三叶罗茨鼓风机噪声源测试分析

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Noise Source Testing and Analysis of Three Leaves Roots BlowerZhang e Zhao Yongrui Yang gifengAbstract：The noise of a three leaves roots blower is measured by sound level meter and multi-channel dataacquisition equipment，then the main noise source of roots blower and it's characteristics are determined by means ofspectral analysis.Experiments confirm that the main noise source of roots blower is rotation noise which is one ofaerodynamic noise，voex noise and mechanical noise are of less efect，and the noise equeney is mainlydistributed in the medium and lowequeney region。

Key words： Roots blower； Experimental measurement； Spectral analysis；Noise source； Rotation noise；Vortex noise；Mechanical noise0 前言 1 罗茨鼓风机噪声测试罗茨鼓风机是-种典型的气体增压与输送机械 ，广泛应用于冶金 、煤炭 、石油化工等行业 。与往复式和离心式风机比较，其具有结构简单、压力改变时风量变化孝流量受阻力影DR/I，、供风稳定等优点，但其在工程应用中存在绝热效率较低 、噪声较大等缺点风机正常运行时，车间噪声-般在 70 dB以上.长期处于这样的环境下作业人员的降水平会受到影响 ，严重的还会引发噪声性职业病 。因此 ，有必要对风机进行噪声信号测试分析，识别其主要噪声源及其特征，以便于下-步进行降噪处理。

l1 噪声测试仪器和噪声测点布置TES-1350 噪 音 计 、 TES-1370 噪 音 计 、AWA6221B型声校准器 、INV3018盒式采集仪。

根据 GB/T 2888-2008《风机和罗茨鼓风机噪声测量方法》确定测点布置，如图 1所示。各个测点距离地面高度均为 1 in，其中 M1、M2、M3三点 由于距离 电动机-侧 ，受 电动机 噪声影响很大 ，故其测量值作为参考，不列入分析计算中”。

1.2 测试对象及其参数测试风机为 3HD-125型三叶罗茨鼓风机 .其有关参数如表 1所示。

6 化工装备技 术 第 34卷第 2期图 1 罗茨鼓风机噪声测点位置M1表 1 3HD-125型三叶罗茨鼓风 机额定参数及测量值项 目 参数类型型号功率，kW电机额定参数 转速，( . in-1)电压厂v电流/A转速/(r·min )风机额定参数 升压/kPa流量/(m ·min )气压/Pa空气参数 温度，℃密度/(kg·m )电机转速/(r·min )升压/kPa测量值 风机转速/(r·min )流量，(m ·min )出口温度/℃三相异步电动机Y2-250M-4551480380102.920809817.9101320.51.977148098200717.5341.52 测试结果及分析2.1 罗茨鼓风机噪声源分析噪声源是指-切向周围辐射噪声的振动物体及其产生的噪声。噪声包括固体的机械噪声、流体的动力性噪声以及电磁噪声等。罗茨鼓风机含有多种噪声源，其噪声主要包括下述几种。

2.1.1 旋转噪声旋转噪声是指由于风机叶轮 (转子)旋转引起的周期性压力脉动所产生的噪声。因为风机旋转过程中，进气腔和排气腔的体积是周期性变化的，使得气体流动不均匀，同时风机叶轮依次扫过进气口和排气口，也周期性扰动了气体，从而对周围介质施加了脉动压力，产生气动噪声。

风机的噪声具有确定的频率，其旋转噪声的频率为：旋 i (1)式中 n--风机工作轮转速 ，r/min：z--叶片数；- - 谐波序号 (1，2，3，)。

2.1.2 涡流噪声涡流噪声又称紊流噪声或漩涡噪声。由于高速气流通过叶片，产生紊流附面层或漩涡分裂脱离，引起压力脉动从而产生涡流噪声。

根据经验公式.涡流噪声的频率为： (2)式 中 S 斯特罗哈系数 .SrO.14～0.20。-般取 0.185：- - 气体相对于叶片的速度：--物体正表面投影宽度(垂直速度的平面)；- - 谐波序号 (1，2，3，)。

由式 (2)可知，涡流噪声频率与气体相对于叶片的速度 成正比。 与工作轮上各点的圆周速度 /Z有关 。工作轮上各点 的圆周速度 是随各点到轴心的距离而连续变化的。所以风机旋转产生的涡流噪声是中、高频的，且是宽频带的连续谱[21。

2.1.3 机械噪声机械噪声主要是由机壳的振动引起的。其振动原因主要有两个 ：a)叶轮转动中的不平衡，周期性的激励从传动构件转移到机壳 ：b)壳内涡流的压力脉动也对壳体产生周期激励，风机风压越高，激励影响就越大。除此之外 。机械噪声还有齿轮啮合误差、轴承制造精度误差、基打管路固定不牢和电动机转动等产生的振动噪声。

2.1.4 电磁噪声驱动风机所用的电动机通常为三相异步电动机。在电动机中，电磁噪声是 由交变磁场对定子和转子作用产生周期性交变力引起的振动产生的.电磁噪声频率与电源频率有关。

2.2 噪声测试结果分析由于罗茨鼓风机噪声在较宽的频带范围内其声压级都较高。根据奈奎斯特采样理论，采样频率至少为分析频率的两倍 ，因此 。设置采样频率为20 000 Hz。采集的噪声信号时域波形如图 2所示。

图 2所示的噪声信号是 由不同频率和强度的声波组2013年4月 张哲等：三叶罗茨鼓风机噪声源测试分析 72日l鲞。

- 1- 2O O.Ol 0.02 0.03 0.04 o.05 O.O6时间，s图 2 噪声信号时域 波形合而成的，从时域波形上看不到明显的信息，这就需要采用其他方法对信号进行分析。

2.2.1 自功率谱密度分析功率谱密度能够反映噪声能量按频率的分布情况，因而通过功率谱密度分析，可以帮助人们判断机械噪声源和寻找产生噪声的原因。

对采集到的噪声信号进行 自谱分析，如图 3所示。分析参数设置为：海 明窗函数 、全程傅里 叶变换结果线性平均。由式 (1)计算旋转噪声的谐波频率可得 ，f5O1.75、f9903.15、 o1 003.5、 1 404.9、 ：l 505.2，这与表 2所示的 自功率谱密度峰值频率基本相同。

O 2Oo 4000 6O0H0 8000 l000频率/Hz图 3 自功率谱密度分析表 2 峰值数 据表分析的结论如下： (1)罗茨鼓风机的噪声是- 个稳态噪声 ，频带范 围较宽 ，以低中频为主 ，且中频较 宽 ； (2)风机 的旋转 噪声为主要 噪声 源 ，以中低频段为主： (3)在较宽 的频段上都呈现幅值较高的特性.在 500-1700 Hz范围噪声具有明显的连续 出现的峰值 ，这是治理和控制噪声首先要考虑的频段2.2.2 互相关分析互相关分析可反映两个随机信号之间的相关关系。通过对噪声信号和振动信号进行互相关分析。

对采集的噪声信号与三个方向的机壳振动信号做互相关分析，结果如图4～图6所示。

图 4 噪声信号与垂直方向振动互相关分析图 5 噪声信 号与水平方 向振动互相关分析图 6 噪声信号与径向振 动互 相关分析由图4、图 5、图6可以看出，噪声与垂直方向振动相关性系数最大.与径向振动相关性系数次之 ，与水平方向振动相关性系数最校三个方向的(下转第 14页)2 5 l 5 0 l 0 - . (-越懒牡悱14 化 工装备技术 第 34卷第 2期试验方法 ： (1)先将 阀门关闭 ，对 阀座施加公称工作压力的气压，然后将 阀门全开 。如此反复操作 ，重复 200次。 (2)在 0.4～0.7 MPa及公称工作压力的气压下检查 阀座有无泄漏。

3.5 低温反复操作试验低温反复操作试验模拟我国西北和东北地区在冬天的极寒情况下阀门的操作状况。

试验方法 ： (1)将球阀冷却至-45 cI二，重复开关 200次 。 (2)重复开关后 ，在 0.4～0.7 MPa及公称工作压力气压下检查阀座有无泄漏。

3.6 异物咬合试验异物咬合试验模拟油气运输过程中内部有杂物的情况，要求在杂物进入球阀内的情况下，球阀仍能正常动作 。

试验方法： (1)将不同目数的沙子 、铁锈、氧化皮各 100 mL放在阀座和球的接触处。(2)进行250次开关。 (3)每开关 5O次 ，在 0.6 MPa及 7MPa气压下检查阀座有无泄漏。 (4)在阀座部位注人密封脂，进行紧急修复试验。

试验合格判定依据： (1)开关 150次 ，阀座无泄漏。 (2)开关 200次，小于 180 mE/min的泄漏 。 (3)开关 250次 ，小 于 625 mE/min的泄漏。 (4)在阀座部位注入密封脂后阀座无泄漏。

3.7 吹垢试验试验方法 ： (1)将 阀门关闭，在阀座前方放置 1 L的异物 ，在放置异物侧施加 7 MPa的气压 ，阀门开 放 16% 。把异 物 吹入 阀座 。 (2)在 0.6MPa及 7 MPa的气压下 ，进行阀座泄漏试验。

3.8 抗震试验模拟地震 ，在振动试验台上 ，使用不同的载荷和不 同的振幅、振动频率 ，对球阀进行抗震试验测试。

试验方法 ： (1)对加长杆加载 ，相当于地基滑坡时产生的土压弯曲载荷。 (2)测量阀门及加长杆部位的应力。 (3)在压力 1 1.3 MPa下进行密封试验 。 (4)进行操作扭矩试验。

试验合格判定依据： (1)各部位的应力在屈服强度 以下 。 (2)阀门无泄漏 ，无异常。 (3)操作扭矩无异常。

4 结论球形构造的全焊接球阀具有受力均匀 、结构紧凑 、重量轻和强度高等优点。采用双活塞效应的阀座结构和特制的密封橡胶材料，能够有效地增强密封的可靠性，确保球阀长达 30年的使用寿命。通过阀门的-系列测试，可以保证阀门在特殊工况下的使用要求。