流体机械是指广泛应用于工矿企业的液压和气动系统。下面分别对液压和气动系统中的噪声源加以介绍。
1.1.液压系统噪声
液压系统由液压泵,液压缸或液压马达,各种控制压力、流量和流向的阀门以及油箱、管·等辅助元件组成。液压系统噪声源主要来自于液压泵、阀门和管·。
(1)液压泵噪声。液压泵是液压系统的动力源,它能产生两类噪声:流体动力性噪声和机械噪声。流体动力性噪声是由于液压泵工作时,连续出现动力压强脉冲,从而激发泵体、阀门和管道等部件振动而辐射的噪声。泵的机械噪声是由于泵体内传递压力的不平衡运动,形成部件间的冲撞力或摩擦力,从而引起结构振动而产生的声音。这种噪声不仅与泵的种类和结构有关,还与零件的加工精度、泵体的安装条件和维护保养等有关。
一般液压泵以螺旋泵噪声最小,离心泵和活塞泵次之,齿轮泵噪声较大。为消除和减弱泵的噪声,可选用高内阻材料制作泵体,如用铜锰合金代替铸钢制造的泵体,其噪声可降低10~15dB;还可以提高零件的加工精度、改善其安装条件、加强维护保养等。
(2)阀门噪声。具有节流或限压作用的阀门,是液体传输管道中影响最大的噪声源。当管道内流体流速足够高时,由于阀门的部分关闭,会在流体中形成气泡,气泡随压力的变化相继破裂,引起流体中无规则的压力波动,由此而产生的噪声叫空化噪声。
在流量大、压力高的管·中,几乎所有的节流阀门均能产生空化噪声,空化噪声频谱呈宽带,不但能沿管道顺流而下传播很远,它还能激发阀门或管道中可动部件的固有振动,并通过这些部件作用于其它相邻部件传至管道表面,产生类似于金属相撞的有调噪声。
空化噪声的声功率与流速的七次方或八次方成正比。为了降低阀门噪声,可以采用多级串接阀门,逐级降低流速。
(3)管·噪声。管·噪声主要有以下几个来源:①流体流经管道时,由于湍流和摩擦激发的压强扰动产生涡流噪声;②若管·设计不当,会产生空化噪声;③泵体噪声和阀门噪声沿管体传播并透过管道壁面辐射出去,管道愈长愈粗,辐射愈强。
以上管·噪声,来源于泵体和阀门的噪声占主要地λ,因此,要降低管·系统噪声,应尽量选用和设计低噪声阀门、低噪声泵。为避免流体动力性噪声,管·设计要合理,如管内流体流速不可过高,避免直拐弯和截面突变,弯头半径最好大于管道直径5倍,不同管径的管道连接应逐渐过渡等。为避免结构振动的传递,可在泵的进出口、阀门前后各加一段弹性管。为降低管道壁面的振动,也可用各种各样的内衬ë毡、橡胶等高内阻材料的管道夹子,在管道振动较强烈的地方,分段将管子钳住。另外,对泵体和管·的支撑结构也要注意采取隔振措施,如减振隔声套等。
2.2.气动系统噪声
气动系统与液压系统原理相同,只是所用的流体是空气,动力源为空气压缩机和风机。气动系统噪声主要是由于高速气流、不稳定气流以及气流与物体相互作用而产生的噪声,也称空气动力性噪声。按空气动力性噪声产生的机制和特性,又可分为喷注噪声、涡流噪声、旋转噪声和周期性进排气噪声等。
(1)喷注噪声。气流从管口以介于声速与亚声速之间的高速喷射出来所产生的噪声称为喷注噪声,亦称喷射噪声或射流噪声。当气体由喷嘴(或排气管)喷出形成喷注时,高速气流会冲击和剪切周Χ静止空气,引起剧烈的气体扰动而辐射噪声。喷嘴形状不同,气流在喷嘴处的流动特性不同,产生的喷注噪声强度和特性也有所不同。实验表明,对于一般排气管或收缩喷嘴,在距离喷口4~5倍喷口直径处,喷射噪声最强,所以应在距喷口距离为喷口直径6倍的区域内设法降低噪声。一般可选用喷注耗散型消声器来降低喷注噪声。
(2)涡流噪声。当气流饶流障碍物时,由于空气分子粘滞摩擦力的影响,具有一定速度的气流与障碍物背后相对静止的气体相互作用,在障碍物下游区形成两列涡旋(即卡门涡旋)气流。这些涡旋在障碍物背后两侧交替出现,并且旋转方向相反地脱离障碍物。当它所引起的气流压强的脉动频率在可听频率范Χ、且强度足够大时,则辐射出的噪声称为涡流噪声。大风吹过电线发出的哨声,狂风吹过树林发出的呼啸声,都是生活中常见的涡流发声现象。总之,当气体与物体以较高的速度相对运动时就能产生涡流噪声。