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摘要:針對羅茨鼓風機的特點,結合國內外對噪聲治理的科研成果,提出了在設計與制造上降低羅茨鼓風機工作噪聲的方法,并列舉了一些具體實例加以說明。
關鍵詞:羅茨鼓風機　噪聲　渦流

Abstract :Aiming at the characteristic of Root sblower,combine the findings of scientific research for noise control at home and abroad , the method of reducing the working noice of Root sblower on design and manufacture is put forward ,and the specific examples are given.
Key words :Roots blower Noise Eddy current

1 　引言
　　羅茨鼓風機每次吸入、排出的風量很大并有突變現象,從而產生較大的噪聲,被稱之為機械產品的“聲老虎”,特別是在高壓的情況下尤甚,且風量越大、壓力越高、轉速越快,則噪聲就越大,而現代化大生產又希望羅茨鼓風機能提供更高的壓力和更大的風量。為了提高風機性能、降低噪聲污染、滿足環保要求,工程師們想盡了各種對策。本文從噪聲源著手,在設計與制造方面提出降低噪聲的一些方法。

2 　噪聲分析
　　羅茨鼓風機噪聲主要包括機械噪聲和氣動噪聲,而氣動噪聲又包括旋轉噪聲和渦流噪聲。機械噪聲主要有齒輪噪聲、軸承噪聲及管路振動噪聲等。旋轉噪聲是在旋轉的葉輪掠過較窄的通道出口處時,沿周向的氣動壓力與氣流速度都有很大的變化,使得周期性吸、排氣以及瞬時等容壓縮而形成的氣流速度與壓力脈動,產生的很大氣體動力噪聲(見圖1) 。渦流噪聲又稱紊流噪聲,是由于紊流邊界層及其脫離引起氣流壓力脈動造成的。一方面,葉輪旋轉時,表面形成渦流,這些渦流在表面分裂時產生了渦流噪聲;另一方面,高壓氣體通過間隙向低壓區泄漏并通過孔口、彎道時也會產生渦流噪聲。這些噪聲再加上風機進氣容積的亥姆霍茲共鳴,就使羅茨鼓風機的噪聲達到了令人難以忍受的程度。

３　結構設計

3.1 設計回流孔

　　在機殼出風端未過轉子中心處開一定的U形條孔,可以減輕出風口端的壓力爆發,在葉輪與機殼、墻板所形成的容腔即將進入密閉狀態時,使出風口的高壓氣體有少量部分能回流入容腔,并使容腔與出風口氣室形成一定的壓力平衡。同時,當葉輪繼續旋轉時,容腔體積變小,壓力增加,又可使得密閉容腔在大量排出氣體前能通過回流孔預排,這樣既可減少“死角”氣體的渦流噪聲,又可減少排氣時由于壓力過于釋放造成的沖擊噪聲(見圖2) 。這也是目前國內正在不斷研制的“逆流冷卻”技術。進氣回流孔的孔道應與“死角”相連,且出口方向應與排氣方向一致;孔的尺寸也不宜過大,一般取10～15mm ,且夾角δ也應小于20°,否則會由于內泄過大而造成風量不能滿足要求。　　

3.3 轉子串接設計法

　　葉輪一般作為一個整體與軸聯接,若將葉輪沿軸向分成幾段,則構成串接轉子。每段葉輪具有相同的葉型、直徑,甚至相同的長度。串接時,相鄰兩段葉輪周向錯開一定的角度(兩葉錯開90°,三葉錯開60°) ,并在機殼內或葉輪段間設置隔板,將其隔成相應的段,每一段的工作情況都與單臺鼓風機相似。由于各段葉輪的工作過程有一定的時間差,使氣流脈沖減少,與同長度的單一葉輪相比總排氣流量不變而脈動變得更加平穩,噪聲也相對較低。

3.4 設計扭曲葉輪

　　羅茨鼓風機葉輪輪齒一般與軸線平行,即直齒狀,這樣加工、檢測就比較方便,但隨著加工技術的發展,還是應設計成扭曲葉輪,即斜齒狀,因為這樣可以增加嚙合線長度。扭葉羅茨鼓風機工作平穩、輸氣脈動小、噪聲低,而且工作時具有內壓縮過程,與直葉羅茨鼓風機相比效率高、能耗低,是羅茨鼓風機傳統的替代產品。

3.5 葉輪曲線的CAD 設計法
　　葉輪作為羅茨鼓風機的心臟零件,表面形狀至關重要,氣體是通過兩個葉輪表面的嚙合,來進行吸氣與排氣的。為了使這對葉輪能正常嚙合,葉輪曲線一般都設計成漸開線、擺線或圓包絡線。基于設計及制造工藝,傳統葉輪一般設計成單一型線,通過數學方法計算出各種參數,包括中心距、基圓、壓力角、起始嚙合角等。隨著計算機及數控技術的發展,CAD 設計軟件和數控編程軟件功能也越來越強大,應充分利用軟件資源,對葉輪曲線進行分段、組合設計,改掉以往的單一曲線,通過CAD 進行模擬、仿真,保證葉輪在任何情況下嚙合時均可有相對固定的間隙。因為這種組合曲線在現代的數控機床上編程、加工已不是難事。均勻的葉輪間隙不僅能大大提高平穩性、降低噪聲,而且還能保證風量、振動、壽命等重要的機械性能。