摘要:针对罗茨鼓风机的特点,结合国内外对噪声治理的科研成果,提出了在设计与制造上降低罗茨鼓风机工作噪声的方法,并列举了一些具体实例加以说明。
关键词:罗茨鼓风机　噪声　涡流

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
　　罗茨鼓风机每次吸入、排出的风量很大并有突变现象,从而产生较大的噪声,被称之为机械产品的“声老虎”,特别是在高压的情况下尤甚,且风量越大、压力越高、转速越快,则噪声就越大,而现代化大生产又希望罗茨鼓风机能提供更高的压力和更大的风量。为了提高风机性能、降低噪声污染、满足环保要求,工程师们想尽了各种对策。本文从噪声源着手,在设计与制造方面提出降低噪声的一些方法。

2 　噪声分析
　　罗茨鼓风机噪声主要包括机械噪声和气动噪声,而气动噪声又包括旋转噪声和涡流噪声。机械噪声主要有齿轮噪声、轴承噪声及管路振动噪声等。旋转噪声是在旋转的叶轮掠过较窄的通道出口处时,沿周向的气动压力与气流速度都有很大的变化,使得周期性吸、排气以及瞬时等容压缩而形成的气流速度与压力脉动,产生的很大气体动力噪声(见图1) 。涡流噪声又称紊流噪声,是由于紊流边界层及其脱离引起气流压力脉动造成的。一方面,叶轮旋转时,表面形成涡流,这些涡流在表面分裂时产生了涡流噪声;另一方面,高压气体通过间隙向低压区泄漏并通过孔口、弯道时也会产生涡流噪声。这些噪声再加上风机进气容积的亥姆霍兹共鸣,就使罗茨鼓风机的噪声达到了令人难以忍受的程度。

３　结构设计

3.1 设计回流孔

　　在机壳出风端未过转子中心处开一定的U形条孔,可以减轻出风口端的压力爆发,在叶轮与机壳、墙板所形成的容腔即将进入密闭状态时,使出风口的高压气体有少量部分能回流入容腔,并使容腔与出风口气室形成一定的压力平衡。同时,当叶轮继续旋转时,容腔体积变小,压力增加,又可使得密闭容腔在大量排出气体前能通过回流孔预排,这样既可减少“死角”气体的涡流噪声,又可减少排气时由于压力过于释放造成的冲击噪声(见图2) 。这也是目前国内正在不断研制的“逆流冷却”技术。进气回流孔的孔道应与“死角”相连,且出口方向应与排气方向一致;孔的尺寸也不宜过大,一般取10～15mm ,且夹角δ也应小于20°,否则会由于内泄过大而造成风量不能满足要求。　　

3.3 转子串接设计法

　　叶轮一般作为一个整体与轴联接,若将叶轮沿轴向分成几段,则构成串接转子。每段叶轮具有相同的叶型、直径,甚至相同的长度。串接时,相邻两段叶轮周向错开一定的角度(两叶错开90°,三叶错开60°) ,并在机壳内或叶轮段间设置隔板,将其隔成相应的段,每一段的工作情况都与单台鼓风机相似。由于各段叶轮的工作过程有一定的时间差,使气流脉冲减少,与同长度的单一叶轮相比总排气流量不变而脉动变得更加平稳,噪声也相对较低。

3.4 设计扭曲叶轮

　　罗茨鼓风机叶轮轮齿一般与轴线平行,即直齿状,这样加工、检测就比较方便,但随着加工技术的发展,还是应设计成扭曲叶轮,即斜齿状,因为这样可以增加啮合线长度。扭叶罗茨鼓风机工作平稳、输气脉动小、噪声低,而且工作时具有内压缩过程,与直叶罗茨鼓风机相比效率高、能耗低,是罗茨鼓风机传统的替代产品。

3.5 叶轮曲线的CAD 设计法
　　叶轮作为罗茨鼓风机的心脏零件,表面形状至关重要,气体是通过两个叶轮表面的啮合,来进行吸气与排气的。为了使这对叶轮能正常啮合,叶轮曲线一般都设计成渐开线、摆线或圆包络线。基于设计及制造工艺,传统叶轮一般设计成单一型线,通过数学方法计算出各种参数,包括中心距、基圆、压力角、起始啮合角等。随着计算机及数控技术的发展,CAD 设计软件和数控编程软件功能也越来越强大,应充分利用软件资源,对叶轮曲线进行分段、组合设计,改掉以往的单一曲线,通过CAD 进行模拟、仿真,保证叶轮在任何情况下啮合时均可有相对固定的间隙。因为这种组合曲线在现代的数控机床上编程、加工已不是难事。均匀的叶轮间隙不仅能大大提高平稳性、降低噪声,而且还能保证风量、振动、寿命等重要的机械性能。