大流量三叶罗茨风机的流量特性及噪声分析

　　大流量三叶罗茨风机的流量特性及噪声分析熊安然*1，熊滨生2，杨国良3，冯力3（1.中原工学院，河南郑州450007；2.郑州大学机械工程学院，河南郑州45000* 3.世林（漯河）冶金设备有限公司，河南漯河462000）采取异型排气口。预进气结构等措施减小回流冲击。实例说明风机的气体动力性噪声。机械噪声，比较三叶与两叶罗茨风机的进气流量脉动，分析噪声产生原因及采取的降噪措施。

　　三叶罗茨风机是我国从国外引进开发的一种新型罗茨风机，运行稳定，气流脉动小，特别是大流量三叶罗茨风机，容积效率高、机械功率损失小，己经成为企业的关键设备。例如国内的二级生物污水处理厂曝气工艺使用罗茨风机111送气；氯碱化工企业氢气处理工序使用大容量三叶罗茨风机121输送氢气等。大容量三叶罗茨风机由于自身结构特点，工作时产生强烈噪声。

　　噪声控制在国内外的相关研究中是通过试验进行的1341.例如，ChyangCS根据试验做出压力脉动随转子转速的变化曲线，讨论了脉动频率与空气流速的关系。因此，改进风机流量特性，减小噪声是制造高质量的大流量三叶罗茨风机亟待解决的问题。

　　1实例流量特性分析1.1内泄漏国内生产的三叶罗茨风机以销齿圆弧（渐开线叶型为主。风机的容积效率n51受内泄漏流量q、外泄漏流量Qj、实际流量Qs等参数影响。

　　以郑州某公司生产的80m3/min三叶罗茨风机为例进行分析。风机用JS116-6电动机驱动，电动机额定功率95kW.主、从动轴的固定端安装双列调心滚子轴承、游动端安装圆柱滚子轴承。同步齿轮采用6级精度硬齿面斜齿圆柱齿轮，整体淬火后磨齿。同步齿轮转速975r/min，采用浸油润滑。

　　风机运行时，排气腔压力Pd远大于进气腔压力Ps，排气腔气体通过叶轮与叶轮、叶轮与机壳以及叶轮与墙板之间的间隙向进气腔泄露6.叶轮与叶轮之间的间隙、叶轮与机壳之间的间隙对内泄漏流量0影响较大，是决定三叶罗茨风机内泄漏流量Q的主要因素，笔者对80m3/min三叶罗茨风机内泄漏流量计算的结果如所示。

　　间隙值5/nim间隙值对内泄漏影响对风机的面积利用系数X随径距比Rm/a的变化，计算结果如所示。

　　/min三叶罗茨风机容积效率U随压力比、的变化，计算结果如所示。

　　大流量风机工作转速较低，一般在735 ~980r/min之间。转子转速较高时容积效率n也比较高。

　　面积利用系数与径距比关系2回流压力罗茨风机的回流压力变化影响风机的振动与噪声。罗茨风机运行时，风机的基圆容积与排气口接通后，排气端的高压气体向基圆容积内回流，引起回流冲击，产生强烈噪声。回流缝隙的面积变化，在一定程度上反映回流冲击的强弱。

　　罗茨风机的回流过程中，亚临界状态回流与超临界状态回流的临界压力比1.4风机的工作压力比e低于临界压力比、时，为亚临界流动；高于临界压力比、时，为超临界流动。不同流动状态下，流函数X（P）取不同值。基圆容积内的压对80m/min三叶罗茨风机回流压力随开启角9的变化计算后，结果如所示。

　　回流压力随开启角的变化回流冲击的强弱，反映了风机基元容积内压力P（9）的变化3风机的减噪罗茨风机产生的噪声，主要是气体动力性噪声和机械噪声。

　　3.1气体动力性噪声大流量三叶罗茨风机的气体动力性噪声，包括旋转噪声、涡流噪声和共鸣声，噪声的强弱反映了风机的流体特性。

　　旋转噪声与气流脉动。叶轮旋转时，风机的进排气腔容积不断发生由大变小、由小变大的周期性变化进、排气流动具有脉动性，笔者对80m3/min三叶罗茨风机进气流量脉动计算的结果如所示。

　　气流脉动作用于周围介质，引起压力脉动叶轮逐个扫过进、排气口，对气流产生干扰，也引起压力脉动。当基圆容积与排气口接通时，回流冲击造成剧烈的压力脉动。这些周期性压力脉动产生旋转噪声。旋转噪声基频三叶罗茨风机的气流脉动小于两叶罗茨风机，所以其振动、噪声小于两叶罗茨风机。对80m3/min两叶罗茨风机进气流量脉动计算的结果如所示。

　　两叶罗茨风机的进气流量脉动涡流噪声（紊流噪声）。在叶轮及机壳流道表面，使气流突然减速或方向发生突变的地方，形成漩涡。漩涡在流动过程中进一步分裂成一系列更小的涡流。涡流变化频率很高，具有随机性。涡流噪声具有中高频性质，表现出连续宽频特性。

　　共鸣声。由于叶轮旋转和气体涡流运动等因素的影响，气体压力在很宽的频率范围内脉动。这种脉动与进、排气腔发生声学共振，产生共鸣声。

　　3.2机械噪声控制大流量三叶罗茨风机的机械噪声包括齿轮啮合噪声、轴承噪声和电动机噪声。

　　同步齿轮工作于高速重载条件下，可以采用硬齿面、磨齿加工，提高同步齿轮精度，减小啮合噪声；适当提高转子的动平衡精度，减小转子的惯性力、惯性力矩引起的振动、噪声；选择合适的轴承类型，装在前墙板内的固定端轴承选择双列调心滚子轴承，加叶轮部件刚度，减小振动。

　　3.3实例测试分析华新水泥股份有限公司在水泥干法生产线对3台Shing不同型号大流量三叶罗茨风机进行噪声测试，实测的噪声倍频带声压级曲线191，如所示。

　　实测倍频带声压级与频率关系对实测噪声倍频带声压级曲线分析可知，大流量罗茨风机的噪声是一个较宽频带范围内的稳定噪声，以中低频为主。中、小流量的风机噪声峰值出现在低中频段，大流量风机低频声强向高频转移，在高频段的几个倍频程里也保持一个波峰。从3台风机的噪声频谱看，低频峰值出现在63Hz中频峰值出现在500Hz，从1000Hz开始，随频率的加，声压级逐步降低，每倍频程衰减量约为10dB.进风口的噪声频谱特性与风机本身的噪声频谱特性是一致的，是一个低频噪声源。华新水泥公司采用安装消声器、基础减振、围护隔音等措施降噪。采用消声器控制气体动力性噪声简单有效。在大流量三叶罗茨风机的进气口或排气管道安装消声器，可以大幅度降低从进气口辐射、或管道中传播的噪声。

　　4结语根据以上对大流量三叶罗茨风机的流量特性及噪声分析、计算可知：在不发生齿形干涉的前提下，采用较大的径距比Rm/a和面积利用系数X，能够有效提高罗茨风机的容积效率n.适当提高叶轮与机壳的加工精度，减小转子间隙通流面积f也可以减小内泄漏、提高容积效率n常规三叶罗茨风机的排气口为矩形，可以采用异型排气口减小回流冲击、噪声。风机的开启角在初开启的10*范围内，回流面积变化比较平缓，回流压力变化也比较平缓。回流冲击主要发生在开启角的10~25*之间。在开启角9转过30*后，基元容积内的压力等于排气压力Pd.对于回流冲击噪声，风机的减噪设计（如预进气结构、渐扩缝隙结构等）应从排气口边缘算起的30*范围内考虑。

　　根据对国内风机试验、运行情况调查，大容量风机采取综合措施降噪，效果较好。高质量的大容量三叶罗茨风机必有较好的的流量特性、温度特性、较高的全绝热效率和低噪声。提高风机的热力学性能，己经成为促进风机行业发展的研究新内容。