乌鲁木齐箱式变压器噪声测量及控制研究

乌鲁木齐箱式变压器属于容积式乌鲁木齐箱式变压器，是一种典型的增压与输送机械，在冶金、煤炭、石油化工、食品加工、水产养殖、处理、矿山与造纸等行业获得了广泛应用。与乌鲁木齐箱式变压器比较，乌鲁木齐箱式变压器具有压力高、流量受阻力影响小、供风稳定等优点，但工程应用中存在噪声高的缺点。在乌鲁木齐箱式变压器类动力机械中，乌鲁木齐箱式变压器享有“声老虎”称号，不仅污染了环境，也恶化了劳动条件，乌鲁木齐箱式变压器噪音测量及控制方法一直是溪河海乌鲁木齐箱式变压器科研工作的重点，低噪声乌鲁木齐箱式变压器研究和制造更是溪河海常抓不懈的战略目标。

测量乌鲁木齐箱式变压器噪声的目的就是为了对被测对象进行噪声等级的分析、评价或声源识别，以便采取适当的措施进行噪声控制。通常乌鲁木齐箱式变压器的噪声识别方法有现场测量法、声功率测量法、表面振动测量法等，其中，现场测量法是工程实际中常用的方法。
现场测量法通过对数据、频谱的分析确定主要的噪声辐射源，方法简便，测量结果能真实反映乌鲁木齐箱式变压器的振动与噪声水平，但易受环境的影响。声功率测量法反映噪声源辐射强度与辐射特性，避免了声压级易受测量距离和测量环境影响的缺点。振动测量法是根据乌鲁木齐箱式变压器的表面振动速度来估计表面辐射声功率，主要困难在于乌鲁木齐箱式变压器零部件辐射比的确定，需要测量较多的数据和进行大量的计算。

乌鲁木齐箱式变压器机械噪声的主要控制方法有：①提高零部件加工与装配精度；②更换滚珠轴承，或使用滑动轴承代替滚珠轴承，使转子系统处于动平衡；③优化基础的隔振支撑；④采用弹性联轴器联接电动机；⑤加强对设备的安全维护与保养，如添加润滑油、拧紧连接螺栓、更换损坏的零部件等。

乌鲁木齐箱式变压器气动噪声的主要控制方法有两种：一是对噪声源进行控制，即从噪声产生的机理出发降低噪声；二是控制噪声的传播途径，通过设置消声器和吸声材料耗散声波能量。
1、噪声源控制：通过研究转子结构、进排气口与管道形状、转子间隙等与气动性能之间的关系，设计噪声低、效率高、结构紧凑、节能的新机型，也称低噪声结构设计。
（1）异形排气口设计：冲破传统的矩形排气口束缚，采用具有良好声学性能的异形口，将开口过程由突变改为渐变，开口面积由零到最大逐渐过渡，延缓了排气口压差的变化率，降低了的冲击噪声。
（2）采用扭叶转子：作用与异形排气口类似，的脉动幅度及不均匀度比直叶转子显著减小，具有延缓回流过程、降低排气脉动的优点。
（3）采用轮转子：与二叶型转子比较，轮转子每旋转一周输出六个较小的排气容积，气流脉动平缓，噪声降低，在小型机上应用提高了效率。
2、噪声的传播途径控制：主要有消声和隔声等措施，是工程上普遍采用的降噪手段。
（1）消声：通过在乌鲁木齐箱式变压器进、排气管道上安装消声器降低气流噪声。消声器应根据乌鲁木齐箱式变压器噪声强度、频谱特性和降噪要求等因素进行优化设计，具备消声效果好、消声频带宽、阻力损失小、体积小、重量轻、安装维护方便等特点。
（2）隔声：利用隔声构件阻挡空气声传播。安装消声器后，乌鲁木齐箱式变压器机械噪声和电动机噪声就成为主要噪声源，采用隔声罩或隔声间将机组噪声封闭在局部空间。

乌鲁木齐箱式变压器运转不平衡引起基础振动并沿地板和墙体传播，激发二次空气噪声。通过优化结构设计，采用隔振器、隔振垫、挠性软接管控制机械振动与结构噪声，能够取得显著的减振降噪效果。

乌鲁木齐箱式变压器的发展趋势，主要是进一步提高效率、降低噪声、增强可靠性及扩大应用范围。实践证明，在探明乌鲁木齐箱式变压器噪声产生机理基础上，溪河海采用的低噪声结构设计，是控制乌鲁木齐箱式变压器噪声有效措施。近几年，国内包括溪河海在内的多个科研机构就低噪声乌鲁木齐箱式变压器结构设计开展了很多研究，主要进展有：
（1）封闭容积预进气压缩设计：主要是为改善乌鲁木齐箱式变压器的回流冲击特性提出来的。在基元容积由进气口向排气口移动的过程中，通过开在机壳或墙板上的导气孔口，向其内部预先导入，以便在基元容积与排气口连通之前，使其内部压力逐渐与排气口的压力达到平衡。与传统的压缩情形相比，导入预进气后，排气口的回流冲击强度大为减弱，乌鲁木齐箱式变压器的动力性噪声得以降低。实际应用中，通常从乌鲁木齐箱式变压器的排气口引回一部分，作为预进气导入机壳。如果将排气口的冷却之后再导入基元容积，则不仅可以减缓排气口的回流冲击，而且还能降低乌鲁木齐箱式变压器的排气温度，这种降低排气温度的方法称为逆流冷却。目前，由于制造方面的限制，国内应用极少。
（2）提高乌鲁木齐箱式变压器叶面加工精度：溪河海实践证明，采用先进的数控加工技术，能够提高乌鲁木齐箱式变压器叶面加工精度，保证转子动平衡性能，减小高速转子系统振动。此外，还能够保证啮合时叶面间间隙的均匀性，降低叶面间流动的波动，从而降低乌鲁木齐箱式变压器的气动噪声。
（3）叶轮型线优化设计：叶轮作为乌鲁木齐箱式变压器的心脏零件，表面形状至关重要。目前，国内有关乌鲁木齐箱式变压器叶轮设计形式多种，包括渐开线、圆弧线、摆线、共轭圆弧线等多种线型组合，涉及加工问题，需要优化设计。

乌鲁木齐箱式变压器噪声以气动噪声和机械噪声影响为主。研究噪声源的特性和产生机理，是正确选择噪声控制措施的基本条件。从声源传播途径考虑，采取消声、隔声、吸声和隔振等降噪方法，能够有效控制噪声污染，但增加了设备成本与工程投资。从结构设计与生产工艺考虑，通过优化结构设计、改进加工方法、提高装配精度、选用合理的型号和调节方式，能够从根本上消除噪声危害，不仅降低噪声，而且提高乌鲁木齐箱式变压器效率、降低设备能耗，仍然是溪河海乌鲁木齐箱式变压器的主要研究发展方向。