【壓縮機(jī)網(wǎng)】一、前言
　　壓縮機(jī)噪聲按其性質(zhì)可分為機(jī)械性質(zhì)噪聲源和空氣動力性噪聲源兩大類。機(jī)械性噪聲的控制應(yīng)從控制振動、撞擊及傳遞入手，這就需要降低激振力、降低受激系統(tǒng)的響應(yīng)和減少受激輻射面積。
　　降低激振力的主要措施就是：1）減少運(yùn)動部件的沖擊；2）提高平衡精度（其中減少不平衡的慣性力和慣性力矩是減少往復(fù)壓縮機(jī)整體振動特別重要的措施）；3）降低往復(fù)質(zhì)量，可大大降低不平衡的往復(fù)慣性力，從而降低激振力和振動。

　　二、不平衡慣性力和慣性力矩
　　往復(fù)式空壓機(jī)由于受力情況復(fù)雜，較一般回轉(zhuǎn)式空壓機(jī)的振動更大。如何平衡機(jī)組內(nèi)部的各種力，消除振源對空壓機(jī)減振降噪具有關(guān)鍵的意義。

　　1、初始數(shù)據(jù)

　　2、慣性力的計算（假設(shè)兩列往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量相等）

　　1）旋轉(zhuǎn)慣性力： JR= MR1Rω2+MRLRLω2

　2）往復(fù)慣性力
　　A、Ⅰ階往復(fù)慣性力:

 

　　B、Ⅱ階往復(fù)慣性力：

　　3）慣性力計算結(jié)果（表2）

　　3、慣性力的平衡
　　Ⅰ階往復(fù)慣性力為橢圓路徑。Ⅱ階往復(fù)慣性力為圓路徑，其角速度為曲軸的一倍（詳見圖2）。所以，在曲軸反向加平衡鐵的方法不能完全將Ⅰ階、Ⅱ階往復(fù)慣性力平衡。

 

 

　　旋轉(zhuǎn)慣性力主要由連桿、曲柄銷、曲柄產(chǎn)生，連桿、曲柄銷的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力：
　　Jr＝MR1Rω2＋MRLRLω2
　　依據(jù)“蘭切斯特法”平衡原理，平衡鐵MP除了平衡旋轉(zhuǎn)慣性力外，還須轉(zhuǎn)換Ⅰ階往復(fù)慣性力。平衡鐵產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力：
　　Jpr＝MPRPω2
　　平衡鐵的重徑積為［2］：
　　MpRp＝MsR＋Jr/ω2
　　兩個Ⅰ階平衡量MPⅠ用以平衡轉(zhuǎn)換后的Ⅰ階慣性力，每個Ⅰ階平衡鐵的重徑積為:
　　MpⅠRⅠ＝0.25MsR
　　兩個Ⅱ階平衡量MpⅡ用以平衡轉(zhuǎn)換后的Ⅰ階慣性力，每個Ⅱ階平衡鐵的重徑積為：
　　MpⅡRⅡ＝0.433MsRλ
　　通過優(yōu)化各運(yùn)動件的質(zhì)量，可基本平衡慣性力，使得空壓機(jī)振動降低約10％，噪聲約可降低3～4dB(A)。

　　三、輕量化的設(shè)計
　　1、活塞-連桿的輕量化
　　經(jīng)對往復(fù)式空壓機(jī)的振源和聲源的分析，及對測試數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)組二列活塞部位的數(shù)值較大。為此，從下列方面實行減振降噪的措施。
　　對二列活塞的運(yùn)動部件進(jìn)行輕量化改進(jìn)，達(dá)到降低慣性力，減少機(jī)組的振動和沖擊力。將活塞-連桿等運(yùn)動零件的材料改為鈦合金材料，在保持材料原有強(qiáng)度的前題下，零件的重量減輕了42.7％，降低了慣性力矩。

　　2、連桿計算
　　已知：B=2.8 cm； b=2.2 cm；
　　H=4.25 cm；h=3.25 cm；
　　1）連桿桿身截面幾何力學(xué)(圖8)

　　A、面積
　　A=B H-bh=2.8×4.25-2.2×3.25=4.75 cm2

　　B、截面二次矩

　　C、重心到相應(yīng)邊的距離

　　D、截面模型

　　E、回轉(zhuǎn)半徑

　　2）連桿強(qiáng)度校核
　　A、活塞力F活i
　　∵  P3=8.5 MPa；A3=0.00197 m2；
　　P4=40  MPa；A4=0.000445 m2；
　　∴  三級活塞力：F活3=P3A3=8.5×0.00197
　　=16.75kN
　　四級活塞力：F活4=P4A4=40×0.000445
　　=17.8kN
　　B、應(yīng)力校核σ

　　3）總應(yīng)力
　　已知：F=FS+Fr =8.73+5.629=14.359
　　A=4.75 cm2；L=26.4 cm；C=0.00015～0.0005（取C=0.000325）
　　Ix=11.62 cm4；IY=7.83 cm4；
　　A、連桿運(yùn)動平面X－X的總應(yīng)力

　　B、連桿運(yùn)動平面Y－Y的總應(yīng)力

　　4）慣性矩核算
　　為了提高強(qiáng)度和剛性，在連桿體的z*薄弱環(huán)節(jié)作了增厚處理，連接圓弧由R30改成R100，厚度由35 mm增加至37 mm。慣性矩提高了14.9％。
　　改進(jìn)前：B1=2.8 cm； b1=2.2 cm；H1=3.5 cm；h1=2.5 cm；
　　改進(jìn)后：B2=2.8 cm； b2=2.2 cm；H2=3.7 cm；h2=2.7 cm；
　　A、改進(jìn)前的慣性矩：

　　B、改進(jìn)前的慣性矩：

　　C、慣性矩的增加度：

　　四、其它措施
　　1、氣缸蓋、罩的改進(jìn)

　　由于氣缸內(nèi)氣體壓力脈動和活塞的擺動和橫向運(yùn)動產(chǎn)生的敲擊聲。造成缸蓋、缸罩的結(jié)構(gòu)共振聲。為此，采取了以下措施：
　　1）增加了缸蓋內(nèi)容積，以改變膨脹共振頻率。
　　2）在Ⅲ、Ⅳ級排氣閥出口處增設(shè)了混合阻抗性消聲裝置。
　　3）在缸蓋中用NOPD（非阻塞性顆粒）阻尼機(jī)理，增加了抗振性能，大大減少了振動力。
　　4）將缸罩的金屬材料改為高分子材料，增加了吸音性能，形成了吸音降噪部件。
　　2、氣閥閥片改進(jìn)
　　氣閥閥片采用高分子PEEK材料，它具有運(yùn)動慣量小，抗沖擊能強(qiáng)，沖擊速度降低，沖擊力減小，閥片的激振量降低，減小閥片對閥座的敲擊聲，同時，PEEK材料與閥座的密封性好，且密封面不易破壞。
　　3、振動傳遞的阻隔
　　在曲軸兩端的軸承座處，添加阻尼材料，增加了振動質(zhì)量，提高了機(jī)械阻抗，達(dá)到了阻隔振源的傳遞途徑。
　　4、基座的改進(jìn)
　　機(jī)組基座采用組合式方式，在壓縮機(jī)和電機(jī)下端壁墻中增加了非阻塞性顆粒，來提高底座的強(qiáng)度剛性和阻尼特性，有效地防隔振動途徑，減少振動能量，改善機(jī)組整體的減振能力。

　　五、效果
　　經(jīng)過輕量化優(yōu)化設(shè)計及降振減噪的措施，每列活塞－連桿的重量減輕了26.67％，慣性力和慣性力矩減少了約20％。由于往復(fù)運(yùn)動件重量的減輕，減少了空壓機(jī)的機(jī)架和基礎(chǔ)的沖擊力。由于在減少振源的同時，對振動的途徑采取阻隔措施，預(yù)見機(jī)組的振動烈度可降低，噪聲降低3～4dB(A)。

　　參考文獻(xiàn)
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　　［2］ 田濤 王仁德. V型壓縮機(jī)力學(xué)性能研究  《機(jī)電設(shè)備》 2001［6］
　　［3］ 船用壓縮機(jī)手冊.《機(jī)電設(shè)備》編輯部
　　［4］ 活塞式壓縮機(jī)設(shè)計. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社1974

　　作者簡介：
　　李偉杰（1960—），男，工程師，擅長壓縮機(jī)設(shè)計及維修，是該領(lǐng)域?qū)＜壹壢瞬牛哂胸S富的理論及實踐經(jīng)驗。

來源：■文/李偉杰 劉國棟