压缩机振动噪声测试分析与降噪.docx
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压缩机振动噪声测试分析与降噪
密级：
压缩机振动噪声测试分析与降噪
设计
Testandanalysisofcompressor’svibrationandnoiseanddesignfornoisereduction
学院：
机械工程学院
专业班级：
机械设计制造及其自动化
学号：
学生姓名：
指导教师：
2013年6月
毕业设计（论文）指导教师审阅意见
题目：
压缩机振动噪声测试分析与降噪设计
评语：
指导教师：
（签字）
年月日
毕业设计（论文）评阅教师审阅意见
题目：
压缩机振动噪声测试分析与降噪设计
评语：
评阅教师：
（签字）
年月日
毕业设计（论文）成绩评定
机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）第2答辩委员会于
2011年6月24日审阅了机自XX班级XXX同学的毕业设计（论文），听取了该生的报告，并进行了答辩。
毕业设计（论文）题目：
压缩机振动噪声测试分析与降噪设计
毕业设计（论文）答辩委员会意见：
经答辩委员会无记名投票表决，通过同学本科毕业设计（论文）答辩。
根据学校相关规定，经答辩委员会认定，该生的毕业设计（论文）成绩为。
专业毕业设计（论文）答辩委员会
主任委员（签字）
年月日
摘要
随着现代工业的发展，对于工业噪声的控制越来越重要。
目前全国各行各业对螺杆压缩机的需求越来越大，而螺杆压缩机作为一种噪声设备,对环境污染非常严重,其噪声传播距离远，影响较大，严重危害了工人的工作环境和身心健康。
为适应环保要求和用户需要，采取有效措施来控制螺杆压缩机的噪声是十分必要的。
从国内、外对螺杆压缩机噪声与振动方面的研究来看,对噪声源识别、噪声与振动分布、噪声与振动特性、噪声与振动控制方面的研究还不太系统,目前国内还没有形成一套完整的研究思路和研发体系,螺杆压缩机在噪声与振动测试方面研究还在进行中,噪声与振动控制方面的研究尚缺乏完善的基础理论依据。
本文以螺杆压缩机为主要研究对象，从振动源入手，分析螺杆压缩机吸气、压缩气体、排气的工作过程，针对喷油螺杆压缩机的噪声问题进行分析，包括机械噪声，空气动力性噪声，电磁噪声等，测试并分析噪声信号的频谱特性。
并从吸声，隔声，消声等治理方法进行详细的研究，根据噪声的信号特征确定吸声材料和吸声结构。
设计其主机结构从噪声源减小噪声的产生，设计合适的隔声罩从噪声的传播途径上来控制噪声的传播，设计消声器，对进、排气口进行消声处理。
最后对设计方案进行效果预测与分析。
本课题对于螺杆压缩机的振动噪声治理有很好的借鉴意义。
关键词：
螺杆压缩机；噪声控制；隔声罩；消声器
Abstract
Withthedevelopmentofindustry,Itismoreandmoreimportanttocontrolthenoiseofindustrial.Atpresent,allwalksoflifeacrossthecountryonthescrewcompressorsgrowingdemand.Asanequipmentgeneratingnoise,thescrewcompressorhaveaseriouspollutiontotheenvironment.Thenoisepropagationfar,greatimpact,ithaveseriousharmtotheworkingenvironmentandphysicalorhealthoftheworker.Inordertomeettheenvironmentalrequirementsanduserneeds,itisessentialtotakeeffectivemeasurestocontrolnoiseofthescrewcompressor.
Fromthecertainperspectivetotheresearchofthenoiseandvibrationaboutscrewcompressorindomesticandforeign,noiseandvibrationcontrolisnotsystematicatidentificationofnoisesources,thedistributionofnoiseandvibration,thecharacteristicsofnoiseandvibration,atpresent,thecountryhasnotformedacompletesetofresearchideasandresearchsystem.Noiseandvibrationresearchofscrewcompressorisstillinprogress.Researchonnoiseandvibrationcontrolisstillalackofperfecttheorybasis.
Screwcompressorasthemainresearchtarget,thispapermainlystudiesonfaultdiagnosis,analysistheworkingprocessofscrewcompressor’saspiratecompressedgases,andexhaustgases.Accordingtotheanalysisoftheproblemsofnoisefromoil-injectedscrewcompressor.Includingmechanicalnoise,aerodynamicnoise,electromagneticnoise.Testandanalyzethespectralcharacteristicsofnoise,andsystematicstudyonsoundabsorption,soundinsulation,noiseeliminationandothercontrolmethods.Accordingtothecharacteristicsofsignalnoisetodeterminethesoundabsorptionmaterialandstructure.Thedesignofstructureofthehosttoreducenoisefromnoisesource.Designappropriatesoundinsulationcovertocontrolnoisefromthetransmissionofnoisepropagation.Designofmufflertoreductionnoiseattheprocessofintakeandexhaustports.Finally,forecastingandanalyzingeffectofthedesignscheme.Thistopichaveawellreferenceforthescrewcompressorvibrationandnoisecontrol.
Keywords:
screwcompressor;noisecontrol;acousticcover;muffler
第一章绪论
1.1课题研究背景
目前,噪声已被视为严重污染之一。
随着现代工业的发展，对于工业噪声的控制越来越重要。
工业噪声一般是指在工业生产过程中，由于机械设备运转而发出的声响。
螺杆压缩机作为一种强噪声设备,对环境污染严重,其整个机组噪声值高达90-110dB（A）,涉及面广，传播距离远，影响较大，严重危害工人的工作环境和身心健康。
近几年,有关厂家在努力提高压缩机整机性能的同时,开始关注螺杆压缩机的噪声治理,并针对螺杆压缩机的频谱特性进行了振动噪声控制和研究,收到了较好的降噪效果。
本文正是基于此原因对其降噪设计进行系统描述,对振动噪声进行积极的和被动的控制方法，达到明显的噪声治理。
1.2噪声治理目的、意义
噪声是指影响人们正常工作、学习和休息，危害人们身心健康而需要控制的声音。
工矿企业的噪声源，按其噪声的机理来论可以大致分为各种机械结构表面振动而产生的机械噪声、出气体和液体振动而产生的流体噪声以及燃烧噪声。
噪声的危害是多方面的。
短期噪声可以使人暂时性听力损伤，但是长期在强噪声环境下工作，不断地受到强噪声刺激，这种听力损伤就不能恢复了，即成为噪声性耳聋了。
一般说来，经常在85分贝（A）以上的噪声环境下工作，就有可能发生噪声性耳聋（当然和个人体质有关）。
噪声对人的中枢神经系统、消化系统、心血管系统也有一定的影响，长期在强噪声厂工作，抵抗力减弱，容易诱发其它疾病，导致某些疾病的发病率增加。
当然，吵闹的噪声也影响人们的正常工作、学习和休息。
在噪声刺激下，人们的注意力不容易集中，工作起来容易出差错，不仅影响了工作速度，也降低了工作质量。
在这些情况下，由于分散了注意力，往往引起工伤事故。
为了营造一个和谐的社会空间，改善人们的工作生活环境，保证人们的身心健康，在越来越重视环保的世界潮流下，降噪会有深远的研究价值。
对螺杆压缩机的噪声治理是从机械本身的结构和正常的运行状态进行分析，在此基础上加以被动的噪声治理，通过噪声治理能够提高机械本身的使用寿命；运动更加平稳；改善工作环境，课题研究的意义深远。
1.3国内外研究现状及趋势
与节能、再制造、混合动力和不断更新的排放标准相比，减振降噪似乎算不上行业热衷的词汇。
在我国工程机械领域，关于振动与噪声问题的研究历程与进展也不像其它热门技术一样备受瞩目。
然而，减振降噪研究的技术含量和重要程度并不亚于其它任何一项研究。
未来，随着我国工程机械国际化步伐的加快以及行业新标准的陆续出台，减振降噪研究必将得到越来越多的重视。
我国噪声控制研究已建立了一支颇有水平的科研队伍，噪声控制工程已经成为环保产业的一个重要组成部分。
然而随着国民经济的飞速发展，噪声污染依然严重，仍占各种环境污染投诉的首位。
随着社会的不断发展与进步，环境噪声控制如何发展已成为大家普遍关注的可持续发展的战略性课题。
欧美一些国家对噪声控制研究比较早，它们利用可靠性和精确性都比较高的仪器设备对噪声进行监测，并且对问题进行综合性控制治理，并把其技术成果不断更新发展，应用到了很多领域，取得了良好的效果。
同时，很多国家还专门成立了许多噪声控制研究性组织，例如德国、丹麦、美国、英国等等。
这些国家采用企业与科研单位相互结合的策略，优势互补，取长补短，开展噪声问题的宣传、技术培训和技术开发，并取得了很大的成就。
更难能可贵的是，许多国家利用自己的专长和特色开发了很多性能优良的噪声监测仪器，如丹麦B&K公司的声学和振动检测和监测技术，具有很丰富的经验。
在亚洲，日本、韩国等国家对噪声问题也越来越关注，相应的技术开发也发展很快，同时也组建了一定规模的研究团队，成绩也相当明显。
作为环保大方向下的转型路径之一，减振降噪研究具有非常广阔的发展空间，其理想状态是在拥有一套独立研发体系的同时，深入到配套件和整机设计的各个环节中去，运用发散思维，引入多学科研究方法，综合各种手段完成研发、应用与实践。
面对新标准的出台，怀有建立大型跨国集团宏愿的工程机械企业，也应抓紧拿起减振降噪研究这支重要的画笔，及早勾勒出向国际先进技术迈进的蓝图。
1.4课题研究内容
掌握螺杆制冷压缩机振动噪声测试分析与降噪设计，用频谱仪，噪声计等进行测试并分析噪声来源。
设计消声器与隔声罩，达到降噪目的。
首先，了解噪声的危害，论述螺杆压缩机噪声治理的实际意义，以及国内外螺杆压缩机的发展情况。
然后，对螺杆压缩机的工作原理及振动噪声问题进行详细的分析，阐述螺杆压缩机的主要噪声源，并提出控制振动噪声的具体方法，分别对噪声控制隔声、吸声和消声原理进行了必要的研究。
最后有针对性的进行研究与设计，通过设计降噪装置，实现对噪声问题的有效控制，并将理论与实际相结合，达到降噪的目的。
第二章螺杆压缩机的噪声分析
2.1螺杆压缩机的工作原理
随着社会的进步和发展，对压缩空气的需求的地方越来越多。
尤其是螺杆压缩机以其独特的优点使其在使用中所占比例越来越大。
就气体压力提高的原理而言，螺杆压缩机与活塞型压缩机相同，都属于容积式压缩机。
就主要部件的活动形式而言，又与透平压缩机相似。
所以螺杆压缩机同时兼有上述两种压缩机的特点。
螺杆压缩机的主要部件是一对阴阳转子，两个转子具有不同齿数的螺旋齿相互啮合，啮合点和密封线随着转子的旋转而移动。
旋转时使处于转子齿槽之间的气体不断产生周期性的容积变化,并且沿着转子轴线由吸入侧输送至压出侧,实现吸入、压缩和排气的全部过程,具体的工作原：
吸气过程、压缩过程和排气过程如图2-1所示：
图2.1a）吸气过程b）压缩过程c）排气过程
a）吸气过程：
气体经压缩机外壳一端的进气孔口分别进入阴、阳螺杆齿间容积，随着转子的旋转这两个齿间容积都不断扩大。
当这两个容积达到最大值时，齿间容积和吸气孔口断开，吸气过程结束。
注意，此时阴、阳转子的齿间容积彼此并未连通。
b）压缩过程：
转子继续旋转，在阴阳螺杆齿间容积连通之前，阳转子齿间容积中的气体受阴螺杆齿的侵入先进行压缩，经某一转角后，阴、阳螺杆齿间容积连通，之后将此连通的阴阳螺杆齿间容积称为齿间容积对，因齿的相互挤入其容积逐渐减小，进行气体压缩过程，直到该齿容积对与外壳上另一端的排气口相连通时为止。
c）排气过程：
在齿间容积对与排气孔口连通后，排气过程即开始。
由于转子回转容积的不断缩小，将压缩后具有一定压力的气体送至排气管，此过程一直延续到该容积对达到最小为止。
随着转子的继续旋转，上述过程重复进行。
2.2噪声来源
螺杆压缩机的噪声来源有很多，成分较为复杂，且通常为振动噪声同时存在，所以需要将声源分类进行讨论和研究。
2.2.1机械噪声
机械噪声主要是由摩擦和机构间力的传递不均匀产生的。
主要有转子及其装配件的不平衡、转子啮合、转子转速波动引起的冲击噪声；电动机轴和轴承之间的相互作用形成电动机的机械噪声；轴承的振动与噪声。
机体外部包括机壳、支承结构和底座的振动与噪声；油分离器、增发器、冷却系统的振动噪声。
（1）转子不平衡：
一般为低频噪声，但对噪声的直接影响不大。
它是由转子和轴的不同心或动平衡不好造成的。
（2）机件的共振影响：
电动机内电磁力激起的振动，通过转子和定子分别传递到电机的各部分，从而引起共振，增大噪声。
振动还以固体声的形式由底座传出。
（3）电刷：
换向器或滑环的表面粗糙度和形位精度不良或电刷伸出较长，电刷与刷扼间配合不好，弹簧压力过小或过大，刷扼刚度不够等均能引起电刷装置的振动，从而产生噪声。
（4）轴承：
由于轴承本身精度较差从而产生的振动噪声。
2.2.2空气动力性噪声
空压机的空气动力性噪声是由于工作过程中工作容积与进、排气口周期性地相通、切断而产生的。
主要包括：
进、排气口噪声和管道中气体流动产生的噪声。
空气动力性噪声是一种宽频带连续谱，由于阴、阳转子的齿槽周期性的分别与吸、排气腔相联，在联通之际使吸、排气腔的压力产生脉动，并形成周期性的吸排气噪声，其噪声频率的基频及各阶谐波由下式计算：
（2-1）
式中，n为主动转子的转速；z为主动转子的齿数；i为谐波次数。
i=1，2，3……。
i=1时即为噪声的基频。
对于吸、排气而言，具有相同的频率，但由于在压缩结束齿槽与排气腔相通时刻，和排气结束齿槽展开与吸气腔联通时刻，并不在同一瞬间，它们存在一定相位差。
如图2.2所示，其吸排气噪声叠加后的情况。
图2.3是一台二级螺杆压
图2.2吸、排气噪声叠加示意图
图2.3基频为500Hz与800Hz的二级螺杆压缩机噪声频谱
缩机的噪声频谱图，其基频分别为500Hz与800Hz，由图可以看出，此基频附近有明显的峰值。
（1）进气孔口的噪声
在吸气过程中，一对相啮合的阴、阳转子齿间容积在吸气瞬间处于半真空状态，吸入的气体若为大气压，则在吸气时齿间容积的压力与吸气压力存在一个压力差，这个进气压力差就产了进气孔口的吸气噪声。
（2）排气孔口的噪声
在螺杆压缩机中，由于排气孔口处的内压、外压不同引起了基元容积在与排气孔口连通瞬时，发生气体的定容积膨胀或压缩，而使流动损失加大，从而引起附加能量损失，这些附加能量损失有一部分转变成声能，随着排气孔口周期性地相通和切断，产生了强烈的周期性排气噪声。
（3）管道噪声
和在自由声场中传播的声波相比，在管道中传播的声波的主要特点是声波被约束在管道内部，传播过程中没有扩散，因此它可以传播很远的距离。
压缩机的噪声会沿进气和排气管道传播出来。
这些管道系统，一般是由直管、弯头、三通等元件组成。
当气流噪声通过这些管道元件时，存在一定的自然衰减，有的声能发射回声源处。
但随着气流速度增加，各元件的自然衰减速度反而会减小，并且气流的再生噪声增加。
2.2.3电磁噪声
电磁噪声是电动机特有的噪声，它实际上也属于机械性噪声，是由定、转子间气隙中的谐波磁场产生的电磁力波引起的。
该力波旋转在气隙场中，对空间固定点来说，力波所呈现的力的幅值随时间变化是脉动的，切向分量形成转矩，有助于转子的转动，它的交变切向分量和交变径向分量，引起定子与转子的振动，从而辐射出电磁噪声，一般频率范围在100～4000Hz。
其中气隙磁场产生的径向力波的交变分量，引起定子径向振动，是主要的电磁噪声辐射源。
据研究表明，虽然这种电磁力是直接作用在齿和磁极上，但磁噪声主要根源不是在齿和磁极的振动，而是来源于定子磁轭的振动。
后者比齿和磁极的振动幅值大数十倍。
电磁噪声主要由内置电动机产生，电动机在运转时，基波磁通和高次谐波磁通沿径向进入气隙，在定子和转子上产生径向力，由此而引起径向的振动和噪声。
此外，产生的切向力矩和轴向力也引起切向和轴向的振动噪声。
电机切向振动产生的噪声频率ƒ1为
其中
=2,4,6,…（偶数）（2-2）
式中，
为转子的基频；
为电网频率。
电机径向振动引起的噪声频率
为
，其中,
=1,2,3,…（2-3）
式中，Zｔ为转子槽数；P为磁极对数；s为转差率。
结合供电电网频率计算知,驱动电机产生的电磁噪声基频为49.5Hz和100Hz。
第三章喷油螺杆压缩机的主体结构设计
3.1主机结构设计
本课题以喷油螺杆空压机为研究对象，对其主机结构设计并进行降噪处理。
喷油螺杆空气压缩机的机体不设冷却水套，转子为整体结构，内部不需冷却，压缩气体所产生的径向力和轴向力都由滚动轴承来承受。
排气端的转子工作段与轴承之间有一个简单的轴封。
通过在机壳或轴上开出凹槽，并向里边供入一定压力的密封油，即可很好的起到密封作用。
另外，在喷油螺杆空气压缩机中没有同步齿轮，通常也不设容积流量调节滑阀和内容积比调节滑阀。
由于空气的化学性质比较稳定，所以对喷油螺杆空气压缩机中，零部件材料的化学性质要求并不严格。
这种小型的压缩机由带驱动，压缩机中的轴向力由位于排气端的一对背靠背安装的单列角接触球轴承承受，而径向力则由转子两端的圆柱滚子轴承承受。
考虑到驱动带产生的附加径向力，在阳转子的吸气端装了两个圆柱滚子轴承。
机体中的吸气端盖和气缸做为一体，排气管设在排气端盖的侧面，便于机组的管道连接。
本课题以LG－6/7型喷油螺杆空气压缩机参数进行设计，其排气压力为0.7MP，排气量为6.0m３/min，轴功率为36.0KW，电机功率为37KW。
转速为4300r/min，重量1050kg，外形尺寸1300*1100*1660。
为皮带传动，
（3-1）
电动机选择Y200L2-2Y，37KW，转速为2950r/min
3.2主要零部件设计和选型
（1）机体是螺杆压缩机的主要部件。
它由中间部分的汽缸及两端的端盖组成。
因为LG－6/7型喷油螺杆空气压缩机转子直径较小，为了制造方便，故将排气侧端盖或吸气侧端盖与气缸铸成一体，制成带端盖的整体结构，转子顺轴向装入气缸。
螺杆压缩机中气体的流动大致成对角线方向。
但是在外形上吸、排气通道却不一定按对角线方向布置，它可按机组尺寸和附属设置进行配置。
只要通过适当安排转子的螺旋旋向和机体上的吸排气孔口，几乎可以在任何位置安排吸、排气通道。
对吸、排气通道的要求是平滑过渡和流速低，以减少流动损失。
气体在吸、排气通道的流速范围通常为28-35m/s。
设计其压缩机采用顶部吸气，侧面排气的方案。
喷油螺杆压缩机的机体多采用如图3.1所示的单层壁结构。
在这种结构中，转子包含在机体中，机体的外侧即为大气。
为给进气和排气留下气体流动的空间，机体需向外作必要的延伸。
在螺杆空气压缩机中，这样的结构强度已足够，因而不需要进一步的加强措施。
图3.1单层壁结构机体图3.2双单层壁结构机体
喷油螺杆压缩机的机体有时也采用如图3.2所示的双层壁结构。
在该结构中，外壁为承受全部压力的密闭壳，由于它是圆柱形的，因而并不会因压力而产生变形，也就不需要特别的加强措施。
另外，外壁还承受着联接法兰的负荷，使之不会传递到内部转子的气缸体上。
双层壁结构还有一个优点，就是第二层壁同时又是一个隔音板，它能使传播到机器外的噪声有所降低。
（2）转子是螺杆压缩机的主要部件，在喷油螺杆压缩机中，由于排气温度较低，转子热胀较小，一般认为不设置密封齿。
另外，当螺杆压缩机转子线型的齿顶圆附近截面足够小时，线型本身就可以起到齿顶密封齿的作用。
螺杆压缩机转子的毛坯常为锻件，一般多采用中碳钢，有特殊要求时也有用40Cr等合金钢或铝合金。
目前，不少转子采用球墨铸铁，既便于加工，又降低了成本。
转子精加工后，应进行动平衡校验。
校验时，允许在吸入端面较厚的部分取重。
允许的不平衡力矩，因机器的尺寸和转数不同，通常是（0.05-1.0）N·m。
尺寸小、转速高的机器应取偏低值。
（3）轴承。
在螺杆压缩机的转子上，作用有轴向力和径向力。
径向力是由于转子两侧所受压力不同而产生的，其大小与转子直径、长径比、内压比及运行工况有关。
由于转子一端是吸气压力，另一端是排气压力，再加上内压缩过程的影响，以及一个转子驱动另一转子等因素，便产生了轴向力。
轴向力的大小是转子直径、内压比及运行工况的函数。
另外，由于内压缩的存在，排气端的径向力要比吸气端大。
由于转子的形状及压力作用面积不同，两转子所受的径向力大小也不一样，实际上阴转子的径向力较大。
因此承受径向力的轴承负荷由大到小依次是：
阴转子排气端轴承、阳转子排气端轴承、阴转子吸气端轴承和阳转子吸气端轴承。
同样，两转子所受轴向力大小也不同，阳转子受力较大。
轴向力之间的差别比径向力的差别大得多，阳转子所受轴向力大约是阴转子的四倍。
在喷油螺杆空气压缩机中，由于轴向力以及径向力都不大，故都采用滚动轴承。
承受轴向力的轴承总是放在排气端，以获得最小的排气端面间
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