离心机振动噪声控制实例分析.pdf

离心机振动噪声控制实例分析郑深根黄城宝俞 键王伟杰黄敏冰王 飞闫 锦黄朝明廖建彬(.福建金闽再造烟叶发展有限公司福建 福州.集美大学 轮机工程学院福建 厦门)摘 要:为降低离心机的振动噪声通过理论分析和现场测试的方式研究了离心机结构的固有特性 研究发现离心机滚筒的动平衡和主电机对振动的影响较大滚筒表面光洁度和周围空气流场波动性对噪声的影响较大 通过改变隔声罩的结构在导流板增设阻尼层增设全包裹式吸声层等方法减振降噪 改造后离心机的振动烈度减小噪声降低了 左右减振降噪效果显著关键词:离心机 振动噪声 测试分析中图分类号:文献标识码:文章编号:():.:引言近年来工业机械化、设备大型化程度日益提高随之产生的噪声污染也变得严重直接危害工人身心健康和社会环境 因此如何减少生产车间的环境噪声成为急需解决的问题 离心机是一种将非均相分离的设备在高速旋转时产生的振动和噪声更加突出目前对车间减振降噪的措施参考文献潘克强.高温合金切削性能有限元仿真分析.河南科技():.秦元毅.抗拉高锁螺母的制造工艺探讨.中国高新区():.金万军程定宇王建宏等.热处理对 合金力学性能的影响.热加工工艺():.徐梅香吴南星.高锁螺母拧断力矩及拧断槽尺寸计算方法研究.直升机技术():.吴南星鲍星徐梅香.不同因素对高锁螺母锁紧力矩影响的研究.航空制造技术():.随磊詹玉婷王建华等.收口工艺对螺母表面残余应力分布的影响.锻压技术():.基金项 目:抗 拉 型 高 锁 螺 母 关 键 制 造 技 术 研 究()作者简介:谌鑫()女贵州织金人工学硕士主要研究方向:机械设计与制造收稿日期:主要是被动的多数采用隔声罩的方式将设备整体包裹但是该措施不利于设备检修并对空间有一定的要求 同时国内外对离心机振动噪声研究较少从设备本身降低其振动噪声的研究更是少之又少为了降低离心机的振动噪声除了从传播途径上采取隔振、隔声和吸声等措施外还要分析找出振动噪声产生的原因提出改进措施和方法从根源上解决离心机的振动噪声问题对离心机的工作效率和能耗具有指导意义 离心机的结构和工作原理本文以某型卧式离心机为例对其振动噪声问题进行研究 该型离心机能满足化工、酿酒、选矿、环保等领域存在比重差的各种固、液相分离要求它的滚筒直径为 滚筒长度为 工作转速为 转/分分离因数为 处理能力可达 /从图 可以看出离心机主要由辅电机、差速器、螺旋、滚筒、机罩、机座、润滑系统、主电机等部件组成离心机工作时悬浮液经进料管从螺旋出料口进入滚筒 由于滚筒的高速旋转产生较大的离心力将固液两相进行分离比重较大的固相颗粒沉积在滚筒内壁上与滚筒作相对运动的螺旋叶片将固相颗粒推至排渣口从排渣口将固相颗粒排出分离后的液相经堰板开口流出滚筒 螺旋与滚筒之间的相对运动是由差速器来实现的 差速器的外壳与滚筒联接输出轴与螺旋联接输入轴与辅电机轴联接 主电机带动滚筒旋转的同时也带动了差速器外壳的旋转 辅电机通过联轴器的联接来控制差速器输入轴的转速使差速器能按一定的速比将扭矩传递给螺旋实现了离心机对物料的连续分离图 某型离心机结构原理示意图从它的结构尺寸、工作参数和工作原理可以判断它工作时会产生较大的振动和噪声实测数据也证实了这一推断 正常工作时该离心机的最大振动烈度为./最大声压级可达 离心机产生的振动噪声严重影响着现场工作人员的身心健康因此降低其振动噪声是非常必要的也是提高产品质量的一个重要研究内容 振动噪声测试与分析.测试系统振动测试系统采用的是比利时 测试系统该系统为 通道的单机箱每通道最高采样率可达.拥有 的动态范围和每秒 采样点的传输速率噪声测试系统采用的是挪威的 声学相机及噪声源定位系统可以进行 的低频噪声源测量也可以做 超低频部分测量并能将声音影像化精准、迅速地查出被测物的噪声源.测试结果与分析.离心机振动测试分析根据相关标准要求使用三轴向传感器在辅电机基座、差速器与滚筒之间的轴承座、距离左侧轴承.处、距离左侧轴承.处、滚筒与主电机之间的轴承座、主电机基座等 个测点进行振动测试 传感器布置方向如图 中左下角所示:;9Y图 离心机振动测试的测点布置位置:辅电机机座处位置:差速器与滚筒之间的轴承座处位置:距离图 左侧轴承座/处位置:距离图 左侧轴承座/处位置:滚筒与主电机之间轴承座处位置:主电机机座处在离心机空载与负载工况下进行振动测试采样频率为 采集时间为 每个位置测量 个方向的振动加速度通过计算获得其各个测试位置三轴向的振动烈度表 为空载和负载工况下离心机的 个测点三轴向的振动烈度图 图 为各测试位置在 的振动速度幅值 从空载工况下离心机的振动烈度来看主电机机座的竖直方向振动烈度最大其振动烈度为./从负载工况下的振动烈度可以看出主电机机座在竖直方向上的振动烈度最大其振动烈度为./表 在空载和负载两种工况下离心机各测试位置三轴向的振动烈度序号位置方向振级烈度空载工况/(/)负载工况/(/)辅电机基座.差速器与滚筒之间的轴承座.距离左侧轴承座/处.距离左侧轴承座/处.滚筒与主电机之间的轴承座.主电机基座.其中负载工况下距离左侧轴承座/处的 方向和距离左侧轴承座/处、方向的振动过大而超出传感器的量程故表 中未给出相应的振动烈度数值根据分离机械振动标准卧式螺旋离心机振动是以滚筒两端的轴承座振动作为考核指标 对采集到的滚筒两端轴承座的时域信号进行傅里叶分析9:;9:;9:;9:;9:;9:;N N T 图 空载和负载工况下各测点三轴向的振动烈度幅值得到相应的频域信号 从 范围内的振动加速度频谱图可以看出离心机的主频为.在空载和负载工况下频谱峰值均出现在离心机滚筒转速的倍频位置说明离心机滚筒高速旋转是引起离心机振动的主要原因 N N T&图 空载工况下离心机滚筒左端轴承座的振动速度 N N T&图 空载工况下离心机滚筒右端轴承座的振动速度 N N T&图 负载工况下离心机滚筒左端轴承座的振动速度N N T G)9:;&图 负载工况下离心机滚筒右端轴承座的振动速度离心机的转动体由滚筒和螺旋两部分组成由于螺旋本身结构原因很难从本质上解决螺旋的动平衡问题 离心机负载工况下滚筒内充满非均匀介质滚筒处于高速转动状态故离心机转滚筒平衡问题无法从根本上解决从表 可以看出主电机的振动超过标准要求主要是因为离心机本体与主电机共用支撑钢板底座 虽然保证主电机底座具有足够的刚度但是该结构将离心机本体振动传递到主电机导致电机振动较大严重影响主电机的工作状态 因此将主电机从离心机本体支撑底座拆除并为主电机单独设立底座主电机钢结构支撑下配置 只隔振器 改造后机组如图 所示图 改造前后离心机主电机的位置图主电机与离心机之间通过三角带进行传动同时主电机下设有隔振器故电机会受到皮带的侧向拉力后侧倾而影响三角带的张紧力 为确保三角带的张紧力且保证隔振元件不受较大的侧向力在离心机主体和钢结构平台之间设置横向支撑半活顶杆 图 改造后的图给出了半活顶杆位置表 为主电机基座改造前后的振动烈度 从表 中可以看出改造后主电机基座的振动烈度得到有效改善 方向的振动烈度降幅高达 进而提高了离心机的工作效率表 改造前后主电机振动烈度对比位置方向优化前振动烈度(空载)优化后振动烈度(空载)优化前振动烈度(负载)优化后振动烈度(负载)主电机基座.离心机噪声测试分析两个传声器布置在距离离心机两个端部各三分之一处垂直方向(方向)距离离心机.高度为.测试时间为 图 为离心机噪声测点布置位置的俯视图;9:图 离心机噪声测点位置表 为离心机空载与负载工况下的多项噪声指标表 离心机的噪声指标(单位:)测试项目测试项目测点 空载测点 空载测点 负载测点 负载等效声级.声暴露级.最大声级.最小声级.累计 声级.累计 声级.累计 声级.累计 声级.累计 声级.交通噪声指数.噪声污染级.从图 和图 可以看出空载及负载工况下两个传声器的 计权三分之一倍频程声压级G)G)E#E#E#E#BC图 离心机空载工况下 计权声压级E#G)G)BC)E#图 离心机负载工况下 计权声压级离心机噪声测试结果表明:离心机处于空载状态两侧点的声压级分别为.、.在负载状态下两侧点的声压级分别为.、.机械噪声是指由于机械设备运转时部件间的摩擦力、撞击力或非平衡力使机械部件和壳体等发声体产生无规律振动而辐射出的噪声 按照机械噪声源的不同噪声划分为空气动力性噪声、机械性噪声和电磁性噪声 空气动力性噪声主要是由高速气流、不稳定气流等气流与物体之间相互作用产生的机械性噪声主要是因为固体的振动而产生的电磁性噪声主要是电磁信号由于电磁场而引起某些杂乱信号产生的图 离心机噪声源为了确定离心机的噪声源使用声学照相机对机组进行噪声测试分析测定出离心机噪声源位置如图 所示 通过声学照相机计算分析得出滚筒位置为低频噪声源排渣口位置为高频噪声源 滚筒是高速转动的不均匀锥体圆周线速度达./外表面的沟槽和法兰尤其是法兰螺钉会产生空气动力性噪声 滚筒高速旋转时在滚筒的迎风面空气压力高、流速较大而滚筒的背风面空气压力和流速迅速下降形成涡流使空气介质产生压力脉动而产生空气性噪声 同时在滚筒高速转动时法兰螺钉会敲击周围空气介质而引起压力脉动产生噪声 法兰螺钉形成的空气性噪声的频率与螺钉数量有关即其中 为滚筒转速/为法兰螺钉数量滚筒转速为 /法兰螺钉数量为 枚故计算得到法兰螺钉产生的空气噪声的基频为 为高频空气性噪声从图 可以看出离心机的保护罩分三部分:差速器保护罩、滚筒保护罩、排渣口保护罩 针对滚筒产生的空气性噪声将滚筒保护罩改为隔声吸音罩 隔声吸音罩主要采用内层壁开孔结构将滚筒的迎风面和背风面进行联通降低压差进而减小涡流的形成 同时在隔声吸音罩内增设吸音材料有效减弱空气噪声图 离心机的保护罩负载工况下的噪声比空载工况下的噪声声压级高.除了滚筒因动平衡产生的振动噪声外排渣口处因固相分离物敲击导流板而产生的敲击声也是声压级升高的重要因素 因此在离心机导流板结构设计中增设阻尼层和全包裹式吸音层如图 所示图 排渣口隔声吸声结构设计图改造后对离心机进行声压级测试 表 给出了离心机改造前后声压级从表 可以看出技术改造后声压级有大幅降低均降至 以下 从图 可以看出噪声源位置由排渣口转移到差速器附近表 改造前后离心机的声压级(单位:)测试项目测试参数测点(空载)测点(空载)测点(负载)测点(负载)技术改造前等效声级.技术改造后等效声级.结果比较声压级下降值.图 改造后离心机噪声源 结论)研究分析表明离心机的滚筒动平衡是造成机械噪声的主要原因滚筒周边空气的压力波动是产生空气噪声的主要原因负载工况下排渣口的敲击声也是主要的噪声源)增加滚筒的光洁度减小滚筒周边空气阻力是降低空气噪声的有效措施 全包裹式吸音层可以有效提高隔声罩的吸声效率具有实际的工程推广意义)改造后离心机的振动烈度有明显降低空载和负载工况下声压级降低 左右且均在 以下参考文献 戴明王明珠孟昭朋.卧螺离心机的减振降噪技术研究.机床与液压():.左言言魏明涛曾宪任等.管桩离心机振动噪声控制研究.重庆交通大学学报(自然科学版)():.谷勇霞张玉玲周忠宁.对旋风机气固耦合噪声研究.机床与液压():.张坤温华兵刘伟等.惯容橡胶复合隔振器在船舶动力机械中的应用分析.噪声与振动控制():.徐涆文杜星韩健等.钢轨动力吸振器对轮轨振动噪声的影响分析.机械工程学报():.():.:.():./:.作者简介:郑深根()男本科经济师主要从事再造烟叶生产及设备管理工作通讯作者:廖建彬()男博士副教授主要从事振动噪声控制、机械设备故障诊断等研究收稿日期: