【制氧机降噪设计探究15000字（论文）】

制氧机降噪设计研究摘要随着人民对自身保健的意识逐渐增强,许多病人需要定期或经常吸氧,来调节体内对氧气的需求。家庭保健型制氧机应运用而生,它逐渐开始替代传统的小氧气瓶。虽然保健型制氧机有所发展,但也存在比较大的缺点,那就是噪音问题,因此降低制氧机的噪声就必然要对制氧机的噪声分析和振动研究提出更严格的要求,本文研究工作的目的是降低保健制氧机的噪声,研究结果对提高产品质量有很重要的意义,从而提高产品的竞争力。本文首先对国内外医用保健制氧机的技术现状，无油压缩机噪声的机理、传播途径以及噪声抑制的方法进行了综述阐明。然后在ANSYS软件平台下建立制氧机壳体结构有限元模型，应用有限元的方法对其的外壳体进行了结构模态分析，声模态分析，声固祸合模态分析，得出其固有频率，不同厚度下的制氧机有限元模型的固有频率，并模拟制氧机在无油压缩机工作情况下的结构动力谐响应分析，得出响应曲线，找到共振频率。并在SYSNOISE软件平台下应用边界元方法对制氧机壳体声固藕合模型的辐射噪声进行研究，通过设置流体边界条件，吸声边界条件，制氧机的场点，计算出其整体辐射噪声，对其ATV声传递向量进行结算，得出其单元贡献度，对了解其噪声传递路径有很大帮助，有利于提出相应的降噪方法。最后运用近场声全息的手段对医用小型制氧机进行试验研究，明确了试验目的，设计了试验方法，并应用先进的噪声振动检测仪器完成了数据的采集，然后应用SenSound软件对数据进行分析，得到了制氧机的整个表面的声辐射声强，声速，声压，声压级等声学特征信号，接下来对制氧机的整体降噪方案进行研究，并通过实验验证了降噪方案的可行性。关键词：制氧机；医用制氧；降噪处理目录TOC\o"1-3"\h\u31701绪论 1263211.1课题的研究的目的和意义 1264711.2国内外医用保健制氧机的技术现状 1239151.3医用制氧机的噪声及其降噪方法 4239931.3.1制氧机的主要噪声源 463151.3.2无油压缩机降噪的一般方法 4193151.4课题研究的主要内容 56942制氧机的振动噪声模态分析 6160722.1制氧机壳体有限元模态分析 6130422.2制氧机的声学模态分析 7131902.3制氧机的声固耦合模态分析 8225352.4制氧机动态响应有限元分析 8326323噪声与振动试验 8294924制氧机降噪设计 1179384.1空气压缩泵弹簧减振 12304684.2隔声吸声处理 13193084.3制氧机整体降噪方案的研究 14114874.3.1噪声源控制研究及试验改进 14206614.3.2噪声传播途径控制研究及试验改进 1782165结束语 201774参考文献 211绪论1.1课题的研究的目的和意义随着人民生活水平的不断提高,对自身保健的意识逐渐增强,许多病人需要定期或经常吸氧,以缓解体内对氧气的需求。目前家庭常用的方法是使用小氧气钢瓶或氧气枕,这需要定期去医院更换氧气,对长期使用的患者即麻烦又不经济,于是家庭保健型制氧机应运用而生,它逐渐开始替代传统的小氧气瓶或氧气枕,极大方便了病人的使用。家庭保健型制氧机属于分子筛型的制氧机，它是先于八十年代由美国开发研制，随即在世界范围内开始广泛使用。我国于八十年代中期开始从美国等国家进口保健型制氧机，进入九十年代后逐渐从仿制发展到能自行开发这种适合家庭用的制氧机。目前，在国内使用的各种型号的家庭保健型制氧机有十几种之多，如美国的Marks型、Newlife型、PB型、Alliance型、Mobilaire型，法国的Novair型，国产的亚奥牌、龙飞牌等等，它们的最大产气量从每分钟3升至5升不等，价格从2000至20000元，一般国产机型较进口机型便宜近2/3。保健型制氧机可置于家庭、病房、宾馆、氧吧等地，适用于那些长期或经常需吸氧的病人，如患心血管、脑血管、哮喘病、肺功能不良、煤气中毒、慢性阻塞性肺病等需吸氧的病人，或者用脑过度及老年呼吸不畅者。保健型制氧机的原料气是室内空气，它将空气中的氧气浓缩后供给病的使用，未被病人吸入的氧气又回到室内空气中，因此在室内使用制氧机时，只要房间不是全封闭，不会造成室内氧气浓度的降低。虽然保健型制氧机应用广泛，但也存在比较大的缺点，那就是噪音问题，保健型制氧机的噪音通常在50dB左右，白天使用时噪音一般能接受，但针对特殊病人要求的舒适吸氧环境还有较大的差距，而在夜晚使用时，噪音就显得较强，会影响病人的睡眠，甚至对病人的身心造成很大损害。因此，降低制氧机的噪声就必然要对制氧机的噪声和振动提出更严格的要求，本文研究工作的目的是降低医用保健制氧机的噪声，对提高产品质量有很重要的意义，从而提高产品的竞争力。1.2国内外医用保健制氧机的技术现状医用保健制氧机是利用现代气体分离技术一变压吸附(PressweSwingAdsorption)技术来制造氧气的对于各类缺氧疾病患者，经常补氧是重要的辅助治疗手段。在大型医院，住院病人可方便地从床边氧气管中吸氧。但在小医院、在家中，吸氧就会受到诸多条件的限制，很不方便。能够安全经济、连续工作的微型供氧装里就成为广大患者多年的迫切需求。伴随我国经济的快速发展和人民生活条件的不断改善，人们对生存环境的质量及其自身健康更加关心。特别是生活在现代大都市中的广大居民，怎样在紧张忙碌的生活中呵护心脑的健康，及时在郊外也能经常享受到新鲜纯净。变压吸附式微型医用保健制氧机可以解决缺氧疾病患者的需求。医用保健制氧机是利用现代气体分离技术一变压吸附(PressureSwingAdsorption)技术来制造氧气的。1)制氧机的核心一沸石分子筛物理知识告诉我们，当气体或液体运动到固体表面时，气体分子或液体分子便会暂时停留在固体表面，导致固体表面上的气体分子或液体分子增多，即浓度提高。在科学上，人们把这种气体分子或液体分子在固体表面浓度提高的现象称为吸附现象。为了充分利用吸附现象，人们发现了称为分子筛的物质;它是具有均匀的微孔，其孔径非常微小的一类固体颗粒物质，可以根据其有效孔径来筛分大小不同的气体分子。对于实际应用来讲，分子筛要求有良好的选择性和吸附容量，具有很大的表面和多孔的结构。另外为了适应工艺需要，还要求分子筛具有较高的机械强度。以气体分离为例，不同品种的合成沸石分子筛可以分别制取氧气、氮气、氮气等。2)变压吸附(PSA)制氧的发展变压吸附气体分离技术于1959年由美国埃索尔公司首次开发成功。在60年代，美国联合物公司将PSA装置用于气体分离后，变压吸附法分离气体的应用得到迅速发展。我国在70年代也开始研究，80年代进人工业应用，90年代进入医疗系统。当前，我国PSA装置正向大型和小型两极化方向发展。小型化方面，己推出适用于个人使用的医用保健制氧机，如由北京高新华康科技有限公司生产的HK-A9030医用保健制氧机:氧气浓度>90%，权流量3L/min，功率≤450W。变压吸附制氧的基本原理是利用沸石分子筛对空气中氧氮组分的吸附性不同，选择吸附空气中氮气和吸附氮气的能力随氮气分压提高而增大的特性，通过变更吸附操作压力，实现在较高压力下吸附，降低压力使其解吸，达到分离空气中氧氮的目的。在变压吸附过程中，沸石分子筛对空气中主要组份吸附的强弱秩序为:水>二氧化碳>氮>氧。当空气通过吸附塔时，空气中的水分、二氧化碳、氮气等被优先吸附。通过科学控制，使空气中的氧气尽可能通过吸附塔，而其它物质尽可能被塔中的沸石分子筛所吸附。利用沸石分子筛变压吸附制氧气，其氧气产品是非常纯净的。3)医用保健制氧机制氧原理以下面医用保健制氧机为例，工艺流程如图1-1。原料空气由空气压缩机1压缩到O.SMPa左右，进入制氧机主体的分离器3脱水，再经分水滤气器4进一步脱水和过滤处理后，极少量压缩空气按程序控制器6发出的指令，通过电磁阀2进入气缸9，作为动力驱使多通旋转分配阀5运行，大部分压缩空气通过多通旋转分配阀按设定程序分别导入四个装填SA分子筛的吸附塔7(A,B,C,D)。压缩空气中的氧、氮气体在吸附塔内经12个程序的变换被分离:氮气从吸附塔底部引出，经多通旋转分配阀排空;氧气从吸附塔顶部流出，经多通旋转分配阀进入小储氧罐10，除小部分氧气回充用于另一吸附塔的氧充压外，大部分氧气作为产品气进入储氧罐8，以供使用。这种制氧设备的氧产量可根据用户的需求设计。氧浓度>90%。其它成分的含量均符合医用氧气的要求。图1-1医用分子筛制氧设备工艺流程1空气压缩机2电磁阀3分离器4分水滤气器5多通旋转分配阀6程序控制器7吸附塔8大储氧罐9气缸10小储氧罐11流量计制氧用空压机是有选用标准的，首先压缩机要无油润滑，分子筛怕被毒化，要求不含油空气，所以压缩机必须是无油润滑型。对于活塞式而言，我国从60年代开始研究直到80年代，自润滑的摩擦压缩机寿命仍未过关。美国资料表明，摩擦失效时间也只保证连续运转4000小时(实验室做过25000小时)，这就不能满足病人连续供氧的需要。其次，空气量要恰当(要有合适的空氧比)，某种纯度氧气一定的吸附型式所需要的原料空气量，即空氧比值有一定范围，过大偏少都不行，这是吸附性能所决定的。国外对此做了大量研究，1957年美国埃索公司首次申报专利，又花了十余年才发展成为有商品价值的常温制氧设备。国内只有中国人民解放军军事医学科学院天津卫生装备研究所于60年代末首先与杭州制氧机研究所同时研究PSA技术，70年代初有样机在几家医院使用，直至90年代推出四种系列产品。19%年发布的国家军用标准和机械行业标准，吸附制氧的标准中也未提及空氧比这个参数。80年代我国引进美国的数种机型，按样机仿制变型，在发展过程中整整花了十余个年头，医用氧的纯度普遍偏低，达不到90%氧气的指标。利用反求技术对国外样机进行测试，发现样机的氧纯度也偏低。而断定氧气纯度偏低的原因，是空气量不足引起的。分马力中机的设计要求要适应中压波动，国外分马力电机说明规定在电压士10%下运转。可我国电网波动较大夏季或用电高峰期电压会下降到167V，医用制氧机不能按样机仿制。另外分马力电机有它自己特性，往往加负荷时达不到同步转速，又要满足带压启动的需求。1.3医用制氧机的噪声及其降噪方法制氧机的工作主要是由无油压缩机推动的，因此在过去的研究中，无油压缩机的辐射噪声是研究制氧机噪音的主要噪声源。1.3.1制氧机的主要噪声源一般来说，制氧机的主要振动源和噪声源为无油压缩机和风扇。噪声可分为窄频的机械噪声和宽频的气动紊流噪声。机械噪声包括电机旋转噪声、风扇旋转噪声、电磁噪声;紊流噪声是由气流进出风扇、压缩机时产生涡流，引起附面层分离等引起。振动和噪声的能量激发各制氧机板振动生成第二噪声源。在过去的研究中，无油压缩机的辐射噪声是研究制氧机噪音的主要噪声源。下面主要介绍在无油压缩机的工作噪声，在其工作过程中，它的噪声来源比较复杂，主要来自两大类:机械噪声、空气动力性噪声。无油压缩机的机械噪声往复惯性力和旋转惯性力是引起压缩机振动和噪声的主要原因。一阶惯性力可以通过设计平衡块平衡，但是二阶惯性力是不能通过设计平衡块平衡。因此，这种周期性的不平衡力可以激发较高频率的振动，当受振零部件的固有频率等于周期性不平衡力频率的整数倍时，则会使零部件产生强烈的共振，从而产生强噪声。其次为摩擦激发和冲击，一般往复式压缩机起码有4个以上的摩擦副。由于摩擦面的快速而断续的接触引起高频激发，摩擦表面的光洁度和荷载直接影响激发的频率。此外，活塞撞击气缸壁和阀板、阀片撞击阀片限位器都会产生撞击噪声。制冷剂及冷冻机油也有可能成为振动和噪声的激励源。空气动力性噪声空气动力性噪声是气体的流动或物体在气体中运动引起空气的振动产生的。在制氧机压缩机中，由于间歇地吸气、排气，产生压力波动，激起阀片和管路振动，从而产生噪声。1.3.2无油压缩机降噪的一般方法降低声源噪声源降低声源噪声源，是噪声控制的最根本、最直接和最有效的途径，也是技术难度最大的途径。为了降低声源噪声，首先必须识别出噪声源，弄清声源产生噪声的机理和规律，然后改进机器设计方案和结构，降低产生噪声的激振力，降低发声部件对激振力的响应，从而达到根治噪声的目的。常见的降低激振力的措施有;提高旋转件的动平衡精度改善运动副的润滑、提高装配精度、选取适当配合间隙、降低气流噪声源的流速、改进气流通、避免过多的湍流、对振动件进行隔离等。其次可降低发声部阵对激振力的响应，它包含两层意思，一是分析辨别机器主要辐射噪声的部件或表面，改善激振力源到该部位的传递特性，使之对激振力具有较小的响应，例如把发声系统的固有频率降低到激振力频率的1/3以下或提高到远离激振力的频率，则发声部位的振动响应将明显降低;二是低噪声辐射表面的声辐射系数，即同样大小的振动所辐射的噪声能量更小，常用措施是改善辐射表面的结构形状和附加一些内损耗系数较大的阻尼材料。减少振动源的扰动虽然振动来源不同，但振动的主要来源是振动源本身的不平衡力引起的对设备的激励。减少或消除振动源本身的不平衡力即激励力，从振动源来控制，改进振动设备的设计和提高制造加工装配精度，使其振动减小，是最有效的控制方法。防止共振振动机械的激励力的振动频率，若与设备的固有频率一致，就会引起共振，使设备振动得更厉害起了放大振动的作用，其放大倍数可由几倍到几十倍。因此，防止、减少共振响应是振动控制的一个重要内容。控制共振的主要方法有:(1)改变机器的转速或改换机型等以改变振动源的扰动频率;(2)改变设施的结构和总体尺寸或采用局部加强法等以改变机械结构的固有频率;(3)将振动源安装在非刚性的基础上以降低共振频率;(4)对于一些薄壳机体或仪器仪表柜等结构，用粘贴弹性高阻尼结构材料增加阻尼，以增加能量逸散，降低其振幅。采用隔振技术：隔振就是在振动源与地基、地基与需要防振的机器设备之间，安装具有一定弹性的装置，使得振动源与地基之间或设备与地基之间的近刚性连接成为弹性连接，以隔离或减少振动能量的传递，从而达到减振降噪的目的，当设计合理时，振动传递将被降低，即可达到减振效果。根据隔振目的的不同，通常将隔振分为主动隔振(积极隔振)和被动隔振(消极隔振)两类。1.4课题研究的主要内容医用保健制氧机的噪音振动相关的研究不多，目前主要的研究都是针对压缩机的降噪方法，而对于制氧机是一个整体，其内部各个系统构成以及和整体噪声的相关联情况还没有被系统的研究过，由于制氧机整体噪声辐射是很复杂的，单单研究其中一个部分是不够的，而现在人们又对制氧机的安静程度提出了更高的需求，因此必须对其整个辐射噪声及其声场做系统的研究。本文就是针对一款已经应用于生产生活中的制氧机进行整体性的分析，实验，并提出相应的降噪方法，这对解决现在商用小型制氧机的噪音问题是有很重要意义的，下面具体介绍本文的主要研究内容和方法:针对制氧机的外壳体，应用有限元的方法对其的外壳体进行了模态分析，包括结构模态分析，声模态分析，声固祸合模态分析，得出其固有频率，不同厚度下的固有频率，并模拟在压缩机工作情况下的响应分析，得出响应曲线，找到共振频率。应用边界元方法对制氧机的辐射噪声进行研究，设置流体边界条件，吸声边界条件，制氧机的场点，计算其整体辐射噪声，并对其ATV声传递向量进行结算，得出其单元贡献度和面板贡献量，对了解其噪声传递路径有很大帮助，有利于后面提出相应的降噪方法。通过实验的方法验证理论模拟的结果，应用近场声全息的理论对各个面板的声压，声强和声速进行测量，应用傅立叶变换得到其频率谱，找到其最大声压的位置，为降噪方法的提出提供了实验依据。最后提出了制氧机整体的降噪方法。2制氧机的振动噪声模态分析2.1制氧机壳体有限元模态分析制氧机总体尺寸为，由厚约2mm的壁板组成封闭空腔，材料属性见表2-1。表2-1材料属性参数属性值单位密度7800Kg/m3弹性模量2.06105MPa泊松比0.3-强度极限4200MPa空气密度1.12Kg/m3声速344m/s图2-1制氧机网格示意图2-2外壳体模态分析结果阶次123456频率/Hz58.378.6693.94106.8122.7136.4阶次789101112频率/Hz154.7179.7190.4193.1197.0203.6采用ANSYS壳单元(SHELL63)建立图1所示的有限元分析模型。ANSYS的壳体模态分析(表2)及振型图(图2)表明，模态局部化问题突出，主要部位为侧壁板和部分前壁板，其振动与制氧机辐射噪声关系密切。图2-2制氧机外壳体模态振型示意图2.2制氧机的声学模态分析利用声学分析软件,求解制氧机空腔受到壁板振动激励时的声音共鸣状态。模型分析结果（图2-3）表明,制氧机声腔第一阶固有频率为197Hz,振型为纵向一阶振动,发生共鸣时制氧机底部和顶部噪声将较大,中部较小第二阶固有频率为260Hz,振型为纵向二阶振动制氧机内低频噪声将在这2个频率上得到放大,引发低频共鸣。图2-3制氧机声腔声学模态阵形图2.3制氧机的声固耦合模态分析将制氧机结构振动和制氧机空腔流体介质(空气)藕合起来，考虑其藕合系统的模态参数，分析表明，声固祸合和结构模型的固有频率接近，均呈线性增加趋势，局部振型基本相同，对振动的主要贡献都是局部模态。2.4制氧机动态响应有限元分析制氧机的主振动源为无油压缩机的激励，因此需对制氧机底板上的压缩机振动处施加正弦激振力来考察制氧机的结构振动响应.分析结点取在制氧机每一块壁板的中心部位，考察各点的位移频率响应与能量峰值，并采用完全法(Full)和稀疏矩阵直接法求解器(Sparse)来计算整机在设定激励下的谐响应。结合模态分析可知，(1）各壁板节点的激起振动频率基本一致，频率为85,95,195Hz时3处出现较大波峰，其中195Hz处共振显著;(2)在3个方向的振幅不同，其中前壁板、后壁板主要激起Z向振动;(3)结构对称的左右壁板，振动情况基本相似，制氧机底部节点的频率响应最大，故可认为底板是振动最大的壁板，辐射噪声最大。3噪声与振动试验制氧机外形见图3-1，尺寸为565mm×400mm×660mm。制氧机结构主要由空气压缩泵、氮氧分离单元、储氧单元、壳体以及其他功能模块组成。制氧机工作噪声主要来源于空气压缩泵本身的工作噪声和制氧机壳体振动辐射噪声。图3-1制氧机外形本试验主要通过测量制氧机壳体振动和辐射噪声，分析工作状态下制氧机噪声的主要来源。根据《家用电器及类似用途器具噪声测试方法》（GB/T4214.1-2000）及《噪声源声功率级的测定消声室和半消声室精密法》（GB6882-1986），采用直接测量法对制氧机进行多点测声。试验在上海交通大学振动、冲击、噪声研究所半消声室进行，本底噪声为15.6dB(A)。将4个B&W小型加速度传感器分别固定于制氧机壳体的左侧面、右侧面、后面及顶面，将SenacoAS100型声传感器分别与加速度传感器所布置表面相距5cm处各布置一个，测点布置示意位置见图3-2。现场试验如图3-3所示。图3-2测点示意图图3-3现场试验图图3-4为4个测点声压级倍频程曲线，可以看出低频段内的测点声压级要明显高于中高频段，制氧机工作噪声能量主要集中在低频段。通常，低频噪声往往是由结构振动引起的。因此，可以判断制氧机工作噪声主要是由振动引起的结构低频噪声。空气压缩泵的工作转速为n=1400r/min，转频为23.3Hz。表1为模态试验测得的制氧机壳体前6阶固有频率，可以看出这些固有频率与空气压缩泵的转频及转频的倍频均不重合，不会导致制氧机壳体发生共振。图3-4测点声压级倍频程曲线表3-1壳体前6阶固有频率阶次频率(Hz)133.132106.253180.634240.005316.886390.63为验证低频噪声与结构振动的相关性，对噪声信号和振动信号进行相干分析。相干系数可以评价系统输入输出信号之间的因果性，判断噪声信号的功率谱中有多少是振动信号引起的。取置于同一侧壳板的一对加速度传感器和声传感器的数据，求得相干函数。图3-5为制氧机各表面声振相干系数，在0～200Hz的低频段，相干系数大于0.7的频率点很多，特别是在振动的峰值频率附近，此时壳板振动与噪声信号具有很强的相关性。从上述试验分析结果可知，制氧机壳板的振动是制氧机产生较大噪声的主要原因，噪声性质为非共振条件下壳体受迫振动产生的结构振动辐射噪声。从图3-5中噪声信号的频谱还可以看出，出现声压峰值的频率多为空气压缩泵转频的倍频，如47Hz和95Hz，噪声能量主要集中在以空气压缩泵的转频的倍频为主要成分的中低频频段，因此可以判断空气空气压缩泵本身的工作噪声对所测噪声具有较大的贡献作用。图3-5制氧机各表面声振相干系数4制氧机降噪设计上世纪80年代初提出的近场声全息技术(NAH)，是可视化空间声场和定位噪声源的一种强有力工具。近场声全息从过去的二十年里得到了很快的发展，从一个简单的概念到一个成熟的用来诊断噪音源和传输路径的成熟的工具。原始的近场声全息技术依靠傅立叶变换并允许在一系列恒定坐标下的物体表面重建声强。近场声全息可以由一个测量面的声压标量数据，反演和预测另一面上的声压、质点振速、矢量声强等重要声场参量。与传统的声全息技术相比，NAH在其实验方案和原理方法上都已经发生了根本性的变化，它不再是仅依赖于声的波动性质的简单成像技术，而是完全建立在声辐射理论(即声波的产生和传播理论)基础上的一种重要的声源定位和声场可视化技术，它已经可以为实际的噪声振动分析提供丰富的声源声场信息，对于有效地进行噪声源控制和噪声源的声辐射特性研究具有重要的意义。由于NAH的优越性，许多学者纷纷对此展开研究。在原有NAH理论基础上，一些改进方法相继被提出，在实际中的应用也渐趋广泛。特别是对振动体进行低频振动模式及辐射声场的测量分析、研究物体的结构振动与其辐射声场之间的关系(尤其是理论上难以计算的不规则形状物体)等方面取得了相当的成果。根据NAH所获得的重建图像的高分辨率特性，在噪声源定位、设备诊断技术、复杂物体结构强度和焊接、复合材料粘接质量的监测等方面获得重要的应用。4.1空气压缩泵弹簧减振对制氧机结构进行分析可知，振动传递的过程是由空气压缩泵传递至底座，再由底座传递至壳体。因此，在空气空气压缩泵和底板之间加4个装弹簧减振装置，减小泵对壳体的振动传递。弹簧的近似线性刚度为1075N/m。测量工作状态下泵体及制氧机底板与弹簧减振器相连部位的垂向振动加速度信号，弹簧减振器安装位置与测点位置见图4-1。借助振级差分析法，通过求得弹簧减振器两端振动频谱幅值的振级之差，分析减振器对空气压缩泵的减振效果。根据振级差的计算公式，求得空气压缩泵和底板之间,的加速度振级差如图4-2所示。从图中可以直观的看出在0～1000Hz的频率范围内，平均振级差约15dB，而最大振级差可达34dB，可见弹簧减振器对于空气压缩泵具有良好的减振效果。图4-1弹簧减振器与测点位置图4-2弹簧减振效果图4.2隔声吸声处理针对空气压缩泵工作噪声，在泵周围壳体内表面粘贴波浪型隔声、吸声材料。这种材料由合成的特种聚合物经发泡制成，具有密度小、质量轻以及阻隔和吸收噪音功能，同时具有一定的阻燃性。粘贴隔声吸声材料后的壳体内表面见图4-3。图4-3粘贴隔音吸音材料后的壳体内表面4.3制氧机整体降噪方案的研究根据噪声产生和传播的机理，制氧机噪声控制方案可以分为以下三类:一是对噪声源的控制，二是对噪声传播途径的控制，三是对噪声接受者的保护。制氧机壳体本身一般没有声源，其噪声源主要来自内部。由于制氧机外壳体是薄壳结构，这意味着内部压缩机而来的振动会大大放大。此外，隔离压缩机和地面壳体的辐射噪声的措施还受到结构上的限制，所以，制氧机的振动和噪声的控制主要是控制内部的振源和声源。制氧机壳体的本身控制多属消极措施，降低制氧机壳体噪声重点应放在壳体的振动的控制上。4.3.1噪声源控制研究及试验改进对噪声源的控制是最根本、最直接的措施，包括降低噪声的激振力和降低空压机部位对激振力的响应等，即改造振源和声源，这是首先要考虑的降噪手段。当对噪声源难以进行控制时，需要在噪声源的传播途径中采取措施，例如吸声、隔声、消声、减振及隔振等措施。1.压缩机的优化设计在选配制氧机的无油压缩机时，要把低噪声作为重要指标加以考虑。通常，要优先选配国际著名的专业的压缩机制造商的总成部件。因为，相对而言，这些压缩机专业制造商的产品设计和加工工艺水平较高，对部件的噪声控制能力较强，它们的产品本身噪声较低。2.压缩机辐射噪声传播途径的优化研究压缩机的机械激振力通过压缩机各结构零件传递到压缩机的外表面，形成表面的振动响应，表面振动又激发空气质点的振动而形成声波向外辐射，可采取以下措施控制压缩机表面噪声:增加机体刚度:如缸体可以采用国际先进的梯形框架结构，增加系统的刚度，还可以加强部件配重等等。对壁面采取阻尼措施:制氧机中最易采取阻尼措施的是一些罩、盖，如底壳和曲轴皮带轮等，这些零件又常常是较强的噪声辐射源。当压缩机运转时，金属薄板便弯曲振动，辐射出强烈的噪声。在金属结构上涂覆一层阻尼材料，可以抑制结构振动、减少噪声。阻尼是阻碍物体的相对运动，并把运动能量转变为热能的一种作用。一般金属材料的阻尼都很小，常外加阻尼材料的方法增大其阻尼。也可以将阻尼材料以自由或约束状态敷在振动体上，以达到减振和减小辐射噪声的目的。隔声处理:包括局部隔声和整体隔声。局部隔声是指对底壳、曲轴箱等噪声辐射较强的表面装设隔声装置以降低辐射噪声。整体隔声是指对整个压缩机机装设隔声装置。阻尼减振降噪技术就是利用阻尼材料的耗能性质以及阻尼结构的合理设计来实现减振降噪。粘弹性材料由于模量过低，一般讲不能成为工程中的结构材料，另外由于有些金属材料的损耗因子太低，所以将两者粘附在一起，这样就组成了一种复合结构。复合阻尼钢板就是约束型阻尼结构的一种，其中间阻尼层的阻尼性能直接影响到复合阻尼钢板的减振效。在无油压缩机降噪中，我们应用复合阻尼钢板，防锈铝板做隔声室，复合阻尼钢板具有金属材料的强度，又有良好的阻尼特性。对共振峰值的抑制、固体传声的降低、振动表面声辐射的衰减，都有明显的效果。它又有良好的隔声性能，其特点是可抑制吻合效应。隔振措施一弹性安装:压缩机的底部可以应用隔振装置，这样将防止与制氧机共振频率的重合，并且降低制氧机的整体振动，固定点尽量固定在振动级较低的机体位置上。3.电磁阀辐射噪声的优化研究对于压缩机的振动噪声由于上面分析，得出结论主要是稳定噪声，而电磁阀的噪音由实验测得主要是峰值噪音，由于人耳对此噪音非常敏感，因此对电磁阀辐射的峰值噪声的降噪处理显得尤为重要。电磁阀的辐射噪声比制氧机稳定工况的辐射噪声更为强烈、刺耳，是制氧机辐射噪声的重要原因之一，其主要原因是压缩的空气被送进储气罐后压力卸载后的空气动力噪声所致，储气罐排气，产生较强的压力波动。设计电磁阀的隔声结构时，应重点研究电磁阀的辐射和频谱特性，然后设计相应的消音器和隔罩屏蔽。4.对制氧机噪声源优化降噪的试验改进由于研究精力所限，仅用上述降噪方法的部分方案对制氧机的噪音源进行试验优化。为了降低制氧机声源的噪声能量，根据上面降低噪音源辐射的原理，设计试验了整个压缩机的隔声装置，应用复合阻尼板对无油压缩机进行隔声处理，并对屏蔽罩的壁板涂敷阻尼层;对制氧机压缩机底部安装了橡胶弹性阻尼环节隔振装置，由于时间所限，没有安装合适的消音器对电磁阀进行降噪，但应用阻尼材料对电磁阀进行了隔声处理，其降噪结果也是很明显的。表4-1为各频率下优化前后场点表面声压，声速，声强，声压级数值。表4-1各频率下优化前后场点表面声压,声速,声强,声压级数值优化前/后频率测量值25Hz74Hz95Hz135Hz185Hz225Hz275Hz325Hz改进前声压（Pa）6.8E-22.1E-44.7E-53.8E-51.5E-43.6E-55.0E-56.3E-3改进后声压（Pa）3.4E-34.3E-51.6E-57.2E-64.1E-57.0E-63.8E-51.6E-6改进前声速（m/s）7.3E-58.0E-53.9E-47.5E-53.4E-52.1E-56.0E-51.9E-6改进后声速（m/s）4.1E-59.2E-62.5E-55.7E-52.2E-56.4E-65.1E-59.1E-7改进前声压级（dB）49.152.556.462.757.771.458.755.3改进后声压级（dB）37.343.653.855.349.463.152.349.1改进前声强（w/sqm）2.3E-51.6E-71.5E-52.9E-77.7E-81.9E-61.3E-73.2E-8改进后声强（w/sqm）3.6E-67.9E-86.7E-61.3E-75.6E-88.4E-75.6E-81.3E-8由于篇幅原因,上表是经过制氧机降噪优化前后提取制氧机侧面场点辐射声场部分频率下的改进前后声压,声强,声速,声压级的值,可以清楚的看出在这些频率下优化前后的数值对比,证明优化的结果是明显的,降噪结果良好。图4-4是经过制氧机噪音源优化降噪后的侧面场点频率声压图谱：图4-4改进前后的制氧机辐射声压频谱图经过无油压缩机进行屏蔽处理有明显的降噪效果,采用封闭压缩机的方法可使制氧机噪声降低4-10dB,图中出现的峰值部分仍然是电磁阀的空气动力噪声,应选用对其频谱改进性能好的消音器进行降噪处理。4.3.2噪声传播途径控制研究及试验改进噪声传播控制，又称无源噪声控制，它通过特殊的材料及其结构设计使制氧机体内部辐射噪声辐射到制氧机体内表面时被转化成以下主要部分:其中一部分被贴附于制氧机内壳体上的高阻尼材料转化成热能而被损耗了，另一部分转换为结构辐射噪声或其他形式的波形，最后剩下的一部分透过制氧机壳体辐射到外部。吸声材料对入射声能的衰减吸收，一般只有十分之几。隔声材料可使透射声能衰减到入射声能的10-4~10-3，或更小，其隔声量用分贝的计量方法表示。对于隔声材料，要减弱透射声能，阻挡声音的传播，就不能如同吸声材料那样多孔、疏松、透气，相反它的材质应该是重而密实无缝，如钢板、铅板等一类材料。由于隔声材料密实，难于吸收和透过声能而使得反射声能强，所以它的吸声性能差。1.吸声优化研究在制氧机内壁上使用能减小反射声的吸声材料可有效控制制氧噪声。常用的吸声材料有三种形式，即多孔质材料，如玻璃棉，石棉等。孔板结构体，膜状材料，如石膏板等。共鸣吸声体，如具有孔和窄缝的板等。一般吸声材料的吸声效果与其厚度有关，通常限制在2~5mm为好，以提高高频噪声吸收能力。对于低频噪声的吸收，最好把吸声材料放于易振动的薄板之后，即将吸声材料作为中间层使用。吸声材料的布置应靠近目标声源。吸声材料越接近声源，材料消耗越少。在制氧机的底壳，侧面壳板设计时，应尽量使用本身就具有吸声性能的材料，以降低成本。另外，要从制氧机的隔声、吸声措施综合考虑，以实现用最简单结构、最少材料控制制氧机辐射噪声的目的。吸声结构分为:(1)薄板吸声结构:把薄板(胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板或金属板)等周边固定，背后留有一定厚度的空气层，可以在低频域具有良好的吸声特性。薄板在声波作用下发生振动，板内及板与龙骨之间出现摩擦损耗，于是声能被吸收掉。薄板振动结构的固有频率必须与入射声波频率一致才能发挥共振吸声的作用。薄板结构的共振频率一般为80Hz到300Hz。(2)穿孔板吸声结构:当一定频率的声波传到穿孔结构时，进入小孔的气体像活塞一样往复运动，空腔中空气在声波的作用下发生振动，由于摩擦和阻尼使一部分声能转化成热能而起到消声的作用。(3)微穿孔板吸声结构:把厚度为小于lmm的穿孔板固定在固体表面就成为吸声体，穿孔要求为丝米级，开孔率控制在0.5965，使其本身就具有足够的声阻，同时具有够低的质量声抗，形成宽带吸声体而不须添加任何多孔性材料。此种不采用阻性填料的全金属结构，具有降噪频带宽(特别是双空腔结构)压力损失小，耐高温和高速气流冲击、气流再生噪声低等特点。2.隔声优化研究制氧机隔声的重点一般是侧壁或前壁板。因为壁板的隔声性能受质量定律支配，所以隔声对高频噪声较为有效，对低频噪声效果较差，尤其是30-5OHz左右的低频噪声。在前面章节己经对制氧机外壳体的响应和噪音辐射作过计算机数值模拟，找到制氧机的固有频率和声学模态，并且对外壳体的辐射声场有所研究，找到辐射声压最大的地方，并通过实验进行了验证，因此，我们只需对这些辐射噪声最大的地方进行处理即可。在制氧机的各构件中，这些外壳体的振动对制氧机辐射的噪声有十分重要的影响。因为壳体的声辐射效率较高，在承受振源传入的振动能量时，成为结构上主要的发声部位。为减弱这些壳体的振动，可在其最大辐射噪声处设置加强筋以提高其刚度;也可加装阻尼带或粘贴减振材料，以增加对振动的衰减。在壳体上涂隔声材料，降低其辐射效率，对减少其噪声也有效果。一般来说，涂料覆盖量为0.25g/cm2，时，防声效果最佳。制氧机外壳体的共振频率通常在40-200Hz左右，地板共振频率在50-64Hz左右。不同的结构，其共振频率有很大的差异，制氧机设计时应正确选取，避免压缩机、壳体的共振频率或激振力频率与壳体的共振频率相一致，同时还应将壳体的侧板、顶壳、地板的共振频率相互错开，以防止产生强烈的噪声。为了确保低频隔声性能足够好，应选用面密度和阻尼均大的隔声材料。制氧机结构一般都是根据阻尼、隔声和吸声等多项要求，在不同部位适当组合吸声防振的材料构成。3.隔绝内部传播途径的优化研究为制氧过程中机体传给外界的噪声，可以利用具有粘弹性和高阻尼的材料来改善振源和制氧机壳体之间的振动传递关系，降低固体传声。也可以利用涂布、阻尼胶等材料来改善壳体壁板和隔声性能，并减小壳体壁板的和孔缝的尺寸，从而增大制氧机结构的隔声量，削弱或阻断气体传声。一般来说，对于要求噪音比较低的制氧机，合理选择和适当布置支撑压缩机的隔振器，可使制氧机的噪声降低较大。此外，对于分子筛，氧气储罐等部件的支撑，也应尽量考虑引入粘弹性阻尼环节，以减少制氧机结构的振动。可以对制氧机采用约束阻尼钢板来降低壳体的辐射噪声。采用约束阻尼钢板结构，做成和原壳体大小和尺寸相同，中间为阻尼胶。对阻尼钢板结构和力学特性的分析可以得出，阻尼钢板结构阻尼因子在正常情况下，在一定温度范围内，可以比普通钢板的阻尼因数平均提高至少10倍。因此可以采用在边界条件和载荷处理方式和原壳完全一致的情况下，改变整体结构阻尼，把整体结构阻尼因数由原来的0.005改变为0.02,0.05和0.1。也可提高制氧机的密封性，制氧机壁板的缝隙与通道，为噪声传出制氧机提供了直接的通道，这使制氧机壁板的隔声能力大为减少，对压缩机和电磁阀的辐射噪声通过壳体的孔、缝进行密封处理前后的辐射噪声相差值很高，所以，必须提高制氧机密封性，在设计时，就把各缝隙堵塞，并尽量减小孔道数量。对于制氧条件必需的通道，应注意其隔声性能，可通过压力试验选择泄漏最小的孔道结构。对于无相对运动的缝隙，可用高粘度喷涂机喷涂密封胶来密封。4.对制氧机噪声传播途径优化降噪的试验改进从试验测量可知，声压最大的为底面辐射出来的声压，该地方主要是空压机的工作位置，由于压缩机在振动底壳而辐射出来的声压主要集中于底面，因此采用在制氧机底面内壁上安装石膏板来控制制氧机下壁板的辐射噪声，把石膏板安放于底面振动的薄板之后，石膏板厚度限制在2~4mm，以提高高频噪声吸收能力。由于第四章已经对制氧机外壳的声学贡献有所研究，找到其壳体侧面辐射噪声最大的地方，因此为减弱制氧机壳体的振动，在其最大辐射噪声处设置加强筋以提高其刚度，加装阻尼带及减振材料增加对振动的衰减。最后对整个壳体上涂隔声材料，降低其辐射效率，对制氧机采用约束阻尼钢板来降低壳体的辐射噪声，采用约束阻尼钢板结构，做成和原壳体大小和尺寸相同，中间为阻尼胶并且把制氧机外壳的各缝隙堵塞，下图是经过制氧机噪音传播途径优化降噪后侧面场点辐射噪声频率声压图谱:图4-5改进前后的制氧机辐射声压频谱图从图4-5中可以看出，改进后高频部分声压得到了显著降低，但是在低频部分，仍然有较大的噪声辐射，主要是无油压缩机振动带来的噪声配合电磁阀的空气噪声，在接下来的工作应该考虑配合之前噪音源控制研究综合处理进行降噪工作。5结束语噪声是衡量制氧机质量品质的一个重要要求,因此降低制氧机的噪声对提高产品内在品质有着举足轻重的作用。为了降低制氧机的噪声,本文针对制