1，振動噪聲機理
眾所周知，輕輕敲擊下音叉就能發(fā)聲，雙手一拍也能發(fā)聲，這是因為運動的物體或者部件偏離原來位置，就會產(chǎn)生振動，導(dǎo)致周圍的空氣介質(zhì)產(chǎn)生壓差，產(chǎn)生噪聲。聲音在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見，低至樹葉飄落沙沙時非常安靜的聲音；高到嫦娥5號點火升空瞬間發(fā)出讓人難以忍受的轟鳴聲。
空壓機噪聲一般屬于較吵和很吵的范圍內(nèi)，長時間處于很吵的環(huán)境內(nèi)工作，將對聽覺系統(tǒng)產(chǎn)生不可逆的傷害。
一方面，空壓機轉(zhuǎn)子等運動部件在做回轉(zhuǎn)運動中受力產(chǎn)生振動，振動又會通過軸承和機殼等結(jié)構(gòu)支撐部件向外傳遞，通過殼體向外輻射噪聲，產(chǎn)生機械性振動噪聲。另一方面空壓機工作過程中，氣體壓力升高，壓力就偏離了原來的位置，誘發(fā)壓力波動（壓差），通過機殼和管道等部件向外傳遞振動，輻射噪聲，產(chǎn)生流致性振動噪聲。因此，根據(jù)振動噪聲的產(chǎn)生機理，空壓機可以劃分為機械性振動噪聲和流致性振動噪聲，主要來源于轉(zhuǎn)子等運動部件和氣流脈動的誘發(fā)激勵。
高?？蒲袉挝缓托袠I(yè)同仁對空壓機振動噪聲控制做了很多研究，從轉(zhuǎn)子剛度設(shè)計、轉(zhuǎn)子嚙合狀態(tài)、機械部件加工精度，運動部件間的裝配間隙等方面入手，降低機械振動噪聲源；進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析避免共振，采用雙層壁或者加水套或者油套，應(yīng)用減振墊和選用吸聲效果好的吸聲棉等措施進(jìn)一步阻礙振動噪聲的傳遞，機械性振動噪聲得到有效控制，相反流致性振動噪聲逐漸暴露出來，成為制約空壓機振動噪聲的關(guān)鍵因素。
2，減振降噪技術(shù)

空壓機減振降噪技術(shù)路線是通過理論計算與試驗研究相結(jié)合，持續(xù)迭代，不斷優(yōu)化。首先，基于空壓機工作過程流場計算，將流場的計算結(jié)果作為聲學(xué)的激勵，進(jìn)行流場-聲場聯(lián)合仿真，分析預(yù)測壓縮機振動噪聲特性。其次，通過試驗研究來驗證并完善流場及聲場的數(shù)值模型，分析壓縮機幾何特性對流場及聲場的影響，將結(jié)果反饋到壓縮機減振降噪設(shè)計上，如轉(zhuǎn)子/葉輪型線和間隙、吸排氣流道等部件的優(yōu)化設(shè)計，源頭上抑制流致性振動噪聲。針對已經(jīng)研發(fā)定型的空壓機產(chǎn)品，開發(fā)氣流脈動衰減腔、聲波干涉器和穿孔管消聲器等，路徑上衰減流致性振動噪聲。

2.1 噴油螺桿空壓機
噴油螺桿壓縮機振動噪聲主要來源于陰陽轉(zhuǎn)子嚙合過程中產(chǎn)生的機械振動，通過齒輪、軸承和殼體向外傳遞振動，輻射噪聲。壓縮機屬于容積式壓縮機，存在內(nèi)壓縮過程，不可避免的產(chǎn)生氣流脈動，通過吸氣孔口和排氣孔口向外輻射。隨著機械加工裝配精度的提升，機械性振動噪聲得到控制，流致性振動噪聲成為制約著壓縮機振動噪聲的主要因素。噴油空壓機噪聲以低頻為主，主要集中在陰陽轉(zhuǎn)子嚙合頻率的前6倍頻，尤其是前4倍頻更為明顯。
根據(jù)噴油螺桿機振動噪聲的特點，基于聲波干涉技術(shù)，在排氣端面上設(shè)計一款氣流脈動衰減裝置，即利用旁支流道與主流道的流程差，產(chǎn)生兩路幅值相等、相位相反的氣流脈動，相互抵消，從排氣源頭上衰減排氣氣流脈動，如圖2所示。通過壓縮機的振動噪聲測試分析，結(jié)合理論研究，設(shè)計出一套定制化的減振降噪技術(shù)方案，使200kW機組法蘭面振動下降到10m/s^2以內(nèi)，優(yōu)化了50%，空壓機遠(yuǎn)場1m距離處噪聲優(yōu)化5.0dBA，降低到80dBA以內(nèi)。
2.2 無油螺桿空壓機
相對于噴油壓縮機，無油壓縮機采用同步齒輪驅(qū)動，轉(zhuǎn)子間不接觸，避免了轉(zhuǎn)子嚙合過程中機械振動噪聲的產(chǎn)生，以氣動噪聲為主。但無油空壓機缺少了潤滑油對波長較短的中高頻聲波的衰減，導(dǎo)致中高頻噪聲突出，噪聲頻帶寬，整機噪聲偏大，壓縮機近表噪聲甚至超過120dBA。此外，無油機排氣壓力相對較小，需要從型線齒形，排氣流場內(nèi)壓力變化曲線、溫度變形等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，調(diào)整齒頂間隙、嚙合間隙和吸排氣端面間隙，力求受力更小，氣流脈動更低，從正向設(shè)計上抑制噪聲。
因此，根據(jù)無油螺桿空壓機振動噪聲特點，開發(fā)內(nèi)壓縮降噪技術(shù)，在壓縮機升壓過程中就開始衰減氣流脈動，降低氣動噪聲，此外在排氣管路上研發(fā)出一種寬頻穿孔消聲器，進(jìn)一步衰減空壓機排氣噪聲，如圖3所示。通過某款無油壓縮機的振動噪聲測試分析，結(jié)合理論研究，制定出一套定制化的減振降噪技術(shù)方案。試驗結(jié)果表明，應(yīng)用減振降噪技術(shù)方案后，某款無油壓縮機應(yīng)用減振降噪技術(shù)方案后，全轉(zhuǎn)速下噪聲降低11～16dBA，將所有轉(zhuǎn)速下噪聲值在85dBA以下。
2.3 離心空壓機
離心壓縮機葉輪與汽缸無接觸，運動部件少，機械噪聲低，氣動噪聲成為主要噪聲源。離心機屬于速度式壓縮機，無內(nèi)壓縮過程，氣流脈動小，因此，相對于螺桿壓縮機，噪聲值更低。離心機的運行轉(zhuǎn)速高，噪聲頻率高，尖銳刺耳，主要以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)頻噪聲為主。針對離心壓縮機的振動噪聲控制，首先要進(jìn)行正向低噪設(shè)計，除了必要的轉(zhuǎn)子動力學(xué)的分析，還要建立全流道的CFD的模型進(jìn)行流場計算，然后把流場的結(jié)果和聲場進(jìn)行流場-聲場耦合計算，預(yù)測空壓機的噪聲特性。通過流場和聲場的反復(fù)迭代，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，確定合適的氣動設(shè)計和噪聲設(shè)計。
例如葉輪氣動設(shè)計方面，在葉片的壓力面和吸力面，不能有明顯的低速流團出現(xiàn)，特別是葉輪吸力面容易出現(xiàn)低速流團，這對離心壓縮機噪聲有非常大的不利影響，同樣對性能也有不利影響，如圖4所示。在流道設(shè)計方面的一個基本原則就是在整個全流道內(nèi)既不能誘發(fā)新的脈動源，又不能放大氣流脈動。通過對離心壓縮機CFD仿真計算的結(jié)果分析，蝸舌附近位置處的壓力脈動往往較大，需要關(guān)注與優(yōu)化。
根據(jù)離心空壓機的噪聲特點，基于流場和聲場分析的結(jié)果，首先優(yōu)化設(shè)計葉輪與蝸殼間的間隙，尤其是葉輪與蝸舌的間隙，從源頭上抑制氣流脈動降低氣動噪聲，其次設(shè)計一款寬頻低阻消聲器，從路徑上進(jìn)一步衰減噪聲，實驗結(jié)果表明，離心機在5～9.6萬rpm，降噪10dBA以上。
03結(jié)論與展望
3.1 結(jié)論
空壓機振動噪聲主要來源于機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中帶動運動部件產(chǎn)生的機械性振動噪聲和壓縮機升壓過程中產(chǎn)生氣流脈動誘發(fā)的流致性振動噪聲；在振動噪聲特點上，噴油壓縮機以低頻為主，傳播距離遠(yuǎn)，降噪難度大，無油壓縮機以中高頻噪聲凸顯，頻帶寬，噪聲大；離心壓縮機運行轉(zhuǎn)速高，以高頻為主。
通過轉(zhuǎn)子動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計和關(guān)鍵部件間隙優(yōu)化設(shè)計，抑制升壓過程誘發(fā)的流致性振動噪聲，是空壓機減振降噪的有效途徑。研發(fā)氣流脈動衰減裝置，設(shè)計寬頻消聲器等減振降噪技術(shù)方案有助于進(jìn)一步降低空壓機振動噪聲。
3.2 展望
減振降噪是實現(xiàn)空壓機環(huán)境友好型的一種手段，相信未來空壓機生產(chǎn)企業(yè)中這是會經(jīng)常遇到的問題和常見被討論的話題，需要引起更多的關(guān)注，尤其是噪聲問題突出的無油螺桿鼓風(fēng)機。
螺桿鼓風(fēng)機流量大，氣動噪聲高，排氣噪聲甚至超過120dBA，是主要噪聲源。目前常用的阻式消聲器低頻效果差，壓損大，還會污染潔凈的介質(zhì)；而抗式消聲器管徑大，波長較短的中高頻聲波直接通過排氣管而達(dá)不到的降噪效果。基于鼓風(fēng)機低中高頻噪聲均較突出，針對6000rpm以內(nèi)無油機研發(fā)一種低阻寬頻的抗式消聲器，綜合降噪效果預(yù)計達(dá)到30～40dBA。