工艺螺杆压缩机噪声控制方法的探讨

成 宁

(中石化洛阳工程有限公司，河南洛阳 471003)

工艺螺杆压缩机属于无油螺杆压缩机的一种，可以用于压缩脏、湿、易聚合或腐蚀性工艺气体，因此在石油、化工行业获得广泛应用。工艺螺杆压缩机组是工艺气体生产流程中的重要组成部分，在工作过程中会产生100～120 dB(A)的噪声，如果不进行有效的预防控制，将对整个生产环境产生不利影响。我国《工业企业噪声卫生标准》明确规定:工业企业生产车间和作业场所的工作地点噪声标准为不大于85 dB(A)，现有的企业经努力暂时达不到标准的，可以适当放宽，但不得超过90 dB(A)，如果工作时间减半，允许噪声级提高3 dB，但最高不得超过115 dB(A)。

随着国内环保意识的加强以及行业规范的日益深入，噪声指标正在从客户原先的弹性需求逐渐转变为刚性需求;不仅如此，噪声超标问题在很大程度上为机组优化设计增加了难度，比如采取提高干式螺杆压缩机转速与降低喷液螺杆压缩机喷液量的方法可以有效地提高机组效率，但是同时也会带来更大的噪声。可以看出，面对螺杆压缩机组环保节能的更高要求，解决机组的噪声控制问题具有十分重要的现实意义。

本文通过对噪声源的深入分析，根据噪声产生的机理和传播途径，提出了相应的控制方法，从消音器的设计和隔音罩的优化两方面进行深入研究。

1 螺杆压缩机噪声源分析

1.1 气体动力性噪声

压缩机气体动力性包括吸、排气噪声和气体流动噪声等，主要产生在螺杆压缩机进排气口，进气压力差产生进气孔口的吸气噪声，随着排气孔口周期性地相通、切断，产生了强烈的周期性排气噪声，其中排气噪声是主要的，气体经过压缩后瞬间排放，形成涡流喷注噪声以及排气脉动都会产生噪声，排气脉动还会引起管路振动。电动机中的气体流动以及管道内的气流压力脉动也产生噪声。空气动力性噪声是一种宽频带连续谱。

1.2 机械性噪声

机械性噪声是由固体振动产生的，产生机械噪声的主要原因是转子系统不平衡产生的振动，该噪声频率是转子转动频率的整数倍，此外转子啮合、转子转速波动也会引起冲击噪声，机械性噪声还包括轴承振动的噪声、机体外部(包括机壳、支承结构、底座)的振动与噪声。要选用合适的噪声控制手段，必须先分清楚工艺螺杆压缩机噪声源的特征，根据噪声源的分布范围，选用合适的降噪手段，做到有的放矢。

2 噪声控制方法

噪声控制分为噪声源主动控制、传播途径上控制以及人耳防护三种基本形式，三种方式的控制机理以及研究方法具有本质差别。

2.1 噪声源主动控制

通过上一节噪声源的分析可知螺杆压缩机的噪声源按产生机理主要可以分为流体动力性噪声以及机械性噪声。在噪声源处进行主动控制，虽然理论上可以从根本上减少噪声的产生，但是这些方案中有的涉及压缩机设计的关键参数，影响压缩机的主要性能，给压缩机的设计、选型、计算等一系列工作增加难度;有的则涉及外协、外购件的选型采购，给机组的成本控制带来负担。因此，目前主动降噪方式缺乏可行性，不宜选用。

2.2 传播途径上控制

螺杆压缩机的传播途径主要有两种，一是通过进排气管道向远处传播并沿管壁向外辐射，二是通过机体表面向环境中辐射。通常排气管靠近压缩机的管段处噪声最高，可达120 dB，进气端相对略小。因此通常为排气管与进气管在靠近机体处加装消声器，吸收由机体内部向管道中传播的声能，从而降低管道中的噪声声级，消声量一般在15～25 dB 之间;如果消声器降噪量不足或者机体表面辐射噪声过大，则还需要加装隔声罩，将压缩机或者整个机组封闭在罩内，吸收声能并阻隔罩内噪声扩散到环境中来，隔声量(即插入损失)一般在25～40 dB 之间。

采取为机组加装消声器以及隔声罩的方式与压缩机的工作过程没有直接联系，因此不会影响机组的设计选型以及机组的工作性能，同时具有较好的降噪效果。这种方式在国内外已有较广泛的使用，其优势在于不需细分噪声的来源，只需在掌握噪声频谱特点后确定目标频率，并在设计过程中将目标频率作为主要控制对象进行定量控制即可，因此可以将降噪装置的设计过程从机组系统中分离出来，不会为整个机组的研究设计工作带来额外的负担。

2.3 人耳防护

工作人员在靠近机组进行检查与维修等工作时，通常佩戴耳塞或者耳罩进行防护。

这种方式相当于在人耳附近形成小的“隔声间”，而不对整个工作环境的噪声状况产生任何影响。这种方法简单快捷、成本很低，但是不利于环境噪声的控制，而且降噪效果有限，因此只适合作为辅助手段。综上所述，在传播途径上进行噪声控制具有较好的可行性与高效性。

3 消音器的设计

对螺杆压缩机组来说，空气动力性噪声为主要噪声，控制压缩机的空气动力性噪声的最有效措施是在压缩机进出口配置合适的消音器。

3.1 消音器设计指标

消声器安装在进排气管路上，其扩容结构以及内部安放的吸声材料可以消耗声能，从而降低管道中的噪声级，为获得较好的吸声效果，需要保证吸声材料具有足够的厚度以及让气流与吸声材料充分接触;然而，气体流经消声器时，其流通面积突变以及与内饰结构、吸声材料的摩擦会引起一定的阻力损失，而阻力损失增大会带来机组功耗的增加，因此单纯加强降噪效果很可能导致功耗增加;进排气压力通常不是标准大气压，消声器需要具备一定的内外压差承载能力，防止泄漏事故的发生。因此，消声器的设计有以下三个主要性能指标:消声量指标、压力损失指标、机械强度指标。

3.2 消音器结构设计

常用的消音器有阻式和抗式两种。

阻式消声器是一种吸收型消声器，它是利用声波在多孔性吸声材料中传播时，因摩擦将声能转化为热能而散发掉，从而达到消声的目的。一般说来，阻式消声器具有良好的中高频消声性能，对低频消声性能较差。

抗式消声器与阻式消声器不同，它不使用吸声材料，而是依靠管道截面的突变等在声传播过程中引起阻抗的改变而产生声能的反射、干涉及共振吸声来降低消声器向外辐射的声能，达到消声目的。从能量角度看，阻式消声器采用的是能量转换(通过做功将声能转换成热能)的方法来降低消声器出口处的声能，而抗式消声器主要利用声能转移的方法来降低消声器出口处的声能。这类消声器适用于窄带噪声和中低频噪声的控制，比较适合于在高温、潮湿、气流速度较大、洁净度要求高的场所使用。由于工艺气螺杆压缩机常用于处理脏、湿、易聚合或腐蚀性工艺气体，若采用阻式消音器，吸音材料表面会被工艺气中黏稠物质阻塞，短期内就失去消音效果。因此，在大多数情况下，在喷液式工艺螺杆压缩机中常采用一种抗式消音器结构，该结构又称为滤波缓冲器。

由管道壁圆孔和缓冲容积组成，管道壁圆孔构成高频波通滤波器，缓冲容积构成低频波滤波器，图中所示，带有圆孔的管道A 管、C 管，他们起着阻挡低频波通过的作用，但准许高频波通过。通过后的高频波，立即遇到容积型滤波元件，它正好对过来的高频波起强烈的抑制作用。这样一来，二者联合作用的结果，就是把这种频率的谐波都阻挡了，而在滤波缓冲器后的后继管道中，气流就显得很平稳。管道的噪声和机械振动相应也就很小了。

4 隔音罩的设计

隔声罩将压缩机或者整个机组封闭在罩内，声能一部分被罩壁内衬的吸声材料吸收，一部分被罩壁反射回去，只有少量部分通过密封缝隙或者罩体振动辐射到外部环境，从而达到降低噪声的目的;为了保证隔声效果，在管线开口、传动轴开口、以及门、窗缝隙等处均需要加强密封处理，这也使得罩内空气不易流通，气温持续上升，因此需要在罩顶加装吸、排气散热风扇，当然由此带来的开口可能会导致隔声罩隔声效果明显下降，所以有必要为进排气通风口加装消声装置;隔声罩有可能与机组发生共振，共振会影响隔声效果，因此要避免罩体与机组发生刚性连接，并且通常在罩体底部进行隔振处理。

4.1 隔声量指标

隔声罩内声能密度很大，隔声罩上很小的开孔或缝隙都能传出很大的噪声，严重降低隔声性能。为此，对罩上开孔进行如下处理:①罩体拼接的接缝以及门、窗接缝处，要进行密封处理，比如垫以软橡胶之类的材料;②因吸排气或通风散热需要开设的孔洞，需要加装消声器来减小;③传动轴穿过罩的开孔处加一套管，管内衬以吸声材料。

另外，当电机的电磁噪声高于85 dB 时，需要为整个机组设备安装隔声罩，否则，只需为压缩机安装隔声罩。

4.2 通风散热性能

如果隔声罩完全密封，罩内空气温度可达50 ℃以上，因此有必要在罩顶安装两台轴流风机，形成罩内热空气与外界环境冷空气的对流。罩内温度受到轴流风机通风量以及环境温度的影响，因此风机的选型需要满足一定的通风量指标。

在满足通风量指标的情况下，还应尽量选取直径较小、转速较高的机型，以减小噪声泄漏面积。另外，通风消声器的结构应与风机的尺寸以及通风量相适应，空气阻力不宜过大，以免影响通风量。

4.3 罩体隔振性能

隔声罩与机器之间不能有刚性连接，因此将橡胶垫或毛毡等柔性连接材料夹在两者之间吸收振动，否则机器的振动会直接传递给罩体，使罩体成为噪声辐射面，从而降低隔声效果。机器与基础之间也需要采取相同的隔振措施。另外，为了避免发生板的吻合效应和板的低频共振，在外层壳体上附加阻尼层。

5 结论

通过对工艺螺杆压缩机噪声源的分析，提出噪声控制方法，在传播途径上对噪声进行有效控制，详细描述了消音器的设计和选型，以及隔音罩的优化，通过合理选用消音器和隔音罩，一般可将工艺气螺杆压缩机的噪声控制在85 dB 内，满足了生产环境对噪声控制的要求。