渦旋壓縮機隔振與降噪方法的研究設計

渦旋壓縮機隔振與降噪方法的研究設計,渦旋,壓縮機,方法,法子,研究,鉆研,設計 本科畢業(yè)論文(設計)開題報告 論 文 題 目：渦旋壓縮機隔振與降噪方法的研究學 院： 專 業(yè) 、班 級： 學 生 姓 名： 指導教師（職稱）： 年 12 月 29 日 填 畢業(yè)論文（設計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質量畢業(yè)論文 （設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù) 1. 論文（設計）題目及研究領域； 2. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值； 3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設計）研究的內容1.重點解決的問題； 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）； 3. 本論文（設計）預期取得的成果。三、論文（設計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； 2. 論文（設計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述 學生應根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調研、實驗或實習的基礎上遞交相關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。 五、其他要求 1. 開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內完成； 2. 開題報告必須經(jīng)學院教學指導委員會審查通過； 3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設計）工作，否則不允許參加答辯； 4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師； 5. 開題報告的內容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。? 9 一、選題依據(jù)1、研究領域 機械設計 聲學研究 2、論文（設計）工作的理論意義和應用價值 理論意義：渦旋壓縮憑借著本身結構簡單、體積小、重量輕、易損件少、可靠性高的的諸多優(yōu)點成為了當今世界最節(jié)能的壓縮機。而在現(xiàn)今愈來愈講究高效節(jié)能的大環(huán)境下，高性能的渦旋壓縮機也更加被廠家所追求。渦旋壓縮機在完成既定功能時， 必定產(chǎn)生振動和噪聲而造成額外的輸入，為提高渦旋壓縮機的工作效率，必須深入的了解并有效地改善渦旋壓縮機的隔振和噪聲，為開發(fā)高性能的渦旋壓縮機開辟新的途徑。渦旋壓縮機被譽為空調的心臟部件，一個低噪音的壓縮機無疑會讓一臺空調的使命壽命，能效比，降噪各方面有更加好的體現(xiàn)。渦旋壓縮機的改良不應該局限于冰箱空調等方面，應該擴展應用領域，向大功率、大氣量的方向發(fā)展。 應用價值：如今因為全球變暖加上空調的實用量快速增長，優(yōu)質性能的渦旋壓縮機不僅能夠提高空調的性能，更加能夠提高我們的生活品質，改善我們的生活環(huán)境。隔振和降噪的研究帶給我們的不僅是理論上的概念，在日漸發(fā)展的科技下，也相信超級低噪的渦旋壓縮機會給我們帶來巨大的變化。而這次的研究也讓我們能夠充分的利用自身所學的知識和技能，增強了我們解決實際問題的能力 3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢 渦輪壓縮機最早于 1905 年由法國工程師 Leon Creux 但是由于生產(chǎn)水平的局限性，80 年代初才開始批量生產(chǎn)。1973 年美國 ADL．公司首次提出了渦旋氮氣壓縮機的研究報告，并證明了渦旋壓縮機所具有其他壓縮機無法比擬的優(yōu)點，從而渦旋壓縮機的大規(guī)模的工程開發(fā)和研制走上了迅速發(fā)展的道路。 1982 年，日本三電公司拉開了汽車空調渦旋式壓縮機批量生產(chǎn)的序幕，其后日立公司、三菱電氣、大金、松下、美國的考普蘭和特靈也開始了渦旋壓縮機的批量生產(chǎn)。 日立公司于1983年制造出了第一臺商用空調渦旋壓縮機，憑借著其先進的技術和可靠性，日立公司自主研發(fā)的帶內部油分離器的高壓腔渦旋式壓縮機也標志著空調用壓縮機的新一代革新。日美一向是科研發(fā)展較快的國家，美國谷輪公司的最為出名的TWO STEP渦旋式變容壓縮機是目前全球最佳的變容技術方案。眾所周知，東芝是空調變頻技術的開創(chuàng)者，而東芝的壓縮機以其高可靠性，低噪音和實用壽命長而聞名于壓縮機界?，F(xiàn)如今的渦旋壓縮機依舊存在諸多的缺點，比如漩渦型設計工作計算量十分巨大，加工更加復雜，而且由于密封件，在隔離高壓與低壓關鍵部件之間的接觸面積很小并且又處于高速運轉狀態(tài)，必然存在著零部件之間很大的摩擦和磨損，這不僅影響了渦旋壓縮機的使命壽命，也產(chǎn)生了大量的噪音，所以通常它只適用于很低壓縮比的工況下工作，也局限了渦旋壓縮機在低圧縮比空調工況以外的其他范圍的推廣。這 無疑是一個巨大的行業(yè)損失。 但是隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，渦旋壓縮機減振降噪的研究日益加快，眾多行業(yè)研究者正試圖在型線、密封、設計、參數(shù)、設計方法以及大規(guī)格化等幾方面做出改革和突破，如在虛擬樣機技術等。首先應使命編程軟件進行渦旋壓縮機的基本參數(shù)計算，然后通過三維工程設計軟件Por/Egnineer建立各零部件的實體模型，根據(jù)渦旋壓縮機樣機的結構特點，在虛擬環(huán)境中確定零部件的空間位置，進行樣機的裝配，在ADAMS環(huán)境中建立運動學，通過整機運動的仿真，進一步分析壓縮機的內部運動學，動力學。對渦旋壓縮機的優(yōu)化改革，減振降噪齊了巨大的作用。 在改革壓縮機研究過程中，如何高效準確的測量渦旋壓縮機的噪音來源、大小以及分布也是重中之重。渦旋壓縮機噪聲主要包括機械噪聲、電磁噪聲、空氣噪聲及液體噪聲等。目前的壓縮機噪聲測量多數(shù)是位于消聲室的抽驗，這種嚴苛的測量環(huán)境并不利于大規(guī)模的推廣，也不利于壓縮機的質量檢測。很多行業(yè)研究者利用振動與噪音之間的相關關系，通過對渦旋壓縮機的振動檢測來達到這個目的。例如，表面速度法測量噪聲，是通過建立渦旋壓縮機表面的振動速度，聲功率以及聲輻射效率之間的關系，從而獲得相關的噪音物理量。聲輻射ODS測試方法，在工作振型ODS的基礎上加以改進，從而獲得渦旋壓縮機聲輻射工作頻譜圖，了解噪音的分布。 隨著時代的發(fā)展，渦旋壓縮機已經(jīng)不能局限于空調，冰箱等方面，在從業(yè)研究者的改革創(chuàng)新下，低噪高效的渦旋壓縮機會適用于更廣的范圍。 二、論文（設計）研究的內容1.重點解決的問題 針對渦旋壓縮機工作中產(chǎn)生振動和噪聲的特征，制定相應的隔振和降噪方法，對其進行治理， 使其振動和噪聲相對于原有狀態(tài)有所下降。其中主要包括工作中振動和噪聲信號的測試、分析， 以及方案的制定和實施等。 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） 1、渦旋壓縮機結構分析、明晰其工作原理。 2、分析振動噪聲產(chǎn)生的原因，及其對整體振動噪聲影響的大小。 3、探討渦旋壓縮機隔振方法，例如二級隔振降噪系統(tǒng)，改善曲軸動平衡，壓簧隔振系統(tǒng)等。 4、探討渦旋壓縮機降噪方法，例如采用壓縮機消音器，吸聲材料，隔音裝置。 5、渦旋壓縮機內部結構優(yōu)化，安裝時采用不同的安裝方式，外部安裝減震器，減少振幅。 3. 本論文（設計）預期取得的成果 （1） 渦旋壓縮機的結構研究，分析產(chǎn)生噪聲的原因，給出減振降噪的方法及其安裝后的隔振技術研究 （2） 完成相關外文文獻的翻譯 （3） 撰寫畢業(yè)設計論文。 三、論文（設計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； （1） 了解渦旋壓縮機的基本結構和振動源和噪聲源。 （2） 渦旋壓縮機的隔振可用二級無源隔振降噪系統(tǒng)，壓縮機壓簧隔振系統(tǒng)等。渦旋壓縮機的排氣口是振動高壓區(qū)，噪聲較大，可利用消聲器原理改變高壓腔的結構， 達到減振效果。 （3） 為減小氣動噪聲，可在壓縮機的管道系統(tǒng)的合適位置設置緩沖器、聲學濾波器等裝置。例如在吸排氣位置安裝緩沖消音腔，采用復合消聲器甚至有源消聲器。依據(jù)多體共振現(xiàn)象，使用直接吸氣是相對較好的降噪方式。 （4） 在壓縮機的結構安裝上，使用固有頻率較低的彈簧，加大壓縮機機腳的剛度等。 （5） 總結各個隔振降噪的方法，選出最優(yōu)方案。2.論文（設計）進度計劃 第 1 周：制定適合自身條件的畢業(yè)設計題目，學習怎樣查閱文獻，總結文獻。 第 2 周：查閱資料、分析總結文獻，明確工作任務。 第 3 周：撰寫開題報告，并將初稿交付老師審閱。 第 4 周：開題報告定稿，并進行開題報告答辯。 第 5 周：研究探索渦旋壓縮結構及工作原理； 第 6 周：研究探索渦旋壓縮機振動噪聲產(chǎn)生的主要機理； 第 7 周：分析渦旋壓縮機振動噪聲特性； 第 8 周：研究渦旋壓縮機減振方法； 第 9 周：研究渦旋壓縮機降噪方法； 第 10 周：研究渦旋壓縮機隔振方法； 第 11 周：探討渦旋壓縮機減振降噪的最優(yōu)方法； 第 12 周：結合實際工程實例，對渦旋壓縮機隔振與降噪進行分析。 第 13 周：完成論文初稿，并查重。 第 14 周：翻譯英文文獻，提升外文水平，撰寫外文摘要。 第 15 周：修正論文，裝訂歸檔。第 16 周：撰寫 PPT，答辯。 四、需要閱讀的參考文獻 [1] 王珍,趙之海,楊春立,馬孝江. 渦旋壓縮機振動噪聲特性的應用研究[J]. 壓縮機技術,2005,05:20-22. 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A Compressor Model for Scroll Compressors. Proceedings Purdue Compressor Conference,1998. 附：文獻綜述  文獻綜述 渦旋壓縮機原理在 1886 年意大利的專利文獻被提及,1905 年法國工程師 Creux 正式提出渦旋式壓縮機原理及結構。渦旋式壓縮機是一種新型的容積式壓縮機,但由于沒有數(shù)控加工技術和缺乏對軸向力平衡問題的妥善解決方法,因而長期未能完成其實用化。進入 70 年代,美國 A.D.L 公司進行了突破性的研究,解決了渦旋盤端部磨損補償?shù)拿芊饧夹g。并在此基礎上與瑞士合作開發(fā)了多種工質的渦旋式壓縮機樣機。但是渦旋式壓縮機的真正規(guī)模生產(chǎn)始于日本。1981 年日本三電(SANDEN)公司開始生產(chǎn)用于汽車空調的渦旋式壓縮機,1983 年日立公司開始生產(chǎn) 2~SPH 用于房間空調的渦旋式壓縮機。此外,在美國,自 Copeland 于 1987 年建立渦旋式壓縮機生產(chǎn)線推出其產(chǎn)品后Carrier、Trane、Tecumseh 等公司也分別設廠生產(chǎn)高質量的渦旋式壓縮機。我國有關渦旋壓縮機方面的研究和生產(chǎn)起步較晚，20 世紀 80 年代后期才開始相關的研究工作。但隨著國內科研水平的上升，由最早的西安交通大學、蘭州理工大學，到后來清華大學、重慶大學、東北大學等高校的研究，我國現(xiàn)已成功研制出多種渦旋壓縮機的樣機 -汽車空調渦旋壓縮機、渦旋空氣壓縮機、天然氣渦旋壓縮機和無油潤滑渦旋壓縮機等，取得了頗為豐富的成果。但是國內的渦旋壓縮機生產(chǎn)目前仍以合資為主，最早是1995 年廣州萬壓縮機股份有限公司引進本立公司的空調壓縮機技術、生產(chǎn)設備和生產(chǎn) 工藝，并于 1996 年正式生產(chǎn)渦旋壓縮機。大連三洋壓縮機有限公司于 1995 年成立， 是由大連冰山集團有限公司、日本三洋電機株式會社和日本雙日株式會社共同出資設立的合資企業(yè)，主要生產(chǎn)商用制冷半封閉壓縮機和商用空調用渦旋壓縮機。西安大金慶安壓縮機有限公司是日本大金工業(yè)株式會社與慶安集團有限公司共同出資設立的 生產(chǎn)和銷售空調用壓縮機的合資企業(yè)。廣東美芝制冷設備有限公司于 2010 年 12 月 21 日在合肥基地舉行了“禍旋壓縮機下線”儀式，成為國內首家擁有完全自主知識產(chǎn)權的渦旋壓縮機企業(yè)。 渦旋壓縮機主要由靜渦旋盤、動渦旋盤、防自轉機構、曲軸、帶輪、主、副平衡鐵及殼體等零部件組成。在動、靜渦旋盤偏心一定距離相對旋轉 180°對插在一起安置后，動渦旋盤在曲軸的驅動和防自轉機構的約束下，相對靜渦旋盤作公轉平動，這樣兩個渦旋盤上的渦旋齒之間實現(xiàn)多點嚙合，形成了多組月牙形封閉的工作腔容積。隨著曲軸的旋轉，所形成的多個嚙合點沿著渦旋齒齒壁由外向內連續(xù)移動，所形成的多組月牙形工作腔容積逐漸由大變小，從而實現(xiàn)封閉工作腔容積的周期性變化，進而實現(xiàn)了氣體的吸入、壓縮和排出。為了平衡軸系旋轉過程中產(chǎn)生的慣性力及慣性力矩， 在曲軸兩端設置主、副平衡鐵，以保證渦旋壓縮機的平穩(wěn)運轉。 渦旋壓縮機是借助容積的變化來實現(xiàn)氣體壓縮的流體機械，這點和往復式壓縮機相同；但是主要零件動渦盤是在偏心軸的直接驅動下進行運動，這一點有余回轉式壓縮機相似。但是渦旋壓縮機的壓縮腔由于上述兩種壓縮機不用，渦旋壓縮機的發(fā)展前景遠遠好于上述壓縮機，正是由于其有顯著的優(yōu)點：（1）多個壓縮腔同時工作，相鄰壓縮腔之間的氣壓差小，氣體泄漏量少，高級效率很高。（2）驅動主運動的偏心軸可高速運轉，渦旋壓縮機的體積小，重量輕，與同容量的旺夫壓縮機相比，體積減少 40%， 重量降低 25%，但平均功率提高了 1.3 倍以上。（3）渦旋壓縮機的吸排氣過程幾乎連續(xù)進行，壓縮過程連續(xù)且平穩(wěn)，噪音降低 5 到 10DB，整機的振動小、可靠性提高。（4） 不用設置吸、排氣閥，渦旋壓縮機的運動穩(wěn)定可靠，十分適用于變轉速和變頻調速技術。但是渦旋式壓縮機也存在顯著缺點：漩渦型線設計工作計算量大,加工復雜,由其關鍵部件之間的密封困難(壓差偏高時易明顯漏氣)。因為隔離高壓與低壓關鍵部件之間的接觸面積很小并且又是在高速狀態(tài)下相對運行的,存在著部件之間很大的摩擦與磨損,這是影響該機型壽命的主要原因；盡管該渦旋式壓縮機機型是無余隙的,但是由于隨著其工作壓縮比的增加而漏氣量也必然會隨著增加的緣故,難于實現(xiàn)它應該具有的高壓縮比工況,通常它只能夠適用于在很低壓縮比的工況下工作,尤其更適合在大型空調系統(tǒng)中作。因此,由于渦旋式壓縮機的一些技術局限問題使得它在低壓縮比空調工況以外難以大范圍推廣。 由渦旋壓縮機的基本結構和基本工作原理可知，它在工作時，一般是主軸與動渦盤相連接，通過電機主軸帶動動渦盤旋轉，靜渦盤與壓縮機殼體相固定，由于渦旋壓縮機主軸承上有一個滾柱軸承，并且在曲軸與運動渦旋盤連接部位曲柄銷上的滑動軸承，當機械發(fā)生運轉時，主軸以一定的速度并在一定載荷下運轉，對軸承和壓縮機外殼組成的振動系統(tǒng)產(chǎn)生激勵，使該系統(tǒng)振動，再加上軸承和動渦盤本身的結構特點、加工裝配誤差及運行過程中出現(xiàn)的故障等內部因素，以及旋轉組件有關聯(lián)的零件振動和電機的徑向磁拉力、排氣壓力振動等均被認為是產(chǎn)生壓縮機振動的激勵力，結合這些因素產(chǎn)生綜合振動。例如：機械振動是當壓縮機工作時，各個零部件工作運轉時不可避免的產(chǎn)生；軸承旋轉時，滾體在不同位置所受的力的大小不同，和承載的滾動體的數(shù)量不同，這些軸承本身的架構特點造成了承載剛度的變化，引起的軸承振動；動渦盤旋轉時與靜渦盤之間互相擠壓與摩擦必然產(chǎn)生振動，而這種振動一般為有規(guī)律的正弦波；在壓縮機工作過程中，防自轉滑環(huán)在機架和動盤上分別沿垂直方向上與鍵槽滑動配合，在滑動過程中產(chǎn)生振動；曲軸與各驅動面間的存在的摩擦振動。 渦旋壓縮機的噪音來源很多，例如機械噪聲由不平衡、滑動摩擦及機械碰撞引起, 并通過軸、軸承、殼體向空間傳播;電磁噪聲由磁場磁通波及電磁不平衡引起, 并通過定子、殼體向空間傳播;空氣噪聲由氣流脈動、氣體的隙泄漏引起, 并通過空氣、殼體向空間傳播;液體噪聲由制冷劑、潤滑油射流和氣穴引起, 并通過液體、殼體向空間傳播。由于渦旋壓縮機為全封閉整體, 實測空間噪聲主要由殼體振動產(chǎn)生聲輻射引起。因此，我們需要對壓縮機進行整體的綜合分析，從而正確識別主要振源和噪源。國內外的研究人員進行了大量的聲學實驗，設計開發(fā)了針對壓縮機的狀態(tài)檢測系統(tǒng)， 一開始德國的 Johann Lenz 設計了一種檢測系統(tǒng)，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡技術，連接壓縮機生產(chǎn)廠家和實用廠家的通訊連接，方便了對壓縮機的振動噪聲的監(jiān)測和診斷。美國的研究者對壓縮機的減振降噪進行了研究；美國的 Soedel 確定了壓縮機的主要噪聲，分析并改進壓縮機閥片的結構，實現(xiàn)了壓縮機的實質性降噪；TaKao 分析了頻譜 圖，發(fā)現(xiàn)了 500Hz 處的噪聲源，通過邊界元法對壓縮機的改進，降噪效果十分明顯。 相對于國外的研究，國內的的研究水準仍存在較大差距。舒歌群等人對冰箱壓縮機進行了研究,分析了壓縮機噪聲源的組成部分和分布。大連大學王珍分析了利用結構聲測量的表面速度法進行噪聲測量的缺點和存在的問題(1)渦旋壓縮機的噪聲為寬頻帶聲音，噪聲的組成有各個頻率部分，不能簡單的利用一個聲輻射效率作為計算依據(jù)。（2）渦旋壓縮機的結構聲輻射焦慮與模態(tài)輻射效率之間有著密切的聯(lián)系，在低頻范圍內 ，會造成較大的測量誤差。（3）表面速度法中速度的測量由振動速度傳感器完成，但是振動速度傳感器的頻率范圍多為中低級，用于噪聲測量時，會造成高頻噪聲的信號失真甚至丟失。（4）表面速度法的建立過于理想化，外界噪聲的影響會讓測量產(chǎn)生很大誤差。因此，研究者利用神經(jīng)網(wǎng)絡直接建立起渦旋壓縮機表面振動加速度與近聲場噪聲之間的非線性映射關系，希望能解決以上的問題，并獲取更加準確的噪 聲測量值。王珍等人也利用自行研制的數(shù)據(jù)采集儀，對渦旋壓縮機的振動和噪聲進行了雙通道的同時采樣分析，獲得了振動和噪聲分布的區(qū)域，并在此理論下提出了減振降噪的措施。（1）改善曲軸動平衡可有效降低動平衡對振動、噪聲的影響。（2）改進渦旋壓縮機的主要零件材料和結構，使零部件的各階段固有頻率避開壓縮機的高頻 區(qū)。（3）排氣口德高壓區(qū)振動和噪聲較大，改進高壓腔的結構，有明顯的減振效果。 （4） 改進殼體與上、下蓋的裝配方式，加強連接強度，可有效減少振動以及聲輻射 （5） 改變安裝方式，嘗試臥式并在減振措施下安裝。沈陽工業(yè)大學的王悅利用大型空調機組進行了壓縮機的隔振降噪技術的開發(fā)研究，設計了并實現(xiàn)了渦旋壓縮機二級隔振降噪系統(tǒng)。孫定勇重點研究了如何降低冰箱內渦旋壓縮機的氣動噪聲，通過安裝緩沖消音腔，優(yōu)化消聲器等方法有效的降低了氣動噪聲。 渦旋壓縮機的減振降噪依舊是國內外工業(yè)領域內的一大難題，如何有效地分析確定壓縮機的振動來源，如何把理論研究的成果科學合理的投入到實際生產(chǎn)當中去，現(xiàn)在的網(wǎng)絡虛擬技術越來越完善，現(xiàn)在的研究分析更傾向于渦旋壓縮機的虛擬設計，相對于傳統(tǒng)的研究方向而言，提高了資源利用率和靈活性，降低了生產(chǎn)成本，更加使用與現(xiàn)代化的發(fā)展研究。