淺談如何利用微穿孔板解決SVK型壓縮機出口高頻共振

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110000）

隨著SVK型壓縮機技術的不斷成熟，已逐步走向更廣闊的應用市場。在實際應用中存在的問題也就突顯出來，其中以壓縮機出口氣流高頻振動尤為突出，產生的危害是對出口管道元件破壞嚴重和噪音污染。為了解決問題就需要更換管道元件并進行配管，不但耽誤工程時間，而且即便更換新元件也時刻存在隱患。本文利用微穿孔板技術很好地解決了SVK型壓縮機出口氣流共振問題，阻止了因共振問題帶來的出口膨脹節振碎及噪音危害。

1 SVK型壓縮機介紹及共振問題描述

1．1 SVK型壓縮機介紹

SVK型壓縮機，全稱為齒輪增速型組裝式離心壓縮機，具體外部構造如圖1示。這種壓縮機一般為多軸、多級、多轉速，氣缸體為外掛蝸殼示分級壓縮。本文描述的SVK型壓縮機為三軸齒輪式傳動。主軸由電機拖動，低速軸為空壓機的一、二壓縮級，高速軸為空壓機第三壓縮級和增壓機。其中空壓機一、三壓縮級葉輪為半開示葉輪。

圖1 SVK型離心壓縮機外部構造圖

1．2 SVK型壓縮機出口共振問題

（1）共振現象描述。當機組進入額定工作情況時，現場噪聲非常刺耳，使用噪聲測量儀測量，噪聲已達到110dB滿量程。即便耳帶噪聲保護裝置，但在現場待上一段時間都會有不同程度的不適感。在此情況下，機組運行不到20小時，一級出口管道膨脹節彈簧板被振碎，大量碎片掉落在管道中，甚至進入到冷卻器內，此種情況下只能停機。在此過程中，壓縮機主機上的振動、溫度、壓力、轉速等相關監測點無異常波動。

（2）共振現象帶來的危害。壓縮機出口氣流共振帶來的危害主要有兩個方面：第一，由于氣流共振，氣體對出口管道連接元件沖擊力非常大，尤其是對出口管線上的膨脹節造成振碎性毀壞。被振碎下來的膨脹節碎片散落在管道中，及出口冷卻器內，稍有清理不凈便會對以后的生產埋下隱患。同時，壓縮機在運行前，氣管道已經過無應力校對，若更換出口膨脹節需要進行切割和焊接并重新對管道進行無應力校對，工作量非常大，而且也耽誤了工程進度。第二，由于氣流的共振會造成現場噪音污染，對現場操作人員身體損傷是非常大的，必須進行降噪處理，否則影響以后現場工作人員的正常操作。

2 解決問題方法研究

通過上述現象，壓縮機出口存在高頻振動，噪聲非常大且尖銳刺耳。同時，可分析噪聲周期短，振動頻率高。這種由氣流摩擦所導致的振動，在壓縮機轉速、葉輪做功都不變的情況下，一定存在共振現象，在固有的振動周期下，其振幅被放大，破壞力也就被放大了。

2．1 擴壓器葉片半高法

眾所周知，離心壓縮機的氣流噪聲主要是離散頻噪聲，是一種氣動噪聲。其主要是通過壓縮機葉輪與擴壓器之間強烈相互作用所產生的。

針對上述情況，最常見的解決方法就是利用壓縮機定子元件上的擴壓器。通過改變擴壓器葉片高度，增大葉片原有間隙。在壓縮機入口流量可以調節，壓縮機轉速、溫度、壓力不變情況下，是可以使氣流的動靜干涉減弱的。

通過計算，制定好葉片半高方案，經過銑削加工再次回裝，同時更換新的管道膨脹節。當壓縮機進入額定工作狀態下，噪音較之前相比較有些許的減弱，但不明顯。壓縮機在經過48小時運行后，發現出口管道膨脹節彈簧板有開裂現象，隨即壓縮機立刻停止運行。

2.2 微穿孔板法

（1）微穿孔板介紹。本文主要針對解決空分離心壓縮機出口共振，所以選用單層微穿孔板技術就可以將高、中頻帶寬的噪聲很好的吸收。微穿孔板是把多個孔徑為毫米或絲米的穿孔設計到一個板上，通過它的流阻就可與其流場內的特性阻抗匹配，形成良好的寬頻帶共振吸聲效果。本文闡述的是離心壓縮機出口加微穿孔板，所以將微穿孔板鉚到圓管上形成管式微穿孔板元件，具體如圖2示。

圖2 管式微穿孔板

圖2中t，d，D分別代表著孔板的板厚，單個孔徑和氣腔深度。此外，還要考慮空氣特性阻抗、相對聲阻、共振頻率、吸聲系數、圓管管徑等參數。

（3）微穿孔板設計。設計微穿孔板目的就是為了改變流體經過介質中的聲阻抗，通過聲阻抗改變降低聲的頻率，從而阻止共振現象發生。而聲阻抗、吸聲系數又與孔板的設計息息相關，所以根據下列公式可得出相關參數值，進而去設計微穿孔板。流體在管道中發生共振時，共振頻率f0：

根據上述情況，壓縮機出口一定存在共振現象。當共振現象發生時，出口處的流體相對聲阻抗一定為零，其聲阻抗函數極值也為零。通過公式計算改變目前的聲阻抗可有效吸聲，避免共振發生，降低噪音危害。

聲阻抗Z：

其中：ρ為氣體密度，η為粘滯系級，t為孔板厚度，ω為入射的角頻率，j為Bessel函數值可近似看成為虛數，。

根據上述公式，對公式（2）加末端修正項并除以穿孔面積就是微穿孔板的聲阻扛率，再除以氣體的特性阻抗ρc，將常數值代入，就是其相對聲阻抗Z。

根據穿孔率吸聲特性，如圖3可得出：當穿孔率為5%時，對當前工況下出口吸聲降頻控制的效果最好。

在已知壓縮機出口管徑為1400mm情況下，通過最終的計算確定微穿孔板各項參數值，主要包括孔徑（經計算設計為1mm）和氣腔的深度（經計算設計為15mm）。將設計好的管式微穿孔板安裝在壓縮機出口管道上，再次啟動壓縮機，在達到額定工況下，噪音較之前相比有了明顯下降，經噪聲測量儀測得現場噪音降到90dB以下。

圖3 穿孔率對吸聲性能的影響

3 結語

微穿孔板有著對聲音頻率很好的控制作用，可調控帶寬頻在100Hz-4000Hz甚至更高。所以利用微穿孔板可以很好地解決壓縮機管道出口氣流共振問題，改變了出口氣流的頻率，消除了共振現象，降低了壓縮機出口噪聲，使壓縮機保持良好的平穩運行。此外，對于半開式葉輪而言，利用擴壓器葉片半高法不能單純地削弱氣流共振，改變其頻率。半開式葉輪不可控因素較多，做功流量大，沖擊力高，雖然利用擴壓器半高法可以使流經葉輪的氣流動靜干涉減弱，但會增加流經蝸殼氣流動靜干涉的作用，致使蝸殼的氣體出口振動頻率增加。