浅析往复活塞式压缩机气流脉动噪声及降噪措施

【摘 要】 本文列举了往复活塞式压缩机气流脉动噪声及降低噪声的控制措施。

【关键词】 往复活塞式压缩机 气流脉动 噪声

1 概述

噪声污染是当今世界三大环境污染之一。压缩机是一种辐射高响度噪声的设备，是一种主要的工业噪声污染源。有研究表明，如果人长期在95分贝的噪声环境里工作和生活，大约有29%的会丧失听力；即使噪声只有85分贝（SH/T3143-2004石油化工往复压缩机工程技术规定第5.16条规定，离机器1m处测定的压缩机机组的总体噪声不超过85分贝），也有10%的人会发生耳聋；120～130分贝的噪声，能使人感到耳内疼痛；更强的噪声会使听觉器官受到损害，出现头痛、头晕、记忆力减退、血压升高、心率不齐、基础代谢率升高、肠胃功能紊乱等一系列生理、病理变化。所以，我们不能对噪声等闲视之。应加强对噪声来源的了解并采取措施加以防范。

2 往复活塞式压缩机噪声分析

往复活塞式压缩机的噪声是一种综合性的机械噪声源，主要包括气流噪声、机械噪声和电磁噪声。在压缩机进行单体噪声源的分析中，压缩机的吸、排气气流动力特性噪声最强；压缩机构件的撞击、摩擦、曲柄连杆机构的惯性激振力、活塞（或十字头）敲击激振、气阀阀片的撞击噪声等机械噪声，带有随机性并呈宽频带特性，很易被其它噪声因素所激发；压缩机的电磁噪声相对于气流噪声和机械噪声而言是比较弱的。压缩机的整体噪声实际上是由上述三者综合叠加而成，在实际的分析中很难分出是哪个因素所引起的，用人耳朵也很难判断，但从实验分析的频谱图中，可以看出不同的噪声源所反映的噪声特征峰是不一样的。

3 气流脉动噪声的形成机理

3.1 管道中的气流脉动噪声

往复活塞式压缩机由于每运行一转的吸入和排出过程是有间隔的，压缩机向管道间歇地吸气或排气引起气流脉动。脉动的压力波沿管道传播，在管道的转弯处或截面变化处产生周期性变化的作用力，从而引起管道的振动和噪声辐射。该力还是导致管道机械振动的激振力，当激振力的激振频率和管道的固有频率重叠时易引起管道机械共振，管道的机械振动会导致管道附件及其连接部位发生松动或疲劳破坏，从而产生更强烈的管道振动和噪声辐射。

3.2 压缩机内的气流脉动噪声

压缩机内的气流脉动噪声主要包括阀室与进、排气管中的噪声、气阀的喷射涡流噪声。

（1）阀室与进、排气管中的噪声。由于进、排气系统中远离气缸的一端，均是与一个具有很大体积的容器相连，因此，进、排气系统均可以看成是近气缸一端为闭端，另一端为开口的声学管。该管的固

有频率为

。

式中，n为谐波序数，n=1，2，3…。

管道的长度为激发力波波长的1/4的奇数倍时，就会发生气柱共振。进、排气系统中的气柱共振，会使系统的声学出口处发生较大的对应共振频率的速度脉动、压力脉动和气体噪声。进气系统的气柱共振，直接引起向大气（对于空气压缩机）辐射的气体噪声；排气系统的气柱共振，将激发起下游与之相连的缓冲器或储气罐内较大的气体声。

（2）气阀的喷射涡流噪声。高速气流从气阀的出口高速喷射出来，与周围的气体激烈混合时产生喷射噪声。气阀喷射出来的高速气流的外腔的静压低于高压气体的压强，在高速气流周围产生强烈的引射现象，沿气流喷射方向的一定距离内大量气体被喷射气流卷吸进去，喷射气体的体积越来越大，速度逐渐降低，产生大量涡流，从而形成宽频带连续的中、高频气流噪声，其最大峰值频率为

式中，Sr为斯特劳哈尔数，其值=0.05～0.25，d为垂直气流方向上障碍物的厚度；u为气阀的阀隙速度。

4 改善气流脉动噪声的方法探讨

在往复活塞式压缩机的应用上，下列措施可以有效的避免气流脉动噪声的传递和激发。目前主要采用的方法有：

（1）使用PBI工程塑料吸气腔。因PBI工程塑料是一个很好的吸音材料，可以在吸气缓冲时吸附较强声波。

（2）对吸排气阀组的结构进行优化，减少气流流道结构上的尖角。气流在吸气部位及排气通道上的尖角处易产生涡旋噪音。

（3）在进、排气管或气阀中，降低其通道内气流速度，可以降低紊流噪声。

（4）尽量减少在气流管道中出现转弯和截面变化，以便减少脉动气流的激振力。

（5）尽量减少各种管道中的阀门，以减少自激振动，避免高速紊流通过扼流区产生空穴噪声。

（6）加大或增设进、排气缓冲器，可以减少压力脉动，从而可降低噪声。缓冲器容积愈大、声频率愈高，降低噪声愈多。缓冲器应放在近气缸的管道中气柱的压力腹点处，避免形成共振而失效或减效。

（7）调整容器尺寸、管道长度，从而改变气柱固有频率，使该频率避开激振力的频率，也要避开压缩机本身的固有频率。

（8）在压缩机进、排气管道中装设消音器，将声波反射回声源或吸收掉一部分，从而使向外辐射的噪声大大减小。

（9）加装隔声体、隔声罩、隔声间或采用全封闭式压缩机，以阻挡、衰减噪声向外传递或辐射。

（10）在声压力驻波的节点处的管端，增设孔板，通常孔板置于足够大的容器的进口或出口侧，使管道的原驻波改变为单向行波，以降低孔板所在管道中的声压幅值。

气流脉动噪声是往复活塞式压缩机噪声源的一个重要方面，有效解决压缩机的气流脉动噪声就可以解决由此引起的一系列问题，诸如高频噪声，共鸣噪声，管道共振噪声，系统气流喷发噪声等。气流脉动噪声与压缩机的高频噪声紧密联系在一起，两者不能孤立地对待，解决气流脉动噪声可以很好地缓解高频噪声的影响。

5 结语

由于目前往复活塞式压缩机的结构及噪声源复杂多样，而且压缩机的噪声源影响因素很多，如吸排气压力的大小、介质的流速、介质的温度、气阀的结构形式、管道的走向等等，而这些参数与压缩机之间并不存在简单的函数关系，因此，降低压缩机噪声要综合考虑各种因素是互相影响，不能顾此失彼。

参考文献：

[1]郁永章，姜培正，孙嗣莹等.压缩机工程手册.中国石化出版社，2011.10.

[2]中国石化集团洛阳石油化工工程公司SH/T3143-2004石油化工往复压缩机工程技术规定.

[3]美国石油学会API 618标准.石油、化学和气体工业设施用往复压缩机.2007.12.