渦旋壓縮機(jī)隔振與降噪方法的研究設(shè)計(jì)
渦旋壓縮機(jī)隔振與降噪方法的研究設(shè)計(jì),渦旋,壓縮機(jī),方法,法子,研究,鉆研,設(shè)計(jì)
本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告
論 文 題 目：渦旋壓縮機(jī)隔振與降噪方法的研究學(xué) 院： 專 業(yè) 、班 級(jí)： 學(xué) 生 姓 名： 指導(dǎo)教師（職稱）：
年 12 月 29 日 填
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告要求
開題報(bào)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(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)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(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)。二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題；
2. 擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）；
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開題報(bào)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(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過(guò)；
3. 開題報(bào)告不合格或沒有做開題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報(bào)告通過(guò)后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5. 開題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(cè)（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?。?。
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一、選題依據(jù)1、研究領(lǐng)域
機(jī)械設(shè)計(jì) 聲學(xué)研究
2、論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
理論意義：渦旋壓縮憑借著本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、易損件少、可靠性高的的諸多優(yōu)點(diǎn)成為了當(dāng)今世界最節(jié)能的壓縮機(jī)。而在現(xiàn)今愈來(lái)愈講究高效節(jié)能的大環(huán)境下，高性能的渦旋壓縮機(jī)也更加被廠家所追求。渦旋壓縮機(jī)在完成既定功能時(shí)， 必定產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲而造成額外的輸入，為提高渦旋壓縮機(jī)的工作效率，必須深入的了解并有效地改善渦旋壓縮機(jī)的隔振和噪聲，為開發(fā)高性能的渦旋壓縮機(jī)開辟新的途徑。渦旋壓縮機(jī)被譽(yù)為空調(diào)的心臟部件，一個(gè)低噪音的壓縮機(jī)無(wú)疑會(huì)讓一臺(tái)空調(diào)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(jī)的改良不應(yīng)該局限于冰箱空調(diào)等方面，應(yīng)該擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域，向大功率、大氣量的方向發(fā)展。
應(yīng)用價(jià)值：如今因?yàn)槿蜃兣由峡照{(diào)的實(shí)用量快速增長(zhǎng)，優(yōu)質(zhì)性能的渦旋壓縮機(jī)不僅能夠提高空調(diào)的性能，更加能夠提高我們的生活品質(zhì)，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(jí)低噪的渦旋壓縮機(jī)會(huì)給我們帶來(lái)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(xué)的知識(shí)和技能，增強(qiáng)了我們解決實(shí)際問(wèn)題的能力
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
渦輪壓縮機(jī)最早于 1905 年由法國(guó)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(guó) ADL．公司首次提出了渦旋氮?dú)鈮嚎s機(jī)的研究報(bào)告，并證明了渦旋壓縮機(jī)所具有其他壓縮機(jī)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，從而渦旋壓縮機(jī)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(diào)渦旋式壓縮機(jī)批量生產(chǎn)的序幕，其后日立公司、三菱電氣、大金、松下、美國(guó)的考普蘭和特靈也開始了渦旋壓縮機(jī)的批量生產(chǎn)。
日立公司于1983年制造出了第一臺(tái)商用空調(diào)渦旋壓縮機(jī)，憑借著其先進(jìn)的技術(shù)和可靠性，日立公司自主研發(fā)的帶內(nèi)部油分離器的高壓腔渦旋式壓縮機(jī)也標(biāo)志著空調(diào)用壓縮機(jī)的新一代革新。日美一向是科研發(fā)展較快的國(guó)家，美國(guó)谷輪公司的最為出名的TWO STEP渦旋式變?nèi)輭嚎s機(jī)是目前全球最佳的變?nèi)菁夹g(shù)方案。眾所周知，東芝是空調(diào)變頻技術(shù)的開創(chuàng)者，而東芝的壓縮機(jī)以其高可靠性，低噪音和實(shí)用壽命長(zhǎng)而聞名于壓縮機(jī)界?，F(xiàn)如今的渦旋壓縮機(jī)依舊存在諸多的缺點(diǎn)，比如漩渦型設(shè)計(jì)工作計(jì)算量十分巨大，加工更加復(fù)雜，而且由于密封件，在隔離高壓與低壓關(guān)鍵部件之間的接觸面積很小并且又處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)在低圧縮比空調(diào)工況以外的其他范圍的推廣。這
無(wú)疑是一個(gè)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(jī)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(shè)計(jì)、參數(shù)、設(shè)計(jì)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(jī)技術(shù)等。首先應(yīng)使命編程軟件進(jìn)行渦旋壓縮機(jī)的基本參數(shù)計(jì)算，然后通過(guò)三維工程設(shè)計(jì)軟件Por/Egnineer建立各零部件的實(shí)體模型，根據(jù)渦旋壓縮機(jī)樣機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在虛擬環(huán)境中確定零部件的空間位置，進(jìn)行樣機(jī)的裝配，在ADAMS環(huán)境中建立運(yùn)動(dòng)學(xué)，通過(guò)整機(jī)運(yùn)動(dòng)的仿真，進(jìn)一步分析壓縮機(jī)的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué)。對(duì)渦旋壓縮機(jī)的優(yōu)化改革，減振降噪齊了巨大的作用。
在改革壓縮機(jī)研究過(guò)程中，如何高效準(zhǔn)確的測(cè)量渦旋壓縮機(jī)的噪音來(lái)源、大小以及分布也是重中之重。渦旋壓縮機(jī)噪聲主要包括機(jī)械噪聲、電磁噪聲、空氣噪聲及液體噪聲等。目前的壓縮機(jī)噪聲測(cè)量多數(shù)是位于消聲室的抽驗(yàn)，這種嚴(yán)苛的測(cè)量環(huán)境并不利于大規(guī)模的推廣，也不利于壓縮機(jī)的質(zhì)量檢測(cè)。很多行業(yè)研究者利用振動(dòng)與噪音之間的相關(guān)關(guān)系，通過(guò)對(duì)渦旋壓縮機(jī)的振動(dòng)檢測(cè)來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。例如，表面速度法測(cè)量噪聲，是通過(guò)建立渦旋壓縮機(jī)表面的振動(dòng)速度，聲功率以及聲輻射效率之間的關(guān)系，從而獲得相關(guān)的噪音物理量。聲輻射ODS測(cè)試方法，在工作振型ODS的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，從而獲得渦旋壓縮機(jī)聲輻射工作頻譜圖，了解噪音的分布。
隨著時(shí)代的發(fā)展，渦旋壓縮機(jī)已經(jīng)不能局限于空調(diào)，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(jī)會(huì)適用于更廣的范圍。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題
針對(duì)渦旋壓縮機(jī)工作中產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的特征，制定相應(yīng)的隔振和降噪方法，對(duì)其進(jìn)行治理， 使其振動(dòng)和噪聲相對(duì)于原有狀態(tài)有所下降。其中主要包括工作中振動(dòng)和噪聲信號(hào)的測(cè)試、分析， 以及方案的制定和實(shí)施等。
2. 擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）
1、渦旋壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)分析、明晰其工作原理。
2、分析振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的原因，及其對(duì)整體振動(dòng)噪聲影響的大小。
3、探討渦旋壓縮機(jī)隔振方法，例如二級(jí)隔振降噪系統(tǒng)，改善曲軸動(dòng)平衡，壓簧隔振系統(tǒng)等。
4、探討渦旋壓縮機(jī)降噪方法，例如采用壓縮機(jī)消音器，吸聲材料，隔音裝置。
5、渦旋壓縮機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化，安裝時(shí)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(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果
（1） 渦旋壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)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(shù)研究
（2） 完成相關(guān)外文文獻(xiàn)的翻譯
（3） 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
（1） 了解渦旋壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和振動(dòng)源和噪聲源。
（2） 渦旋壓縮機(jī)的隔振可用二級(jí)無(wú)源隔振降噪系統(tǒng)，壓縮機(jī)壓簧隔振系統(tǒng)等。渦旋壓縮機(jī)的排氣口是振動(dòng)高壓區(qū)，噪聲較大，可利用消聲器原理改變高壓腔的結(jié)構(gòu)， 達(dá)到減振效果。
（3） 為減小氣動(dòng)噪聲，可在壓縮機(jī)的管道系統(tǒng)的合適位置設(shè)置緩沖器、聲學(xué)濾波器等裝置。例如在吸排氣位置安裝緩沖消音腔，采用復(fù)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(duì)較好的降噪方式。
（4） 在壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)安裝上，使用固有頻率較低的彈簧，加大壓縮機(jī)機(jī)腳的剛度等。
（5） 總結(jié)各個(gè)隔振降噪的方法，選出最優(yōu)方案。2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周：制定適合自身?xiàng)l件的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，學(xué)習(xí)怎樣查閱文獻(xiàn)，總結(jié)文獻(xiàn)。
第 2 周：查閱資料、分析總結(jié)文獻(xiàn)，明確工作任務(wù)。
第 3 周：撰寫開題報(bào)告，并將初稿交付老師審閱。
第 4 周：開題報(bào)告定稿，并進(jìn)行開題報(bào)告答辯。
第 5 周：研究探索渦旋壓縮結(jié)構(gòu)及工作原理；
第 6 周：研究探索渦旋壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的主要機(jī)理；
第 7 周：分析渦旋壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲特性；
第 8 周：研究渦旋壓縮機(jī)減振方法；
第 9 周：研究渦旋壓縮機(jī)降噪方法；
第 10 周：研究渦旋壓縮機(jī)隔振方法；
第 11 周：探討渦旋壓縮機(jī)減振降噪的最優(yōu)方法；
第 12 周：結(jié)合實(shí)際工程實(shí)例，對(duì)渦旋壓縮機(jī)隔振與降噪進(jìn)行分析。
第 13 周：完成論文初稿，并查重。
第 14 周：翻譯英文文獻(xiàn)，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(xiàn)
[1] 王珍,趙之海,楊春立,馬孝江. 渦旋壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲特性的應(yīng)用研究[J]. 壓縮機(jī)技術(shù),2005,05:20-22.
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[3] 王珍. 基于振動(dòng)信號(hào)的渦旋壓縮機(jī)噪聲測(cè)量方法的研究[J]. 壓縮機(jī)技術(shù),2008,04:4-6.
[4] 李澤宇. 變頻渦旋壓縮機(jī)振動(dòng)信號(hào)分析[D].蘭州理工大學(xué),2012.
[5] 余洋. 渦旋壓縮機(jī)動(dòng)力特性及仿真模擬研究[D].蘭州理工大學(xué),2014. [6]吳泳龍,王珍,趙之海. 渦旋壓縮機(jī)聲輻射 ODS 分析及應(yīng)用[J]. 壓縮機(jī)技術(shù),2014,02:24-27.
[7] 王悅,陳長(zhǎng)征,趙新光,劉心紅. 渦旋壓縮機(jī)二級(jí)隔振降噪系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 噪聲與振動(dòng)控制,2011,06:196-198.
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[16] Caillit. A Compressor Model for Scroll Compressors. Proceedings Purdue Compressor Conference,1998.
附：文獻(xiàn)綜述
文獻(xiàn)綜述
渦旋壓縮機(jī)原理在 1886 年意大利的專利文獻(xiàn)被提及,1905 年法國(guó)工程師 Creux 正式提出渦旋式壓縮機(jī)原理及結(jié)構(gòu)。渦旋式壓縮機(jī)是一種新型的容積式壓縮機(jī),但由于沒有數(shù)控加工技術(shù)和缺乏對(duì)軸向力平衡問(wèn)題的妥善解決方法,因而長(zhǎng)期未能完成其實(shí)用化。進(jìn)入 70 年代,美國(guó) A.D.L 公司進(jìn)行了突破性的研究,解決了渦旋盤端部磨損補(bǔ)償?shù)拿芊饧夹g(shù)。并在此基礎(chǔ)上與瑞士合作開發(fā)了多種工質(zhì)的渦旋式壓縮機(jī)樣機(jī)。但是渦旋式壓縮機(jī)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(diào)的渦旋式壓縮機(jī),1983 年日立公司開始生產(chǎn) 2~SPH 用于房間空調(diào)的渦旋式壓縮機(jī)。此外,在美國(guó),自 Copeland 于 1987 年建立渦旋式壓縮機(jī)生產(chǎn)線推出其產(chǎn)品后Carrier、Trane、Tecumseh 等公司也分別設(shè)廠生產(chǎn)高質(zhì)量的渦旋式壓縮機(jī)。我國(guó)有關(guān)渦旋壓縮機(jī)方面的研究和生產(chǎn)起步較晚，20 世紀(jì) 80 年代后期才開始相關(guān)的研究工作。但隨著國(guó)內(nèi)科研水平的上升，由最早的西安交通大學(xué)、蘭州理工大學(xué)，到后來(lái)清華大學(xué)、重慶大學(xué)、東北大學(xué)等高校的研究，我國(guó)現(xiàn)已成功研制出多種渦旋壓縮機(jī)的樣機(jī)
-汽車空調(diào)渦旋壓縮機(jī)、渦旋空氣壓縮機(jī)、天然氣渦旋壓縮機(jī)和無(wú)油潤(rùn)滑渦旋壓縮機(jī)等，取得了頗為豐富的成果。但是國(guó)內(nèi)的渦旋壓縮機(jī)生產(chǎn)目前仍以合資為主，最早是1995 年廣州萬(wàn)壓縮機(jī)股份有限公司引進(jìn)本立公司的空調(diào)壓縮機(jī)技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)
工藝，并于 1996 年正式生產(chǎn)渦旋壓縮機(jī)。大連三洋壓縮機(jī)有限公司于 1995 年成立， 是由大連冰山集團(tuán)有限公司、日本三洋電機(jī)株式會(huì)社和日本雙日株式會(huì)社共同出資設(shè)立的合資企業(yè)，主要生產(chǎn)商用制冷半封閉壓縮機(jī)和商用空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)。西安大金慶安壓縮機(jī)有限公司是日本大金工業(yè)株式會(huì)社與慶安集團(tuán)有限公司共同出資設(shè)立的 生產(chǎn)和銷售空調(diào)用壓縮機(jī)的合資企業(yè)。廣東美芝制冷設(shè)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(jī)下線”儀式，成為國(guó)內(nèi)首家擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的渦旋壓縮機(jī)企業(yè)。
渦旋壓縮機(jī)主要由靜渦旋盤、動(dòng)渦旋盤、防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、曲軸、帶輪、主、副平衡鐵及殼體等零部件組成。在動(dòng)、靜渦旋盤偏心一定距離相對(duì)旋轉(zhuǎn) 180°對(duì)插在一起安置后，動(dòng)渦旋盤在曲軸的驅(qū)動(dòng)和防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的約束下，相對(duì)靜渦旋盤作公轉(zhuǎn)平動(dòng)，這樣兩個(gè)渦旋盤上的渦旋齒之間實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)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(zhuǎn)，所形成的多個(gè)嚙合點(diǎn)沿著渦旋齒齒壁由外向內(nèi)連續(xù)移動(dòng)，所形成的多組月牙形工作腔容積逐漸由大變小，從而實(shí)現(xiàn)封閉工作腔容積的周期性變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了氣體的吸入、壓縮和排出。為了平衡軸系旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的慣性力及慣性力矩， 在曲軸兩端設(shè)置主、副平衡鐵，以保證渦旋壓縮機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。
渦旋壓縮機(jī)是借助容積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體壓縮的流體機(jī)械，這點(diǎn)和往復(fù)式壓縮機(jī)相同；但是主要零件動(dòng)渦盤是在偏心軸的直接驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這一點(diǎn)有余回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)相似。但是渦旋壓縮機(jī)的壓縮腔由于上述兩種壓縮機(jī)不用，渦旋壓縮機(jī)的發(fā)展前景遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于上述壓縮機(jī)，正是由于其有顯著的優(yōu)點(diǎn)：（1）多個(gè)壓縮腔同時(shí)工作，相鄰壓縮腔之間的氣壓差小，氣體泄漏量少，高級(jí)效率很高。（2）驅(qū)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)的偏心軸可高速運(yùn)轉(zhuǎn)，渦旋壓縮機(jī)的體積小，重量輕，與同容量的旺夫壓縮機(jī)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(jī)的吸排氣過(guò)程幾乎連續(xù)進(jìn)行，壓縮過(guò)程連續(xù)且平穩(wěn)，噪音降低 5 到 10DB，整機(jī)的振動(dòng)小、可靠性提高。（4）
不用設(shè)置吸、排氣閥，渦旋壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定可靠，十分適用于變轉(zhuǎn)速和變頻調(diào)速技術(shù)。但是渦旋式壓縮機(jī)也存在顯著缺點(diǎn)：漩渦型線設(shè)計(jì)工作計(jì)算量大,加工復(fù)雜,由其關(guān)鍵部件之間的密封困難(壓差偏高時(shí)易明顯漏氣)。因?yàn)楦綦x高壓與低壓關(guān)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(duì)運(yùn)行的,存在著部件之間很大的摩擦與磨損,這是影響該機(jī)型壽命的主要原因；盡管該渦旋式壓縮機(jī)機(jī)型是無(wú)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(huì)隨著增加的緣故,難于實(shí)現(xiàn)它應(yīng)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(diào)系統(tǒng)中作。因此,由于渦旋式壓縮機(jī)的一些技術(shù)局限問(wèn)題使得它在低壓縮比空調(diào)工況以外難以大范圍推廣。
由渦旋壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理可知，它在工作時(shí)，一般是主軸與動(dòng)渦盤相連接，通過(guò)電機(jī)主軸帶動(dòng)動(dòng)渦盤旋轉(zhuǎn)，靜渦盤與壓縮機(jī)殼體相固定，由于渦旋壓縮機(jī)主軸承上有一個(gè)滾柱軸承，并且在曲軸與運(yùn)動(dòng)渦旋盤連接部位曲柄銷上的滑動(dòng)軸承，當(dāng)機(jī)械發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主軸以一定的速度并在一定載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)軸承和壓縮機(jī)外殼組成的振動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生激勵(lì)，使該系統(tǒng)振動(dòng)，再加上軸承和動(dòng)渦盤本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工裝配誤差及運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障等內(nèi)部因素，以及旋轉(zhuǎn)組件有關(guān)聯(lián)的零件振動(dòng)和電機(jī)的徑向磁拉力、排氣壓力振動(dòng)等均被認(rèn)為是產(chǎn)生壓縮機(jī)振動(dòng)的激勵(lì)力，結(jié)合這些因素產(chǎn)生綜合振動(dòng)。例如：機(jī)械振動(dòng)是當(dāng)壓縮機(jī)工作時(shí)，各個(gè)零部件工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不可避免的產(chǎn)生；軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾體在不同位置所受的力的大小不同，和承載的滾動(dòng)體的數(shù)量不同，這些軸承本身的架構(gòu)特點(diǎn)造成了承載剛度的變化，引起的軸承振動(dòng)；動(dòng)渦盤旋轉(zhuǎn)時(shí)與靜渦盤之間互相擠壓與摩擦必然產(chǎn)生振動(dòng)，而這種振動(dòng)一般為有規(guī)律的正弦波；在壓縮機(jī)工作過(guò)程中，防自轉(zhuǎn)滑環(huán)在機(jī)架和動(dòng)盤上分別沿垂直方向上與鍵槽滑動(dòng)配合，在滑動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)；曲軸與各驅(qū)動(dòng)面間的存在的摩擦振動(dòng)。
渦旋壓縮機(jī)的噪音來(lái)源很多，例如機(jī)械噪聲由不平衡、滑動(dòng)摩擦及機(jī)械碰撞引起, 并通過(guò)軸、軸承、殼體向空間傳播;電磁噪聲由磁場(chǎng)磁通波及電磁不平衡引起, 并通過(guò)定子、殼體向空間傳播;空氣噪聲由氣流脈動(dòng)、氣體的隙泄漏引起, 并通過(guò)空氣、殼體向空間傳播;液體噪聲由制冷劑、潤(rùn)滑油射流和氣穴引起, 并通過(guò)液體、殼體向空間傳播。由于渦旋壓縮機(jī)為全封閉整體, 實(shí)測(cè)空間噪聲主要由殼體振動(dòng)產(chǎn)生聲輻射引起。因此，我們需要對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行整體的綜合分析，從而正確識(shí)別主要振源和噪源。國(guó)內(nèi)外的研究人員進(jìn)行了大量的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)開發(fā)了針對(duì)壓縮機(jī)的狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)， 一開始德國(guó)的 Johann Lenz 設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)系統(tǒng)，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，連接壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家和實(shí)用廠家的通訊連接，方便了對(duì)壓縮機(jī)的振動(dòng)噪聲的監(jiān)測(cè)和診斷。美國(guó)的研究者對(duì)壓縮機(jī)的減振降噪進(jìn)行了研究；美國(guó)的 Soedel 確定了壓縮機(jī)的主要噪聲，分析并改進(jìn)壓縮機(jī)閥片的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)的實(shí)質(zhì)性降噪；TaKao 分析了頻譜 圖，發(fā)現(xiàn)了 500Hz 處的噪聲源，通過(guò)邊界元法對(duì)壓縮機(jī)的改進(jìn)，降噪效果十分明顯。
相對(duì)于國(guó)外的研究，國(guó)內(nèi)的的研究水準(zhǔn)仍存在較大差距。舒歌群等人對(duì)冰箱壓縮機(jī)進(jìn)行了研究,分析了壓縮機(jī)噪聲源的組成部分和分布。大連大學(xué)王珍分析了利用結(jié)構(gòu)聲測(cè)量的表面速度法進(jìn)行噪聲測(cè)量的缺點(diǎn)和存在的問(wèn)題(1)渦旋壓縮機(jī)的噪聲為寬頻帶聲音，噪聲的組成有各個(gè)頻率部分，不能簡(jiǎn)單的利用一個(gè)聲輻射效率作為計(jì)算依據(jù)。（2）渦旋壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)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(nèi) ，會(huì)造成較大的測(cè)量誤差。（3）表面速度法中速度的測(cè)量由振動(dòng)速度傳感器完成，但是振動(dòng)速度傳感器的頻率范圍多為中低級(jí)，用于噪聲測(cè)量時(shí)，會(huì)造成高頻噪聲的信號(hào)失真甚至丟失。（4）表面速度法的建立過(guò)于理想化，外界噪聲的影響會(huì)讓測(cè)量產(chǎn)生很大誤差。因此，研究者利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接建立起渦旋壓縮機(jī)表面振動(dòng)加速度與近聲場(chǎng)噪聲之間的非線性映射關(guān)系，希望能解決以上的問(wèn)題，并獲取更加準(zhǔn)確的噪
聲測(cè)量值。王珍等人也利用自行研制的數(shù)據(jù)采集儀，對(duì)渦旋壓縮機(jī)的振動(dòng)和噪聲進(jìn)行了雙通道的同時(shí)采樣分析，獲得了振動(dòng)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(dòng)平衡可有效降低動(dòng)平衡對(duì)振動(dòng)、噪聲的影響。（2）改進(jìn)渦旋壓縮機(jī)的主要零件材料和結(jié)構(gòu)，使零部件的各階段固有頻率避開壓縮機(jī)的高頻 區(qū)。（3）排氣口德高壓區(qū)振動(dòng)和噪聲較大，改進(jìn)高壓腔的結(jié)構(gòu)，有明顯的減振效果。
（4） 改進(jìn)殼體與上、下蓋的裝配方式，加強(qiáng)連接強(qiáng)度，可有效減少振動(dòng)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(yáng)工業(yè)大學(xué)的王悅利用大型空調(diào)機(jī)組進(jìn)行了壓縮機(jī)的隔振降噪技術(shù)的開發(fā)研究，設(shè)計(jì)了并實(shí)現(xiàn)了渦旋壓縮機(jī)二級(jí)隔振降噪系統(tǒng)。孫定勇重點(diǎn)研究了如何降低冰箱內(nèi)渦旋壓縮機(jī)的氣動(dòng)噪聲，通過(guò)安裝緩沖消音腔，優(yōu)化消聲器等方法有效的降低了氣動(dòng)噪聲。
渦旋壓縮機(jī)的減振降噪依舊是國(guó)內(nèi)外工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的一大難題，如何有效地分析確定壓縮機(jī)的振動(dòng)來(lái)源，如何把理論研究的成果科學(xué)合理的投入到實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中去，現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)越來(lái)越完善，現(xiàn)在的研究分析更傾向于渦旋壓縮機(jī)的虛擬設(shè)計(jì)，相對(duì)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。
渦旋壓縮機(jī)隔振與降噪方法的研究
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
題目名稱：渦旋壓縮機(jī)隔振與降噪方法的研究
所在學(xué)院：
機(jī)械工程學(xué)院
專業(yè)（班級(jí)）：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化134班
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
評(píng)閱人：
院 長(zhǎng) ：
渦旋壓縮機(jī)隔振與降噪方法的研究
指導(dǎo)教師：
評(píng) 閱 人：
完成時(shí)間：
摘 要
渦旋壓縮機(jī)在壓縮機(jī)的發(fā)展歷史上有著很重要的地位，因其具有噪聲低，運(yùn)行穩(wěn)，體積小，容積效率高的顯著特點(diǎn)。如今在研究壓縮機(jī)的隔振與降噪方面越來(lái)越受到重視。
本文結(jié)合了前人對(duì)于渦旋壓縮機(jī)的隔振與降噪的研究成果，利用Matlab和Virtual. Acoustical等相關(guān)軟件進(jìn)行了舉例分析研究。
首先了解渦旋壓縮機(jī)的工作原理與具體結(jié)構(gòu)，了解壓縮機(jī)的噪聲與振動(dòng)來(lái)源。對(duì)于不同的噪聲來(lái)源采用不同的降噪措施，在不影響壓縮機(jī)實(shí)際生產(chǎn)和不改變主要結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行隔振降噪方法的研究。
其次分析具體的隔振降噪案例，利用Matlab軟件對(duì)二級(jí)隔振傳遞函數(shù)以及隔振效率進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真，做出仿真曲線，分析不同參數(shù)對(duì)于隔振系統(tǒng)的影響，更有利于最終參數(shù)值的確定，并計(jì)算得到相應(yīng)的傳遞效率。利用Virtual.Acoustical軟件分析擴(kuò)張室抗性消聲器傳遞損失計(jì)算，并且得到傳遞損失曲線，并且分析不同頻率下對(duì)消聲器消聲效果的影響。最后總結(jié)本次論文研究的成果與意義，利用仿真軟件計(jì)算消聲器的傳遞損失和直觀的了解到隔振系統(tǒng)效果，總結(jié)本次論文收獲，為以后的研究學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
關(guān)鍵字：渦旋壓縮機(jī)；隔振器；消聲器；仿真計(jì)算
Abstract
Scroll compressor in the history of the development of the compressor has a very important position, because of its low noise, stable operation, small size, high efficiency of the distinctive features. And now in the study of compressor vibration and noise reduction more and more attention.
This paper combines the predecessors of the scroll compressor vibration and noise reduction of the research results, the use of Matlab andVirtual.Acoustics and other related software for example analysis and research.
Secondly, the paper analyzes the specific vibration isolation and noise reduction cases, and makes use of Matlab software to simulate the secondary vibration isolation function and vibration isolation efficiency. The simulation curve is analyzed, and the influence of different parameters on the vibration isolation system is analyzed. And the corresponding transfer efficiency is calculated. The transfer loss of the muffler was analyzed by Virtual.Acoustical software, and the transmission loss curve was obtained, and the influence of different frequencies on the muffler effect was analyzed. Finally, the paper summarizes the achievements and significance of this paper, uses the simulation software to calculate the transmission loss of the muffler and intuitively understand the effect of the vibration isolation system, summarize the harvest of this paper, lay the foundation for the future research and study.
Keywords: Scroll compressor；Vibration isolator；silencer ；Simulation calculation
IV
目錄
摘 要 I
Abstract II
1緒論 1
1.1渦旋壓縮機(jī)研究意義與應(yīng)用價(jià)值 1
1.2目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) 1
2渦旋壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲特性分析 3
2.1,渦旋壓縮機(jī)工作原理與基本結(jié)構(gòu) 3
2.2渦旋壓縮機(jī)的主要部件機(jī)構(gòu)。 4
2.3渦旋壓縮機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)與噪聲的主要原因 4
3減振與降噪的方法 6
3.1減振方法 6
3.2隔振方法 6
3.3降噪方法 6
4隔振技術(shù)研究分析 8
4.1隔振原理與定義 8
4.2常用隔振器介紹 8
4.3振動(dòng)基本理論 9
4.3.1單自由度系統(tǒng)有阻尼受迫振動(dòng) 9
4.3.2二自由度系統(tǒng)有阻尼受迫振動(dòng) 9
4.4二級(jí)隔振器振動(dòng)分析 10
4.4.1二級(jí)隔振器的仿真分析 10
4.4.2渦旋壓縮機(jī)二級(jí)隔振系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算 15
5壓縮機(jī)降噪特性分析 17
5.1吸聲機(jī)理 17
5.1.1吸聲材料原理： 17
5.1.2吸聲材料分類 17
5.2消聲器介紹 18
5.2.1消聲器原理： 18
5.2.2管道消聲器主要分類 18
5.3擴(kuò)張室抗性消聲器降噪特性研究 18
總結(jié) 24
參考文獻(xiàn) 25
致謝 26
附錄1 MATLAB代碼 27
附錄2外文翻譯 32
附錄3外文原文 37
渦旋壓縮機(jī)隔振與降噪方法的研究
1緒論
1.1渦旋壓縮機(jī)研究意義與應(yīng)用價(jià)值
理論意義：渦旋壓縮憑借著本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、易損件少、可靠性高的的諸多優(yōu)點(diǎn)成為了當(dāng)今世界最節(jié)能的壓縮機(jī)。而在現(xiàn)今愈來(lái)愈講究高效節(jié)能的大環(huán)境下，高性能的渦旋壓縮機(jī)也更加被廠家所追求。渦旋壓縮機(jī)在完成既定功能時(shí)，必定產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲而造成額外的輸入，為提高渦旋壓縮機(jī)的工作效率，必須深入的了解并有效地改善渦旋壓縮機(jī)的隔振和噪聲，為開發(fā)高性能的渦旋壓縮機(jī)開辟新的途徑。渦旋壓縮機(jī)被譽(yù)為空調(diào)的心臟部件，一個(gè)低噪音的壓縮機(jī)無(wú)疑會(huì)讓一臺(tái)空調(diào)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(jī)的改良不應(yīng)該局限于冰箱空調(diào)等方面，應(yīng)該擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域，向大功率、大氣量的方向發(fā)展。
應(yīng)用價(jià)值：如今因?yàn)槿蜃兣由峡照{(diào)的實(shí)用量快速增長(zhǎng)，優(yōu)質(zhì)性能的渦旋壓縮機(jī)不僅能夠提高空調(diào)的性能，更加能夠提高我們的生活品質(zhì)，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(jí)低噪的渦旋壓縮機(jī)會(huì)給我們帶來(lái)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(xué)的知識(shí)和技能，增強(qiáng)了我們解決實(shí)際問(wèn)題的能力
1.2目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
渦輪壓縮機(jī)最早于1905年由法國(guó)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(guó)ADL．公司首次提出了渦旋氮?dú)鈮嚎s機(jī)的研究報(bào)告，并證明了渦旋壓縮機(jī)所具有其他壓縮機(jī)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，從而渦旋壓縮機(jī)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(diào)渦旋式壓縮機(jī)批量生產(chǎn)的序幕，其后日立公司、三菱電氣、大金、松下、美國(guó)的考普蘭和特靈也開始了渦旋壓縮機(jī)的批量生產(chǎn)。
日立公司于1983年制造出了第一臺(tái)商用空調(diào)渦旋壓縮機(jī)，憑借著其先進(jìn)的技術(shù)和可靠性，日立公司自主研發(fā)的帶內(nèi)部油分離器的高壓腔渦旋式壓縮機(jī)也標(biāo)志著空調(diào)用壓縮機(jī)的新一代革新。日美一向是科研發(fā)展較快的國(guó)家，美國(guó)谷輪公司的最為出名的TWO STEP渦旋式變?nèi)輭嚎s機(jī)是目前全球最佳的變?nèi)菁夹g(shù)方案。眾所周知，東芝是空調(diào)變頻技術(shù)的開創(chuàng)者，而東芝的壓縮機(jī)以其高可靠性，低噪音和實(shí)用壽命長(zhǎng)而聞名于壓縮機(jī)界?，F(xiàn)如今的渦旋壓縮機(jī)依舊存在諸多的缺點(diǎn)，比如漩渦型設(shè)計(jì)工作計(jì)算量十分巨大，加工更加復(fù)雜，而且由于密封件，在隔離高壓與低壓關(guān)鍵部件之間的接觸面積很小并且又處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)在低圧縮比空調(diào)工況以外的其他范圍的推廣。這無(wú)疑是一個(gè)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(jī)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(shè)計(jì)、參數(shù)、設(shè)計(jì)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(jī)技術(shù)等。首先應(yīng)使命編程軟件進(jìn)行渦旋壓縮機(jī)的基本參數(shù)計(jì)算，然后通過(guò)三維工程設(shè)計(jì)軟件Por/Egnineer建立各零部件的實(shí)體模型，根據(jù)渦旋壓縮機(jī)樣機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在虛擬環(huán)境中確定零部件的空間位置，進(jìn)行樣機(jī)的裝配，在ADAMS環(huán)境中建立運(yùn)動(dòng)學(xué)，通過(guò)整機(jī)運(yùn)動(dòng)的仿真，進(jìn)一步分析壓縮機(jī)的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué)。對(duì)渦旋壓縮機(jī)的優(yōu)化改革，減振降噪齊了巨大的作用。
在改革壓縮機(jī)研究過(guò)程中，如何高效準(zhǔn)確的測(cè)量渦旋壓縮機(jī)的噪音來(lái)源、大小以及分布也是重中之重。渦旋壓縮機(jī)噪聲主要包括機(jī)械噪聲、電磁噪聲、空氣噪聲及液體噪聲等。目前的壓縮機(jī)噪聲測(cè)量多數(shù)是位于消聲室的抽驗(yàn)，這種嚴(yán)苛的測(cè)量環(huán)境并不利于大規(guī)模的推廣，也不利于壓縮機(jī)的質(zhì)量檢測(cè)。很多行業(yè)研究者利用振動(dòng)與噪音之間的相關(guān)關(guān)系，通過(guò)對(duì)渦旋壓縮機(jī)的振動(dòng)檢測(cè)來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。例如，表面速度法測(cè)量噪聲，是通過(guò)建立渦旋壓縮機(jī)表面的振動(dòng)速度，聲功率以及聲輻射效率之間的關(guān)系，從而獲得相關(guān)的噪音物理量。聲輻射ODS測(cè)試方法，在工作振型ODS的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，從而獲得渦旋壓縮機(jī)聲輻射工作頻譜圖，了解噪音的分布。
隨著時(shí)代的發(fā)展，渦旋壓縮機(jī)已經(jīng)不能局限于空調(diào)，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(jī)會(huì)適用于更廣的范圍。
2渦旋壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲特性分析
2.1,渦旋壓縮機(jī)工作原理與基本結(jié)構(gòu)
圖2.1渦旋壓縮機(jī)工作原理圖像
渦旋壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)如圖，圖中表明了四個(gè)不同轉(zhuǎn)角時(shí)壓縮機(jī)的工作腔容積狀態(tài)。渦旋壓縮機(jī)在工作時(shí)，靜渦旋盤首先保持不動(dòng)，動(dòng)渦旋盤受限于自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，自身并不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，受主軸驅(qū)動(dòng)力作平面圓周平移運(yùn)動(dòng)。動(dòng)渦旋盤運(yùn)動(dòng)時(shí)，其與靜渦旋盤最外側(cè)的一對(duì)封閉腔逐漸打開，然后氣體進(jìn)入腔內(nèi)，隨著轉(zhuǎn)角的增大氣體量也不斷地增大，直到達(dá)到最大值；主軸的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，開口逐漸關(guān)閉，氣腔的容積開始減少，并吐出少量氣體，最后變成一對(duì)封閉腔，完成吸氣過(guò)程；當(dāng)主軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，封閉腔逐漸內(nèi)移，把腔體內(nèi)的氣體自外向內(nèi)的向渦旋盤中心移動(dòng)，同時(shí)氣腔容積變小，氣體受到壓縮。最后，當(dāng)氣腔與渦旋盤中心孔相通時(shí)，氣體會(huì)從與中心孔相連的排氣孔排出，當(dāng)氣體完全排出后，整個(gè)排氣過(guò)程也相應(yīng)的結(jié)束。這就形成了一次吸氣排氣過(guò)程。
2.2渦旋壓縮機(jī)的主要部件機(jī)構(gòu)。
圖2.2 渦旋壓縮機(jī)主要結(jié)構(gòu)
渦旋壓縮機(jī)的主要如上圖部件：動(dòng)渦旋體、靜渦旋體、十字聯(lián)結(jié)環(huán)、曲軸、機(jī)殼、軸承。動(dòng)、靜兩個(gè)渦旋180°相對(duì)而成，它們通過(guò)幾條直線接觸并形成一系列月牙形容積。動(dòng)渦旋體是靠曲柄軸驅(qū)動(dòng)，繞靜渦旋體平動(dòng)，兩者間的相對(duì)位置是由安裝在動(dòng)渦旋體與固定部件間的十字連接環(huán)來(lái)保證的。
主要部件在工作過(guò)程中的主要作用。
（1）從吸氣管道中導(dǎo)入低壓氣體到渦旋板的周圍，然后在基元容積中被壓縮；
（2）從中心排氣孔把高壓氣體導(dǎo)入到啊排氣腔中，并利用排氣通道來(lái)冷卻電動(dòng)機(jī)，最后與潤(rùn)滑油分離后從排氣管排出；
（3）十字連接環(huán)是上、下兩面有兩對(duì)互相垂直的凸鍵的圓環(huán)，它的作用是防止動(dòng)渦旋體傾斜和自轉(zhuǎn)。背壓腔是用來(lái)是平衡軸向力的。
（4）潤(rùn)滑系統(tǒng)：壓差供油。
2.3渦旋壓縮機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)與噪聲的主要原因
渦旋壓縮經(jīng)常被應(yīng)用于冰箱空調(diào)等制冷機(jī)組，產(chǎn)生的各種噪聲會(huì)影響到設(shè)備的生產(chǎn)效果和人機(jī)關(guān)系。
1氣動(dòng)噪聲
氣動(dòng)噪聲主要是指氣體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所作的運(yùn)動(dòng)振動(dòng)或者單純的氣體流動(dòng)所產(chǎn)生的空氣振動(dòng)。渦旋壓縮機(jī)在工作過(guò)程中，周期性的吸氣和排氣運(yùn)動(dòng)會(huì)引起氣壓波動(dòng)和管道的振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生了氣動(dòng)噪聲。渦旋壓縮機(jī)在工作過(guò)程中也會(huì)因?yàn)闅んw的自身振動(dòng)與制冷氣體產(chǎn)生共振，也會(huì)產(chǎn)生噪聲。氣流中含有的雜質(zhì)也會(huì)引起渦流噪聲，
2 機(jī)械噪聲
旋轉(zhuǎn)慣性力是導(dǎo)致渦旋壓縮機(jī)振動(dòng)并且發(fā)出噪聲的主要原因，一階慣性力通常是利用平衡塊平衡，但是二階慣性力卻難以平衡。所以周期性的不平衡力導(dǎo)致了高頻率的振動(dòng)，尤其是零部件的固有頻率與周期性不平衡力頻率的整數(shù)倍相等時(shí)，甚至導(dǎo)致零部件較為劇烈的共振現(xiàn)象，引發(fā)更大的噪聲。動(dòng)靜渦盤與管道，閥片之間的撞擊也引起較強(qiáng)的機(jī)械噪聲。
3 電磁噪聲
電磁噪聲主要是由于電機(jī)產(chǎn)生的，是因?yàn)槭艿诫姍C(jī)內(nèi)的諧波磁場(chǎng)以及產(chǎn)生的立波輻值、頻率還有磁極數(shù)的影響。普通渦旋壓縮機(jī)的電機(jī)電磁振動(dòng)通常情況在4000HZ以下。電磁噪聲的主要起因有以下幾種：1 槽噪聲是由于定子內(nèi)廓出現(xiàn)氣隙改變引起空氣振動(dòng)；2溝槽諧波噪聲是轉(zhuǎn)子的導(dǎo)體經(jīng)過(guò)定子磁板時(shí)，定子磁板的磁動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)變化而引起噪聲；3感應(yīng)電機(jī)的噪聲主要是由于定子中磁滯伸縮引起的。
3減振與降噪的方法
3.1減振方法
減振是工程中防振動(dòng)危害最主要的手段，主要是分為主動(dòng)減振和被動(dòng)減振。主動(dòng)減振中，減弱消除振動(dòng)源是最常見的方法，這種積極地減振手段能本質(zhì)上消除振動(dòng)。例如在渦旋壓縮機(jī)的減振方面，可以提高平衡精度來(lái)減小不平衡的慣性力，因?yàn)閼T性力是導(dǎo)致壓縮機(jī)振動(dòng)和機(jī)械噪聲的主要原因。但是由于二階平衡力并不是很容易消除，所以可以提高整個(gè)機(jī)構(gòu)的抗振動(dòng)能力，也就是提高機(jī)器各個(gè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度，動(dòng)剛度越大，則表明機(jī)械結(jié)構(gòu)在同等力作用下的振動(dòng)變形量就越小。為了防止共振現(xiàn)象的場(chǎng)所，也可以改變系統(tǒng)的的固有頻率。這些方法主要應(yīng)用于在無(wú)法改變外部環(huán)境時(shí)采用。我們也可以通過(guò)積極改變外界環(huán)境來(lái)減小振動(dòng)，比如讓精密儀器遠(yuǎn)離一些大型設(shè)備和主要共振區(qū)，利用阻尼吸振和動(dòng)力吸振等方法。阻尼吸振主要是利用阻尼吸收振動(dòng)能量，衰減自由振動(dòng)，這在儀器在共振區(qū)時(shí)效果顯著。而動(dòng)力吸振就是在系統(tǒng)外部增加吸振器，這主要是應(yīng)用于一些精密儀器的測(cè)量，穩(wěn)定指針來(lái)提升測(cè)量的精度。
3.2隔振方法
隔振措施也是被動(dòng)減振的一種，隔振手段主要是利用隔振材料來(lái)構(gòu)成隔振器，隔振器安裝方便，隔振效果良好，所以更適用于生產(chǎn)。隔振器主要是能夠有效地降低中高頻率的振動(dòng)，其中彈簧鋼隔振器是最常見一種，方便修改參數(shù)，應(yīng)用范圍廣，但是為了彌補(bǔ)阻尼特性差的缺點(diǎn)，需要增加阻尼措施。橡膠隔振器是由于橡膠是較為理想的彈性材料，形變小，所以也深受大型機(jī)械設(shè)備的青睞。現(xiàn)在在低頻范圍里，隔振器也有用武之地，例如磁力隔振墊這種新型的隔振系統(tǒng)就是能對(duì)高于2HZ的振動(dòng)有良好減振效果。
3.3降噪方法
降噪主要是降低壓縮機(jī)等設(shè)備的噪聲，噪聲是影響產(chǎn)品效果的主要因素，而且傷害人機(jī)關(guān)系?，F(xiàn)在降噪手段主要吸聲和消聲兩個(gè)方面。吸聲主要是利用吸聲材料，常見的纖維吸聲材料不僅適用于大型廠房，也逐漸步入了人們的生活中。在一些大型的戶外工程中大多使用耐腐蝕不易燃的金屬吸聲材料，而且有更好的塑性，能更好的適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。具體的吸聲材料在第五章會(huì)進(jìn)行具體介紹。一般的工程消聲手段是從噪聲源、傳播途徑、末端設(shè)備這幾方面入手。在大型工程中，經(jīng)常會(huì)設(shè)立消聲墻或者消音室來(lái)降低工程中的噪音。消聲室主要是在室內(nèi)全部鋪設(shè)吸聲材料，來(lái)閉合室內(nèi)的自由聲場(chǎng)，消除噪聲的干擾，主要是利用吸聲尖劈的覆蓋和隔聲門達(dá)到隔聲和消聲的目的。在小型的設(shè)備方面，例如渦旋壓縮機(jī)，可以減緩輸入氣體的速度，在輸入端口添加消聲管，消聲管的詳細(xì)內(nèi)容也在第五章具體介紹。
4隔振技術(shù)研究分析
4.1隔振原理與定義
因?yàn)檎駝?dòng)具有傳遞性，所以采用相對(duì)應(yīng)的措施方法來(lái)減少或隔離這種傳遞性來(lái)達(dá)到控制有害振動(dòng)。隔振就是在振動(dòng)源與防隔振物體之間利用隔振器等具有一定裝置的彈性裝置進(jìn)行剛性或者柔性連接，從而達(dá)到減少振動(dòng)傳遞的效果。一般而言隔振方法有主動(dòng)隔振與被動(dòng)隔振兩種。而在隔振系統(tǒng)中，隔振控制有三個(gè)基本因素，其中有隔離物體的質(zhì)量，隔振器的剛度和阻尼。
由于改變渦旋壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所用的成本偏大，而且容易影響壓縮機(jī)的工作效率，所以我從改善壓縮機(jī)的外部條件入手，從隔振與降噪兩個(gè)方面進(jìn)行具體化的研究。在隔振方面，優(yōu)良的隔振器能夠大幅度的改善振動(dòng)效果，降低振動(dòng)頻率。
4.2常用隔振器介紹
1空氣隔振器：利用橡膠氣囊中空氣的膨脹和壓縮而產(chǎn)生的彈性作用來(lái)實(shí)現(xiàn)隔振，隔振效果良好，經(jīng)常用于精密儀器。
2橡膠隔振器：利用廣泛方便，型號(hào)很多，適用于多種儀器。
3黏流體阻尼隔振器：又叫油阻尼器，利用黏流體材料的運(yùn)動(dòng)粘度與隔振對(duì)象不同進(jìn)行選擇。
4圓柱彈簧隔振器：懸掛式圓柱體螺旋彈簧隔振器用于設(shè)備的懸掛隔振和動(dòng)力管道的積極隔振，可用于精密儀器的被動(dòng)隔振或者動(dòng)力設(shè)備的主動(dòng)隔振。
5組合式隔振器：常規(guī)隔振器不能滿足于系統(tǒng)的隔振效果，所以采用彈簧和橡膠組合成組合隔振器。組合隔振器可以采用串聯(lián)或者并聯(lián)。
積極隔振是減少振動(dòng)設(shè)施傳入基礎(chǔ)的擾動(dòng)力，讓振動(dòng)源的振動(dòng)不能傳播到其他地方。消極隔振是指通過(guò)彈性裝置來(lái)減少擾動(dòng)位移，從而不影響設(shè)備整體振動(dòng)。渦旋壓縮機(jī)與地面之間可能是剛性連接，這時(shí)候來(lái)自于渦旋壓縮機(jī)的振動(dòng)擾動(dòng)力直接傳給了地基，而來(lái)自地基的擾動(dòng)力又傳給了各種儀器設(shè)備，這樣大大的提高了振動(dòng)。而采用科學(xué)合理的彈性連接，可減少相應(yīng)的傳遞率，但是也需要注意，不合理的隔振設(shè)計(jì)反而會(huì)畫蛇添足，加劇振動(dòng)，效果適得其反。所以在渦旋壓縮機(jī)的隔振方面，我選擇了二級(jí)隔振的方法。
4.3振動(dòng)基本理論
在此我們分析研究不同自由度的隔振系統(tǒng)有阻尼受迫振動(dòng)，例如單自由度系統(tǒng)、二自由度系統(tǒng)和多自由度系統(tǒng)。
4.3.1單自由度系統(tǒng)有阻尼受迫振動(dòng)
建立單自由度有阻尼系統(tǒng)的振動(dòng)力學(xué)模型如圖4.1，其中m代表質(zhì)量，K代表系統(tǒng)的總剛度，c代表阻尼系數(shù)，F(xiàn)（t）代表作用力，X（t）代表物體的作用力下的位移。
圖4.1單自由度有阻尼系統(tǒng)的振動(dòng)力學(xué)模型
首先建立系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程：
然后得到單自由度系統(tǒng)受阻尼振動(dòng)的微分方程：
最后得到單自由度阻尼振動(dòng)的頻譜函數(shù)：
4.3.2二自由度系統(tǒng)有阻尼受迫振動(dòng)
建立二自由度系統(tǒng)的力學(xué)模型如圖，不受到外力作用，受到力F的作用。
圖4.2二自由度力學(xué)系統(tǒng)
首先建立二自由度的運(yùn)動(dòng)微分方程：
通過(guò)假設(shè)振幅和相位角，從而得到二自由度阻尼受迫振動(dòng)的微分方程：
通過(guò)計(jì)算方程組得到二自由度系統(tǒng)阻尼振動(dòng)的振幅響應(yīng)為：
4.4二級(jí)隔振器振動(dòng)分析
4.4.1二級(jí)隔振器的仿真分析
渦旋壓縮機(jī)在正常的安裝過(guò)程中，動(dòng)渦旋盤繞曲軸旋轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)，由于偏心的作用而產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)慣性力和慣性力矩，這導(dǎo)致了渦旋壓縮機(jī)的振動(dòng)，而采用二級(jí)隔振器的原因，是因?yàn)槎?jí)隔振具有寬帶頻和高隔振系數(shù)的特性，能更好的隔斷穿透力強(qiáng)的較寬頻帶噪聲，并且對(duì)低頻噪聲也有較好的隔離作用。
在積極隔振系統(tǒng)中，振動(dòng)傳遞系數(shù)的定義為
Tf=P/F
其中 P為基礎(chǔ)受到的力，F(xiàn)為振動(dòng)源的擾動(dòng)力
在傳遞系統(tǒng)中，傳遞系數(shù)越小，就表示隔振效果越好，越明顯。二級(jí)隔振系統(tǒng)示意圖如下：
圖4.3二級(jí)隔振器力學(xué)模型
對(duì)中間的M1和渦旋壓縮機(jī)M2的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)方程為
設(shè)：
則振動(dòng)系統(tǒng)的頻響函數(shù)為：
其中：
頻響函數(shù)能夠反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，公式可以表達(dá)為：
放大動(dòng)力因子是表示壓縮機(jī)二級(jí)隔振系統(tǒng)的響應(yīng)傳遞函數(shù)，把動(dòng)力放大因子定義為
利用matlab軟件分析各個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)隔振壓縮機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響
頻率比對(duì)渦旋壓縮機(jī)隔振系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能影響
（1）選取ξ1=0.05，ξ2=0.1,α=0.4、0.8、1.2、1.6、2.0，頻率比對(duì)壓縮機(jī)隔振系統(tǒng)的影響如圖4.5所示，從圖可知，隨著頻率比的不斷增大，隔振系統(tǒng)的隔振效果隨著降低，但是隨著頻率比的不斷增大，這種影響逐漸減小。
圖4.4頻率比對(duì)渦旋壓縮機(jī)隔振系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能影響
（2）阻尼比對(duì)渦旋壓縮機(jī)隔振系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響。
設(shè)定ξ1=0.15，α=1.2，ξ2=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5，得到如圖4.6所示的動(dòng)態(tài)曲線，從圖二中可以看出，系統(tǒng)阻尼比的不斷增大，隔振系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)曲線第一個(gè)峰值開始減小，但是系統(tǒng)中的第二個(gè)峰值卻隨著阻尼比的增大而增大，隔振效果逐漸降低，所以在高頻隔振區(qū)域中，減小阻尼比可以提供隔振效果。
圖4.5阻尼1比對(duì)渦旋壓縮機(jī)隔振系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響
（3）設(shè)定ξ2=0.15，α=1.2，ξ1=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5，得到如圖4.7所示的隔振系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線，從圖可得，在二級(jí)隔振系統(tǒng)中，如果保持下層隔振器的阻尼不變，改變上層隔振器的阻尼，得到的曲線與圖二所示區(qū)別不大，但是在特定數(shù)值中，無(wú)論怎么改變上層阻尼值，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)曲線都基本保持一致。
圖4,6阻尼2比對(duì)渦旋壓縮機(jī)隔振系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響
2、質(zhì)量比對(duì)隔振系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)曲線影響
質(zhì)量比也是渦旋壓縮機(jī)隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，而且質(zhì)量比在隔振系統(tǒng)中更加容易受到控制和實(shí)現(xiàn)，所以有效控制質(zhì)量比是個(gè)簡(jiǎn)單方便的手段。
取值ξ1=0.05，α=1.2，ξ2=0.1，u=0.25、0.5、1、5、10，則質(zhì)量比對(duì)動(dòng)態(tài)曲線的影響如圖4.7所示，在動(dòng)態(tài)特性曲線的第二個(gè)峰值之前，質(zhì)量比的不斷增大，隔振系統(tǒng)的隔振效果也加強(qiáng)，但是在第二峰之后，質(zhì)量比對(duì)隔振效果的影響愈來(lái)愈小，直到基本不產(chǎn)生變化，質(zhì)量比的增大，使系統(tǒng)的第一峰前移并加強(qiáng)隔振效果，在隔振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要保持相對(duì)較大的質(zhì)量比。但是也不能過(guò)大而影響整體結(jié)構(gòu)。
圖4.7 質(zhì)量比對(duì)隔振系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)曲線影響
4.4.2渦旋壓縮機(jī)二級(jí)隔振系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算
為了優(yōu)化和降低計(jì)算難度，將隔振系統(tǒng)視為無(wú)阻尼系統(tǒng)。已知系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程為
通過(guò)計(jì)算的粗隔振系統(tǒng)的固有頻率
其中為單層隔振的固有頻率。
則壓縮機(jī)和質(zhì)量塊的振幅A、B為
其中
它們之間的振幅之比為
通過(guò)計(jì)算，在不考慮系統(tǒng)阻尼的情況下，隔振系統(tǒng)的力傳遞率為
選取數(shù)據(jù)，剛度質(zhì)量比為1.2，壓縮機(jī)質(zhì)量為100kg，u取值0.5，=50kg，比值符合取值大小，上層隔振器采用單層隔振器。，，轉(zhuǎn)速為1440轉(zhuǎn)，，隔振效率達(dá)到了99.5%左右。
5壓縮機(jī)降噪特性分析
5.1吸聲機(jī)理
5.1.1吸聲材料原理：
黏性和一定程度的熱傳導(dǎo)是多孔材料聲波吸收的基本機(jī)理。吸聲材料通常是剛性或者柔性的多孔結(jié)構(gòu)，而且孔隙尺寸非常小，典型的量級(jí)為千分之英寸。因?yàn)槎嗫撞牧蟽?nèi)部擁有大量微小的孔隙，聲波沿著孔隙進(jìn)入材料內(nèi)部后，與材料發(fā)生摩擦把聲能轉(zhuǎn)化為了熱能，從而達(dá)到所謂吸聲的目的。
5.1.2吸聲材料分類
多孔材料現(xiàn)如今主要是指纖維材料和泡沫材料。纖維吸聲材料早期主要是采用有機(jī)纖維，其在中、高頻范圍內(nèi)有優(yōu)良的吸聲效果，但是也存在易燃、易腐的缺點(diǎn)。所以現(xiàn)在逐漸產(chǎn)生了人造無(wú)機(jī)纖維材料，在前者的吸聲性能上又加入了質(zhì)量輕、不易老化、不燃不腐蝕的優(yōu)良特性。石油纖維棉就是其中的一個(gè)佼佼者，不僅不影響吸聲效果，最重要的是無(wú)毒無(wú)害、健康環(huán)保，這使其能廣泛應(yīng)用到聲學(xué)工程中。但是現(xiàn)在在科研人員的努力下，金屬纖維材料出現(xiàn)在諸多領(lǐng)域中，其具有的高強(qiáng)度、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于室外的道路聲屏障，大型機(jī)組隔聲裝置以及體育館等大型戶外設(shè)置的吸聲裝置。
泡沫吸聲材料已經(jīng)涉及到金屬、高分子、復(fù)合型材料。在實(shí)際應(yīng)用中主要還是采用聚氨酯和聚苯乙烯泡沫塑料。國(guó)內(nèi)已經(jīng)通過(guò)無(wú)機(jī)吸聲材料的特性，制得了發(fā)泡聚氨酯和聚苯乙烯無(wú)機(jī)物混合吸聲材料，利用無(wú)機(jī)材料良好的低頻吸聲性能使兩者結(jié)合，進(jìn)一步提高了泡沫材料的綜合吸聲性能。在泡沫金屬材料中，泡沫鋁比較值得關(guān)注，其不止擁有金屬材料的諸多優(yōu)點(diǎn)，并且擁有獨(dú)特良好的水聲吸聲性能，由于這種特性，泡沫鋁吸聲材料能夠良好的運(yùn)用到耐水需求高的軍工等各個(gè)方面。
5.2消聲器介紹
5.2.1消聲器原理：
消聲器是一種能有效阻止噪聲傳遞到管道外但是又不影響氣流的正常通過(guò)。它主要應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的進(jìn)出口管道。一般的消聲器能降低20至40db的噪聲。消聲器很多種類型，主要有以下三種類型：抗性消聲器、阻性消聲器和復(fù)合式消聲器。
5.2.2管道消聲器主要分類
抗性消聲器：抗性消聲器的消聲原理是控制聲抗的大小進(jìn)行消聲。在管道上接截面積突變的管段或者旁接共振腔，通過(guò)聲阻抗的改變，讓某些頻率的聲波在聲阻抗突變的界面發(fā)生反射、干涉、衍射等現(xiàn)象。其中主要形式為干渉型、擴(kuò)張室式、共振腔式等幾種方式。對(duì)于中、低頻率的消聲效果表現(xiàn)良好。所以抗性消聲器具有很多優(yōu)勢(shì)，例如不需要使用吸聲材料，節(jié)約成本，不易腐蝕，能夠適應(yīng)多種工作環(huán)境，對(duì)低頻，窄帶噪聲有良好的效果。
阻性消聲器：抗性消聲器主要是利用吸聲材料來(lái)消除聲音，通過(guò)把吸聲材料固定在通道的內(nèi)壁或者按照一定的規(guī)律在管道內(nèi)有序排列，類似于電學(xué)的電阻，所以稱為阻性消聲器。阻性消聲器主要有片式、直管式、蜂窩式等。對(duì)于中高頻率的的噪聲有著優(yōu)良的消聲特性。
阻抗消聲器：阻抗消聲器就是把阻性消聲原理與抗性消聲原理用過(guò)適當(dāng)?shù)慕M合方式復(fù)合構(gòu)成，相當(dāng)于把阻性與抗性在同一個(gè)頻帶上的消聲值疊加，適用的范圍更廣，但是結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜。
5.3擴(kuò)張室抗性消聲器降噪特性研究
因此，在能夠有效降噪的情況下，選擇結(jié)構(gòu)相對(duì)而言比較簡(jiǎn)單的單室擴(kuò)張室消聲器，并適用Virtual軟件進(jìn)行傳遞損失的仿真計(jì)算。我們主要進(jìn)行的是對(duì)抗性消聲器的聲學(xué)性能的研究。
消聲量有四種度量值。（1）傳遞損失 傳遞損失也被稱為傳聲損失，是消聲器的噪聲能量與消聲出口能量的差值。公式表達(dá)為：
（2）插入損失 插入損失是指在系統(tǒng)外某固定點(diǎn)分別測(cè)量系統(tǒng)中接入消聲器前、后的聲壓級(jí)，兩者只差紀(jì)委插入損失。數(shù)學(xué)表達(dá)式為
（3）末端減噪量 末端減噪量也稱為末端聲壓級(jí)數(shù)或者噪聲降低，指的是消聲器輸入與輸出兩端的聲壓級(jí)差。這是一種相對(duì)而言比較簡(jiǎn)便測(cè)量的方法，只需要測(cè)量消聲器的進(jìn)口端面聲壓級(jí)與出口端面的聲壓級(jí)，兩者之間的差值代表消聲量，公式表達(dá)為：
（4）聲衰減量 聲衰減量是指消聲器內(nèi)軸向聲衰減量，是在聲學(xué)系統(tǒng)中任意兩個(gè)點(diǎn)之間的聲功率級(jí)的降低值，主要反映了聲音沿著消聲器通道的衰減量，用每米衰減的分貝數(shù)表示。
由于數(shù)學(xué)計(jì)算量較大，通過(guò)Virtual軟件建模。建立一個(gè)消聲器模型。
消聲器模型的幾何參數(shù)如下：連接管直徑50mm，長(zhǎng)度500mm；擴(kuò)張管直徑：150mm，長(zhǎng)度：250mm；擴(kuò)張比為9
建模完成后，利用CAD Meshing將模型進(jìn)行四面體網(wǎng)格的劃分這種劃分方式不僅能保持計(jì)算的精度，適應(yīng)性更好，劃分更加的簡(jiǎn)單。然后生成消聲器聲學(xué)有限元網(wǎng)格，如圖5.1所示
圖5.1 消聲管四面體網(wǎng)格劃分
然后定義流體材料，采用默認(rèn)值，并定義流體為空氣，然后通過(guò)定義流體屬性后，得到消聲管的上限頻率，為了保持精度，上限頻率不應(yīng)該超過(guò)1383.4HZ。為了后續(xù)的計(jì)算中，需定義消聲器的入口、出口單元組，其中各種邊界條件只能定義在包絡(luò)網(wǎng)格中，在定義完出入口組之后，再定義出入口的邊界條件。并且需要保證單位振動(dòng)速度邊界條件在當(dāng)前載荷工況中。通過(guò)聲場(chǎng)分布計(jì)算得到消聲器在各個(gè)頻率下的聲壓級(jí)幅值云圖，
圖5.2 350HZ時(shí)消聲器聲壓級(jí)幅值云圖
圖5.3 500HZ時(shí)消聲器聲壓級(jí)幅值云圖
圖5.4 700HZ時(shí)消聲器聲壓級(jí)幅值云圖
在不同的頻率下，消聲器的聲壓級(jí)幅值的變化趨勢(shì)大致一樣，消聲器進(jìn)入口的聲壓級(jí)幅值最大，然后逐漸減小，在擴(kuò)張腔的內(nèi)部時(shí)，逐漸減小到一定數(shù)值，隨著靠近消聲器出口，聲壓級(jí)幅值逐漸變大，但是仍然低于消聲器的進(jìn)口端，可見消聲器能有效地降低聲壓級(jí)幅值。從圖5.1可知，在眾多低頻段中350HZ的聲壓強(qiáng)比值對(duì)大，降噪的效果也就越明顯。而從圖5.3可知，在700HZ頻率下，擴(kuò)張室消聲器的出口端聲壓強(qiáng)與入口端相近，就出現(xiàn)了消聲管不降噪的情況，這就處于消聲管的上限截止頻率，也就是高頻失效。由于聲壓圖過(guò)多，為了更好的表達(dá)聲壓關(guān)系，做出聲壓級(jí)頻率響應(yīng)函數(shù)曲線，如圖5.4所示。
圖5.4聲壓級(jí)頻率響應(yīng)函數(shù)曲線
從圖可知，在低頻范圍內(nèi)，出現(xiàn)了進(jìn)口端聲壓級(jí)遠(yuǎn)小于出口端的聲壓級(jí)，這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明消聲器在低頻段會(huì)出現(xiàn)不但不消聲，甚至放大噪聲的效果，這就是擴(kuò)張室抗性消聲器的的一個(gè)下限截止頻率。
所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和安裝的過(guò)程中，盡量選擇最優(yōu)頻率，有效的避免上下限截止頻率。從而保證消聲管良好的降噪效果。
因?yàn)橐阎暺鞯膫鬟f損失公式，所以利用軟件進(jìn)行數(shù)學(xué)建模計(jì)算，得出如下消聲器的傳遞損失曲線。
圖5.4消聲器傳遞損失曲線
從圖上清楚可知，在低頻中，在350HZ左右頻率下，消聲器的傳遞損失最大，是傳遞損失曲線的一個(gè)峰值，達(dá)到降噪的最好效果。而在700HZ左右的頻率中，卻達(dá)到了一個(gè)谷值，傳遞損失基本為0，所以消聲器不能降噪，所以要注意該段的頻率，避免出現(xiàn)消聲器不消聲的情況。
利用科學(xué)軟件的優(yōu)勢(shì)就是在于能夠直觀有效地看出一些數(shù)學(xué)公式，能夠有效的分析消聲器的傳遞損失，更加的方面快捷。以此為例，在壓縮機(jī)的降噪方面，選取擴(kuò)張室消聲管能夠?qū)μ幱诘皖l的氣動(dòng)噪聲有良好的降噪效果。利用聲學(xué)軟件不僅可以直觀的得出傳遞損失，也能夠在不同的參數(shù)下工作仿真，節(jié)約了大量的時(shí)間，提高了準(zhǔn)確性。
總結(jié)
全文基于Matlab、Virtual.Lab Acoustics等相關(guān)軟件，了解研究了渦旋壓縮機(jī)的隔振與降噪的特性曲線和一些解決方案。
首先就是在查閱各種相關(guān)文獻(xiàn)后，了解了渦旋壓縮機(jī)的工作機(jī)理和相關(guān)特性，尤其是在振動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生上，發(fā)現(xiàn)了渦旋壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)上仍然有改進(jìn)的空間，但是在外部控制噪聲更加的便捷經(jīng)濟(jì)。因此從二級(jí)隔振器和消聲管兩個(gè)方面入手研究了渦旋壓縮機(jī)的隔振與降噪方法。利用Matlab軟件對(duì)于二級(jí)隔振器的隔振效率進(jìn)行了仿真分析，對(duì)比與數(shù)學(xué)的計(jì)算，仿真分析能夠更加簡(jiǎn)單明了的看出各個(gè)物理參數(shù)對(duì)于二級(jí)隔振器隔振效果的影響。利用Virtual.Lab Acoustics軟件主要是對(duì)擴(kuò)張室抗性消聲器的聲學(xué)研究，結(jié)合抗性消聲器的傳遞損失計(jì)算公式，不僅得到了消聲器進(jìn)行管道的聲壓級(jí)幅值對(duì)比圖，還得到了聲壓級(jí)頻率響應(yīng)曲線和傳遞損失曲線，從中能夠直觀的反映出在不同的頻率下，消聲管的傳遞損失大小和消聲效果，并且直觀的了解到消聲器的上下限截止頻率。
相對(duì)于書本上的數(shù)學(xué)公式，仿真軟件能夠進(jìn)一步以圖像的方式直觀反映出一些數(shù)學(xué)特性，對(duì)于本科生而言，這些軟件工具能夠更加方便有效的幫助到我的計(jì)算研究，從中也學(xué)到了很多知識(shí)，給以后的科研或工作留下了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。也感謝指導(dǎo)教師王珍教授對(duì)于論文以及軟件仿真方面的指導(dǎo)與建議，讓我獲益匪淺。
最后，畢業(yè)論文設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，但是仍然存有許多不足，很多實(shí)驗(yàn)性的數(shù)據(jù)不能有效獲得，對(duì)于實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用也存在許多問(wèn)題，希望以后能夠得以解決
參考文獻(xiàn)
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致謝
為期一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)在老師和同學(xué)的幫助和自己的努力下終于完成，在這里感謝王珍老師對(duì)于這篇論文的指導(dǎo)和幫助，在文選題時(shí)根據(jù)我自身的情況作出調(diào)整。在軟件仿真階段，老師也幫助我了解聲學(xué)軟件Vrtual.Acoustics，并給我列舉了很多實(shí)際案例提供參考，并在軟件運(yùn)行學(xué)習(xí)過(guò)程中給了很多建設(shè)性意見，幫助我很好的完成了論文。
同時(shí)也感謝學(xué)院的各位老師和同學(xué)給予我的指導(dǎo)和幫助。
附錄1 MATLAB代碼
%% 第一個(gè)圖
lambda = 0:0.2:10; % 變量參數(shù)
e1=0.05;
e2=0.1;
alpha1=[0.4,0.8,1.2,1.6,2.0];
u=1;
belta1=zeros(length(alpha1),length(lambda));
%A=lambda.^4-(lambda^2)*(alpha^2 + 4*e1*e2*alpha + u +1)+alpha^2;
%B=(lambda^3)*(2*e2*alpha+2*e1*u +2*e1)-lambda*(2*e1*(alpha^2)+ 2*e2*alpha);
%D=alpha^2-4*e1*e2*alpha*(lambda^2);
%E=lambda*(2*e1*(alpha^2)+2*e2*alpha);
%
%H=sqrt((abs(D)^2+abs(E)^2)/(abs(A)^2+abs(B)^2));
%B=20*log10(H);
for i7=1:length(alpha1)
alpha=alpha1(i7);
A=(lambda^4)-(lambda^2)*(alpha^2+4*e1*e2*alpha+u+1)+ alpha^2;
B=(lambda^3)*(2*e2*alpha+2*e1*u+2*e1)-lambda*(2*e1*(alpha^2) +2*e2*alpha);
D=(alpha^2)-4*e1*e2*alpha*(lambda^2);
E=lambda*(2*e1*(alpha^2)+2*e2*alpha);
H=sqrt((abs(D)^2+abs(E)^2)/(abs(A)^2 +abs(B)^2));
belta_te=20*log10(H);
belta1(i7,:)=belta_te;
end
figure(1)
plot(lambda,belta1(1,:),'-r','LineWidth',2.0)
hold on
grid on
plot(lambda,belta1(2,:),'-b','LineWidth',2.0)
plot(lambda,belta1(3,:),'-m','LineWidth',2.0)
plot(lambda,belta1(4,:),'-k','LineWidth',2.0)
plot(lambda,belta1(5,:),'-c','LineWidth',2.0)
%title('輸入,'FontName','Times New Roman','FontSize',12)
xlabel('頻率比的對(duì)數(shù)值','FontName','TimesNewRoman','FontSize',12)
ylabel('動(dòng)力放大因子,'FontName','Times New Roman','FontSize',12)
My_h=legend('\alpha=0.4','\alpha =0.8','\alpha=1.2','\alpha =1.6','\alpha = 2.0',1);
set(My_h,'FontName','Times New Roman','FontSize',12);
hold off
%% 第二個(gè)圖
lambda=0:0.2:10;
e1=0.15;
e22=[0.1,0.2,0.3,0.4,0.5];
alpha=1.2;
u=1;
belta2=zeros(length(e22),length(lambda));
for i7=1:length(e22)
e2=e22(i7);
A=(lambda^4)-(lambda^2)*(alpha^2+4*e1*e2*alpha+u+1)+ alpha^2;
B=(lambda^3)*(2*e2*alpha+2*e1*u+2*e1)-lambda.*(2*e1*(alpha^2) +2*e2*alpha);
D=(alpha^2)-4*e1*e2*alpha*(lambda^2);
E=lambda*(2*e1*(alpha^2)+2*e2*alpha);
H=sqrt((abs(D)^2+abs(E)^2)/(abs(A)^2+abs(B)^2));
belta_te=20*log10(H);
belta2(i7,:)=belta_te;
end
figure(2)
plot(lambda,belta2(1,:),'-r','LineWidth',2.0)
hold on
grid on
plot(lambda,belta2(2,:),'-b','LineWidth',2.0)
plot(lambda,belta2(3,:),'-m','LineWidth',2.0)
plot(lambda,belta2(4,:),'-k','LineWidth',2.0)
plot(lambda,belta2(5,:),'-c','LineWidth',2.0)
%title('自己輸入','FontName','Times New Roman','FontSize',12)
xlabel('頻率比的對(duì)數(shù)值','FontName','Times New Roman','FontSize',12)
ylabel('動(dòng)力放大因子','FontName','Times New Roman','FontSize',12)
My_h=legend('\xi_2=0.1','\xi_2=0.2','\xi_2=0.3','\xi_2 =0.4','\xi_2 = 0.5',1);
set(My_h,'FontName','Times New Roman','FontSize',12);
hold off
%% 第三個(gè)圖
lambda =0:0.2:10;
e12=[0.1,0.2,0.3,0.4,0.5];
e2=0.15;
alpha=1.2;
u=1;
belta3=zeros(length(e12),length(lambda));
for i7=1:length(e12)
e1=e12(i7);
A=(lambda^4)-(lambda^2)*(alpha^2+4*e1*e2*alpha+u+1)+alpha^2;
B=(lambda^3)*(2*e2*alpha+2*e1*u+2*e1)-lambda.*(2*e1*(alpha^2) +2*e2*alpha);
D=(alpha^2)-4*e1*e2*alpha*(lambda^2);
E=lambda*(2*e1*(alpha^2)+2*e2*alpha);
H=sqrt((abs(D)^2+abs(E)^2)/(abs(A)^2+abs(B)^2));
belta_te=20*log10(H);
belta3(i7,:)=belta_te;
end
figure(3)
plot(lambda,belta3(1,:),'-r','LineWidth',2.0)
hold on
grid on
plot(lambda,belta3(2,:),'-b','LineWidth',2.0)
plot(lambda,belta3(3,:),'-m','LineWidth',2.0)
plot(lambda,belta3(4,:),'-k','LineWidth',2.0)
plot(lambda,belta3(5,:),'-c','LineWidth',2.0)
%title('自己輸入’,'FontName','Times New Roman','FontSize',12)
xlabel('頻率比的對(duì)數(shù)值','FontName','Times New Roman','FontSize',12)
ylabel('動(dòng)力放大因子','FontName','Times New Roman','FontSize',12)
My_h=legend('\xi_1=0.1','\xi_1=0.2','\xi_1=0.3','\xi_1 =0.4','\xi_1=0.5',1);
set(My_h,'FontName','Times New Roman','FontSize',12);
hold off
%% 第四個(gè)圖
lambda =0:0.1:10; % 取值0.2時(shí)不平滑，故取值為0.1
e1=0.05;
e2=0.1;
alpha=1.2;
u1=[0.25 , 0.5, 1, 5, 10];
belta1=zeros(length(u1),length(lambda));
for i7=1:length(alpha1)
u= u1(i7);
A=(lambda^4)-(lambda^2)*(alpha^2+4*e1*e2*alpha+u+1)+alpha^2;
B=(lambda^3)*(2*e2*alpha+2*e1*u +2*e1-lambda*(2*e1*(alpha^2) +2*e2*alpha);
D=(alpha^2)-4*e1*e2*alpha*(lambda^2);
E=lambda*(2*e1*(alpha^2)+2*e2*alpha);
H=sqrt((abs(D)^2+abs(E)^2)/(abs(A)^2 +abs(B)^2));
belta_te=20*log10(H);
belta1(i7,:)=belta_te; % 以矩陣的方式保存
end
figure(4)
plot(lambda,belta1(1,:),'-r','LineWidth',2.0)
hold on
grid on
plot(lambda,belta1(2,:),'-b','LineWidth',2.0)
plot(lambda,belta1(3,:),'-m','LineWidth',2.0)
plot(lambda,belta1(4,:),'-k','LineWidth',2.0)
plot(lambda,belta1(5,:),'-c','LineWidth',2.0)
%title('自己輸入','FontName','Times New Roman','FontSize',12)
xlabel('頻率比的對(duì)數(shù)值','FontName','Times New Roman','FontSize',12)
ylabel('動(dòng)力放大因子','FontName','Times New Roman','FontSize',12)
My_h = legend('u=0.25','u=0.5','u=1','u=5','u=10',1);
set(My_h,'FontName','Times New Roman','FontSize',12);
hold off
附錄2外文翻譯
基于信息熵的渦旋壓縮機(jī)的振動(dòng)信號(hào)分析
吳在新，王永為，劉濤
關(guān)鍵字︰ 渦旋壓縮機(jī);信息熵;灰色關(guān)聯(lián)度;故障診斷
摘要. 為了對(duì)渦旋壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行定量描述，在熵理論的基礎(chǔ)上提出了信息熵的缺陷診斷方法。該方法基于時(shí)域中的奇異頻譜熵，頻域中的功率譜熵，時(shí)頻域中的小波功率譜熵和小波空間特征譜熵，來(lái)作為渦旋壓縮機(jī)振動(dòng)狀態(tài)定量特征的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。在不變速度運(yùn)行條件下，進(jìn)行固有頻率的識(shí)別。同時(shí)，渦旋壓縮機(jī)的軸向振動(dòng)，徑向順應(yīng)機(jī)構(gòu)和輕微的液體堵塞對(duì)渦旋壓縮機(jī)的影響是多次分析的。 公開了可
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