空压机噪声源的数学模型建立

　　摘 要 通过对空压机噪声源的分析,确认空压机噪声源中的空气动力性噪声为最强;由流体流场的声学理论,建立空压机动力性噪声源的力学模型,它表明声功率与其它参数的关系;并知空压机的空气动力性噪声呈低频特性,这为噪声及振动控制提供了可靠的依据.

　　1 空压机噪声源分析

　　往复式空压机的噪声源主要有空气动力性噪声、机械噪声和电机噪声等,低频噪声尤为突出.空气动力性噪声由进气噪声和排气噪声组成.进气噪声是空压机在工作中,由进气阀间歇地开闭,气体间歇地被吸入气缸;同时,进气管内形成压力脉动,并以声波的形式由进气口辐射形成进气噪声.排气噪声,即空压机排出的气体进入贮气罐及其它用气部位,由于排气量的变化,在排气管内产生压力脉动,使管道振动辐射噪声;同时,也可能激起贮气罐体振动辐射噪声.机械性噪声是空压机运转时,许多零部件撞击、摩擦产生的机械噪声;在机械噪声中,曲柄连杆机构的撞击声,活塞在气缸内作往复运动的摩擦振动噪声及阀片对阀座冲击产生的噪声尤其突出.另外,还有电机噪声.电机噪声也是由空气动力性噪声、电磁噪声和机械噪声组成;但它与空气动力性噪声、机械性噪声比较,占次要地位.所以,空压机的噪声源中,空气动力性噪声最强.

　　2 空气动力性噪声源数学模型的建立

　　对于往复式3L-10/8空压机,由于气体间歇地被吸入气缸,一定容积的气体经一级、二级压缩排入相连的管道中,进气管及排气管内均形成压力脉动气流,并以声波的形式在进气口、贮气罐及其它部位辐射噪声.当外力作用在介质上,并且还有新的介质不断地引入介质场,在流场中所产生的噪声的波动方程,在没有忽略任何参数的条件下,得到下列波动方程[1]

式中,P为作用在介质上的压力;ρ为介质密度;C为局部声速;为单位体积上的外力;q^/为单位体积中引入新流体质量的流率;C0为运动均匀介质场中的声速.

　　在此,引用Curle[2]的结论,如果流场只存在固体和固定的边界,方程(1)可以由下述积分方程来代替

式中,r为测量点xi和在体积V中或边界S上的源点yi之间的距离;方括号内表示该函数取时间为(t-r)/C0时的值;Fi为作用在边界S上的单位面积上的力矢量.

　　对于方程(2),只有知道全部源区域的流体速度和流体表面上的力,才能得到一个精确解,由于几乎不可能有这种情况,那么,流动噪声问题,一般很难得到精确解,但可由(2)式分析,得出一个结论,假如一个依赖于时间的体积流动导致噪声的产生,这个噪声源就属单极源.

　　对于进、排气噪声,它恰是一个单极辐射源,向外辐射的功率具有三维单极性质,即