[摘 要] 空压机是一种被广泛应用于生产部门的设备，但是就目前的技术水平，空压机在使用过程中会发出强力的噪音，给附近的群众日常生活造成了极大困扰，因此尽快解决空压机噪音的问题是十分必要的。本文以优化理论为基础，对型号为vk20-3s/vk8-3s的空压机进行分析探索以解决噪音问题。进气口的消声器进行优化设计，为空压机存在的实际问题找到解决途径。
[关键词] 空压机；消声器；优化设计
1 消声器的作用与种类
一般情况下，在空压机和鼓风机等装置上都会装有消声器。原因是空压机这类以空气的动力的仪器装置在使用过程中都会发出大量的噪音，严重影响了周围人民的日常生活，带来了严重的噪声污染。目前，消声器的种类有很多种，但是总的来说可以分为两大类，分别是阻性与抗性。阻性消声器的使用原理是通过镶在管中的吸声材质和相应的吸声结构，使得噪音在通过管道的时候大大减弱，从而达到消声的效果，这种原理跟电路中电阻耗能是原理是类似的，一般在控制高频噪音的时候具有较大作用。而抗性消声器不能直接吸收声能，扩张室消声器的使用原理是利用管道截面的收缩以及扩张来实现较低噪音的目的，共振消声器的使用原理是利用共振腔的声阻抗失配使噪音在突变部位出现反射以及干涉的现象，因此达到降低噪音的效果，此种消声器适用于中低频噪音的消除过程，就目前来看，为了使噪音消除的范围实现不断扩大，阻性复合式消声器越来越被青睐。
2 空压机噪声分析
空压机作为常用空气压缩设备被广泛用于工业生产的各个领域。空压机是一种将气体压缩，使其压力提高到两个大气压以上，然后输往贮气容器或其他设备中的机械设备，属通用设备。空压机是一个综合性噪声源，它在压缩过程中产生的噪声主要是来源于: 进气、排气口气动噪声，机械噪声和电磁噪声。进气噪声，空压机在工作过程中，气缸进气阀交替地启开、关闭，空气被间歇地吸入气缸，以脉动变化的形式形成的声波从进气口辐射出来。机械噪声，空压机在运转中，进气阀门开启关闭产生的声音、曲柄连杆系统中的冲击声和活塞往复运动时与气缸壁的摩擦振动声、活塞压缩空气时的撞击声和振动波，这些形成了机械噪声。电动机噪声、排气及储气包噪声，电动机噪声主要有冷却风扇噪声和轴承转动时的机械噪声;空压机气缸内被压缩的气体随着排气阀的开启、关闭间断地排进储气包，经过排气阀和管道时产生响声形成排气噪声。进入储气包的压缩空气与包内空气混合激发产生共振，并通过气包及连接的管道辐射出来形成噪声。
3 空压机进气口消声器的优化设计
消声器的优化设计是一个多变量、多约束、多目标的复杂优化过程。在优化过程中，而要不断评选方案和选择优化参数。基于以上两点，优化设计的计算过程将是一个计算量庞人和复杂的过程。计算机辅助设计是解决这一问题的最佳途径。消声器的优化设计需要综合考虑声学性能、空气动力性能和结构性能，最终要给出消声器某种结构的最优儿何参数。
3.1 空压机进气口消声器优化设计的目标函数
消声器优化目标函数的选取需要对消声器性能评价的两个方面进行综合考虑，有较大消声量的消声器必然要求消声器腔数多，扩张比大，长度大，结构复杂。这必然会加大消声器的阻力损失，同时也会使其结构性能变差。所以，消声器的设计必然要同时兼顾这两个方面。总的来说，一个性能良好的消声器，在进气噪声的整个频率范围内，应该具有足够的消声量，阻力损失小，耐高温、耐腐蚀、消声器外形尺寸与整机相协调、结构简单、工艺性好、成本低。
3.2 优化设计的初始条件
(1)制定新消声器消声频率特性初始条件根据现有消声器就消声频率特性的要求，拟将设计消声器的消声频率特性定义为三段:低频消声峰值频率(<500Hz)，中低频消声峰值频率(500Hz-2000Hz)，中高频消声峰值频率(>2000Hz)。
3.2.1 低频消声峰值频率(<500Hz)由带穿孔管的共振型消声器子结构提供:为满足消声量的要求，设主管道直径30-60mm，旁接共振频率500Hz的共振器如果要求在200-500Hz的频率分为内消声量至少在5dB以上，估计该共振器的容积。
3.2.2 中低频消声峰值频率(SOOHz-2000Hz ) 由内插式双级扩张消声器子结构提供，选取内插式双级扩张消声器的基本参数，由消声量及消声频率特性得出选取的参数的初始范围为。
3.2.3 中高频消声峰值频率(>2000Hz). 由阻性吸声消声器子结构提供:为满足中频频段的消声性能，拟采用阻性吸声消声子结构消除2000Hz-4000Hz的中高频噪声。根据实际情况，该设计消声子结构应具有每米40 分贝的消声量。在设该种消声器时，需首先考虑两个方面的限制。一方面是频率方面的限制，能有效消声的频率范围大致与有效吸声范围相协调。共振吸声结构很难完成高频良好吸声性能，故不宜采用。多孔吸声材料层在中高频范围内有良好吸声性能，宜优先采用。而且吸声材料层的吸声性能由于材料厚度的增加可以向低频方向扩展。
当吸声材料层厚度加倍时，有效吸声范围约略向低频方向移过一个倍频程。这样不仅可以有效地减小中高频段的噪声，也可以弥补中频频段不足的吸声性能。另一方面的限制来自几何尺寸，山于同心圆型消声器，当长度一定时，使它有较高的消声量就应选择较小的通道宽度。但山于吸声结构占据了给定的截面积，因此通道宽度越小，通道有效截面在总结面所占比例也就越小。如果通道截面面积保持一定，那么消声器总截面就越大，这不能不受到客观条件的限制。
（2）制定新消声器压力损失初始条件
在满足消声量的前提下，压力损失越小越好。取压力损失的初始条件为不大于当前已有消声器压力损失的5%为宜。
3.3 空压机进气口消声器优化设计的步骤
1、根据实际条件限定消声器形式及消声量、压力损失、频率消声特性为目标函数；
2、选定消声器系统主管道的参数，给定气体温度、声速及其他参数；
3、根据消声器容积比与气流量，确定消声器容积；
4、选择一系列消声结构；
5、对一种消声结构，选择一系列几何参数；
6、对一组给定几何参数，进行消声器消声性能计算；
7、对该组数据进行消声器压力损失计算；
8、取另一组数据，重复60-70 行程序；
9、对于给定消声器结构，优选最佳的一组几何参数；
10、对于另一种消声器结构，重复50-90 行程序；
11、优选出最佳的一种消声器结构及相应的最佳几何参数。
