章丘鴻廣MSR系列羅茨鼓風機每次吸入、排出的風量很大并有突變現象,從而產生較大的噪聲,被稱之為機械產品的“聲老虎”,特別是在高壓的情況下尤甚,且風量越大、壓力越高、轉速越快,則噪聲就越大,而現代化大生產又希望羅茨鼓風機能提供更高的壓力和更大的風量。為了提高風機性能、降低噪聲污染、滿足環保要求,工程師們想盡了各種對策。本文從噪聲源著手,在設計與制造方面提出降低噪聲的一些方法。噪聲分析機械噪聲主要來源于機殼的振動, 使機殼發生振動的原因主要有兩個:①葉輪的轉動不平衡力,通過傳動構件轉移到機殼上,對機殼產生周期性的激勵;②機殼內的渦流強度所決定的壓力脈動,常與葉片的基頻(即葉片通過頻率)有聯系,也對機殼產生周期性的激勵。風機的風壓越高,這一激勵源越不能忽視。噪聲測量測量羅茨風機噪聲的目的就是為了對被測對象進行噪聲等級的分析、評價或聲源識別,以便采取適當的措施進行噪聲控制。通常羅茨風機的噪聲識別方法有現場測量法、聲功率測量法、表面振動測量法等,其中,現場測量法是工程實際中常用的方法。現場測量法通過對數據、頻譜的分析確定主要的噪聲輻射源,方法簡便,測量結果能真實反映風機的振動與噪聲水平,但易受環境的影響。聲功率測量法反映噪聲源輻射強度與輻射特性,避免了聲壓級易受測量距離和測量環境影響的缺點。振動測量法是根據羅茨風機的表面振動速度來估計表面輻射聲功率,主要困難在于羅茨風機零部件輻射比的確定,需要測量較多的數據和進行大量的計算。
結構設計設計回流孔在機殼出風端未過轉子中心處開一定的U形條孔, 可以減輕出風口端的壓力爆發,在葉輪與機殼、墻板所形成的容腔即將進入密閉狀態時,使出風口的高壓氣體有少量部分能回流入容腔,并使容腔與出風口氣室形成一定的壓力平衡。同時,當葉輪繼續旋轉時,容腔體積變小,壓力增加,又可使得密閉容腔在大量排出氣體前能通過回流孔預排,這樣既可減少“死角”氣體的渦流噪聲,又可減少排氣時由于壓力過于釋放造成的沖擊噪聲 。
設計異形進出風口傳統羅茨鼓風機的進出風口為矩形口,吸氣時,整個葉輪外圓同時進入密封區,使氣體突然關閉,排氣時葉輪外圓又同時打開,則高壓氣體突然釋放,使得吸入和排出氣體時都會產生高噪聲并伴有較大振動。將進出風口設計成異形口,吸入時的密封和排出時的打開基于開口面積由最大到零和由零到最大,均為漸變,從而延緩了進排氣口氣體壓差的變化率,起到削減周期性排氣沖擊噪聲的作用,因此使噪聲低而平穩。。轉子串接設計法
葉輪一般作為一個整體與軸聯接,若將葉輪沿軸向分成幾段,則構成串接轉子。每段葉輪具有相同的葉型、直徑,甚至相同的長度。串接時,相鄰兩段葉輪周向錯開一定的角度(兩葉錯開90°,三葉錯開60°) ,并在機殼內或葉輪段間設置隔板,將其隔成相應的段,每一段的工作情況都與單臺鼓風機相似。由于各段葉輪的工作過程有一定的時間差,使氣流脈沖減少,與同長度的單一葉輪相比總排氣流量不變而脈動變得更加平穩,噪聲也相對較低。設計扭曲葉輪羅茨鼓風機葉輪輪齒一般與軸線平行,即直齒狀,這樣加工、檢測就比較方便,但隨著加工技術的發展,還是應設計成扭曲葉輪,即斜齒狀,因為這樣可以增加嚙合線長度。扭葉羅茨鼓風機工作平穩、輸氣脈動小、噪聲低,而且工作時具有內壓縮過程,與直葉羅茨鼓風機相比效率高、能耗低,是羅茨鼓風機傳統的替代產品。
葉輪曲線的CAD 設計法葉輪作為羅茨鼓風機的心臟零件,表面形狀至關重要,氣體是通過兩個葉輪表面的嚙合,來進行吸氣與排氣的。為了使這對葉輪能正常嚙合,葉輪曲線一般都設計成漸開線、擺線或圓包絡線。基于設計及制造工藝,傳統葉輪一般設計成單一型線,通過數學方法計算出各種參數,包括中心距、基圓、壓力角、起始嚙合角等。隨著計算機及數控技術的發展,CAD 設計軟件和數控編程軟件功能也越來越強大,應充分利用軟件資源,對葉輪曲線進行分段、組合設計,改掉以往的單一曲線,通過CAD 進行模擬、仿真,保證葉輪在任何情況下嚙合時均可有相對固定的間隙。因為這種組合曲線在現代的數控機床上編程、加工已不是難事。均勻的葉輪間隙不僅能大大提高平穩性、降低噪聲,而且還能保證風量、振動、壽命等重要的機械性能。
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