罗茨鼓风机出口管道系统防震降噪措施
【摘 要】本文针对罗茨鼓风机出口管道系统，从震动产生的种类出发，具体分析了罗茨鼓风机产生出口管道震动和噪声的产生原因，并且提出了相应的解决措施及策略，为通过防震降噪改善罗茨鼓风机工作效率，从而为工厂实际生产带来一定的经济效益。
【关键词】罗茨鼓风机；出口管道；震动； 噪声
Abstract：According to the outlet pipeline system of Roots Blower， This paper analyzes the reasons of vibration and noise that would be produced by Roots Blower， and provides the solving measures and strategies to reduct noise of Roots Blower， improve the working efficiency of roots blower to by shock noise reduction， Therefore brings economic benefits for factory production.
Keyword：roots blower； outlet piping； vibration； noise
前言
罗茨鼓风机因其结构简单、工作稳定、无内压缩等优点，广泛被应用于气体输送等部门，以及石化、建材、电力、冶炼、化肥、矿山、港口、轻纺、食品、造纸、水产养殖和污水处理、环保产业等诸多领域等各个行业。但是，在实际工作中的罗茨鼓风机往往存在噪声问题，并且十分突出，这是由于罗茨鼓风机在制造、安装、隔振等方面存在某些缺陷，以及其自身运动、结构特点等使得罗茨鼓风机的动力学行为更加复杂，其中，对于罗茨风机出口管道震动产生的原因，更是知之甚少[1]。因此，对于罗茨鼓风机出口管道系统，进行震动和噪声控制具有非常重要的意义。
1 风机与出口管道震动噪音产生原理
一般风机的空气动力性噪声即气体流动过程中产生的噪声，属于偶极子源，它主要由气体的非稳定流动，即气流的扰动、气体与气体及气体与管道相互作用而产生。罗茨鼓风机作为一种典型的气体增压和输送机械，其主要功能部件，是由轴线相互平行、相互嵌合、作方向相反等速旋转的两叶或者三叶轮组成，在与其他类型的气体的气体压缩相比，在结构特点、压力变化时风量很少变化、流量受阻力影响小、供风稳定等优点。但在工作过程中，由于鼓风机的进、排气口不相通，气体的传输是通过叶轮和机壳及墙板围成的封闭的基本容积从进气口向排气口移动来实现的，因此，进气口为大气压，而罗茨鼓风机自身不存在内压缩，压力升高依赖于排气口工作系统的背压。在各种噪声中，有主有次，以进、出口部位的气动噪声最为强烈，主要是由气流脉动产生，因此这种噪音源属于空气动力性噪音。
结合罗茨鼓风机复杂的结构特征，产生的噪音种类和来源的因素很多，主要包括：管道输送过程中，气体在管道输送过程中由于管道横截面积变化所引起的气流脉动噪声；风机叶轮中在容积空间变化中产生的压力震动噪音；高速气体与叶轮和壳体的接触噪音。在罗茨鼓风机工作的风机旋转过程中，气体通过进排气口在管道系统中的流动，并不均匀，出口管道系统中气体的流动及排出，低速时主要因管壁隔声不良而引起的串声；高速时由管壁振动而辐射噪音；气流扰动引起的管壁共振，周期性地扰动了气体，从而都对周围介质施加脉动压力，产生气动噪声，气流越不均匀，噪声也就越大。
另外，气体在出口管道系统中，气压在进出气腔产生的脉动也能发生声学上的共鸣，这种噪音的产生重要是频率及谐振为中高频的。在分析罗茨鼓风机的动态特性和振动声辐射时，往往要对是风机基频倍数的频率进行分析，研究发现不同的基频倍数及叶频的倍数、高阶频率在整个球面场点上的声压分布，证实了壳体周围声压直接影响出口管道气压，从而导致出口管道不通频段的噪声。
2 振动危害及解决措施
罗茨风机的振动噪声不但危害工作人员的身心健康，也严重影响了周围居民的正常生活和工作，同时，周期性的振动也使其使用寿命大大缩短，会增加生产成本，降低效率，不利于当前建设经济节约型环境和社会的要求[2]，因此，对罗茨鼓风机进行振动隔离和噪声控制具有非常重要的意义。
对于罗茨风机而言，除了由于结构和壳体振动引起额结构声以外，更重要是的罗茨风机的周期性吸排气以及瞬时等容压缩而形成的气流与压力脉动等，产生了很大的气体动力噪声和振动辐射噪声，其大小通常能达到100dB以上。相关研究表明，鼓风机的噪声一般能达到100—130dB（A），虽然罗茨鼓风机由于其基本结构和工作原理具有相对稳定性，虽然经过长期以来许多人员的努力，其噪声仍然不符合人们理想接受的期望值。
在针对罗茨鼓风机进气口管道系统的防震降噪，从结构上可以进行改进，可以从根本上减小排气口的回流冲击强度，消减气流脉动，从而降低鼓风机气体动力性噪声，从根源上降低噪音的产生强度。目前，对罗茨鼓风机出口管道的振动和噪声控制，则主要从消振和减噪两方面作手。通常，在鼓风机进气口或排气管路中安装消声器，可以大幅度的降低从进气口辐射或管路中传播的噪声。这主要是采用消声、隔声和吸声等技术，把吸声材料固定在气流通过的管道周壁，或者按一定方式在管道中排列起来，构成阻性消声器。声波入射时，引起多孔材料中的空气及纤维振动，由于摩擦和粘滞阻力的作用，一部分声能转化为热能散耗掉，达到消声的目的。为防止噪声从堵板和管道的缝隙中传出来影响隔声和消声效果，还可以针对对部件和管道的联接进行了精心的设计，各部件相互搭接处粘贴AN-200密封条，在隔声罩堵板开口处的管道外周都贴有AF-200管道密封条，增大阻尼，隔断噪声传播。消振方面则从减小出口管道系统自身振动、加固管道各部分的联结等方面来考虑，因为材料及管道厚度直接影响气流脉冲及声音共振，具体措施为安装消声器、建立隔声罩、采用软管和连接、管道包扎、粘帖吸声材料等[3]。
3 实际应用及产生的效益
在罗茨鼓风机出口管道系统防震降噪应用，实践结果表明：通过改变风机壳体与出口管道系统连接结构、改善出口管道系统设计、采用新材料包扎管道系统等，都能将鼓风机噪声降低10.15dB（A），通过现场测试数据表明，降噪后的风机噪音成功降低到了80dB（A）以下，通常在80dB以下职业性噪声暴露时，一般不会引起噪声性耳聋，符合人们接受范围。杨利芳等利用有限元模态分析进行参数识别，研究风机进口消声器对风机振动的影响，提出风机壳体的阻尼降噪措施，为一定程度上有效减少震动及噪音提供了理论依据。罗茨鼓风机预进气口的形状、大小、位置等对排气口的气流脉动影响比较明显，通过对预进气口的主要结构参数进行详细研究，优化出口管道产品结构设计，采用主动隔振降噪措施，合理地进行噪音降低控制，实施效果明显。
在化工生产中，生产工艺对气体输送设备提出的要求有许多是需要风量一定而风压可变的，在化工生产实践表明，通过在出口管道采取消音器等措施后的噪声频谱下降显著，降噪效果明显。因此，注重通过优化出口管道结构的优化设计，及材料技术的应用研究及措施，从而防震降噪，将有助于改进罗茨鼓风机的密封性、耐磨性、耐腐蚀性、阻燃防爆性等在实际化工企业中的应用[4]。但是，这种防震降噪措施也存在一定弊端，采取外购消声器的办法降低噪声，因价格昂贵使生产成本上升，影响经济效益，况且外购消声器往往与罗茨风机不匹配，会影响风机性能，严重时甚至影响生产工艺的正常运行。另外，通过改变管道长度、管径、支撑等等，均可减少进口管道系统的共振动，调整气流脉动的频率从而避开气流共振，在一定程度上也可以加大罗茨鼓风机在化工企业中的生产应用，但同时也对风机的结构设计提出了更高要求。
综上，许多针对出口管道系统防振减噪的方法，都能成功对罗茨鼓风机的振动和噪声在一定程度上进行改善，然而，直到现在仍没有将鼓风机的噪声在整体上控制在80dB以下的通用方法，对不同情况的风机仍需要具体分析，有针对性进行消振和减噪的综合治理，只有这样，才可以有效控制噪音污染，延长设备使用时限，节约投资成本，创造具有良好的应用前景。
参考文献：
[1] 李鹏飞，SSR型罗茨鼓风机震动噪音的综合治理实践[D]. 山东大学，2010.
[2] 国大非，李永明.罗茨鼓风机噪声的控制[J]. 北方环境.2002，（3）：68.69
[3] 郭猛，污水处理厂罗茨鼓风机噪声治理[J]. 环境保护与循环经济.2009，29（12）
[4] 郭晓斌. 罗茨鼓风机低噪声结构与内流数值模拟研究[D].山东科技大学，2012.