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螺杆式压缩机风机消音器选型与应用设计?
发布时间:2023/1/18 点击次数:566

螺杆式压缩机风机消音器选型与应用设计?
 

     螺杆式压缩机风机消音器选型与应用设计?螺杆式压缩机的两种常用消音器:抗性消音器与阻性消音器,对风机消音器实例进行了设计计算,探讨了螺杆式压缩机风机消音器的设计选型。螺杆式压缩机风机消音器设计中,压缩机的噪音源特性是一个重要因素,对不同机组的噪音特性,可以考虑采用不同形式的消音器。阻性消音器或阻抗复合消音器,适用于排气噪音频率偏高的场合,抗性消音器适用于窄带噪声和中低频噪声的控制。
    随着人们环保意识的增强,工厂的工业噪声控制也显得格外重要。根据相关标准《工业企业噪声卫生标准》中的规定,工业生产车间以及作业场所的工作地点噪声标准应W85dB。对于环保要求逐渐提高的石化企业,降低设备噪声是一个必须面对的问题。由于螺杆式压缩机的转速较高,特别是干式无油螺杆式压缩机,产生的噪声较大。因此必须采取适当的降噪手段,控制其噪声。在噪声机理中,声源及传播噪声的媒介是两大必要因素;故噪声的控制也主要围绕这两种因素进行:
1)消除声源。
从噪声发生的机理和规律出发,消除声源的源头,这是控制噪声的基本和有效的途径。如:提高螺杆式压缩机的转子及壳体加工及装配的精度,釆用具有较好性能的转子型线、设计内部流道结构合理的壳体、合理的管道选择均可有效降低和消除声源;
2)切断传播。
切断噪声的传播途径。如:在压缩机进、出口设置风机消音器、采用整体隔音罩等来减弱噪音;
3)声场接受点防护,比如建厂房,带耳塞等。
由于风机消音器结构简单,使用灵活,投入经济,是一种为经济实用的消声设备,因此在螺杆式压缩机上使用广泛。本文将介绍螺杆压缩机上常用的消音器型式,以及消音器的选型与计算。
1螺杆式压缩机风机消音器选型
    在螺杆式压缩机的运行中,机械噪声和气体噪声是两种主要存在的噪声形式。其中气体噪声主要包括吸、排气噪声和气体动力噪声。由于螺杆式压缩机在运行中做高速周期性的吸排气动作,且排气侧排气流道较小,气体压力高,排气噪声成为主要的噪声源。在排气过程中,高压气体经压缩后瞬间释放,形成周期性的涡流喷注噪声,同时还伴随着管路振动,故而排气压力的脉动是引起噪声和振动的主要因素。进、出口消音器是控制螺杆式压缩机的进、排气噪声有效的措施目前,在螺杆式压缩机上经常使用的消音器有阻性消音器、抗性消音器以及阻抗复合式消音器。
1.1阻性消音器
    阻性消声器是利用多孔吸声材料来吸收降低噪声的结构型式。吸声材料按照一定方式在管道中排列固定在气流通道的内壁上,当声波进入阻性消音器时,一部分声能碰到多孔材料,在孔隙中摩擦而转化成热能耗散掉,使得消音器的声波减弱口。阻性消音器就好象电学上的纯电阻电路,吸声材料类似于电阻。一般来说,阻性消音器对中高频的噪声消声效果较好、对低频的噪声消声效果较差。
理论计算公式:FAL=^(ao)—XL (1)式中:F——消声器气流通道断面周长,m;S——消声器的气流通道截面积,n?;L——消声器的有效长度,m;W(a。)——与材料的吸声系数有关的消声系数。可以看到消音量AL与材料吸声性能和周长/截面比值有关,釆用方形的消音器筒体比圆形效果要好,筒体越长越好。玄(a。)是一个与材料的吸声系数有关的消声系数,如表1所示,不锈钢纤维棉这种材料的吸音系数又与吸音材料的厚度,容重有关系,另外的规律就是与噪音源频率成正比,噪音源频率越高,消音效果越好。
表1不锈钢纤维棉佳容重下(11()kg/nr')不同填装厚度时的吸音系数
频率/Hz 厚度/mm
 20 30 50
200 0.05 0.05 0.15
250 0.09 0.05 0.25
315 0.09 0.10 0.40
400 0.09 0.15 0.55
500 0.15 0.30 0.70
630 0.20 0.40 0.85
800 0.40 0.65 0.95
1000 0.60 0.75 0.97
1250 0.70 0.95 0.97
阻性消声器类型众多,一般可按气流通道的几何形状不同进行分类,一些常见的结构如图1所示。
图1常见阻性消声器示意
1.2抗性消音器
    抗性消声器是由突变界面的管和室组合而成的,每一个带管的小室都有自己的固有频率。当包含有各种频率成分的声波进入一个短管时,只有在一个网孔固有频率附近的某些频率的声波,才能通过网孔到达二个短管口;而另外一些频率的声波则不可能通过网孔,只能在小室中来回反射。选取适当的管和室进行组合。就可以滤掉某些频率成分的噪声,从而达到消声的目的。
    抗性消声器,一般适用于窄带噪声和中低频噪声的控制,比较适合于在高温、潮湿、气流速度较大、洁净度要求高的场所使用。常用的抗性消声器包括的形式:扩张室式、共振腔式、干涉型。
    抗性消音器(膨胀式消声器)是扩张式消音器常用的结构型式,其消声机理主要是用过管道中声波,在截面突变(扩大或缩小)处发生反射衰减噪声,见图2。图2扩张式消音器理论计算公式:ALTl=101g1+sinH/(2)式中:772消声器扩张比,=务;L 扩张室长度;k 波长=苧。由公式(2)可知,扩张比越大,也就是筒体与进、出口管径的比值越大,消音器的能达到的消音总量越大,另外就是消音量是由sin函数控制,只有当妲=(2如+1)tt/2,消音量大。也就是说,对于不同频率的噪音消除效果是不一样的,当扩张比与筒体长度确定后,对于某个频段的噪音,奴=〃7r,sinmr=0,消音量为0,这也是单节扩张消音器大的缺点。
两种常见的方法用于此类消音器的设计:
    1)在扩张室中插入内插管,在扩张室两端各插入1/2和1/4的管,这样可以有效消除n为奇数和偶数时的通过频率低谷,让消声器的频率响应特性曲线平直”】,见图3。
图3用穿孔管连接的插入管式消声器示意
    2)设计多节扩张室,一般为两节,每节具有不同的通过频率,串联起来后,这样的多节串联的消音器可以优化整个消声频率特性,使得各频段消音效果、消声量提高,见图4。
图4双节串联扩张式消声器示意
通过确定现场压缩机排气频率的主要噪音频段,我们可以通过优化设计消音器的两端长度来控制消音效果。抗性消音器是一种主要用来消除低频段的消音器,因为它有一个上下限截止频率:上下限截止频率:扩张室截面增大同样存在高频声波窄束传播失效,此有上限频率:儿=1.22盲式中预u 上限频率,Hz;c 声速,m/s;D 直径,m。对于低于某一频率的声波也将失去消声作用,存在下限频率:式中:人——下限频率,Hz;S——联接管截面面积,m%V 扩张室的体积,m,;L——联接管长度,m。下限频率能够覆盖压缩机排气频段,也就是说,上限频率将成为抗性消音的短板,D越大,上限频率越低。
不同的消音器结构各有优缺点,在实际应用中,一般来说噪声的频带较宽,为控制高强度的宽频带噪声,通常将阻性和抗性两种结构消声器组合使用。特别是对于波长较长的声波来说,釆用阻抗复合式消音器对噪音的各个频段都有很好的消除效果。
2风机消音器计算实例
    该风机消音器是设计选型遇到的一个实例,某厂有2台螺式杆压缩机,1台日产神钢,1台国产。2台压缩机工艺参数相同,操作工况相同,但国产压缩机在噪声控制上略输于日产。两种消音器所釆用的型式不一样,一个采用阻性消音器,另一个采用抗性消音器,现将两种类型消音器进行计算对比。
2.1消音器设计参数
消音量计算的主要参数见表2。
表2消音器设计参数
1 项目 数据 I
压力(绝压)/MPa 0.205
温度/P 45
流量/(m3?min1) 620
转速/(r?min-1) 3862
绝热指数 1.3669
分子量 4.0793
2.2阻性消音器
1)结构尺寸。
釆用的阻式清音器内部结构截面见图5。
单个截道周长:F=l.068X0.2X2=2.536m单个截道面积:S=1.068X0.2=0.2136m2有效长度:L=1.5m
2)消音材料。消音系数:W(qo)=4.34 X1一—a1+J1—a 式中:a——一消音系数。
吸音系数转换成消音系数见表30 表3吸音系数■消音系数 
■ 频率/Hz 消音系数 频率/Hz 消音系数1
200 0.18 630 0.85
250 0.31 800 1.92
315 0.55 1000 3.06
400 0.55 1250 3.06
500 0.86  
消音量计算。FAL=W(a())亏XL按公式的消音量见表4。表4消音量计算表
频率/Hz 消音量/dB 频率/Hz 消音量/db
200 1.88 630 20.48
250 3.33 800 29.42
315 5.89 1000 32.68
400 9.14 1250 32.68
500 13.55  
从表4可以看出,阻式消音器对高频噪音的消音效果好很多。
默认进气噪音的主要频率为压缩机激发频率:f=nz/Q0式中:/—排气频率,Hz;n 转速,r/min;z—转子齿数。压缩机噪音主频为257.6Hz,消音效果33dB0
2.3抗性消音器
结构尺寸。插入管管径:d=0.7m;消音器筒体直径:D=1.1m;扩张比:巩=2.47;一段腔长£=1.483m;二段腔长%=1.177mo消音量计算。△Ltl=101g[l+扌S—§)sin2kl对于不同频率,波长k值不一样,表5列出不同频率波长&值,以及消音量的变化。表5不同频率下抗性消音器的消音量
项目 频率/Hz
 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250
波长4 1.344 1.668 2.102 2.670 3.34 4.200 5.340 6.67 8.340
一段消音量/dB 3.140 2.960 1.880 0.117 1.22 3.150 0.437 2.79 0.054
二段消音量/dB 2.780 1.490 0.003 1.950 3.03 0.011 3.142 0.86 0.175
总消音量/dB 5.920 4.450 1.883 2.067 4.25 3.161 3.579 3.65 0.23
默认进气噪音的主要频率为压缩机激发频率:f=nz/60压缩机噪音主频为257.6Hz,消音效果为45dBo
    通过计算发现阻性消音器在高频段上的消音效果要强于抗性消音器,而抗性消音器更适合消除某个频段的噪音。由于该压缩机釆用干式压缩,转速较高,通过现场实测噪音源,其主要噪声频段为500?800Hz,因而阻性消音器的消音效果要优于抗性消音器。
对于压缩机风机消音器设计,压缩机噪音源的特性是一个重要因素,对于不同机组的噪音特性,可以釆用不同的压缩机风机消音器。譬如高转速干式压缩机,其排气噪音频率偏高,可以使用阻性消音器或者阻抗复合式消音器消除噪音。
    介质气的组分对风机消音器的选型设计也有很大的影响,对窄带噪声和中低频噪声的控制,可采用抗性消声器,在高温、潮湿、气流速度较大或是洁净度要求高的场所使用。而在一些吸音材料表面容易被工艺气中黏稠物质阻塞的场合,阻性消音器很容易失效。
    压降损失也是消音器设计的一重要指标,特别是在工艺螺杆式压缩机的进、出口设置风机消音器时,必须考虑到风机消音器所引起的压降损失。对于压缩机风机消音器的内部结构及吸声材料所造成的阻力损失不可忽略。必须在考虑大消音量的同时,考虑流体阻力的影响,以此减少压缩机机组的功耗。

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