基于声共振的压缩机部件破坏机理研究

摘要

过去几十年，叶轮机械气动声学现象一直被各种研究机构所深入探索。航空航天工业是这一领域研究的主要驱动力，因为噪音问题得到了人们越来越多的关注。气体介质的声共振，会产生强大的激振源，这一观点已被人们所广泛认同。但对于离心式压缩机来说与此观点相关的机理和理论却知之甚少。气体介质的声模态特性被认为是导致部件失效的根本原因。
　　本文应用声模态仿真计算、有限元方法、频谱分析、运行模态试验方法等手段，以离心式压缩机为研究对象，对其进行了声模态仿真分析、结构运行模态试验分析和有限元分析、压力脉动测试、噪声源识别等多项工作。本文具体工作如下:
　　(1)噪声源定位。声强测量是噪声源定位的最有效方法。本文通过采用离散点声强测量对机组进行数据采集，得出噪声源的分布情况和频谱特征。结果证明:管道和压缩机空腔是主要的噪声源。噪声源定位为后续的压力脉动测试和声模态仿真模拟奠定了基础。
　　(2)压力脉动测试。压力脉动是影响压缩机工作的重要因素。通过对噪声源定位，找到了主要噪声部位和频谱范围。通过对不同工况下测点的压力脉动测试，证实有叶扩压器比无叶扩压器产生的压力脉动大;
　　(3)声模态模拟和验证。通过理论分析和数值模拟计算，得出管道和压缩机空腔声模态的固有频率，并通过试验验证声模态引起的气流激振对结构产生巨大冲击;并对结构模态进行分析。使用ANSYS分析管道试验台的固有频率，证实管道的振动与结构模态无关。通过对压缩机机体的运行模态测试，证实叶片通过频率处压力脉动的产生与机组的结构动态特性无关。
　　目前，对于压缩机组声模态特性的研究并不多。通过本文研究，不仅为延长压缩机部件的使用寿命，提高压缩机组的振动特性，而且对增强压缩机的安全性和可靠度具有重大意义，为降低由声共振引起的压缩机破坏及压缩机的改进设计提供了重要依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究意义

1．2 压缩机组流体激振情况国内外研究概况

1．2．1 不稳定流动造成压缩机部件破坏的机理研究

1．2．2 基于声共振的压缩机部件破坏机理研究

1．3 主要应用软件介绍

1．3．1 LMS软件简介

1．3．2 Solidworks软件简介

1．3．3 ANSYS软件简介

1．4 本文主要研究内容

2 压缩机噪声源定位

2．1 噪声源定位方法

2．1．1 声强测试系统主要参数

2．1．2 声强测量原理

2．2 压缩机声强测试

2．3 声强测试结果分析

2．4 本章小结

3 设计参数对压力脉动影响的分析

3．1 压缩机压力脉动实验测试分析

3．1．1 压力脉动测试系统简介

3．2 压力脉动实验结果分析

3．3 影响压力脉动的因素分析

3．4 本章小结

4 管道声模态特性研究

4．1 管道声模态理论基础

4．2 管道空腔声模态计算

4．2．1 管道声模态的理论计算

4．2．2 管道声横态的仿真计算

4．3 管道声模态实验验证

4．3．1 管道声模态实验测试和数据分析

4．4 本章小结

5 压缩机空腔声模态特性研究

5．1 压缩机空腔声模态仿真计算

5．2 压缩机声模态下压力脉动试验

5．3 机组运行模态测试

5．3．1 运行模态计算方法

5．3．2 机组运行模态测试分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢