羅茨風(fēng)機(jī)噪聲源分析

羅茨風(fēng)機(jī)噪聲含有多種“成分”。錦工風(fēng)機(jī)從噪聲產(chǎn)生機(jī)理分析，羅茨風(fēng)機(jī)噪聲主要由氣動(dòng)噪聲、機(jī)械噪聲和電磁噪聲等幾部分組成，其中氣體動(dòng)力性噪聲具有強(qiáng)度高、危害大的特點(diǎn)，是羅茨風(fēng)機(jī)的主要噪聲污染源。從噪聲傳播途徑分析，羅茨風(fēng)機(jī)噪聲由空氣噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲兩部分組成，空氣噪聲通過進(jìn)氣口、排氣口、機(jī)殼、管壁等輻射與傳播，結(jié)構(gòu)噪聲通過機(jī)殼、管壁與基礎(chǔ)等傳播，結(jié)構(gòu)噪聲容易造成物體振動(dòng)并激發(fā)二次空氣噪聲。羅茨風(fēng)機(jī)噪聲傳播途徑如圖1所示。

1.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)噪聲 2.機(jī)殼與管壁噪聲 3.氣流噪聲

圍介質(zhì)造成了壓力脈動(dòng)，形成了氣動(dòng)噪聲。當(dāng)風(fēng)機(jī)葉輪逐個(gè)掃過進(jìn)氣口與排氣口時(shí)，氣體受到周期性擾動(dòng)，引起壓力脈動(dòng)，同樣產(chǎn)生了噪聲。由于風(fēng)機(jī)葉輪與機(jī)殼之間圍成封閉的基元容積，在基元容積與排氣口連通一瞬間，風(fēng)機(jī)排氣口的高壓氣體向基元容積快速回流，使氣流受到劇烈沖擊與壓縮造成壓力脈動(dòng)，形成了強(qiáng)烈的氣動(dòng)噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲具有確定的基頻，計(jì)算式為f1=Z·n/30（Hz），其中Z為葉輪數(shù)，n為轉(zhuǎn)速（r/min）。
渦流噪聲又稱紊流噪聲，是氣體渦流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的一種非穩(wěn)定流動(dòng)噪聲。在葉輪及機(jī)殼流道表面，尤其在氣流突然減速或速度方向發(fā)生突變的部位，氣體附面層發(fā)展到一定程度就會(huì)發(fā)生脫離，形成漩渦。內(nèi)泄漏氣體的流動(dòng)方向與主氣流方向相反，也會(huì)在泄漏間隙兩端產(chǎn)生漩渦。由于氣體具有粘滯性，氣流漩渦產(chǎn)生后還會(huì)在流動(dòng)過程中進(jìn)一步分裂，形成一系列更小的渦流。

除了上述旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲外，氣動(dòng)噪聲還包括共鳴聲。由于葉輪旋轉(zhuǎn)和氣流渦流運(yùn)動(dòng)等因素的影響，氣體壓力在很寬的頻率范圍內(nèi)脈動(dòng)。這種脈動(dòng)與進(jìn)（排）氣腔發(fā)生聲學(xué)上的共振，產(chǎn)生共鳴聲。當(dāng)共鳴聲通過進(jìn)、排氣口輻射時(shí)，顯著增強(qiáng)氣動(dòng)噪聲的某些共振頻率成分。
機(jī)械噪聲主要來源于機(jī)殼的振動(dòng)，使機(jī)殼發(fā)生振動(dòng)的原因主要有兩個(gè)：①葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡力，通過傳動(dòng)構(gòu)件轉(zhuǎn)移到機(jī)殼上，對(duì)機(jī)殼產(chǎn)生周期性的激勵(lì)；②機(jī)殼內(nèi)的渦流強(qiáng)度所決定的壓力脈動(dòng)，常與葉片的基頻（即葉片通過頻率）有聯(lián)系，也對(duì)機(jī)殼產(chǎn)生周期性的激勵(lì)。風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓越高，這一激勵(lì)源越不能忽視。此外，電動(dòng)機(jī)、基礎(chǔ)振動(dòng)和管路振動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生機(jī)械噪聲。
幾種典型的羅茨風(fēng)機(jī)噪聲頻譜特性如圖2所示，其特點(diǎn)是中低頻噪聲峰值突出，高頻噪聲成分逐漸減弱。羅茨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速一般為490～3000r/min，旋轉(zhuǎn)噪聲基頻為49～300Hz，使風(fēng)機(jī)噪聲呈現(xiàn)低頻特征。渦流噪聲以中高頻成分為主，具有寬頻帶特性。共鳴聲對(duì)中頻噪聲影響較大。

羅茨風(fēng)機(jī)噪聲與風(fēng)量、轉(zhuǎn)速、壓力等參數(shù)有關(guān)。一般情況下，風(fēng)機(jī)風(fēng)量、轉(zhuǎn)速與壓力升高，噪聲增大。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)轉(zhuǎn)速與壓力相同時(shí)，風(fēng)量增大一倍，噪聲增強(qiáng)約6dB(A)；壓力每升高一個(gè)大氣壓，噪聲增強(qiáng)約3~4dB(A)；如果轉(zhuǎn)速增加一倍，則噪聲增強(qiáng)約6~10dB（A）。

測(cè)量羅茨風(fēng)機(jī)噪聲的目的就是為了對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行噪聲等級(jí)的分析、評(píng)價(jià)或聲源識(shí)別，以便采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行噪聲控制。通常羅茨風(fēng)機(jī)的噪聲識(shí)別方法有現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量法、聲功率測(cè)量法、表面振動(dòng)測(cè)量法等，其中，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量法是工程實(shí)際中常用的方法。
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量法通過對(duì)數(shù)據(jù)、頻譜的分析確定主要的噪聲輻射源，方法簡便，測(cè)量結(jié)果能真實(shí)反映風(fēng)機(jī)的振動(dòng)與噪聲水平，但易受環(huán)境的影響。聲功率測(cè)量法反映噪聲源輻射強(qiáng)度與輻射特性，避免了聲壓級(jí)易受測(cè)量距離和測(cè)量環(huán)境影響的缺點(diǎn)。振動(dòng)測(cè)量法是根據(jù)羅茨風(fēng)機(jī)的表面振動(dòng)速度來估計(jì)表面輻射聲功率，主要困難在于羅茨風(fēng)機(jī)零部件輻射比的確定，需要測(cè)量較多的數(shù)據(jù)和進(jìn)行大量的計(jì)算。

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