VRD16旋片真空泵气动噪声和结构振动噪声的数值计算及降噪分析

摘要

由于旋片泵的工作原理及结构特性，振动和噪声是不可避免的。国外厂家很早就注意对其进行减振降噪，其产品的噪声一般比国产泵低10dB(A)左右，国内用户近年来对减小振动和噪声的要求强烈，所以很有必要对其振动噪声进行研究和控制。
　　本论文对VRD16旋片泵由于转子慢偏心引起的振动及腔体辐射噪声、排气噪声、挡油罩和限位板的辐射噪声进行了数值化仿真分析研究和优化设计。
　　运用多体动力学和油膜动力润滑方法，对RD16旋片泵转子系统进行耦合数值化计算，其中油膜压力数学模型采用Capone短轴承理论得到的解析解，并将得到的轴心运动参数与只进行多体动力学分析得到的数据进行对比，可知将油膜动力润滑引入到多体动力学分析中更符合实际情况。对比两种转子系统，可知两轴垂直放置油膜压力较大，将计算得到的油膜压力进行傅里叶变换，并将其施加到腔体上，以MPC节点耦合的方法模拟螺栓连接，运用有限元方法，在频域内求得了腔体的振动响应。用最小二乘法对油膜压力进行拟合，滤掉其高频振动，经傅里叶变换后，其200Hz-400Hz处与实验不符，所以本论文对腔体的振动响应的计算考虑了油膜压力的高频部分。将400Hz以内腔体的振动响应与实验进行对比，其理论计算结果与实验数据基本符合，可间接证明整个频带内的计算符合实际情况。由于油膜压力频带较宽，激起了腔体的前14阶共振模态，所以腔体的振动较大。以计算得到的腔体的振动响应为边界条件，运用边界元方法，计算得到了腔体的辐射噪声。通过改变油膜间隙的大小，对油膜压力进行调整改进，减小其幅值并稳定其波动量，从而减小腔体的振动。
　　根据VRD16旋片泵的结构，计算了压缩腔面积、入口压力、排气速度等参数，并以此作为流场分析的边界条件。运用大涡模拟方法对VRD16旋片泵排气腔流场进行计算，得到排气腔内流场的压力、速度等参数。将排气腔内的壁面压力进行傅立叶变换，生成偶极子噪声源，运用声学有限元方法和LMS Virtual.Lab软件中AML技术计算排气腔远场噪声。经对比，在2500Hz以下高真空腔内的气动噪声明显高于低真空腔内的气动噪声，而在2500Hz以上，两腔内气动噪声值相差不是很大。通过对挡油罩内的流场进行分析，得出其由于壁面波动而引起较多漩涡，所以将挡油罩内流道进行了优化改进，改进后部分监测点的压力波动明显降低，经计算得到，高真空区域场点声功率级平均降低7.70dB，低真空区域场点声功率级平均降低6.92dB，高真空区域监测点Field Point声压级平均降低8.72dB，低真空区域监测点Field Point声压级平均降低7.83dB。通过增加排气口的方法，对高真空腔流道进行改进，经计算高真空腔内气动噪声有明显的降低，场点声功率级平均降低31.62dB，监测点Field Point声压级平均降低31.33dB。
　　运用流固耦合技术，对挡油罩和限位板的振动响应和辐射噪声进行了计算，得到了挡油罩和限位板的振动响应，其振动位移和速度在某一恒定值附近振荡，所以挡油罩和限位板的振动呈收敛状态，即最终挡油罩和限位板在气流的作用下发生静变形，所以由气体压力引起的固体振动和辐射噪声并不大。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 旋片泵噪声研究的意义与背景

1．2 旋片泵振动噪声国内外发展现状

1．3 旋片泵主要噪声源的研究

1．4 旋片泵结构辐射噪声和气动噪声控制方法

1．4．1 旋片泵结构噪声控制方法

1．4．2 旋片泵气动噪声控制方法

1．5 本文研究内容与方法

1．6 小结

第2章 腔体辐射噪声的数值化仿真计算

2．1 概述

2．2 多体动力学分析

2．2．1 多体动力学研究方法

2．2．2 模态叠加法原理

2．2．3 主轴系统模态分析

2．3 油膜动力润滑理论研究

2．3．1 普遍Reynolds方程

2．3．2 径向滑动轴承几何关系

2．3．3 油膜反力解析模型

2．4 转子系统多体动力学与油膜动力润滑的耦合数字化计算

2．4．1 主轴承轴心轨迹对比分析

2．4．2 油膜厚度计算结果

2．4．3 主轴油膜反力计算结果

2．5 振动响应的计算

2．5．1 有限元模型

2．5．2 傅里叶变换

2．5．3 边界条件的设置

2．5．4 腔体模态振型

2．5．5 振动响应的求解

2．6 腔体辐射噪声的计算

2．6．1 结构辐射噪声计算方法

2．6．2 腔体辐射噪声计算结果

2．7 腔体振动响应的实验对比分析

2．7．1 实验器材的选择

2．7．2 实验测试数据与数值计算数据对比

2．8 对油膜压力的曲线拟合

2．9 油膜反力的改进计算

2．10 小结

第3章 排气系统气动噪声的数值计算及优化

3．1 概述

3．2 流体运动基本方程及数值计算方法

3．2．1 流体流动基本方程

3．2．2 湍流数值模拟方法

3．3 气动声学基本理论

3．3．1 气动声学基本声源

3．3．2 Lighthill波动方程

3．3．3 Lighthill-Curle解

3．3．4 FW-H方程

3．4 结构及有限元模型

3．5 边界条件的确定

3．5．1 压缩腔面积的计算

3．5．2 入口压力的计算

3．5．3 排气速度的计算

3．5．4 气体边界条件

3．6 流场数值计算结果分析

3．7 声学仿真分析

3．8 基于挡油罩流道特性的优化设计

3．9 基于高真空腔体流道的优化设计

3．10 小结

第4章 挡油罩和限位板辐射噪声的数值计算

4．1 概述

4．2 流固耦合的计算

4．3 挡油罩和限位板的振动响应

4．4 挡油罩和阀片辐射噪声的计算

4．5 小结

第5章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 今后研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文