隔聲罩設計
根據螺桿壓(ya)縮(suo)機的(de)(de)噪聲頻譜特性，設計隔聲罩(zhao)結構，優(you)化(hua)(hua)隔聲罩(zhao)的(de)(de)吸聲材料，可以有效降低壓(ya)縮(suo)機的(de)(de)遠場噪聲。程(cheng)雙(shuang)靈等[16]通過(guo)對隔聲罩(zhao)結構和吸聲材料的(de)(de)優(you)化(hua)(hua)，螺桿壓(ya)縮(suo)機噪聲下降了近10dBA。
4.3 氣流脈動衰減
目前氣(qi)(qi)(qi)流(liu)(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)與抑制主要(yao)針(zhen)對特定運(yun)行工(gong)況(kuang)(kuang)(kuang)，當(dang)壓縮(suo)機(ji)運(yun)行工(gong)況(kuang)(kuang)(kuang)變化(hua)較大時，尤其是變頻(pin)(pin)螺(luo)桿(gan)壓縮(suo)機(ji)變轉速工(gong)況(kuang)(kuang)(kuang)，氣(qi)(qi)(qi)流(liu)(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)的(de)衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)效(xiao)果減(jian)弱(ruo)甚(shen)(shen)至(zhi)消失。為(wei)了(le)滿足不(bu)同運(yun)行工(gong)況(kuang)(kuang)(kuang)下氣(qi)(qi)(qi)流(liu)(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)效(xiao)果，拓(tuo)寬(kuan)氣(qi)(qi)(qi)流(liu)(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)頻(pin)(pin)率范(fan)圍，往往只(zhi)能被動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)采用多個衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)并聯或者串(chuan)聯，不(bu)僅會犧牲(sheng)衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)效(xiao)果，還會帶(dai)來衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)體積過大無(wu)法(fa)安裝(zhuang)(zhuang)甚(shen)(shen)至(zhi)被動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)增加壓縮(suo)機(ji)體積。因此，根據壓縮(suo)機(ji)的(de)運(yun)行工(gong)況(kuang)(kuang)(kuang)和(he)氣(qi)(qi)(qi)流(liu)(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)特性(xing)(xing)，自動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)調節氣(qi)(qi)(qi)流(liu)(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)的(de)衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)頻(pin)(pin)率，有效(xiao)降(jiang)低壓螺(luo)桿(gan)縮(suo)機(ji)氣(qi)(qi)(qi)流(liu)(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)迫(po)在眉睫。周明龍等[17]等根據壓縮(suo)機(ji)運(yun)行特性(xing)(xing)設(she)計的(de)一種可調頻(pin)(pin)自適(shi)應氣(qi)(qi)(qi)流(liu)(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)器將(jiang)成為(wei)一種新的(de)趨勢(shi)。
4.4 主動減振
在螺桿(gan)壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)運行過(guo)程(cheng)中，根據(ju)所檢(jian)測到的(de)(de)(de)壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)振(zhen)動(dong)信(xin)號，振(zhen)動(dong)數據(ju)經過(guo)實時處理，通過(guo)一定的(de)(de)(de)控(kong)制策略，驅動(dong)作動(dong)器對壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)施(shi)加外部激勵(li)（如力，力矩等），最終達到抑制螺桿(gan)壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)振(zhen)動(dong)，降低機(ji)(ji)械振(zhen)動(dong)輻射噪聲的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。目前國內主(zhu)(zhu)動(dong)減振(zhen)技術(shu)還處于(yu)機(ji)(ji)理的(de)(de)(de)研究(jiu)階段，離(li)實際應用(yong)還有(you)較(jiao)大距離(li)。但是基于(yu)主(zhu)(zhu)動(dong)減振(zhen)降噪技術(shu)的(de)(de)(de)良好發展前景，以及(ji)螺桿(gan)壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)振(zhen)動(dong)產生機(ji)(ji)理的(de)(de)(de)深(shen)入研究(jiu)，主(zhu)(zhu)動(dong)減振(zhen)降噪技術(shu)將逐(zhu)步(bu)應用(yong)到螺桿(gan)壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)減振(zhen)降噪領域(yu)。
4.5 有源降噪
有源降噪(zao)是利(li)用聲波的相消干涉原理，通(tong)過引(yin)入電聲裝置產生(sheng)額(e)外(wai)的噪(zao)聲源與(yu)不希望(wang)的原始噪(zao)聲進行疊加，從(cong)而達到(dao)降低(di)或(huo)者抑制(zhi)噪(zao)聲的目的。
有源(yuan)降噪(zao)具有良好的(de)(de)低(di)頻(pin)降噪(zao)效果，最(zui)適用于控制低(di)頻(pin)諧(xie)波噪(zao)聲(sheng)，目前主要集中應用在耳機(ji)和汽(qi)車等(deng)領(ling)域。隨著有源(yuan)技(ji)術(shu)的(de)(de)發(fa)展，以及螺(luo)桿壓縮(suo)機(ji)噪(zao)聲(sheng)的(de)(de)深入研究(jiu)，有源(yuan)降噪(zao)將逐步應用到螺(luo)桿壓縮(suo)機(ji)降噪(zao)領(ling)域。
五、振動噪聲發展趨勢
5.1 轉子材料
① 轉(zhuan)(zhuan)子材質替換。隨著非金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)材料(liao)性能的(de)(de)(de)改善和(he)加工精度的(de)(de)(de)提高，其良(liang)好的(de)(de)(de)減振降(jiang)噪性能逐漸顯(xian)現出(chu)來(lai)。在滿足使(shi)用(yong)要求的(de)(de)(de)情(qing)況下，螺桿壓縮機(ji)的(de)(de)(de)陽轉(zhuan)(zhuan)子可(ke)采用(yong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)鋼(gang)芯上注塑非金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)材料(liao)的(de)(de)(de)結構(gou)，陰轉(zhuan)(zhuan)子采用(yong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)材料(liao)，降(jiang)低(di)陰陽轉(zhuan)(zhuan)子嚙合(he)過程中產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)機(ji)械性振動噪聲。
② 轉子(zi)(zi)表面處理。在轉子(zi)(zi)表面噴涂(tu)自潤滑封嚴(yan)涂(tu)層，一(yi)方面涂(tu)層的(de)封嚴(yan)特(te)性可(ke)減小轉子(zi)(zi)間(jian)的(de)嚙合間(jian)隙，降(jiang)(jiang)(jiang)低齒間(jian)容積的(de)泄露通(tong)道(dao)內流體(ti)流動誘發(fa)的(de)流體(ti)動力(li)性噪(zao)聲；另一(yi)方面涂(tu)層的(de)自潤滑特(te)性可(ke)降(jiang)(jiang)(jiang)低轉子(zi)(zi)嚙合的(de)摩(mo)擦系數(shu)，降(jiang)(jiang)(jiang)低轉子(zi)(zi)嚙合過程中產生的(de)機(ji)械(xie)振動噪(zao)聲。
5.2 轉子型線
① 增加轉子齒數。螺桿壓縮機隨著(zhu)轉子齒數(shu)的增(zeng)加，增(zeng)加了(le)轉子嚙合過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)中的重(zhong)合系數(shu)，使嚙合載(zai)荷(he)平均分(fen)配(pei)在較(jiao)多的齒面上(shang)，減(jian)小單位(wei)齒面壓力，降(jiang)低(di)(di)(di)轉子嚙合過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)中產(chan)生的機(ji)械振(zhen)動噪(zao)聲。此外，轉子齒數(shu)較(jiao)少時，轉子嚙合頻(pin)率(lv)低(di)(di)(di)，低(di)(di)(di)頻(pin)噪(zao)聲波長較(jiao)長，其(qi)衍射能力強(qiang)，傳播距離(li)更遠，低(di)(di)(di)頻(pin)噪(zao)聲控制較(jiao)難；而轉子齒數(shu)增(zeng)多，轉子嚙合頻(pin)率(lv)向高頻(pin)偏(pian)移，在傳播過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)中容易(yi)(yi)被吸收(shou)衰減(jian)，高頻(pin)噪(zao)聲容易(yi)(yi)控制，使壓縮機(ji)遠場噪(zao)聲值更低(di)(di)(di)。
② 優化齒型(xing)設(she)計。在理(li)論研究和實驗研究的基礎上優化轉子的齒型(xing)設(she)計，如增大扭轉角增加重合(he)系數，增加嚙(nie)(nie)合(he)線長度減小單位嚙(nie)(nie)合(he)線上的載荷等措(cuo)施減小轉子轉動過(guo)程中(zhong)的齒面接觸力，降低轉子嚙(nie)(nie)合(he)過(guo)程中(zhong)產生(sheng)的機械振(zhen)動噪聲，使運(yun)行過(guo)程中(zhong)轉子的振(zhen)動平(ping)穩，噪聲穩定。
六、結論
對于螺桿壓縮機的(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)噪(zao)聲(sheng)問(wen)題，本(ben)文全面地介紹了螺(luo)桿壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)噪(zao)聲(sheng)產生的(de)(de)機(ji)理(li)及相應(ying)的(de)(de)控制措施。西安(an)交通(tong)大學一(yi)(yi)直致(zhi)力(li)于(yu)(yu)螺(luo)桿壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)的(de)(de)研(yan)究(jiu)，在螺(luo)桿壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)熱力(li)學和動(dong)(dong)(dong)力(li)學計(ji)(ji)算(suan)、轉(zhuan)子型線(xian)優(you)化(hua)、噴(pen)油(you)優(you)化(hua)、排氣(qi)氣(qi)流(liu)脈動(dong)(dong)(dong)研(yan)究(jiu)的(de)(de)基礎上(shang)，目前對螺(luo)桿壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)噪(zao)聲(sheng)的(de)(de)研(yan)究(jiu)也取得了一(yi)(yi)定的(de)(de)成(cheng)(cheng)果，但是振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)噪(zao)聲(sheng)影(ying)響因素眾(zhong)多，且互相影(ying)響，互相制約，給(gei)螺(luo)桿壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)的(de)(de)減(jian)振(zhen)(zhen)降(jiang)噪(zao)增加了難度(du)，導致(zhi)理(li)論(lun)(lun)計(ji)(ji)算(suan)結果與實(shi)驗結果還存在一(yi)(yi)定差距，工程應(ying)用(yong)中(zhong)還沒有形成(cheng)(cheng)系(xi)統的(de)(de)減(jian)振(zhen)(zhen)降(jiang)噪(zao)的(de)(de)設(she)計(ji)(ji)理(li)論(lun)(lun)和方法。因此，從理(li)論(lun)(lun)研(yan)究(jiu)上(shang)降(jiang)低壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)噪(zao)聲(sheng)并(bing)應(ying)用(yong)于(yu)(yu)實(shi)踐(jian)還需要進(jin)一(yi)(yi)步的(de)(de)努(nu)力(li)。 |
