工藝螺桿壓縮機(jī)噪聲控制方法的探討

成 寧

(中石化洛陽(yáng)工程有限公司，河南洛陽(yáng) 471003)

工藝螺桿壓縮機(jī)屬于無(wú)油螺桿壓縮機(jī)的一種，可以用于壓縮臟、濕、易聚合或腐蝕性工藝氣體，因此在石油、化工行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。工藝螺桿壓縮機(jī)組是工藝氣體生產(chǎn)流程中的重要組成部分，在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生100～120 dB(A)的噪聲，如果不進(jìn)行有效的預(yù)防控制，將對(duì)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。我國(guó)《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定:工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)車間和作業(yè)場(chǎng)所的工作地點(diǎn)噪聲標(biāo)準(zhǔn)為不大于85 dB(A)，現(xiàn)有的企業(yè)經(jīng)努力暫時(shí)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的，可以適當(dāng)放寬，但不得超過(guò)90 dB(A)，如果工作時(shí)間減半，允許噪聲級(jí)提高3 dB，但最高不得超過(guò)115 dB(A)。

隨著國(guó)內(nèi)環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)以及行業(yè)規(guī)范的日益深入，噪聲指標(biāo)正在從客戶原先的彈性需求逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閯傂孕枨?不僅如此，噪聲超標(biāo)問(wèn)題在很大程度上為機(jī)組優(yōu)化設(shè)計(jì)增加了難度，比如采取提高干式螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速與降低噴液螺桿壓縮機(jī)噴液量的方法可以有效地提高機(jī)組效率，但是同時(shí)也會(huì)帶來(lái)更大的噪聲?？梢钥闯?，面對(duì)螺桿壓縮機(jī)組環(huán)保節(jié)能的更高要求，解決機(jī)組的噪聲控制問(wèn)題具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文通過(guò)對(duì)噪聲源的深入分析，根據(jù)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理和傳播途徑，提出了相應(yīng)的控制方法，從消音器的設(shè)計(jì)和隔音罩的優(yōu)化兩方面進(jìn)行深入研究。

1 螺桿壓縮機(jī)噪聲源分析

1.1 氣體動(dòng)力性噪聲

壓縮機(jī)氣體動(dòng)力性包括吸、排氣噪聲和氣體流動(dòng)噪聲等，主要產(chǎn)生在螺桿壓縮機(jī)進(jìn)排氣口，進(jìn)氣壓力差產(chǎn)生進(jìn)氣孔口的吸氣噪聲，隨著排氣孔口周期性地相通、切斷，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的周期性排氣噪聲，其中排氣噪聲是主要的，氣體經(jīng)過(guò)壓縮后瞬間排放，形成渦流噴注噪聲以及排氣脈動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生噪聲，排氣脈動(dòng)還會(huì)引起管路振動(dòng)。電動(dòng)機(jī)中的氣體流動(dòng)以及管道內(nèi)的氣流壓力脈動(dòng)也產(chǎn)生噪聲?？諝鈩?dòng)力性噪聲是一種寬頻帶連續(xù)譜。

1.2 機(jī)械性噪聲

機(jī)械性噪聲是由固體振動(dòng)產(chǎn)生的，產(chǎn)生機(jī)械噪聲的主要原因是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡產(chǎn)生的振動(dòng)，該噪聲頻率是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的整數(shù)倍，此外轉(zhuǎn)子嚙合、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速波動(dòng)也會(huì)引起沖擊噪聲，機(jī)械性噪聲還包括軸承振動(dòng)的噪聲、機(jī)體外部(包括機(jī)殼、支承結(jié)構(gòu)、底座)的振動(dòng)與噪聲。要選用合適的噪聲控制手段，必須先分清楚工藝螺桿壓縮機(jī)噪聲源的特征，根據(jù)噪聲源的分布范圍，選用合適的降噪手段，做到有的放矢。

2 噪聲控制方法

噪聲控制分為噪聲源主動(dòng)控制、傳播途徑上控制以及人耳防護(hù)三種基本形式，三種方式的控制機(jī)理以及研究方法具有本質(zhì)差別。

2.1 噪聲源主動(dòng)控制

通過(guò)上一節(jié)噪聲源的分析可知螺桿壓縮機(jī)的噪聲源按產(chǎn)生機(jī)理主要可以分為流體動(dòng)力性噪聲以及機(jī)械性噪聲。在噪聲源處進(jìn)行主動(dòng)控制，雖然理論上可以從根本上減少噪聲的產(chǎn)生，但是這些方案中有的涉及壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，影響壓縮機(jī)的主要性能，給壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)、選型、計(jì)算等一系列工作增加難度;有的則涉及外協(xié)、外購(gòu)件的選型采購(gòu)，給機(jī)組的成本控制帶來(lái)負(fù)擔(dān)。因此，目前主動(dòng)降噪方式缺乏可行性，不宜選用。

2.2 傳播途徑上控制

螺桿壓縮機(jī)的傳播途徑主要有兩種，一是通過(guò)進(jìn)排氣管道向遠(yuǎn)處傳播并沿管壁向外輻射，二是通過(guò)機(jī)體表面向環(huán)境中輻射。通常排氣管靠近壓縮機(jī)的管段處噪聲最高，可達(dá)120 dB，進(jìn)氣端相對(duì)略小。因此通常為排氣管與進(jìn)氣管在靠近機(jī)體處加裝消聲器，吸收由機(jī)體內(nèi)部向管道中傳播的聲能，從而降低管道中的噪聲聲級(jí)，消聲量一般在15～25 dB 之間;如果消聲器降噪量不足或者機(jī)體表面輻射噪聲過(guò)大，則還需要加裝隔聲罩，將壓縮機(jī)或者整個(gè)機(jī)組封閉在罩內(nèi)，吸收聲能并阻隔罩內(nèi)噪聲擴(kuò)散到環(huán)境中來(lái)，隔聲量(即插入損失)一般在25～40 dB 之間。

采取為機(jī)組加裝消聲器以及隔聲罩的方式與壓縮機(jī)的工作過(guò)程沒(méi)有直接聯(lián)系，因此不會(huì)影響機(jī)組的設(shè)計(jì)選型以及機(jī)組的工作性能，同時(shí)具有較好的降噪效果。這種方式在國(guó)內(nèi)外已有較廣泛的使用，其優(yōu)勢(shì)在于不需細(xì)分噪聲的來(lái)源，只需在掌握噪聲頻譜特點(diǎn)后確定目標(biāo)頻率，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中將目標(biāo)頻率作為主要控制對(duì)象進(jìn)行定量控制即可，因此可以將降噪裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程從機(jī)組系統(tǒng)中分離出來(lái)，不會(huì)為整個(gè)機(jī)組的研究設(shè)計(jì)工作帶來(lái)額外的負(fù)擔(dān)。

2.3 人耳防護(hù)

工作人員在靠近機(jī)組進(jìn)行檢查與維修等工作時(shí)，通常佩戴耳塞或者耳罩進(jìn)行防護(hù)。

這種方式相當(dāng)于在人耳附近形成小的“隔聲間”，而不對(duì)整個(gè)工作環(huán)境的噪聲狀況產(chǎn)生任何影響。這種方法簡(jiǎn)單快捷、成本很低，但是不利于環(huán)境噪聲的控制，而且降噪效果有限，因此只適合作為輔助手段。綜上所述，在傳播途徑上進(jìn)行噪聲控制具有較好的可行性與高效性。

3 消音器的設(shè)計(jì)

對(duì)螺桿壓縮機(jī)組來(lái)說(shuō)，空氣動(dòng)力性噪聲為主要噪聲，控制壓縮機(jī)的空氣動(dòng)力性噪聲的最有效措施是在壓縮機(jī)進(jìn)出口配置合適的消音器。

3.1 消音器設(shè)計(jì)指標(biāo)

消聲器安裝在進(jìn)排氣管路上，其擴(kuò)容結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部安放的吸聲材料可以消耗聲能，從而降低管道中的噪聲級(jí)，為獲得較好的吸聲效果，需要保證吸聲材料具有足夠的厚度以及讓氣流與吸聲材料充分接觸;然而，氣體流經(jīng)消聲器時(shí)，其流通面積突變以及與內(nèi)飾結(jié)構(gòu)、吸聲材料的摩擦?xí)鹨欢ǖ淖枇p失，而阻力損失增大會(huì)帶來(lái)機(jī)組功耗的增加，因此單純加強(qiáng)降噪效果很可能導(dǎo)致功耗增加;進(jìn)排氣壓力通常不是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，消聲器需要具備一定的內(nèi)外壓差承載能力，防止泄漏事故的發(fā)生。因此，消聲器的設(shè)計(jì)有以下三個(gè)主要性能指標(biāo):消聲量指標(biāo)、壓力損失指標(biāo)、機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo)。

3.2 消音器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

常用的消音器有阻式和抗式兩種。

阻式消聲器是一種吸收型消聲器，它是利用聲波在多孔性吸聲材料中傳播時(shí)，因摩擦將聲能轉(zhuǎn)化為熱能而散發(fā)掉，從而達(dá)到消聲的目的。一般說(shuō)來(lái)，阻式消聲器具有良好的中高頻消聲性能，對(duì)低頻消聲性能較差。

抗式消聲器與阻式消聲器不同，它不使用吸聲材料，而是依靠管道截面的突變等在聲傳播過(guò)程中引起阻抗的改變而產(chǎn)生聲能的反射、干涉及共振吸聲來(lái)降低消聲器向外輻射的聲能，達(dá)到消聲目的。從能量角度看，阻式消聲器采用的是能量轉(zhuǎn)換(通過(guò)做功將聲能轉(zhuǎn)換成熱能)的方法來(lái)降低消聲器出口處的聲能，而抗式消聲器主要利用聲能轉(zhuǎn)移的方法來(lái)降低消聲器出口處的聲能。這類消聲器適用于窄帶噪聲和中低頻噪聲的控制，比較適合于在高溫、潮濕、氣流速度較大、潔凈度要求高的場(chǎng)所使用。由于工藝氣螺桿壓縮機(jī)常用于處理臟、濕、易聚合或腐蝕性工藝氣體，若采用阻式消音器，吸音材料表面會(huì)被工藝氣中黏稠物質(zhì)阻塞，短期內(nèi)就失去消音效果。因此，在大多數(shù)情況下，在噴液式工藝螺桿壓縮機(jī)中常采用一種抗式消音器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)又稱為濾波緩沖器。

由管道壁圓孔和緩沖容積組成，管道壁圓孔構(gòu)成高頻波通濾波器，緩沖容積構(gòu)成低頻波濾波器，圖中所示，帶有圓孔的管道A 管、C 管，他們起著阻擋低頻波通過(guò)的作用，但準(zhǔn)許高頻波通過(guò)。通過(guò)后的高頻波，立即遇到容積型濾波元件，它正好對(duì)過(guò)來(lái)的高頻波起強(qiáng)烈的抑制作用。這樣一來(lái)，二者聯(lián)合作用的結(jié)果，就是把這種頻率的諧波都阻擋了，而在濾波緩沖器后的后繼管道中，氣流就顯得很平穩(wěn)。管道的噪聲和機(jī)械振動(dòng)相應(yīng)也就很小了。

4 隔音罩的設(shè)計(jì)

隔聲罩將壓縮機(jī)或者整個(gè)機(jī)組封閉在罩內(nèi)，聲能一部分被罩壁內(nèi)襯的吸聲材料吸收，一部分被罩壁反射回去，只有少量部分通過(guò)密封縫隙或者罩體振動(dòng)輻射到外部環(huán)境，從而達(dá)到降低噪聲的目的;為了保證隔聲效果，在管線開(kāi)口、傳動(dòng)軸開(kāi)口、以及門(mén)、窗縫隙等處均需要加強(qiáng)密封處理，這也使得罩內(nèi)空氣不易流通，氣溫持續(xù)上升，因此需要在罩頂加裝吸、排氣散熱風(fēng)扇，當(dāng)然由此帶來(lái)的開(kāi)口可能會(huì)導(dǎo)致隔聲罩隔聲效果明顯下降，所以有必要為進(jìn)排氣通風(fēng)口加裝消聲裝置;隔聲罩有可能與機(jī)組發(fā)生共振，共振會(huì)影響隔聲效果，因此要避免罩體與機(jī)組發(fā)生剛性連接，并且通常在罩體底部進(jìn)行隔振處理。

4.1 隔聲量指標(biāo)

隔聲罩內(nèi)聲能密度很大，隔聲罩上很小的開(kāi)孔或縫隙都能傳出很大的噪聲，嚴(yán)重降低隔聲性能。為此，對(duì)罩上開(kāi)孔進(jìn)行如下處理:①罩體拼接的接縫以及門(mén)、窗接縫處，要進(jìn)行密封處理，比如墊以軟橡膠之類的材料;②因吸排氣或通風(fēng)散熱需要開(kāi)設(shè)的孔洞，需要加裝消聲器來(lái)減小;③傳動(dòng)軸穿過(guò)罩的開(kāi)孔處加一套管，管內(nèi)襯以吸聲材料。

另外，當(dāng)電機(jī)的電磁噪聲高于85 dB 時(shí)，需要為整個(gè)機(jī)組設(shè)備安裝隔聲罩，否則，只需為壓縮機(jī)安裝隔聲罩。

4.2 通風(fēng)散熱性能

如果隔聲罩完全密封，罩內(nèi)空氣溫度可達(dá)50 ℃以上，因此有必要在罩頂安裝兩臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，形成罩內(nèi)熱空氣與外界環(huán)境冷空氣的對(duì)流。罩內(nèi)溫度受到軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)量以及環(huán)境溫度的影響，因此風(fēng)機(jī)的選型需要滿足一定的通風(fēng)量指標(biāo)。

在滿足通風(fēng)量指標(biāo)的情況下，還應(yīng)盡量選取直徑較小、轉(zhuǎn)速較高的機(jī)型，以減小噪聲泄漏面積。另外，通風(fēng)消聲器的結(jié)構(gòu)應(yīng)與風(fēng)機(jī)的尺寸以及通風(fēng)量相適應(yīng)，空氣阻力不宜過(guò)大，以免影響通風(fēng)量。

4.3 罩體隔振性能

隔聲罩與機(jī)器之間不能有剛性連接，因此將橡膠墊或毛氈等柔性連接材料夾在兩者之間吸收振動(dòng)，否則機(jī)器的振動(dòng)會(huì)直接傳遞給罩體，使罩體成為噪聲輻射面，從而降低隔聲效果。機(jī)器與基礎(chǔ)之間也需要采取相同的隔振措施。另外，為了避免發(fā)生板的吻合效應(yīng)和板的低頻共振，在外層殼體上附加阻尼層。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)工藝螺桿壓縮機(jī)噪聲源的分析，提出噪聲控制方法，在傳播途徑上對(duì)噪聲進(jìn)行有效控制，詳細(xì)描述了消音器的設(shè)計(jì)和選型，以及隔音罩的優(yōu)化，通過(guò)合理選用消音器和隔音罩，一般可將工藝氣螺桿壓縮機(jī)的噪聲控制在85 dB 內(nèi)，滿足了生產(chǎn)環(huán)境對(duì)噪聲控制的要求。