（沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

隨著SVK型壓縮機(jī)技術(shù)的不斷成熟，已逐步走向更廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題也就突顯出來(lái)，其中以壓縮機(jī)出口氣流高頻振動(dòng)尤為突出，產(chǎn)生的危害是對(duì)出口管道元件破壞嚴(yán)重和噪音污染。為了解決問(wèn)題就需要更換管道元件并進(jìn)行配管，不但耽誤工程時(shí)間，而且即便更換新元件也時(shí)刻存在隱患。本文利用微穿孔板技術(shù)很好地解決了SVK型壓縮機(jī)出口氣流共振問(wèn)題，阻止了因共振問(wèn)題帶來(lái)的出口膨脹節(jié)振碎及噪音危害。

1 SVK型壓縮機(jī)介紹及共振問(wèn)題描述

1．1 SVK型壓縮機(jī)介紹

SVK型壓縮機(jī)，全稱為齒輪增速型組裝式離心壓縮機(jī)，具體外部構(gòu)造如圖1示。這種壓縮機(jī)一般為多軸、多級(jí)、多轉(zhuǎn)速，氣缸體為外掛蝸殼示分級(jí)壓縮。本文描述的SVK型壓縮機(jī)為三軸齒輪式傳動(dòng)。主軸由電機(jī)拖動(dòng)，低速軸為空壓機(jī)的一、二壓縮級(jí)，高速軸為空壓機(jī)第三壓縮級(jí)和增壓機(jī)。其中空壓機(jī)一、三壓縮級(jí)葉輪為半開示葉輪。

圖1 SVK型離心壓縮機(jī)外部構(gòu)造圖

1．2 SVK型壓縮機(jī)出口共振問(wèn)題

（1）共振現(xiàn)象描述。當(dāng)機(jī)組進(jìn)入額定工作情況時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)噪聲非常刺耳，使用噪聲測(cè)量?jī)x測(cè)量，噪聲已達(dá)到110dB滿量程。即便耳帶噪聲保護(hù)裝置，但在現(xiàn)場(chǎng)待上一段時(shí)間都會(huì)有不同程度的不適感。在此情況下，機(jī)組運(yùn)行不到20小時(shí)，一級(jí)出口管道膨脹節(jié)彈簧板被振碎，大量碎片掉落在管道中，甚至進(jìn)入到冷卻器內(nèi)，此種情況下只能停機(jī)。在此過(guò)程中，壓縮機(jī)主機(jī)上的振動(dòng)、溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等相關(guān)監(jiān)測(cè)點(diǎn)無(wú)異常波動(dòng)。

（2）共振現(xiàn)象帶來(lái)的危害。壓縮機(jī)出口氣流共振帶來(lái)的危害主要有兩個(gè)方面：第一，由于氣流共振，氣體對(duì)出口管道連接元件沖擊力非常大，尤其是對(duì)出口管線上的膨脹節(jié)造成振碎性毀壞。被振碎下來(lái)的膨脹節(jié)碎片散落在管道中，及出口冷卻器內(nèi)，稍有清理不凈便會(huì)對(duì)以后的生產(chǎn)埋下隱患。同時(shí)，壓縮機(jī)在運(yùn)行前，氣管道已經(jīng)過(guò)無(wú)應(yīng)力校對(duì)，若更換出口膨脹節(jié)需要進(jìn)行切割和焊接并重新對(duì)管道進(jìn)行無(wú)應(yīng)力校對(duì)，工作量非常大，而且也耽誤了工程進(jìn)度。第二，由于氣流的共振會(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)噪音污染，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員身體損傷是非常大的，必須進(jìn)行降噪處理，否則影響以后現(xiàn)場(chǎng)工作人員的正常操作。

2 解決問(wèn)題方法研究

通過(guò)上述現(xiàn)象，壓縮機(jī)出口存在高頻振動(dòng)，噪聲非常大且尖銳刺耳。同時(shí)，可分析噪聲周期短，振動(dòng)頻率高。這種由氣流摩擦所導(dǎo)致的振動(dòng)，在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、葉輪做功都不變的情況下，一定存在共振現(xiàn)象，在固有的振動(dòng)周期下，其振幅被放大，破壞力也就被放大了。

2．1 擴(kuò)壓器葉片半高法

眾所周知，離心壓縮機(jī)的氣流噪聲主要是離散頻噪聲，是一種氣動(dòng)噪聲。其主要是通過(guò)壓縮機(jī)葉輪與擴(kuò)壓器之間強(qiáng)烈相互作用所產(chǎn)生的。

針對(duì)上述情況，最常見(jiàn)的解決方法就是利用壓縮機(jī)定子元件上的擴(kuò)壓器。通過(guò)改變擴(kuò)壓器葉片高度，增大葉片原有間隙。在壓縮機(jī)入口流量可以調(diào)節(jié)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度、壓力不變情況下，是可以使氣流的動(dòng)靜干涉減弱的。

通過(guò)計(jì)算，制定好葉片半高方案，經(jīng)過(guò)銑削加工再次回裝，同時(shí)更換新的管道膨脹節(jié)。當(dāng)壓縮機(jī)進(jìn)入額定工作狀態(tài)下，噪音較之前相比較有些許的減弱，但不明顯。壓縮機(jī)在經(jīng)過(guò)48小時(shí)運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)出口管道膨脹節(jié)彈簧板有開裂現(xiàn)象，隨即壓縮機(jī)立刻停止運(yùn)行。

2.2 微穿孔板法

（1）微穿孔板介紹。本文主要針對(duì)解決空分離心壓縮機(jī)出口共振，所以選用單層微穿孔板技術(shù)就可以將高、中頻帶寬的噪聲很好的吸收。微穿孔板是把多個(gè)孔徑為毫米或絲米的穿孔設(shè)計(jì)到一個(gè)板上，通過(guò)它的流阻就可與其流場(chǎng)內(nèi)的特性阻抗匹配，形成良好的寬頻帶共振吸聲效果。本文闡述的是離心壓縮機(jī)出口加微穿孔板，所以將微穿孔板鉚到圓管上形成管式微穿孔板元件，具體如圖2示。

圖2 管式微穿孔板

圖2中t，d，D分別代表著孔板的板厚，單個(gè)孔徑和氣腔深度。此外，還要考慮空氣特性阻抗、相對(duì)聲阻、共振頻率、吸聲系數(shù)、圓管管徑等參數(shù)。

（3）微穿孔板設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)微穿孔板目的就是為了改變流體經(jīng)過(guò)介質(zhì)中的聲阻抗，通過(guò)聲阻抗改變降低聲的頻率，從而阻止共振現(xiàn)象發(fā)生。而聲阻抗、吸聲系數(shù)又與孔板的設(shè)計(jì)息息相關(guān)，所以根據(jù)下列公式可得出相關(guān)參數(shù)值，進(jìn)而去設(shè)計(jì)微穿孔板。流體在管道中發(fā)生共振時(shí)，共振頻率f0：

根據(jù)上述情況，壓縮機(jī)出口一定存在共振現(xiàn)象。當(dāng)共振現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，出口處的流體相對(duì)聲阻抗一定為零，其聲阻抗函數(shù)極值也為零。通過(guò)公式計(jì)算改變目前的聲阻抗可有效吸聲，避免共振發(fā)生，降低噪音危害。

聲阻抗Z：

其中：ρ為氣體密度，η為粘滯系級(jí)，t為孔板厚度，ω為入射的角頻率，j為Bessel函數(shù)值可近似看成為虛數(shù)，。

根據(jù)上述公式，對(duì)公式（2）加末端修正項(xiàng)并除以穿孔面積就是微穿孔板的聲阻扛率，再除以氣體的特性阻抗ρc，將常數(shù)值代入，就是其相對(duì)聲阻抗Z。

根據(jù)穿孔率吸聲特性，如圖3可得出：當(dāng)穿孔率為5%時(shí)，對(duì)當(dāng)前工況下出口吸聲降頻控制的效果最好。

在已知壓縮機(jī)出口管徑為1400mm情況下，通過(guò)最終的計(jì)算確定微穿孔板各項(xiàng)參數(shù)值，主要包括孔徑（經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)為1mm）和氣腔的深度（經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)為15mm）。將設(shè)計(jì)好的管式微穿孔板安裝在壓縮機(jī)出口管道上，再次啟動(dòng)壓縮機(jī)，在達(dá)到額定工況下，噪音較之前相比有了明顯下降，經(jīng)噪聲測(cè)量?jī)x測(cè)得現(xiàn)場(chǎng)噪音降到90dB以下。

圖3 穿孔率對(duì)吸聲性能的影響

3 結(jié)語(yǔ)

微穿孔板有著對(duì)聲音頻率很好的控制作用，可調(diào)控帶寬頻在100Hz-4000Hz甚至更高。所以利用微穿孔板可以很好地解決壓縮機(jī)管道出口氣流共振問(wèn)題，改變了出口氣流的頻率，消除了共振現(xiàn)象，降低了壓縮機(jī)出口噪聲，使壓縮機(jī)保持良好的平穩(wěn)運(yùn)行。此外，對(duì)于半開式葉輪而言，利用擴(kuò)壓器葉片半高法不能單純地削弱氣流共振，改變其頻率。半開式葉輪不可控因素較多，做功流量大，沖擊力高，雖然利用擴(kuò)壓器半高法可以使流經(jīng)葉輪的氣流動(dòng)靜干涉減弱，但會(huì)增加流經(jīng)蝸殼氣流動(dòng)靜干涉的作用，致使蝸殼的氣體出口振動(dòng)頻率增加。