往復式壓縮機噪聲解析

曲豐++李強++高飛

摘 要：噪聲會危害人體健康。往復式壓縮機自身又是一種高噪設備，是一種綜合性的機械噪聲源，頻率比較寬泛，一般在20～2000Hz。它包含了機械性噪聲和空氣動力性噪聲兩種類型。從發(fā)生部位講，往復式壓縮機的各個零件都會發(fā)生噪聲，只是噪聲的頻率高低、振幅強弱不同，各種類型的往復式壓縮機的噪聲源部位及其傳遞途徑基本類似。

關鍵詞：噪聲；危害；高噪設備；噪聲源

中圖分類號：TB53 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0108-01

噪聲是一類引起人煩躁或危害人體健康的聲音，主要是由物體的振動、沖擊、摩擦以及氣體、液體的流動產生的。噪聲過大時，將會使人的聽力受損，引起心臟血管傷害，影響人的睡眠質量，導致人心緒不寧、焦躁不安，在生產過程中更容易引發(fā)意外事故。往復式壓縮機自身是一種高噪設備，尋找往復式壓縮機噪聲根源是解決往復式壓縮機噪聲的最根本且最有效的措施。因此必須對往復式壓縮機的噪聲源及其特性進行分析。

1 氣缸噪聲

往復式壓縮機工作時，氣缸內氣體壓力發(fā)生周期性變化引起缸內的氣體聲，同時激起活塞、氣缸、缸蓋、連桿、機體等零部件的振動、沖擊而發(fā)出固體聲。這是產生往復式壓縮機噪聲的重要來源。氣缸內氣體力主要沿著活塞、連桿、曲軸、軸承、機體傳遞到往復式壓縮機表面，從而誘發(fā)往復式壓縮機表面產生高頻振動和結構噪聲。這一條途徑產生的噪聲最為嚴重，由氣體力引起氣缸壁表面的振動，以及氣體力引起缸蓋表面的振動所引起的結構噪聲次之。

2 曲柄連桿機構噪聲

往復式壓縮機中，活塞、活塞桿、十字頭等做往復運動，導致往復運動體的慣性力每時都在變化，如果這種慣性力不能被有效平衡，就會引起有關零部件內部產生振動和噪聲。此外，往復慣性力作為活塞力的一部分，會在機體上引起相應的傾覆力矩，由于傾覆力矩是周期性變化的，故而引起整個壓縮機產生重心，產生搖擺，引起相關零部件產生共振，從而產生噪聲。

3 十字頭的噪聲

作用在十字頭的壓力是連桿力和活塞力所引起的。連桿帶動十字頭做往復運動，使十字頭受到周期性正負變化的往復力，從而對十字頭產生周期性沖擊。活塞往復運動時，通過十字頭銷，將活塞往復慣性力傳遞給十字頭，從而對十字頭產生沖擊。由于十字頭銷上作用著粘性阻力，故沖擊十字頭的力在止點位置時最為嚴重。十字頭所受的力，最終由十字頭滑屢平衡，變成十字頭對滑滑屢的敲擊，從而產生噪聲。這種敲擊在一個工作循環(huán)中會發(fā)生很多次，同時十字頭本身重量作用，對滑道的敲擊也比較嚴重。

4 氣閥噪聲

隨著氣閥的啟閉，以及氣閥通道處氣體流動的變化，引起氣閥處的氣體聲和固體聲。閥片在開啟時沖擊升程墊，關閉時會沖擊閥座，在一個工作循中會產生兩次噪聲。開啟時產生的沖擊噪聲主要與升程墊的固有頻率和結構有關，關閉時產生的沖擊與閥座、閥片、缸蓋等系統(tǒng)的固有頻率有關。噪聲的強度與閥片的質量及撞擊速度有關。高速氣流流經氣閥通道，產生大量渦流，從而形成高頻氣流噪聲。對于彈簧力過大的氣閥，閥片會出現(xiàn)顫振，顫振也會增加撞擊閥座或升程墊的次數(shù)，從而增加噪聲；當彈簧力過小時，閥片會延時關閉或關閉不嚴，此時會引起氣流倒灌，從而引起彈性閥片的自激振動產生噪聲。

5 管道進氣噪聲

進氣管道中的氣體的速度脈動或壓力脈動將導致往復式壓縮機進氣口處的氣體聲輻射，即為進氣噪聲。由于一般的空氣往復式壓縮機進氣口是與大氣端相通的，故進氣噪聲往往要比其他部位的主要噪聲要大很多，所以空氣往復式壓縮機的進氣噪聲是往復式壓縮機總噪聲中的最主要部分。一方面是因為壓縮機進氣系統(tǒng)的聲學入口處，存在著速度或壓力的激發(fā)，引起氣柱的迫振；另一方面進氣管道系統(tǒng)中，氣柱的的固有頻率特性，是引起進氣噪聲峰值的主要原因。

6 往復式壓縮機表面噪聲

往復式壓縮機內部產生的各種脈動壓力通過各自的傳播途徑，傳遞至往復式壓縮機機構的外表面，引起壁面振動，從而向機器周圍輻射出空氣噪聲。壓縮機的零件如曲軸、連桿、十字頭、活塞桿、活塞等，都屬于彈性零件，并且多屬于螺栓螺母的連接方式形成內部的傳力機構，在慣性力、摩擦力、氣體力等動載荷的作用下形成局部彈性振動，引起外部表面振動，從而產生噪聲。

當壓縮機外表面某些附件的固有頻率與往復式壓縮機本體結構振動的激發(fā)頻率吻合時，也會產生強烈振動，由于這些附件往往是板殼結構，所以引起的噪聲也很大。

7 電動機噪聲

電動機的噪聲是由機械噪聲、電磁噪聲、通風噪聲等組成的。通風噪聲較大，機械噪聲次之，電磁噪聲最小。當電機采用風冷結構時，風扇的噪聲是電動機噪聲中最重要的聲源，主要由旋轉噪聲和渦流噪聲組成，當風扇在設計工況運轉時，效率最高，噪聲最低，偏離工況時噪聲增加，尤其是風量向小偏離時，噪聲增加較大。

8 其他噪聲

往復壓縮機的噪聲除上述噪聲外，還包括切向力噪聲、傳動帶噪聲、齒輪噪聲、安裝基礎不牢固等引起的噪聲。

9 結語

往復式壓縮機的噪聲是一種綜合性的噪聲，包括機械噪聲、空氣動力噪聲、電磁噪聲等。機械噪聲是壓縮機噪聲中的重要組成部分，來源主要包括氣缸噪聲、曲柄連桿機構噪聲、十字頭的噪聲、氣閥噪聲、管道進氣噪聲及往復式壓縮機表面噪聲、電機噪聲等。故需要對壓縮機噪聲進行控制，主要是控制壓縮機的機械噪聲及空氣動力噪聲。

參考文獻：

[1]《活塞式壓縮機設計》編寫組.活塞式壓縮機設計[M].北京：機械加工出版社，1973.

[2]郁永章，等.容積式壓縮機技術手冊[M].機械工業(yè)出版社，2000.

[3]化學工業(yè)部化工機械研究院.活塞式壓縮機的無油潤滑[M].北京：化學工業(yè)出版社，1982.

[4]《石油、化學和氣體工業(yè)設施用往復壓縮機API618標準》[M].美國石油學會，2007.