摘要：介紹了羅茨風機的噪聲源，主要分析了羅茨風機的氣動噪聲及其產(chǎn)生噪聲的機 理。在綜合各種應用實例的基礎(chǔ)上提出了控制噪聲的各種方法，并指出了這些方法在經(jīng)濟和節(jié)能方面的利弊。提出了降低羅茨風機噪聲的根本途徑是改 進風機的氣動設(shè)計和進行風機的*選擇、選用合適的安裝及運行方式，同時指 出了今后關(guān)于羅茨風機降噪的研究方向 。
關(guān)鍵詞：羅茨風機 噪聲 產(chǎn)生機理 降噪 根本途徑

羅茨風機是一種典型的容積式鼓風機，它依靠轉(zhuǎn)子容積的改變，將原動機所加入的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力和動能。與離心式鼓風機相比較，它具有壓頭高、流量受阻力影響小、供風穩(wěn)定等優(yōu)點，但在使用的過程中普遍存在著效率低、噪聲高的缺點。羅茨風機在化工廠特別是中小型化工廠使用相當普遍，由于風機產(chǎn)生較大的噪聲惡化了勞動條件，污染了生活環(huán)境，因而日益引起人們對風機噪聲的重視，開展了有關(guān)風機噪聲產(chǎn)生的機理和防治措施的研究工作。對于離心風機和軸流風機在這方面的研究已日趨完善，該文主要分析羅茨風機的氣動噪聲源及其產(chǎn)生的機理，在綜合各種應用實例的基礎(chǔ)上，提出了各種降低噪聲的方法，并對降低羅茨風機噪聲的根本途徑進行了一定的探討。
1  羅茨風機噪聲產(chǎn)生的機理
1．1 羅茨風機的噪聲源
羅茨風機含有多種噪聲源，其輻射噪聲的部位主要有：（1）進氣口和出氣口輻射的空氣動力性噪聲；（2）機殼及電動機、軸承等輻射的機械性噪聲；（3）基礎(chǔ)振動輻射的固體聲。在這幾部分噪聲中，進、出口部位輻射的空氣動力性噪聲（簡稱氣動噪聲）zui強，其它如機械噪聲、電磁噪聲等，在風機正常運行條件下都是次要的[1]。根據(jù)羅茨風機產(chǎn)生噪聲的頻譜分析，其特點為低頻寬帶。風機的氣動噪聲主要由兩部分組成：即旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。
1. 2 旋轉(zhuǎn)噪聲
旋轉(zhuǎn)噪聲是由于工作輪上均勻分布的葉片打擊周圍的氣體介質(zhì)，引起周圍的氣體壓力脈動而產(chǎn)生的噪聲 另外，當氣流流過葉片時，在葉片表面形成附面層，特別是吸力邊的附面層容易加厚，并產(chǎn)生很多渦。在葉片尾緣處，吸力邊與壓力邊的附面層匯臺形成所謂尾跡區(qū)。在尾跡區(qū)內(nèi)，氣流的壓力與速度都大大低于主氣流區(qū)的數(shù)值。因而，當工作輪旋轉(zhuǎn)肘，葉片出口區(qū)內(nèi)氣流具有很大的不均勻性。這種不均勻性氣流周期地作用于周圍介質(zhì)，產(chǎn)生壓力脈動而形成噪聲。氣流的不均勻性愈強，噪聲也愈大。
風機的噪聲具有確定的頻率，其旋轉(zhuǎn)噪聲的頻率為：
fi=i（NZ／60） （1）
式中：N為風機工作輪每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（r／min）；z為葉片數(shù)；i為諧波序號（1，2，3，??）。 i=l為基頻，i=2，3，4，??為高次諧音。從噪聲強度來看，基頻zui強，其次高頻諧音總的趨勢是逐漸減弱的。典型羅茨風機的頻率特性見圖l、圖2[2]
1．3 渦流噪聲
渦流噪聲又稱旋渦噪聲或紊流噪聲。它主要是由于氣流流經(jīng)葉片時，產(chǎn)生紊流附面層及旋渦與旋渦**脫體。而引起葉片上壓力的脈動所造成的。其產(chǎn)生有4個方面的原因：其一是物體表面上的氣流形成紊流附面層后，附面層中氣流紊亂的壓力脈動作用于葉片、蝸殼內(nèi)表面及局部表面等，產(chǎn)生了噪聲；其二是氣流流經(jīng)物體時，由于附面層發(fā)展到一定程度會產(chǎn)生渦流脫落，脫離渦流將造成較大的脈動；其三是由于來流的紊流度引起葉片作用力的脈動造成噪聲；其四是由于二次渦流形成的噪聲。
      

圖l 流量10m3/min與30m3/min的羅茨鼓        圖2 流量120rn3/min與140rn3/min羅茨鼓
風機進口噪聲頻譜                          風機進口噪聲頻譜  
———— 室內(nèi)進口軸向0.5m                 —————室內(nèi)進口軸向1.Om
–––––室內(nèi)連口軸向0.5m                –––––室內(nèi)進口軸向0.6m

一般認為，上述4種產(chǎn)生渦流噪聲的原因，由附面層紊流壓力脈動和二次渦流輻射的噪聲功率相對小得多。此外，只要來流的紊流度不特別大，由于沖角脈動形成的噪聲也不太明顯。于是可以認為，風機的渦流噪聲主要是由于第二種噪聲，即渦流和渦流脫離引起葉片升力的脈動所造成的渦流噪聲。
根據(jù)經(jīng)驗公式，渦流噪聲的頻率為：
Fi=i（SrW/L）       （2）
式中：Sr為斯特羅啥爾數(shù)，Sr=0．14～0．20，一般可取0.185；W 為氣體與葉片的相對速度；L為物體正表面寬度在垂直于速度平面上的投影；i為諧波序號（i=1，2，3，……）。
由公式（2）可知，風機的渦流噪聲頻率，主要與氣流和葉輪的相對速度W 有關(guān)。W又與工作輪的圓周速度u有關(guān)。u是隨著工作輪各點到轉(zhuǎn)軸軸心距離而變化的。由內(nèi)到外是連續(xù)變化的。因而風機旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的渦流噪聲是一種寬頻帶的連續(xù)譜。通過分析可知，風機的空氣動力性噪聲是由上述兩種性質(zhì)不同的噪聲相互疊加的結(jié)果。旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲兩種噪聲源強弱取決于葉片的幾何形狀和運行工況。
2  羅茨風機噪聲控制的一般方法
對于現(xiàn)場使用的風機可根據(jù)風機噪聲的太小、現(xiàn)場條件和降噪要求選用不同的控制措施，一般可概括為安裝消聲器、加裝隔聲罩和改造風機房或進行管道包扎等措施。
2．1 機械噪聲控制方法
對于羅茨風機的機械噪聲，控制的方法主要是提高裝配的精度；更換舊的滾珠軸承，或用滑動軸承來代替滾動軸承，使轉(zhuǎn)子處于動態(tài)平衡；以彈性聯(lián)軸節(jié)連接電動機和鼓風機；加強對設(shè)備的維修保養(yǎng)，以及加油潤滑，擰緊連接的螺栓，更換損壞的零部件等等。這些對臧弱噪聲均是有效的[3]
2．2 氣動噪聲的一般控制方法
2.2.1 安裝消聲器由于一般情況下，從風機進氣口和排氣口輻射的空氣動力性噪聲比從其他部位輻射的噪聲要高10～20分貝（A） [4] ，因此，控制風機噪聲時，首先應在進氣和排氣管道上安裝適當?shù)南暺?，見圖3。風機上采用消聲器，目前國內(nèi)外均趨向于采用阻性消聲器,而體積較大、消聲頻道較窄的消聲器已很少使用，當然消聲器的選擇、設(shè)計和安裝應根據(jù)實際情況進行。


圖3 在風機管道上安裝消聲器
2.2.2建立隔聲罩采用隔聲罩措施，就是將整個風機機組用密閉的廂聲罩圍包起來。其技術(shù)關(guān)鍵是采用怎樣的冷卻措施保證風機的正常運轉(zhuǎn)。目前，國內(nèi)外均以采用風冷方法為zui普遍。主要的冷卻形式有：自扇通風冷卻法、負壓吸風冷卻法、罩內(nèi)空氣循環(huán)通風冷卻法和外加機械通風冷卻法等。具體的設(shè)計原理、制作和方法介紹見文獻[5]。
2.2.3 改造風機房如果風機組有專門的風機房，則可以結(jié)合現(xiàn)場情況，采取將已有的風機房改造成隔聲間的方法。即把風機封閉在風機房內(nèi)使其噪聲傳不出去。主要技術(shù)措旋是采用隔聲門、隔聲窗、隔聲屏和墻壁隔聲，應用合適的吸聲材料等。
2.2.4 管道包扎為了臧弱從風機風管上輻射出來的噪聲，可以對管道旋行包扎，廂絕噪聲由此傳播的途徑。管道包扎的方法見圖4。

圖4   管道包扎方法示意圖
2.2.5隔振綜合考慮安全、穩(wěn)定和維護方便等因素，設(shè)計選用適當?shù)母粽衿?，以便消除機器與機組之間的剛性連接，從而達到降低固體振動噪聲的目的。也可以挖舫振溝來代替基礎(chǔ)隔振，可取得一定的效果[6]。
3 羅茨風機降低噪聲的根本途徑
噪聲的控制方法是盡力避免和減少噪聲源產(chǎn)生的噪聲輻射，即盡力減少脈沖力。上述所采用的噪聲控制方法，不僅增強了投資，而且在風機運行過程中會由于消聲器等的壓力損失而造成能量損失，這對于節(jié)約能量是很不利的，因此用改進風機的氣動設(shè)計和風機的*選擇、合適的安裝及運行方式來降低羅茨風機的噪聲是zui根本的途徑。從現(xiàn)有文獻資料來看[2、7] ，對于離心式和軸流式風機，從結(jié)構(gòu)本身的改進來降低噪聲的報導已有很多，并取得了較大的成效，但對羅菠風機報導卻很少見，為此，現(xiàn)對羅茨風機降低噪聲的根本途徑作一些探討。
3．1 改進風機的氣動和結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1.1 將葉輪做成扭葉葉輪由前述風機噪聲產(chǎn)生的機理分析可知，當工作輪旋轉(zhuǎn)時，葉片出口區(qū)內(nèi)氣流具有很大的不均勻性，這種不均勻性氣流周期地作用于周圍介質(zhì)，產(chǎn)生壓力脈動而形成噪聲。且氣流的不均勻性愈強，噪聲愈大。將羅茨風機轉(zhuǎn)子直葉葉輪改為扭葉葉輪，能改善排氣的不均勻性，因而能降低噪聲。
3.1.2 把機殼內(nèi)圓周面出風I；3做成與葉輪頂端素線成一定大小的夾角 氣流沿工作輪出口圓周方向的不均勻性，產(chǎn)生了隨時間變化的壓力脈動，反過來，它又影響葉輪中氣流的脈動，產(chǎn)生噪聲。把機殼內(nèi)圓周面出風口做成與葉輪頂端素線成一定大小的夾角，能改善氣流的不均勻性，從而降低羅茨風機的噪聲。此
辦法對于二葉葉輪因幾何尺寸大小會受到限制，而對于三葉葉輪則*可以辦到。
3.1.3 將二葉葉輪改為三葉葉輪[8] 將二葉葉輪改為三葉葉輪，增加了羅茨風機轉(zhuǎn)子的頭數(shù)，同樣能改善風機排氣的不均勻性，因此可以降低噪聲。將二葉葉輪改為三葉葉輪，其關(guān)鍵是確定三葉葉輪漸開線葉輪的徑距比（K=D/A，其中D為葉輪直徑，A為兩葉輪中心距）。經(jīng)過改造后的羅茨風機具有氣流脈動小，噪聲低等優(yōu)良性能，目前巳為各羅茨鼓風機廠家所關(guān)注。
3．2 控制風機選型、安裝和運行噪聲
羅茨風機的噪聲不僅靠改進設(shè)計來完成，而且對于給定的任務，可以用優(yōu)化風機型式和尺寸，以及合理安裝和運行來降低風機的噪聲。
3.2.1 風機的選擇、運行方式和安裝布置在實際管網(wǎng)系統(tǒng)中，為了保證低的噪聲，應選擇*的風機型式和尺寸，進行正確的安裝，保持合理的運行。大多數(shù)風機的zui小聲功率和*效率所對應的工況點是吻合的，這樣，合理的風機選擇無論從噪聲還是從經(jīng)濟上都會得到收益；葉輪頂端圓周速度應盡可能地低；
盡可能地保證風機進I；3處氣流的均勻；風機與管網(wǎng)的匹配不僅要從氣動的觀點，而且也要從聲學的觀點來考慮，通過合理選擇風機直徑、速度及葉片數(shù)，使葉片通過頻率噪聲的輻射效率zui小。
3.2.2正確地安裝風機的聲功率級或A聲級，隨著流量和壓力的增大而增大，安裝時應盡量減少不必要的阻力損失。在流道中及葉輪前盡力避免障礙物產(chǎn)生的尾跡吸人到葉輪中而產(chǎn)生噪聲。消聲器的安裝應與葉輪留有一定的安裝長度，以避免對葉輪產(chǎn)生影響。
3.2.3 選用合理的調(diào)節(jié)方式由于多數(shù)是在變工況下運行，風機的風量和風壓都要根據(jù)管網(wǎng)的需要進行調(diào)節(jié)，因而調(diào)節(jié)方式應盡力采用變轉(zhuǎn)速等調(diào)節(jié)系統(tǒng)（如變頻調(diào)速）。因這些調(diào)節(jié)方法，也是產(chǎn)生附加噪聲zui小的方法。
4 結(jié)論
4.1 采用消聲、隔聲、吸聲、隔振等方法，雖能取得一定的噪聲綜臺治理成效，但只是從傳播途徑上采取
了措施，增加了投資，對于節(jié)約能源也不利。
4.2 為了使噪聲得到更有效的控制，需從聲源上根本解決問題，即選擇*設(shè)計，提高制造精度和裝配質(zhì)量，選用臺理的調(diào)節(jié)方式，井采取有效的減振措施，才能取得令人滿意的降噪效果。
4.3 將羅茨風機的葉輪做成扭葉葉輪、把機殼內(nèi)圓周面出風口做成與葉輪頂端素線成一定大小的夾角以及將二葉葉輪改為三葉葉輪等，均可以降低羅茨風機的噪聲。
4.4 今后將要繼續(xù)進行羅茨風機噪聲的理論研究，較地預估噪聲級，把風機的氣流和結(jié)構(gòu)參數(shù)與氣動噪聲級之間建立起數(shù)學關(guān)系式。這樣，在風機的設(shè)計階段可以利用這些關(guān)系式，與氣動計算一起進行尋找zui小噪聲和*氣動性能的方案，從而在根本上降低風機本身的噪聲。
4.5 進行風機噪聲的測量，建立起相應的數(shù)據(jù)庫，利用這些數(shù)據(jù)庫，產(chǎn)生經(jīng)驗性設(shè)計準則和預示風機噪聲的數(shù)學模型，并估算風機的平均性能，從而在滿足用戶的流量、壓力要求的情況下，能從噪聲的角度合理地選擇風機。