VSV300旋片真空泵排气和机械振动噪声的数值模拟及优化设计

摘要

随着旋片泵应用的日益广泛，用户对旋片泵的振动和噪声提出越来越高的要求，对旋片泵减振降噪成为当务之急。本文以浙江飞越机电有限公司的VSV300旋片泵为研究对象，采用流固耦合技术、声学有限元法、声学边界元法和虚拟样机技术对旋片泵排气过程中的气动噪声、限位板振动噪声和油箱振动噪声进行模拟，得到了各种噪声的相关特征，并针对噪声较大的气动噪声进行优化设计。
　　论文针对VSV300旋片泵的特点，建立了三旋片倾斜放置旋片泵的基元容积、入口压力、排气速度随转子转角的变化规律;利用CFX和Workbench中的瞬态结构模块对气动模型和限位板进行双向流固耦合，得到二者的压力和速度分布云图。
　　利用Virtual.Lab Acoustic软件的声学有限元法对排气过程中的气动噪声进行模拟，发现在低频区域的声功率级较大，在高频区域声功率级频率响应曲线的尖点较多;另外，在气动模型上建立5个对噪声贡献量较大的测点进行噪声特点分析，通过观察各测点处的声功率级频率曲线发现各测点在低频时的声压级值都很高，在高频时各测点的声压级值有较大差异:在测点1（防返油孔）处的高频声压值相对较大，几乎在整个频率范围内的声压值都在75dB以上;测点3（泵腔）处的尖点较多，且尖点处的声压值都很高，说明该处产生的噪声较尖锐;测点2（排气孔）处大体上呈先增加后减小的趋势;测点4（油箱挡板）和测点5（模型突出部）处的声压分布比较相似，声压级值都相对较小。
　　利用声学边界元法对限位板的振动噪声进行研究，通过观察限位板表面和场点处的声功率级频率响应曲线发现限位板的振动噪声不大，在整个频率范围内的声功率级都在20dB以下。另外，在限位板的端部和根部各取两点，经对比较两点处的声功率级频率响应曲线发现限位板端部的振动噪声高于根部。
　　论文利用声学边界元法对油箱的振动噪声进行了研究，先利用ADAMS软件对建立的虚拟样机模型进行仿真，得到了油箱的激振力，然后利用声学边界元法得到了油箱的振动位移和振动噪声的分布特征。观察油箱的振动位移云图发现在低频处振幅较大，高频处振幅较小;观察油箱的声功率级频率响应曲线发现，噪声分布基本上呈先减小后增加的趋势，这是由于振动噪声主要与振幅和频率相关，低频处振幅较大，而高频处的频率较高。
　　最后，对噪声较大的气动噪声部分进行了两种针对流道的改进，通过对VSV300原模型、无防返油孔的原模型、无防返油孔的按方案1改进模型、有防返油孔的按方案2改进模型、有防返油孔的按方案1改进模型等比较发现，两种方案都可以显著降低噪声，但其互有优劣，需根据实际工况择优改进;另外，对防返油孔进行尺寸优化，通过对防返油孔直径为6mm（原模型）、6.5 mm、7.0 mm、7.5 mm的对比模拟，发现当防返油孔直径为7mm时降噪效果最优。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 VSV300旋片泵简介

1．3 旋片泵及相关产品噪声研究的国内外发展现状

1．3．1 旋片泵的噪声源及噪声降低措施

1．3．2 噪声研究的国内外研究现状

1．4 本论文的主要研究内容

第2章 VSV300旋片泵的基础理论计算及双向流固耦合数值模拟

2．1 基元容积及理论排气量的计算

2．2 泵腔内气体压力随转子转角的变化规律

2．3 排气过程的双向流固耦合数值模拟

2．3．1 流固耦合综述

2．3．2 流固耦合模型的建立

2．3．3 网格划分以及边界条件的确定

2．4 数值模拟方法——大涡数值模拟

2．4．1 引言

2．4．2 大涡基本理论及控制方程

2．5 双向流固耦合数值模拟结果及分析

2．6 本章小结

第3章 排气过程中的气动噪声及限位板振动噪声研究

3．1 声学基础理论

3．1．1 FW-H声拟理论

3．1．2 声压、声功率和声强

3．1．3 声压级、声强级和声功率级

3．2 声学有限元技术

3．2．1 声学方程

3．2．2 声学边界条件

3．2．3 声学辐射边界条件

3．3 声模态分析

3．4 排气过程噪声模拟过程

3．4．1 声学有限元分析前处理

3．4．2 数据转移以及傅里叶变换

3．4．3 声学响应计算及结果分析

3．5 限位板振动噪声研究

3．5．1 结构振动及声学边界元技术简介

3．5．2 结构表面振动与辐射噪声的关系

3．5．3 限位板声学分析

3．6 本章小结

第4章 基于虚拟样机和声学仿真技术的油箱振动噪声研究

4．1 旋片泵重要部件的结构模态分析

4．2 虚拟样机技术及ADAMS软件介绍

4．3 多体动力学理论基础

4．4 基于ADAMS的激振力仿真及结果分析

4．4．1 ADAMS仿真模型的建立

4．4．2 基于ADAMS的激振力仿真结果及分析

4．5 油箱的声学模拟及结果分析

4．5．1 油箱网格的划分及处理

4．5．2 油箱的声学分析

第5章 针对排气过程中气动噪声的优化设计

5．1 概述

5．2 基于流道形状改进的降噪分析

5．2．1 基于流道形状的改进方案

5．2．2 降噪改进效果对比

5．2 基于防返油孔改进的降噪分析

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 前景展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文