壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲測(cè)試分析與降噪

1、密級(jí)：壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲測(cè)試分析與降噪設(shè)計(jì)Test and analysis of compressors vibration and noise and design for noise reduction學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)： 學(xué) 生 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 2013年 6 月畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文指導(dǎo)教師審閱意見(jiàn)題目：壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲測(cè)試分析與降噪設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師： （簽字）年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文評(píng)閱教師審閱意見(jiàn)題目：壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲測(cè)試分析與降噪設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)：評(píng)閱教師： （簽字）年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論

2、文）第 2 答辯委員會(huì)于2011年 6月 24 日審閱了 機(jī)自XX 班級(jí) XXX 同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），聽(tīng)取了該生的報(bào)告，并進(jìn)行了答辯。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲測(cè)試分析與降噪設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)意見(jiàn)：經(jīng)答辯委員會(huì)無(wú)記名投票表決，通過(guò) 同學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。根據(jù)學(xué)校相關(guān)規(guī)定，經(jīng)答辯委員會(huì)認(rèn)定，該生的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?yōu)?。專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)主任委員 （簽字）年 月 日摘 要隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)于工業(yè)噪聲的控制越來(lái)越重要。目前全國(guó)各行各業(yè)對(duì)螺桿壓縮機(jī)的需求越來(lái)越大，而螺桿壓縮機(jī)作為一種噪聲設(shè)備, 對(duì)環(huán)境污染非常嚴(yán)重, 其噪聲傳播距離遠(yuǎn)，影響較大，

3、嚴(yán)重危害了工人的工作環(huán)境和身心健康。為適應(yīng)環(huán)保要求和用戶(hù)需要，采取有效措施來(lái)控制螺桿壓縮機(jī)的噪聲是十分必要的。從國(guó)內(nèi)、外對(duì)螺桿壓縮機(jī)噪聲與振動(dòng)方面的研究來(lái)看, 對(duì)噪聲源識(shí)別、噪聲與振動(dòng)分布、噪聲與振動(dòng)特性、噪聲與振動(dòng)控制方面的研究還不太系統(tǒng), 目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有形成一套完整的研究思路和研發(fā)體系, 螺桿壓縮機(jī)在噪聲與振動(dòng)測(cè)試方面研究還在進(jìn)行中, 噪聲與振動(dòng)控制方面的研究尚缺乏完善的基礎(chǔ)理論依據(jù)。本文以螺桿壓縮機(jī)為主要研究對(duì)象，從振動(dòng)源入手，分析螺桿壓縮機(jī)吸氣、壓縮氣體、排氣的工作過(guò)程，針對(duì)噴油螺桿壓縮機(jī)的噪聲問(wèn)題進(jìn)行分析，包括機(jī)械噪聲，空氣動(dòng)力性噪聲，電磁噪聲等，測(cè)試并分析噪聲信號(hào)的頻譜特性。并從吸

4、聲，隔聲，消聲等治理方法進(jìn)行詳細(xì)的研究，根據(jù)噪聲的信號(hào)特征確定吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)其主機(jī)結(jié)構(gòu)從噪聲源減小噪聲的產(chǎn)生，設(shè)計(jì)合適的隔聲罩從噪聲的傳播途徑上來(lái)控制噪聲的傳播，設(shè)計(jì)消聲器，對(duì)進(jìn)、排氣口進(jìn)行消聲處理。最后對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行效果預(yù)測(cè)與分析。本課題對(duì)于螺桿壓縮機(jī)的振動(dòng)噪聲治理有很好的借鑒意義。關(guān)鍵詞：螺桿壓縮機(jī)；噪聲控制；隔聲罩；消聲器AbstractWith the development of industry, It is more and more important to control the noise of industrial. At present, all walks

5、of life across the country on the screw compressors growing demand. As an equipment generating noise, the screw compressor have a serious pollution to the environment. The noise propagation far, great impact, it have serious harm to the working environment and physical or health of the worker. In or

6、der to meet the environmental requirements and user needs, it is essential to take effective measures to control noise of the screw compressor .From the certain perspective to the research of the noise and vibration about screw compressor in domestic and foreign , noise and vibration control is not

7、systematic at identification of noise sources, the distribution of noise and vibration, the characteristics of noise and vibration, at present, the country has not formed a complete set of research ideas and research system. Noise and vibration research of screw compressor is still in progress. Rese

8、arch on noise and vibration control is still a lack of perfect theory basis.Screw compressor as the main research target, this paper mainly studies on fault diagnosis, analysis the working process of screw compressors aspirate compressed gases, and exhaust gases. According to the analysis of the pro

9、blems of noise from oil-injected screw compressor. Including mechanical noise, aerodynamic noise, electromagnetic noise. Test and analyze the spectral characteristics of noise, and systematic study on sound absorption, sound insulation, noise elimination and other control methods. According to the c

10、haracteristics of signal noise to determine the sound absorption material and structure. The design of structure of the host to reduce noise from noise source. Design appropriate sound insulation cover to control noise from the transmission of noise propagation. Design of muffler to reduction noise

11、at the process of intake and exhaust ports. Finally, forecasting and analyzing effect of the design scheme. This topic have a well reference for the screw compressor vibration and noise control.Keywords: screw compressor; noise control; acoustic cover; muffler目 錄摘 要 IAbstract II目 錄 III第一章 緒 論 11.1課題

12、研究背景 11.2噪聲治理目的、意義 11.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢(shì) 21.4 課題研究?jī)?nèi)容 3第二章 螺桿壓縮機(jī)的噪聲分析 32.1螺桿壓縮機(jī)的工作原理 42.2噪聲來(lái)源 5第三章 噴油螺桿壓縮機(jī)的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 93.1主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 93.2主要零部件設(shè)計(jì)和選型 9第四章 螺桿壓縮機(jī)減振降噪分析與設(shè)計(jì) 134.1減振降噪方法概述 134.2吸聲控制 134.3隔聲控制及隔聲罩的設(shè)計(jì) 204.4消聲控制及消聲器的設(shè)計(jì) 25第五章 螺桿壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)的效果分析 305.1測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)量數(shù)據(jù) 305.2 噪聲控制 315.3結(jié)構(gòu)理論插入損失 325.4噪聲控制效果 33第六章 結(jié)論 35參

13、 考 文 獻(xiàn) 36致 謝 37第一章 緒 論1.1課題研究背景目前, 噪聲已被視為嚴(yán)重污染之一。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)于工業(yè)噪聲的控制越來(lái)越重要。工業(yè)噪聲一般是指在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，由于機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)而發(fā)出的聲響。螺桿壓縮機(jī)作為一種強(qiáng)噪聲設(shè)備, 對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重, 其整個(gè)機(jī)組噪聲值高達(dá)90-110 dB( A , 涉及面廣，傳播距離遠(yuǎn)，影響較大，嚴(yán)重危害工人的工作環(huán)境和身心健康。近幾年, 有關(guān)廠(chǎng)家在努力提高壓縮機(jī)整機(jī)性能的同時(shí), 開(kāi)始關(guān)注螺桿壓縮機(jī)的噪聲治理, 并針對(duì)螺桿壓縮機(jī)的頻譜特性進(jìn)行了振動(dòng)噪聲控制和研究, 收到了較好的降噪效果。本文正是基于此原因?qū)ζ浣翟朐O(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)描述,對(duì)振動(dòng)噪聲進(jìn)行積極的

14、和被動(dòng)的控制方法，達(dá)到明顯的噪聲治理。1.2噪聲治理目的、意義噪聲是指影響人們正常工作、學(xué)習(xí)和休息，危害人們身心健康而需要控制的聲音。工礦企業(yè)的噪聲源，按其噪聲的機(jī)理來(lái)論可以大致分為各種機(jī)械結(jié)構(gòu)表面振動(dòng)而產(chǎn)生的機(jī)械噪聲、出氣體和液體振動(dòng)而產(chǎn)生的流體噪聲以及燃燒噪聲。噪聲的危害是多方面的。短期噪聲可以使人暫時(shí)性聽(tīng)力損傷，但是長(zhǎng)期在強(qiáng)噪聲環(huán)境下工作，不斷地受到強(qiáng)噪聲刺激，這種聽(tīng)力損傷就不能恢復(fù)了，即成為噪聲性耳聾了。一般說(shuō)來(lái)，經(jīng)常在85分貝(A以上的噪聲環(huán)境下工作，就有可能發(fā)生噪聲性耳聾(當(dāng)然和個(gè)人體質(zhì)有關(guān)。噪聲對(duì)人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)也有一定的影響，長(zhǎng)期在強(qiáng)噪聲廠(chǎng)工作，抵抗力減弱

15、，容易誘發(fā)其它疾病，導(dǎo)致某些疾病的發(fā)病率增加。當(dāng)然，吵鬧的噪聲也影響人們的正常工作、學(xué)習(xí)和休息。在噪聲刺激下，人們的注意力不容易集中，工作起來(lái)容易出差錯(cuò)，不僅影響了工作速度，也降低了工作質(zhì)量。在這些情況下，由于分散了注意力，往往引起工傷事故。為了營(yíng)造一個(gè)和諧的社會(huì)空間，改善人們的工作生活環(huán)境，保證人們的身心健康，在越來(lái)越重視環(huán)保的世界潮流下，降噪會(huì)有深遠(yuǎn)的研究?jī)r(jià)值。對(duì)螺桿壓縮機(jī)的噪聲治理是從機(jī)械本身的結(jié)構(gòu)和正常的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上加以被動(dòng)的噪聲治理，通過(guò)噪聲治理能夠提高機(jī)械本身的使用壽命；運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)；改善工作環(huán)境，課題研究的意義深遠(yuǎn)。1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢(shì) 與節(jié)能、再制造、混

16、合動(dòng)力和不斷更新的排放標(biāo)準(zhǔn)相比，減振降噪似乎算不上行業(yè)熱衷的詞匯。在我國(guó)工程機(jī)械領(lǐng)域，關(guān)于振動(dòng)與噪聲問(wèn)題的研究歷程與進(jìn)展也不像其它熱門(mén)技術(shù)一樣備受矚目。然而，減振降噪研究的技術(shù)含量和重要程度并不亞于其它任何一項(xiàng)研究。未來(lái)，隨著我國(guó)工程機(jī)械國(guó)際化步伐的加快以及行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)出臺(tái)，減振降噪研究必將得到越來(lái)越多的重視。我國(guó)噪聲控制研究已建立了一支頗有水平的科研隊(duì)伍，噪聲控制工程已經(jīng)成為環(huán)保產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。然而隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，噪聲污染依然嚴(yán)重，仍占各種環(huán)境污染投訴的首位。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，環(huán)境噪聲控制如何發(fā)展已成為大家普遍關(guān)注的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性課題。歐美一些國(guó)家對(duì)噪聲控制研

17、究比較早，它們利用可靠性和精確性都比較高的儀器設(shè)備對(duì)噪聲進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且對(duì)問(wèn)題進(jìn)行綜合性控制治理，并把其技術(shù)成果不斷更新發(fā)展，應(yīng)用到了很多領(lǐng)域，取得了良好的效果。同時(shí)，很多國(guó)家還專(zhuān)門(mén)成立了許多噪聲控制研究性組織，例如德國(guó)、丹麥、美國(guó)、英國(guó)等等。這些國(guó)家采用企業(yè)與科研單位相互結(jié)合的策略，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，開(kāi)展噪聲問(wèn)題的宣傳、技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)開(kāi)發(fā)，并取得了很大的成就。更難能可貴的是，許多國(guó)家利用自己的專(zhuān)長(zhǎng)和特色開(kāi)發(fā)了很多性能優(yōu)良的噪聲監(jiān)測(cè)儀器，如丹麥B&K公司的聲學(xué)和振動(dòng)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)，具有很豐富的經(jīng)驗(yàn)。在亞洲，日本、韓國(guó)等國(guó)家對(duì)噪聲問(wèn)題也越來(lái)越關(guān)注，相應(yīng)的技術(shù)開(kāi)發(fā)也發(fā)展很快，同時(shí)也組建了一

18、定規(guī)模的研究團(tuán)隊(duì)，成績(jī)也相當(dāng)明顯。作為環(huán)保大方向下的轉(zhuǎn)型路徑之一，減振降噪研究具有非常廣闊的發(fā)展空間，其理想狀態(tài)是在擁有一套獨(dú)立研發(fā)體系的同時(shí)，深入到配套件和整機(jī)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中去，運(yùn)用發(fā)散思維，引入多學(xué)科研究方法，綜合各種手段完成研發(fā)、應(yīng)用與實(shí)踐。面對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，懷有建立大型跨國(guó)集團(tuán)宏愿的工程機(jī)械企業(yè)，也應(yīng)抓緊拿起減振降噪研究這支重要的畫(huà)筆，及早勾勒出向國(guó)際先進(jìn)技術(shù)邁進(jìn)的藍(lán)圖。1.4 課題研究?jī)?nèi)容掌握螺桿制冷壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲測(cè)試分析與降噪設(shè)計(jì)，用頻譜儀，噪聲計(jì)等進(jìn)行測(cè)試并分析噪聲來(lái)源。設(shè)計(jì)消聲器與隔聲罩，達(dá)到降噪目的。首先，了解噪聲的危害，論述螺桿壓縮機(jī)噪聲治理的實(shí)際意義，以及國(guó)內(nèi)外螺桿壓縮

19、機(jī)的發(fā)展情況。然后，對(duì)螺桿壓縮機(jī)的工作原理及振動(dòng)噪聲問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的分析，闡述螺桿壓縮機(jī)的主要噪聲源，并提出控制振動(dòng)噪聲的具體方法，分別對(duì)噪聲控制隔聲、吸聲和消聲原理進(jìn)行了必要的研究。最后有針對(duì)性的進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)降噪裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲問(wèn)題的有效控制，并將理論與實(shí)際相結(jié)合，達(dá)到降噪的目的。第二章 螺桿壓縮機(jī)的噪聲分析2.1螺桿壓縮機(jī)的工作原理隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)壓縮空氣的需求的地方越來(lái)越多。尤其是螺桿壓縮機(jī)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)使其在使用中所占比例越來(lái)越大。就氣體壓力提高的原理而言，螺桿壓縮機(jī)與活塞型壓縮機(jī)相同，都屬于容積式壓縮機(jī)。就主要部件的活動(dòng)形式而言，又與透平壓縮機(jī)相似。所以螺桿壓縮機(jī)同

20、時(shí)兼有上述兩種壓縮機(jī)的特點(diǎn)。 螺桿壓縮機(jī)的主要部件是一對(duì)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子，兩個(gè)轉(zhuǎn)子具有不同齒數(shù)的螺旋齒相互嚙合，嚙合點(diǎn)和密封線(xiàn)隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而移動(dòng)。旋轉(zhuǎn)時(shí)使處于轉(zhuǎn)子齒槽之間的氣體不斷產(chǎn)生周期性的容積變化,并且沿著轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)由吸入側(cè)輸送至壓出側(cè),實(shí)現(xiàn)吸入、壓縮和排氣的全部過(guò)程,具體的工作原：吸氣過(guò)程、壓縮過(guò)程和排氣過(guò)程如圖2-1所示：圖2.1 a吸氣過(guò)程 b壓縮過(guò)程 c排氣過(guò)程a 吸氣過(guò)程：氣體經(jīng)壓縮機(jī)外殼一端的進(jìn)氣孔口分別進(jìn)入陰、陽(yáng)螺桿齒間容積，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)這兩個(gè)齒間容積都不斷擴(kuò)大。當(dāng)這兩個(gè)容積達(dá)到最大值時(shí)，齒間容積和吸氣孔口斷開(kāi)，吸氣過(guò)程結(jié)束。注意，此時(shí)陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒間容積彼此并未連通。 b 壓縮過(guò)

21、程 ：轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，在陰陽(yáng)螺桿齒間容積連通之前，陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間容積中的氣體受陰螺桿齒的侵入先進(jìn)行壓縮，經(jīng)某一轉(zhuǎn)角后，陰、陽(yáng)螺桿齒間容積連通，之后將此連通的陰陽(yáng)螺桿齒間容積稱(chēng)為齒間容積對(duì)，因齒的相互擠入其容積逐漸減小，進(jìn)行氣體壓縮過(guò)程，直到該齒容積對(duì)與外殼上另一端的排氣口相連通時(shí)為止。 c 排氣過(guò)程：在齒間容積對(duì)與排氣孔口連通后，排氣過(guò)程即開(kāi)始。由于轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)容積的不斷縮小，將壓縮后具有一定壓力的氣體送至排氣管，此過(guò)程一直延續(xù)到該容積對(duì)達(dá)到最小為止。隨著轉(zhuǎn)子的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，上述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。2.2噪聲來(lái)源螺桿壓縮機(jī)的噪聲來(lái)源有很多，成分較為復(fù)雜，且通常為振動(dòng)噪聲同時(shí)存在，所以需要將聲源分類(lèi)進(jìn)行討論和研究。

22、機(jī)械噪聲主要是由摩擦和機(jī)構(gòu)間力的傳遞不均勻產(chǎn)生的。主要有轉(zhuǎn)子及其裝配件的不平衡、轉(zhuǎn)子嚙合、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速波動(dòng)引起的沖擊噪聲；電動(dòng)機(jī)軸和軸承之間的相互作用形成電動(dòng)機(jī)的機(jī)械噪聲；軸承的振動(dòng)與噪聲。機(jī)體外部包括機(jī)殼、支承結(jié)構(gòu)和底座的振動(dòng)與噪聲；油分離器、增發(fā)器、冷卻系統(tǒng)的振動(dòng)噪聲。(1轉(zhuǎn)子不平衡：一般為低頻噪聲，但對(duì)噪聲的直接影響不大。它是由轉(zhuǎn)子和軸的不同心或動(dòng)平衡不好造成的。(2機(jī)件的共振影響：電動(dòng)機(jī)內(nèi)電磁力激起的振動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)子和定子分別傳遞到電機(jī)的各部分，從而引起共振，增大噪聲。振動(dòng)還以固體聲的形式由底座傳出。(3電刷：換向器或滑環(huán)的表面粗糙度和形位精度不良或電刷伸出較長(zhǎng)，電刷與刷扼間配合不好，彈簧壓

23、力過(guò)小或過(guò)大，刷扼剛度不夠等均能引起電刷裝置的振動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲。(4軸承：由于軸承本身精度較差從而產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲?？諌簷C(jī)的空氣動(dòng)力性噪聲是由于工作過(guò)程中工作容積與進(jìn)、排氣口周期性地相通、切斷而產(chǎn)生的。主要包括：進(jìn)、排氣口噪聲和管道中氣體流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲?？諝鈩?dòng)力性噪聲是一種寬頻帶連續(xù)譜，由于陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒槽周期性的分別與吸、排氣腔相聯(lián)，在聯(lián)通之際使吸、排氣腔的壓力產(chǎn)生脈動(dòng)，并形成周期性的吸排氣噪聲，其噪聲頻率的基頻及各階諧波由下式計(jì)算： (2-1式中，n為主動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；z為主動(dòng)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)；i為諧波次數(shù)。i=1，2，3。i=1時(shí)即為噪聲的基頻。對(duì)于吸、排氣而言，具有相同的頻率，但由于在壓縮結(jié)束

24、齒槽與排氣腔相通時(shí)刻，和排氣結(jié)束齒槽展開(kāi)與吸氣腔聯(lián)通時(shí)刻，并不在同一瞬間，它們存在一定相位差。如圖2.2所示，其吸排氣噪聲疊加后的情況。圖2.3是一臺(tái)二級(jí)螺桿壓圖2.2 吸、排氣噪聲疊加示意圖圖2.3基頻為500Hz與800Hz的二級(jí)螺桿壓縮機(jī)噪聲頻譜縮機(jī)的噪聲頻譜圖，其基頻分別為500Hz與800Hz，由圖可以看出，此基頻附近有明顯的峰值。(1進(jìn)氣孔口的噪聲在吸氣過(guò)程中，一對(duì)相嚙合的陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間容積在吸氣瞬間處于半真空狀態(tài)，吸入的氣體若為大氣壓，則在吸氣時(shí)齒間容積的壓力與吸氣壓力存在一個(gè)壓力差，這個(gè)進(jìn)氣壓力差就產(chǎn)了進(jìn)氣孔口的吸氣噪聲。(2排氣孔口的噪聲在螺桿壓縮機(jī)中，由于排氣孔口處的內(nèi)壓、

25、外壓不同引起了基元容積在與排氣孔口連通瞬時(shí)，發(fā)生氣體的定容積膨脹或壓縮，而使流動(dòng)損失加大，從而引起附加能量損失，這些附加能量損失有一部分轉(zhuǎn)變成聲能，隨著排氣孔口周期性地相通和切斷，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的周期性排氣噪聲。(3管道噪聲和在自由聲場(chǎng)中傳播的聲波相比，在管道中傳播的聲波的主要特點(diǎn)是聲波被約束在管道內(nèi)部，傳播過(guò)程中沒(méi)有擴(kuò)散，因此它可以傳播很遠(yuǎn)的距離。壓縮機(jī)的噪聲會(huì)沿進(jìn)氣和排氣管道傳播出來(lái)。這些管道系統(tǒng)，一般是由直管、彎頭、三通等元件組成。當(dāng)氣流噪聲通過(guò)這些管道元件時(shí)，存在一定的自然衰減，有的聲能發(fā)射回聲源處。但隨著氣流速度增加，各元件的自然衰減速度反而會(huì)減小，并且氣流的再生噪聲增加。電磁噪聲是電動(dòng)

26、機(jī)特有的噪聲，它實(shí)際上也屬于機(jī)械性噪聲，是由定、轉(zhuǎn)子間氣隙中的諧波磁場(chǎng)產(chǎn) 生的電磁 力波引起的。該力波旋轉(zhuǎn)在氣隙場(chǎng)中，對(duì)空間固定點(diǎn)來(lái) 說(shuō)，力波所呈現(xiàn)的力的幅 值隨時(shí)間變化是脈動(dòng)的，切向分量形成轉(zhuǎn)矩，有助于轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)動(dòng)，它的交變切 向分量和交變徑向分量，引起定子與轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，從而輻射出 電磁噪聲，一般頻率范圍在1004000Hz。其中氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)生的徑向力波的交變分量，引起定子徑向振動(dòng)，是主要的電磁噪聲輻射源。據(jù) 研究表明，雖然這種電磁力是 直接作用在齒和磁極上，但磁噪聲主要根源不 是在齒和磁極的振動(dòng)，而是來(lái)源于定子磁 軛的振動(dòng)。后者比齒和磁極的振動(dòng)幅值大數(shù)十倍。電磁噪聲主要由 內(nèi)置電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生，電

27、動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，基波 磁通和高次諧波磁通沿徑向進(jìn)入氣隙，在定子和轉(zhuǎn)子上 產(chǎn)生徑向力，由此而引起徑向的 振動(dòng)和噪聲。此外，產(chǎn)生的切向力矩和軸向力 也引起切向和軸向的振動(dòng)噪聲。電機(jī)切向振動(dòng)產(chǎn)生 的噪聲頻率1為,其中 =2,4,6,(偶數(shù) (2-2 式中，為轉(zhuǎn)子的基頻；為電網(wǎng)頻率。電機(jī)徑向振動(dòng)引起的噪聲頻率為，其中, =1,2,3, (2-3式中，Z為轉(zhuǎn)子 槽數(shù)；P為磁極 對(duì)數(shù)；s為轉(zhuǎn)差 率。結(jié)合供電電網(wǎng)頻率計(jì)算知, 驅(qū)動(dòng) 電機(jī)產(chǎn)生的電磁噪聲 基頻為49. 5Hz和100Hz。第三章 噴油螺桿壓縮機(jī)的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本課題以噴油螺桿空壓機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并進(jìn)行降噪處理。噴油螺

28、桿空氣壓縮機(jī)的機(jī)體 不設(shè)冷卻水套，轉(zhuǎn)子為整體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部不需冷卻，壓縮氣體所產(chǎn)生的徑向力 和軸向力都由滾動(dòng)軸承來(lái) 承受。排氣端的轉(zhuǎn)子 工作段與軸承之間有一個(gè)簡(jiǎn)單的 軸封。通過(guò)在機(jī)殼或軸上 開(kāi)出凹槽，并向里邊供入一定壓力的密封油，即可很好的起到密封作用。另外，在噴油螺桿空氣壓縮機(jī)中沒(méi)有同步齒輪，通常也不設(shè)容積流量調(diào)節(jié)滑閥 和內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥。由于空氣的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，所以對(duì)噴油螺桿空氣壓縮機(jī)中，零部件材料的化學(xué)性質(zhì)要求并不嚴(yán)格。這種小型的壓縮機(jī)由帶驅(qū)動(dòng)，壓縮機(jī)中的軸向 力由位于排氣端的一對(duì)背靠背安裝的單列角接觸球軸承承受，而徑向力則由轉(zhuǎn)子 兩端的圓柱滾子軸承承受?？紤]到驅(qū)動(dòng)帶產(chǎn)生的附加徑向力，在

29、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的吸氣端裝了兩個(gè)圓柱滾子軸承。機(jī)體中的吸氣端蓋和氣缸做為一體，排氣管設(shè)在排氣 端蓋的側(cè)面，便于機(jī)組的管道連接。本課題以L(fǎng)G6/7型噴油螺桿空氣壓縮機(jī)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其排氣壓力為0.7MP，排氣量為6.0 m/min，軸功率為36.0KW，電機(jī)功率為37KW。 轉(zhuǎn)速為4300r/min，重量1050kg，外形尺寸1300*1100*1660。為皮帶傳動(dòng)， （3-1）電動(dòng)機(jī)選擇Y200L2-2Y，37KW，轉(zhuǎn)速為2950r/min3.2主要零部件設(shè)計(jì)和選型(1機(jī)體是螺桿壓縮機(jī)的主要部件。它由中間部分的汽缸及兩端的端蓋組成。因?yàn)長(zhǎng)G6/7型噴油螺桿空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子 直徑較小，為了制造方便，故將排氣

30、側(cè)端蓋或吸氣側(cè)端蓋與 氣缸鑄成一體，制成帶端蓋的整體結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子順軸向裝入氣缸。螺桿壓縮機(jī)中氣體的流動(dòng)大致成對(duì)角線(xiàn)方向。但是在外形上吸、排氣通道卻不一定按對(duì)角線(xiàn)方向布置，它可按機(jī)組尺寸和 附屬設(shè)置進(jìn)行配置。只要通過(guò)適當(dāng)安排轉(zhuǎn)子的螺旋旋向和機(jī)體上的 吸排氣孔口，幾乎可以在任何位置安排吸、排氣通道。對(duì)吸、排氣通道的要求是 平滑過(guò)渡和流速低，以減少流動(dòng)損失。氣體在吸、排氣通道的流速范圍通常為28-35m/s。設(shè)計(jì)其壓縮機(jī)采用頂部吸氣，側(cè)面排氣的方案。噴油螺桿壓縮機(jī)的機(jī)體多采用如圖3.1所示的單層壁結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子包含 在機(jī)體中，機(jī)體的外側(cè)即為大氣。為給進(jìn)氣和排氣留下氣體流動(dòng)的空間，機(jī)體 需向外

31、作必要的延伸。在螺桿空氣壓縮機(jī)中，這樣的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度已足夠，因而不需要 進(jìn)一步的加強(qiáng)措施。 圖 3.1 單層壁結(jié)構(gòu)機(jī)體 圖 3.2 雙單層壁結(jié)構(gòu)機(jī)體 噴油螺桿 壓縮機(jī)的機(jī)體有時(shí)也采用如圖3.2所示的雙層壁結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，外壁為 承受全部壓力的密閉殼，由于它是圓柱形的，因而并不會(huì)因壓力而產(chǎn)生變形，也就 不需要特別的加強(qiáng)措施。另外，外壁還承受著聯(lián)接法蘭的負(fù)荷，使之不會(huì)傳遞到 內(nèi)部轉(zhuǎn)子的氣缸體上。雙層壁結(jié)構(gòu)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是第二層壁同時(shí)又是一個(gè) 隔音板，它能使傳播到機(jī)器外的噪聲有所降低。(2轉(zhuǎn)子 是螺桿壓縮機(jī)的主要部件，在噴油螺桿壓縮機(jī)中，由于排氣溫度較低，轉(zhuǎn)子熱脹較小，一般認(rèn)為 不設(shè)置密封齒。另外，

32、當(dāng)螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子線(xiàn)型的齒頂圓附近截面 足夠小時(shí)，線(xiàn)型本身就可以起到齒頂密封齒的作用。螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子 的毛坯常為鍛件，一般多采用中碳鋼，有特殊要求時(shí)也有用40Cr等合金鋼或鋁合金。目前，不少轉(zhuǎn)子采用球墨鑄鐵，既便于加工，又降低了成本。轉(zhuǎn)子精加工后，應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡校驗(yàn)。校驗(yàn)時(shí)，允許在 吸入端面較厚的部分取重。允許的不平衡力矩，因機(jī)器的尺寸和轉(zhuǎn)數(shù)不同，通常是(0.05-1.0N·m。尺寸小、轉(zhuǎn)速高的機(jī)器應(yīng)取偏低值。(3軸承。 在螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子上，作用有軸向力和徑向力。徑向力 是由于 轉(zhuǎn)子兩側(cè)所受壓力不同而產(chǎn)生的，其大小與轉(zhuǎn)子直徑、長(zhǎng)徑比、內(nèi)壓比 及運(yùn)行工況有關(guān)。由于 轉(zhuǎn)子一端是吸氣壓力，另

33、一端是排氣壓力，再加上內(nèi) 壓縮過(guò)程的影響，以及 一個(gè)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)另一轉(zhuǎn)子等因素，便產(chǎn)生了軸向力。軸向力 的大小是轉(zhuǎn)子直徑、內(nèi)壓 比及運(yùn)行工況的函數(shù)。另外，由于內(nèi)壓縮的存在，排氣端的徑向力要比吸 氣端大。由于轉(zhuǎn)子的形狀及壓力作用面積不同，兩轉(zhuǎn)子 所受的徑向力大小也 不一樣，實(shí)際上陰轉(zhuǎn)子的徑向力較大。因此承受徑向力的 軸承負(fù)荷由大到小 依次是：陰轉(zhuǎn)子排氣端軸承、陽(yáng)轉(zhuǎn)子排氣端軸承、陰轉(zhuǎn)子吸 氣端軸承和陽(yáng)轉(zhuǎn)子吸氣 端軸承。同樣，兩轉(zhuǎn)子所受軸向力大小也不同，陽(yáng)轉(zhuǎn)子 受力較大。軸向力之間 的差別比徑向力的差別大得多，陽(yáng)轉(zhuǎn)子所受軸向力大約 是陰轉(zhuǎn)子的四倍。在噴油螺桿 空氣壓縮機(jī)中，由于軸向力以及徑向力都不大，故

34、都采用 滾動(dòng)軸承。承受軸向力 的軸承總是放在排氣端，以獲得最小的排氣端面 間隙。通常，用分別安裝在轉(zhuǎn)子 兩端的圓柱滾子軸承承受轉(zhuǎn)子的徑向載荷，用安裝在 排氣端的一個(gè)角接觸球軸承承受軸向載荷，并對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行雙向定位。(4噴油 螺桿壓縮機(jī)中有兩種不同的軸封：與壓縮腔緊鄰的轉(zhuǎn)子 軸段的軸封，特別是 在排氣端，這種軸封更為重要；伸出壓縮機(jī)端蓋外的軸段 也必須有軸封，以與 大氣隔開(kāi)。出于壓縮介質(zhì)和運(yùn)行工況的不同，噴油螺桿空氣 壓縮機(jī)的軸封 與螺桿制冷和工藝壓縮機(jī)的軸封有很大的不同。這類(lèi)壓縮 機(jī)都采用滾動(dòng)軸承，為了防止壓縮腔的氣體通過(guò)轉(zhuǎn)子軸 向外泄漏，必須在排氣端 的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間加一個(gè)軸封。噴油螺桿

35、空氣壓縮機(jī) 轉(zhuǎn)子的外伸軸通常 都設(shè)計(jì)在吸氣側(cè)，只有在利用吸氣節(jié)流的方式調(diào)節(jié)壓縮機(jī) 的氣量時(shí)，外伸軸上 的軸封兩側(cè)才可能會(huì)有一個(gè)大氣壓力的壓差。(5軸。最小直徑計(jì)算dc (3-2c取115，p36KW，n為4300，d23.35，所以軸直徑選標(biāo)準(zhǔn)為25mm。(6在噴油螺桿 壓縮機(jī)中，常向工作腔內(nèi)噴入具有一定壓力的 潤(rùn)滑油，噴入的油與壓縮氣體直接 接觸，吸收氣體的壓縮熱。另外，在少量的 螺桿壓縮機(jī)中，也有向工作 腔噴水、噴制冷劑或噴其它液體的，其作用與噴油類(lèi)似。油的噴入 使螺桿壓縮機(jī)的特性發(fā)生了很大變化，提高了能適應(yīng)的 壓力和壓比，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)，并使排氣溫度得到了有效控制，還降低了噪聲。噴油給

36、螺桿壓縮機(jī)開(kāi)創(chuàng)了 新局面，擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域，改善了性能。特別是在 移動(dòng)式空氣壓縮機(jī)及制冷 裝置中，噴油螺桿壓縮機(jī)獲得了廣泛的應(yīng)用。雖然噴油 螺桿壓縮機(jī)和干式螺桿 壓縮機(jī)的工作原理完全相同，但常常被看成是兩種不向 類(lèi)型的壓縮機(jī)。噴入壓縮機(jī)內(nèi)的 油主要有冷卻、密封、潤(rùn)滑和降噪四個(gè)功能。(7采用帶傳動(dòng)方式，對(duì)于旋轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備，采用不同的傳動(dòng)裝置，產(chǎn)生的噪聲的大小是不一樣的。從控制噪聲角度考慮，應(yīng)盡量選用噪聲小的傳動(dòng)方式。實(shí)測(cè)表明，一般正齒輪傳動(dòng)裝置，噪聲較大，達(dá)到90分貝（A）。而改用斜齒輪或螺旋齒輪，嚙合時(shí)重合系數(shù)大，可降低噪聲3-10分貝（A），若改用皮帶傳動(dòng)代替正齒輪傳動(dòng)，可降低噪音16分貝（A

37、）。皮帶傳動(dòng)能防止振動(dòng)傳動(dòng)到其它構(gòu)件上去，起到減振阻尼的作用，因此利于降低噪聲。第四章 螺桿壓縮機(jī)減振降噪分析與設(shè)計(jì)4.1減振降噪方法概述首先 來(lái)看振動(dòng)，作為一種常見(jiàn)現(xiàn)象，工程機(jī)械中的振動(dòng)不僅容易 破壞工程機(jī)械結(jié)構(gòu) 的強(qiáng)度，引起結(jié)構(gòu)噪聲，還會(huì)惡化操作人員的工作環(huán)境，使人易 疲勞、注意力 減弱，容易出現(xiàn)誤動(dòng)作，引起技術(shù)事故。因此對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行 振動(dòng)分析，找出工程 機(jī)械中振動(dòng)的來(lái)源并提出相應(yīng)的整改措施顯得尤為 重要。針對(duì)工程機(jī)械基本的振動(dòng)源和傳遞途徑，目前不少行之有效的減小 和控制振動(dòng)的方法 已被掌握，大致可歸為三大類(lèi)：減小擾動(dòng)減小或 消除振動(dòng)源的激勵(lì)，如改善 內(nèi)部平衡，改進(jìn)和提高制造質(zhì)量，對(duì)具有

38、較大輻射表面 的薄壁結(jié)構(gòu)采取必要的 阻尼措施等；防止共振防止或減小設(shè)備、結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng) 的響應(yīng)，如改變振動(dòng) 系統(tǒng)的固有頻率，改變振動(dòng)系統(tǒng)的擾動(dòng)頻率，裝設(shè)輔助性 的質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，增加阻尼 以增加能量逸散，降低共振振幅等；采取隔振措施 減小或隔離振動(dòng) 的傳遞，涉及到對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳遞特性的分析和改進(jìn)，使之對(duì) 振動(dòng)噪聲具有明顯 的衰減作用，如采用質(zhì)量阻尼減振器、共振腔 消聲器等。振動(dòng)研究與減振方法 的開(kāi)拓為噪聲研究提供了 一些思路，在噪聲的 控制和治理方面，就與振動(dòng)的控制 和治理有相似之處。一般來(lái)說(shuō)，聲學(xué) 系統(tǒng)是由聲源、傳聲途徑和接受者這3個(gè) 基本環(huán)節(jié)組成的。因此降噪研 究可以從3個(gè)方面入手：在聲源處抑制

39、噪聲，根據(jù)噪聲發(fā)生機(jī)理，采取措施消除或者減少它的產(chǎn)生條件，降低聲源輻射的聲 能；在傳聲 途徑中控制噪聲，由于條 件限制，從聲源 上降低噪聲仍無(wú)法 達(dá)到要求時(shí)，可以通過(guò) 全部或部分隔絕噪聲源 的辦法，達(dá)到降噪的目的；在不可能采 取以上兩種措施，或采 取以上措施后 ，仍不能達(dá)到允許的噪聲限值時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)噪聲接受 者采取保護(hù)措施。由于在工程機(jī)械 的噪聲控制中，很難對(duì)噪聲接受者即 工程機(jī)械駕駛員采取措施，因此只能從聲源和 傳聲途徑上加以控制。經(jīng)過(guò)探索實(shí)踐，許多工程機(jī)械 噪聲控制技術(shù)已被研發(fā)出來(lái)，總體 可歸結(jié)如表4-1中所示。4.2吸聲控制任何有限空間內(nèi)，噪聲都是 由直達(dá)聲和反射聲兩部分 組成的，這是吸

40、聲 法的科學(xué)基礎(chǔ)之一。如果在 噪聲源周?chē)?的有限空間內(nèi)布置一些吸收 聲能的裝置，就可降低聲源周?chē)诿娣瓷?回來(lái)的聲能，達(dá)到降噪目的。采 用吸聲手段改善噪聲環(huán)境時(shí)，通常有兩 種處理方法：一是采用吸聲材 料，二是采用吸聲結(jié)構(gòu)。表 4-1 噪聲控制技術(shù)措施簡(jiǎn)介聲學(xué)技術(shù)措施原理和用途吸聲 利用吸聲原理，降低反射聲。在混響較強(qiáng)的廠(chǎng)房適用隔聲 利用隔聲原理，在聲源與接收點(diǎn)之間設(shè)置隔聲結(jié)構(gòu)消聲器 利用阻性、抗性或阻抗復(fù)合的消聲原理，將沿通道傳播的噪聲 減弱，適用于降低空氣動(dòng)力性噪聲隔振 采用彈簧連接，隔絕或降低固體聲的傳遞，在設(shè)備基礎(chǔ)及管道隔振中適用阻尼 利用內(nèi)摩擦，內(nèi)損耗大的涂料涂貼在振動(dòng)噪聲較大的薄板上

41、， 減少其輻射噪聲吸聲材料是指材 料的平均吸聲系 數(shù)在125Hz、250Hz、500H、1KHz、2KHz、4KHz這6個(gè)中心頻率倍頻帶吸聲系數(shù)的算術(shù)平均 值大于0.2的材 料。目前，主要應(yīng)用的是多孔吸聲 材料，包括玻璃棉、棉麻植物纖維、泡 沫鋁以及陶土吸聲磚等。多孔吸聲材 料主要吸收中高頻噪聲 ，對(duì)低頻聲的吸聲性能一般較差。 多孔 材料的吸 聲性 能 與材料的厚度、容重、背后空氣層 的厚度以及入射聲波的頻率有關(guān)。多孔材料的吸聲系 數(shù)一般都隨著頻率的增大而增大，在一 定的頻率下大致要達(dá)到 固 定值。若將多孔材 料裝置在離剛性壁 一段距離處，即在其間留有一定厚度的空氣層，則它的吸聲系數(shù)就會(huì) 增大

42、。 當(dāng)空氣層的厚度近似等于入射 聲波的1/4波長(zhǎng)時(shí)，吸聲 系數(shù)最大，當(dāng)其厚度等于1/2波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，則吸聲系數(shù)最小。另外，不同的溫度 和濕度對(duì)多孔材料的吸聲性能 有不同的影響。因此很多 情況下，往 往采用共振吸聲 結(jié)構(gòu)解決低 頻聲的吸收問(wèn)題。較為常用的吸聲結(jié)構(gòu)有空 氣層吸聲結(jié)構(gòu)、薄膜共振吸 聲結(jié)構(gòu)和 板共振吸聲結(jié)構(gòu)等。吸聲降噪就 是在室內(nèi)增加吸聲材料，能提 高房間平均吸 聲系數(shù)，減少混響聲聲能密度，從而降低總聲壓級(jí)。根據(jù)能量守恒與轉(zhuǎn)換定律（如圖4.1所示），可得吸聲系數(shù)。 (4-1 1）吸聲系數(shù) (4-2當(dāng)=0 時(shí)，材料不吸聲；當(dāng)=1時(shí)，入射聲能完全被吸收。聲波入射至多孔材料表面上，大部分聲

43、波將通過(guò)材料的筋絡(luò)或纖維之間的微小孔隙傳至材料內(nèi)部，由于空氣分子之間的粘滯力、空氣與筋絡(luò)之間的摩擦作用以及孔隙內(nèi)空氣媒質(zhì)的漲縮，使部分聲能轉(zhuǎn)化成熱能耗散掉。 圖4.1 能量轉(zhuǎn)換示意圖 2）穿孔率穿孔率是描述穿孔板聲學(xué)特 性的重要參數(shù)。 a 圓孔、正方形排列 b 圓孔、正三角形排列 c 狹縫、平行排列圖4.2 常用孔的排列和其穿孔率計(jì)算1）亥姆霍芝共振器它是一個(gè)密 閉的內(nèi)部為硬表面的容器，通過(guò)一個(gè) 小的開(kāi)口 與外面 大氣相聯(lián)系的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為亥 姆霍 芝共振 器(圖4.3。單個(gè)共振器可 看 成由幾個(gè)聲學(xué)作用不同的聲學(xué)元件 所組成，開(kāi)口管內(nèi)及管口附近空 氣隨聲波而振動(dòng)，是一個(gè)聲 質(zhì)量元件?？涨粌?nèi) 的壓

44、力隨空氣的脹縮而變化，是一個(gè) 聲順元件。而空腔內(nèi) 的空氣在一定程度內(nèi) 隨聲波而振動(dòng)，也具有 定的聲質(zhì)量?？諝庠陂_(kāi) 口壁面的振動(dòng) 摩擦，由于粘 滯阻尼和導(dǎo)熱 的作用，會(huì)使聲能損耗，它 的聲學(xué)作用是一個(gè) 聲阻。當(dāng)入射聲波的頻 率接近共振器的 固有頻率時(shí)，孔徑的空氣柱產(chǎn) 生強(qiáng)烈振動(dòng)，在振動(dòng)過(guò)程中，由于克服摩擦阻力而消耗聲能。反之，當(dāng)入射聲波頻率遠(yuǎn)離 共振器固有頻率時(shí)，共振器振動(dòng) 很弱，因此聲吸收作用 很小，可見(jiàn)共振器吸聲系數(shù)隨頻率而變化，最高吸聲系數(shù) 出現(xiàn)在 共振頻率處。單個(gè)共振器對(duì)頻率有較強(qiáng)選擇性，共振頻率為： (4-3 式中，；c 為聲速，m/s；S 為頸口截面積，m2；r為頸口 半徑，m；V為

45、空腔體積，m3；t為頸實(shí)際 長(zhǎng)度（即板的厚度），m；d為圓孔的直徑，m。因?yàn)轭i部空氣柱兩端附近的空氣 也參加振動(dòng)，需要對(duì)進(jìn)行 修正：其修正值一般取0.8d。2）穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)在各種薄板上穿孔并在板后 設(shè)置空氣層，必要時(shí)在空腔中加 襯多孔吸聲材料，可以組 成穿孔扳共振吸聲結(jié)構(gòu)(圖4.4，由于每個(gè)開(kāi)口背后均有對(duì)應(yīng)空腔，這一穿孔板結(jié)構(gòu)即為 許多并聯(lián)的亥姆霍芝共振器。一般硬質(zhì)纖維板、膠合板、石膏扳、纖維水泥板以及鋼板、鋁板均可作為 穿孔板結(jié)構(gòu)的面板材料。 由于穿孔板結(jié)構(gòu)是亥 姆霍芝共振器的 組合，因此可以看作 是由質(zhì)量和彈簧組成的一個(gè)共振系統(tǒng)。當(dāng)入射聲波的頻率 和 系統(tǒng)的共振頻率一致時(shí)，穿孔 板頸

46、的空氣產(chǎn)生激 烈振動(dòng)摩擦，加強(qiáng)了吸收效應(yīng)，形成了吸收峰，使聲能 顯著衰減；遠(yuǎn)離 共振頻率時(shí)，則吸收作用較小。如果在穿孔 板后放置多孔材料 增加聲阻，會(huì)使結(jié)構(gòu)吸收頻帶加寬。 圖4.3亥姆霍芝共振器 圖4.4穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)穿孔板的共振頻率可按照下式計(jì)算： （4-4）式中：t為板的厚度；h為板后空氣層的厚度；為孔徑；為聲速；為穿孔率。影響穿孔板結(jié)構(gòu)吸聲特性的主要因素有： 材料容重（單位體積的重量）容重增加時(shí)，低頻吸聲 系 數(shù)提高，而高頻吸聲系數(shù)有所降低；容重 過(guò)大，總的吸聲效果又會(huì)明顯降低。各種材料的容重有一個(gè)最佳范圍：如超細(xì)玻 璃棉為1525kg/m3，礦渣棉為120130 kg/m3。 材

47、料厚度厚度增 加，材料吸聲系數(shù)曲線(xiàn)將向低頻方向平移，大致上材料厚度 每增加一倍，吸聲系數(shù)峰值向低頻方向移動(dòng)一個(gè)倍頻程。實(shí)驗(yàn)表明，材料 容重一定時(shí)厚度與第一共振峰頻率的乘積fr·t為一常 數(shù)，約等于材料中聲速的四分之一。 材料 背后空氣層在多孔吸聲材料與堅(jiān) 硬墻壁之間留有空氣 層，可以提高低頻吸聲性能，推薦空氣層厚度為715cm。 護(hù)面層常用護(hù)面層材料有 玻璃布、塑料窗紗、金屬 網(wǎng)及穿孔板（穿孔率>20%）等，護(hù)面層對(duì)吸聲材料聲學(xué)性能的影響可 忽略不計(jì)。 溫度和濕度溫度上升 ，多孔材料的吸聲系數(shù)曲 線(xiàn)向高頻移動(dòng)，低頻性能 將有所降低。濕度對(duì)材料的影響很大，高的含 水率使多孔材料吸

48、聲性 能大大降低。當(dāng)穿孔板后空 氣層填入疏松吸聲材料時(shí)，空腔內(nèi)的聲質(zhì)量和聲順都增加，穿孔的末端阻抗也增加，也即相當(dāng)于空 腔的有效深度增大，穿孔的 有效長(zhǎng)度也增加，與未填材 料時(shí)相比，共振頻率向低 頻方向移動(dòng)，移動(dòng)量通 常在一個(gè)倍頻程以?xún)?nèi)，同時(shí)吸聲系數(shù)有所提高；其次由于在孔頸和空腔內(nèi)產(chǎn) 生較高的聲阻，當(dāng)穿 孔率比較低時(shí)，主 要產(chǎn)生在孔頸處，穿孔率較高時(shí)，主要 產(chǎn)生在空腔內(nèi)。由于空腔內(nèi)填入 吸聲材料后產(chǎn)生 了相當(dāng)高的聲阻率，因此孔頸 處的聲阻率不宜過(guò)大，可通過(guò)穿孔率 加以調(diào)節(jié)，通常穿孔率不宜 小于5。3寬頻帶阻抗復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)寬頻帶阻抗復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)是由穿孔板、板后空腔、吸聲材料及剛性隔聲層構(gòu)成的阻抗

49、復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖4.5所示： 圖4.5 寬頻帶阻抗復(fù)合式吸聲結(jié)構(gòu)在寬頻帶阻抗復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)中，采用礦棉板等吸聲材料作為基板的穿孔板，代替金屬穿孔板。穿孔板背后空氣層中 填入疏松吸聲材料時(shí)，空腔 內(nèi)的聲質(zhì)量和聲順 都增加，穿孔的末 端阻抗也增加，也即 相當(dāng)于空腔的有效 深度增大，穿孔的有效 長(zhǎng)度也增加，與未填材料時(shí) 相比，共振頻率 向低頻方向移動(dòng)，移動(dòng)量通常 在一個(gè)倍 頻程以?xún)?nèi)，同時(shí)吸聲系 數(shù) 有所提高；其次由于在孔 頸 和空腔內(nèi)產(chǎn)生較高的聲 阻，當(dāng)穿孔率比較低時(shí) ，主要產(chǎn)生 在孔頸處，穿孔率較高 時(shí)，主要產(chǎn)生在 空腔內(nèi)。由于空腔內(nèi)填入 吸聲材料后產(chǎn)生了相當(dāng)高 的聲阻率，因此孔頸處的聲阻率

50、不宜過(guò)大，可通過(guò)穿孔率加以調(diào) 節(jié)，通常穿 孔率不宜小于 5%。穿孔板后空氣層 填入吸聲材料時(shí)，為增 加孔頸附近的阻力，吸聲材 料應(yīng)盡量接近穿孔板，當(dāng)吸聲材 料離穿孔板 50mm 以 上時(shí)，其吸聲系數(shù) 將降低。在寬頻帶阻抗復(fù)合 吸聲結(jié)構(gòu)外部的剛性阻尼隔聲層起到隔聲作用，可以進(jìn)一步降低罩體 外部 的聲壓級(jí)。此外，剛性隔聲層還能夠有效地保護(hù)隔聲罩。寬頻復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)中穿 孔板采用吸聲材料基板，即結(jié)構(gòu)中是由兩種吸聲材料共同作用，從根本上加寬 了吸聲頻帶。亥姆霍茲共振結(jié)構(gòu) 和吸聲材料的結(jié) 合很大層度上提高了吸聲系數(shù)。 此外，結(jié)構(gòu)外層剛性阻尼 隔聲層輔助作用，進(jìn)一步提高了結(jié)構(gòu)得插入 損失值。4.3隔聲控制及

51、隔聲罩的設(shè)計(jì)隔聲法 是現(xiàn)代噪聲控制 工程中常用的技術(shù)之一。聲音在空氣中 傳播時(shí)，使聲能在傳播途徑中受到阻 擋而不能直接通過(guò)的措施，稱(chēng)為隔聲。許多實(shí)際情況下，由于各種條件的限制，很 難從噪聲源上進(jìn)行處理，這時(shí)可在噪聲傳播途 徑上采取措施來(lái)降低噪聲。根據(jù)形狀的不同，隔聲構(gòu)件可以分為隔聲墻與隔聲罩等，其中隔聲罩是 工程機(jī)械應(yīng)用較多的配置，常用于 發(fā)動(dòng)機(jī)和駕駛室 的噪聲隔離，它通常是兼有隔聲、吸聲、阻尼、隔振和通風(fēng)、消聲 等功能的綜合 結(jié)構(gòu)體。罩的主要結(jié)構(gòu)一般是外層 采用0.5-3毫米厚的鋼板或鋁板，為了 避免發(fā)生板的吻合效應(yīng)和低頻共振，在罩內(nèi)側(cè)金屬板 可 涂阻尼層。阻尼層常 用瀝青浸麻袋片、玻璃布、

52、氈類(lèi) 或石棉絨及特制的阻 泥漿等材料。隔聲罩通常由罩壁、吸聲層組成。根據(jù)需要的隔聲量，該隔聲罩結(jié)構(gòu) 為3mm厚的鋼板，罩壁外涂油漆(5Kg/m2;罩 壁內(nèi)貼50 mm超細(xì)玻璃棉吸聲層（=0.58）。穿孔板的小孔直徑為8mm，開(kāi)孔率為30%。為了防止縫隙漏聲，機(jī)罩上的門(mén) 窗縫隙均采用橡皮條密封。為了解決機(jī)組通風(fēng)散熱，機(jī)罩設(shè) 有進(jìn)氣道和排氣道。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，依靠裝置在柴油機(jī)前 端的風(fēng)扇，冷空氣從機(jī)罩前面兩側(cè)進(jìn)氣消 聲道進(jìn)入，流經(jīng)空 壓機(jī)，熱空氣由機(jī)罩 上方排氣消聲道排出。1）隔聲量TL（也稱(chēng) 聲透射損失）： （4-5） 式中，Ii 和It 分別為入射聲強(qiáng) 和透射聲強(qiáng)；為聲強(qiáng)透射系數(shù)。隔聲量計(jì)算公式

53、： (4-6式中，L1 和 L2 分別 代表發(fā)聲室和接收室內(nèi)空間平均聲壓級(jí)，dB；S為試件面積，m2 ；A為接收室吸聲量，m2 。2）插入損失IL在離聲源一定距離處的 同一點(diǎn)，安裝隔聲罩前后的聲壓級(jí)級(jí)差： (4-7由于(+1<1，因此隔聲罩的 插入損失IL總是小于隔 聲構(gòu)件的隔聲量TL。提高罩殼內(nèi)壁的吸聲 性能，就降低了罩內(nèi)混響 聲場(chǎng)，也就相應(yīng)提高了插入損失。在隔聲罩內(nèi)壁鋪 設(shè)吸聲材料后，由于>> ： (4-8一種隔聲材料或構(gòu)件，會(huì)因使用場(chǎng)合 不同，測(cè)試方法不同而得出的隔聲效果不同。隔聲結(jié)構(gòu)通常都 是采用板，板的隔聲性能主要由 控制板振動(dòng)的三 個(gè)物理量決定，它們是：板的面密

54、度；板的勁度；材料的內(nèi)阻(以損 耗因素表征。典型的勻質(zhì)薄板隔聲頻率特性曲線(xiàn)如圖4.6所示。曲線(xiàn)可分 為三個(gè)區(qū)域：勁度控制區(qū)(；質(zhì)量控制區(qū)(；吻 合效應(yīng)控制區(qū)(。在 很低的頻 率(低于板 的簡(jiǎn)正頻率范圍里，板受 本身 的勁度控制，隔聲曲線(xiàn)隨頻率的升高而降低，此時(shí)板的質(zhì)量和阻尼并不重要。頻率再升高，質(zhì)量開(kāi)始起作用。在勁 度和質(zhì)量 共同的作 用下，板將產(chǎn)生一系列 共振，其中為最低共振頻率。各共振頻率可由下式確定： (4-9 圖4.6 板的隔聲頻率曲線(xiàn)式中，為板的勁 度，；為材料的彈性模量，；為板的厚度，m；M為板的面密度，；a,b為板 的長(zhǎng)寬尺寸，；p,q為任意正整數(shù)。對(duì)于一般厚重材料而 言，如磚墻

55、，它的低 于可聞聲，可不予考慮：但對(duì)于金屬薄板，其 共振頻率可能落在聽(tīng)閾內(nèi)，此時(shí)應(yīng)考慮它 的影響。另外，在特性曲線(xiàn)的這段 區(qū)域內(nèi)，阻尼 將影響共振的 振幅，當(dāng)阻尼很大時(shí)，共振的起伏較小，反之就大，故這段區(qū)域也可稱(chēng) 為阻尼控制區(qū)。頻率再往上升，板進(jìn)入 由質(zhì)量控制的區(qū)域，板的質(zhì)量 愈大，頻率愈高，隔聲量也愈高。實(shí)踐 證明，對(duì)于鋼板、木板、墻體等 單層結(jié)構(gòu)，它們的隔聲能力 主要取決于它們的 面密度（即單位面積的重量），面密 度越大，其慣性阻 力也越大，也就越不容易振動(dòng)。所以，隔聲效果也越好。通常把面密度與隔聲量這一關(guān)系叫做“質(zhì)量定律”。這主要指圖隔聲曲線(xiàn)中 的質(zhì)量控制區(qū)而言，是隔聲 研究的重要區(qū)域。

56、頻率越過(guò)質(zhì)量控制 區(qū)上升到一定頻率時(shí)，薄板將出現(xiàn)吻合效 應(yīng)，并在最低的吻合效應(yīng)頻率 （稱(chēng)為臨界頻率）位置 產(chǎn)生隔聲低 谷，又稱(chēng)吻合谷。吻合谷的深淺隨 著板的阻尼不同而不同，阻 尼高時(shí)谷就較淺，反之則深 。吻合谷之后頻率特性 曲線(xiàn)將以/倍頻程的斜率上升，經(jīng)一 段之后上升斜率又恢復(fù)到/倍頻程，因此這段又 稱(chēng)為質(zhì)量定律的延伸。吻合效應(yīng)的范圍是較寬的，約占三個(gè)倍 頻程。要減少吻合 效應(yīng)的影響除加大板的阻尼外，在臨界頻率落于 中高頻時(shí)，可采用減小板厚和 勁度B，使板的臨界頻率移到不重要的甚高頻上。圖4.7吻合效應(yīng)原理圖吻合效應(yīng)的產(chǎn)生是由于勻質(zhì)薄板都具有 一定的彈性，在聲波 的激發(fā)下會(huì)產(chǎn)生受迫彎曲振動(dòng)，并

57、沿 著板前進(jìn)。當(dāng)在某一頻率，板中的彎曲 波波長(zhǎng)B恰好等于空氣中入 射聲波波長(zhǎng)在板上的投影（見(jiàn)圖4.7），板上的兩 波發(fā)生了共振，產(chǎn)生了波的吻合，此 時(shí)板的運(yùn)動(dòng)與空氣中聲波的運(yùn)動(dòng)達(dá)到 高度耦合，聲能大量地透射過(guò)板。出 現(xiàn)吻合效應(yīng)的最低頻率稱(chēng)為臨界頻率。臨界 頻率以c(表示，它可由下式計(jì)算： （4-10）式中，c為聲速，m/s；M為板的面 密度，；為板的 勁度，；為彈性模量，N/m2；為板的厚度，m；為板的密度，。1隔聲罩的設(shè) 計(jì)必須與生產(chǎn)工藝的 要求相配合，不能影響生產(chǎn)和 妨礙操作。例如，為了散熱降 溫，罩上需要留出 足夠的通風(fēng)換氣口，口上應(yīng)該 安裝消聲器，消聲器的消 聲值要與隔聲罩的隔 聲值相匹配。為力監(jiān)視，需 要留觀(guān)察 的玻璃窗。為力便于 檢修、維護(hù)，罩上需留出 可開(kāi)啟的門(mén)或把 罩設(shè)成可拆卸的 拼裝結(jié)構(gòu)。2隔聲罩的壁材 必須選擇有足夠 隔聲能力的材料制作，如鋼 板、鉛板、磚等。3隔聲罩內(nèi) 表面吸聲系數(shù)不能太小。為此可在罩 內(nèi)進(jìn)行吸聲處理。4隔聲罩要 選擇適當(dāng)形狀，一般來(lái)說(shuō)，曲面 形體的剛度比較大，利 于隔聲。要盡量少用方形平行罩壁，以防止罩內(nèi)空氣聲的駐波效應(yīng)，使隔聲量出現(xiàn)低谷。同時(shí)，要盡量去掉 不必要的金屬 面，以減少噪 聲的輻射面積。5用鋼板之類(lèi) 的輕型結(jié)構(gòu)做罩壁時(shí)，需要考 慮共振和吻合效應(yīng)。為此 可在金屬板上加筋或涂貼阻尼 層，以抑制板面振