抗堵凸轮转子泵产生的噪声的特性及控制

2013/10/18 20:38:06      点击:

摘要

本文介绍了抗堵凸轮转子泵的噪声特性,并采用先进的噪声控制技术和降噪设计方法,有效地降低了抗堵凸轮转子泵及周围环境的噪声。

噪声特性 控制 降噪


1.引言 

由于抗堵周期性地吸、排液以及瞬时等容压缩而形成的液流速度与压力脉动,从而产生了很大的液体动力噪声和振动幅射噪声,给生产和安全都带来不利影响。 

针对抗堵凸轮转子泵的噪声特性,采用先进的噪声控制技术和降噪设计,有效地降低抗堵凸轮转子泵及其管道系统的噪声污染,满足人们日益增强的健康要求。

 

2.抗堵凸轮转子泵的噪声特性
抗堵凸轮转子泵实际上是一种容积式液体增压与输送机械,运转时产生噪声的原因主要有: 
2.1.液体在管道输送过程中由于管道横截面积变化所引起的液流脉动噪声。 
2.2.转子泵叶轮在转动过程中由于容积空间变化将产生压力脉动,从而引起流量脉动噪声 。 
2.3 .进液口面积突变所导致的高低压液体撞击所引起的液流脉动噪声。 
2 . 4.高速液体与叶轮和壳体的接触噪声 。 
2.5 .齿轮啮合过程中由于齿型误差所引起的振动噪声。
2 . 6 .因轴承制造精度差所引起的噪声。
2.7 .叶轮由于受力不均引起的轴承振动噪 声 。
2.8 .叶轮啮合过程由于转子制造误差所引起的撞击噪声。
其中,以液流噪声强度最高,危害最大。
液流噪声按产生机理分析,主要有两种形式:
一种是转子泵叶片负荷和厚度引起的旋转噪声;另一种是转子泵叶片附面层分离、旋涡发放、紊流脉动等引起的涡流噪声。旋转噪声是由于转子泵叶片工作于非粘性的势流中产生的,其频谱常呈低中频性,伴有一组离散的频率尖峰;而涡流噪声则取决于转子泵叶轮的形状以及液流相对于机体的流速及流体粘性,产生连续频谱的高频噪声。频率越高,噪声指向性越强。
不同的转子泵参数,有着不同的频谱。转子泵噪声频谱特性:<500Hz 为低频噪声,500~1000Hz 为中频噪声,>1000Hz 为高频噪声。抗堵凸轮转子泵有复杂而连续的频谱成份。首先在很宽的频率范围内均有较高的噪声,其中以低中频为主要成份,且尽管转子泵型号不同,其噪声频谱特性都基本相似。其次当静压较低即负载较小时,峰值频率常在 125Hz 左右,当升压至额定静压条件下运转时,在中频500Hz 以上,还会出现新的噪声峰值。说明随着抗堵凸轮转子泵工作压力的提高,中高频噪声将会出现明显的增大。

抗堵凸轮转子泵的噪声强度及频谱特性既与转子泵的工作静压大小有关,又与转子泵的流量、转速有关。如随着流量的增大,噪声也相应升高,其中中高频噪声的增大尤为显著。


3.噪声控制技术 
根据使用现场的实际情况,应用频谱分析明确转子泵噪声源的部位,这不仅使转子泵噪声测量和调查能够做到有的放矢,而且为噪声控制设备和治理工程的设计提供了科学的依据。经过长期的从设计到实践的反复论证,证明以下技术对控制抗堵凸轮转子泵噪声污染是十分有效的。 
3.1.降低转子泵液体动力噪声方法 
3.1.1.合理选择转子泵形式:同一系列的转子泵流量、出口压力大者,噪声也大。因此,选择机号时,余量过大不仅浪费电能,而且还增大噪声,转子泵的性能必须与管网及运行制度相匹配方能得到最低的噪声。对同一型号转子泵,在性能允许条件下,应尽量选用低转速运行的转子泵,当达到一定流量尽量减少转速,以降低噪声。 
3.1.2.合理地设计管路:管路阻力要小,转子泵入口不宜处于急变流场,若系统中有多个管件,如弯头、支管等,则它们之间的距离应拉开5~10倍管径。 
采用合理的调节方式,并使转子泵入口均匀进液,都会使噪声下降。另外,应防止机壳与管道的振动过大而辐射过大的噪声。用加强肋板和阻尼涂层使薄板的固有频率提高。圆形管道的振动以及振动产生的噪声辐射量较矩形管道为小,要尽量采用圆形管道。 
3.1.3.吸声材料的分类与应用 
一般多采用 125、250、500、1000、2000、4000Hz 六个频率的吸声系数,其算术平均值α>0.2 时的材料才能作吸声材料。多孔材料主要吸收中、高频;板状和膜状材料主要吸收低频。在吸声频率上有明显的峰,穿孔板吸声结构则兼有上述两类的吸声特性,即在转变的频率范围内有相当的吸收。 
3.2.消声器种类与选取原则
消声器仅对进排液噪声有明显的效果。转子泵进、排液管路常用的配套系列消声器有:阻性消声器 (中高频效果好)、抗性消声器 (中低频效果好)、微穿孔板消声器 (较好的低中频宽带消声)、阻抗复变消声器 (消声值高,频带宽)及组合型专用消声器。 
根据转子泵的噪声级大小、频谱特性及使用流量,由具体的工艺条件决定消声器的设置。选取的原则是在上、下限截止频率 (4000Hz ~250Hz)之间,合理选用消声值高,节省费用的消声器。 
3.3.控制噪声波的方法 
3.3.1.隔声与吸声处理 
为了隔绝转子泵的基础振动,减弱固体声的传递,可在转子泵下安装减振器,或在设计专门的隔振基础。采用全封闭的转子泵隔声间,在隔声间内墙面和平顶表面衬上60mm 厚的微孔泡沫塑料;过流腔与墙壁间隙充填毛毡,以吸收抗堵凸轮转子泵辐射的噪声。采用自扇液流冷却、负压吸流冷却、液体循环液流冷却、外加机械液流冷却等措施,有效地解决隔声间内的液流散热问题。
一般可降低噪声8~12dB(A)。设置双层6mm厚的密封玻璃窗直接观察转子泵运转情况。选用能实时显示出口压力、温度、电动机电流等工作状况和具启动、停止、故障报警等功能的远距离机电一体化智能自动控制系统,实现人机分离。
3.3.2.输液管道的阻尼和隔声处理

抗堵凸轮转子泵进液或排液管道的阻尼与隔声处理,也是降低转子泵噪声的一个重要环节。输液管道采取阻尼措施,先用沥青、毛毡等阻尼材料紧敷于管壁外,以阻尼管壁振动,降低噪声辐射。然后用玻璃棉等材料做一层吸声层,再用钢丝网水泥做 2 c m 左右的刷层,可降低管壁噪声15~20dB(A)。必要时设置消声弯头为双层壁结构,内壁按设计距离钻直径1mm 孔多个,内外壁间距为100mm,其间充填细玻璃棉以吸收由流速而产生的噪声,从而降低排液系统噪声。


4.降噪设计

降噪的方法主要有两种。一种是使用消声器或隔离罩,即被动降噪,缺点是加大体积、结构复杂、增加成本。另一种是主动降噪,从转子泵的内部结构着手,利用动力学原理,通过研究转子型线、进排液管道和进排液口的形状、叶轮间的间隙等与噪声间的关系,从而设计出低成本、低噪声、高效节能、结构紧凑的抗堵凸轮转子泵。
FSL45WC 三叶抗堵凸轮转子泵的降噪设计要点如 下 :
4.1.叶轮采取特殊降噪圆弧、摆线、圆弧组合型线,容积利用率为 0.53 ,降低由流量和压力脉动所引起的噪声3~4dB(A)。主要降低了涡流噪声的中、高频部分。
4.2.机壳采取了逆流冷却技术的降噪结构,使冲击波强度减弱50%,噪声大约降低5dB(A)。
主要降低了旋转噪声的低频部分。进出口设计成20 度的螺旋渐变斜口,避免进排液口面积突变,削减周期性排液冲击的液流脉动噪声。
4.3.叶轮组采用了整体结构;去掉了轴承座,进口轴承直接装在带有阶梯孔的墙板上;机壳与墙板用圆柱销定位,保证了同轴度。5 级精度的硬齿面直齿轮 (斜齿轮)与传动轴采用胀紧套联接,润滑油选用N68~N220 号中极压工业齿轮油;主、副油箱材质为铸铝等多项新结构。
主要零部件均采用数控设备和加工中心加工,在整个频谱特性上取得良好的降噪效果。
4.4.设计合理的承载、密封、润滑等结构形式,达到结构紧凑、密集组合成套、免维护等要求。 
4.5.建立转子泵专用试验台,测试转子泵的流量脉动率、全压、容积效率、噪声等主要性能指标。 
4.5.1.为了评估理论分析的正确性, 对采用逆流冷却技术和不采用逆流冷却技术的两种情况进行了对比试验。在FSL45WC 三叶抗堵凸轮转子泵进口处未装有消声器的条件下,离机侧 1米处分别对接通液体逆流冷却通道和关闭液体逆流冷却通道两种情况进行了噪声测量,其数据列于表 1,可以看出在相同升压下,接通液体逆流冷却通道比关闭液体逆流冷却通道的噪声低。
4.5.2.用扭叶转子代替直叶转子用于抗堵凸轮转子泵的低噪声结构设计。测试用三叶抗堵凸轮转子泵主参数:理论流量45m /min,额定升压 58.8kPa,额定转速 1580r/min,叶轮直径305,长450,扭叶转角60°。吸排液口均安装了消声器,测试现场的背景噪声为45dB(A)。扭叶抗堵凸轮转子泵噪声测量结果见下表。

升压(kPa)
9.8
19.6 
29.4
39.2
49.0
58.8
噪声值dB(A)
79.8
85.1
85.8
87.7
89.2
89.7

上述噪声值为离转子泵周围 1 米处测得。底座 (基础)或管道状况不同,所测出的噪声值不同。如加隔声罩后噪声可在此基础上降低20dB(A)左右。抗堵凸轮转子泵及其管道系统可降至85dB(A)以下,转子泵在降噪设计及性能上均取得良好的效果。


5.结束

降低噪声最有效最经济的方法是采用主动降噪的新设计、新工艺来降低声源辐射噪声;通过频谱分析转子泵噪声特性,采用先进的噪声控制技术的工艺流程,达到降低噪声或隔离噪声的目的。经过采用以上措施,抗堵凸轮转子泵及其管道系统的噪声得到有效的控制。在降低噪声污染的同时,满足环境治理的要求。


文献

1、《抗堵凸轮转子泵及其应用》中南工业大学出版社, 1999
2、《转子泵手册》机械工业出版社,1 9 9 9

3 、《洗煤厂抗堵凸轮转子泵房内外噪声治理》矿业安全与环保,2001(4)


////////////////////////////////////////////////////////////
力华转子泵网www.
电话:0575-83539901
传真:0575-83534469

友情链接:    万兴彩票   北斗彩票   123彩票开户   万兴彩票   57157彩票