考虑声—固—热耦合影响的盘式可调速永磁联轴器降噪研究

发布时间：2017-05-14 01:09

  本文关键词：考虑声—固—热耦合影响的盘式可调速永磁联轴器降噪研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：永磁联轴器(Permanent Magnetic Coupling,PMC)是一种新型磁力驱动联轴器,以其可实现非接触式动力传递、调节气隙无级变速、节能、安装及操作方便等突出优势,近年来发展迅速并广泛应用于化工、石油、海洋、航天航空等工业领域中,尤其在化工等过程工业的流体输送操作中,采用可变速永磁联轴器不仅能实现非接触传动,还可同时在线无级变速,比传统的管路阀门调速技术可大幅度节能。永磁联轴器运行时高速旋转会产生强烈的气动噪声,目前工业中采用的降噪措施多是用隔声罩来隔绝永磁联轴器向外辐射噪声,但是隔声罩降噪的同时会使永磁体由于电磁感应产生的大量热量难以逸散,使永磁体温度过高,甚至导致永磁体永久退磁使传动效率大幅降低。目前对大型永磁联轴器(300kW以上),多采用强制水冷或油冷散热,不仅结构复杂、制造成本和操作运行成本高,而且需要配套冷却水／油循环系统,易造成能源浪费与污染。目前人们对永磁联轴器的气动噪声来源及有效降噪和高效散热等问题的研究还不充分,针对如何保证永磁联轴器在有效降噪的同时强化传热使温升不影响机器性能这个亟待解决的难点问题,以应用广泛的盘式永磁联轴器为例,采用理论分析结合数值模拟的方法研究其噪声产生机理及考虑声-固-热耦合影响的降噪散热方法,对充分发挥永磁联轴器的优势、更广泛的推广应用以及提升我国制造业的总体技术水平有重要的理论意义和工程应用价值。以盘式可调速永磁联轴器为研究对象,考虑流体流速、温度、固体边界三个变量以及声-固-热耦合影响,建立了考虑声-固-热耦合的流动控制方程、气动声学方程、局部隔声罩插入损失方程以及考虑声-固-热耦合的模态方程,可用于计算永磁联轴器的流场和声场。通过考虑声-固-热的流动控制方程考虑了流体流速、流体压力以及温度等变量的影响,通过气动声学方程考虑了固体边界对流体流动的影响,通过考虑声-固-热耦合的模态方程考虑了声-固-热耦合对永磁联轴器模态频率和模态振型的影响。基于考虑声-固-热耦合的流动控制方程,考虑转速作为变量,对永磁联轴器的流场进行数值模拟,得到了永磁联轴器流场压力分布、涡流分布以及涡流密度,以及涡流密度随转速的变化规律；基于气动声学方程,考虑流体压力及固体边界两个变量,对永磁联轴器的声场进行数值模拟,得到了使用隔声罩后各监测点的噪声特性,并与使用隔声罩前的噪声源特性进行对比,得到了使用隔声罩后的降噪幅值。考虑隔声罩对永磁联轴器温度场的影响,分析了固体边界及固体边界材料对永磁联轴器温度场的影响规律。基于建立的考虑声-固-热耦合影响的气动声学模型,对永磁联轴器降噪散热进行了多目标动态优化。以声辐射效率、声传递损失、温升为优化目标,以永磁联轴器隔声罩的结构(形状、板厚)和材料为设计变量,对永磁联轴器的降噪散热进行多目标优化。通过增加板厚降低了隔声罩的声辐射效率；通过改变永磁联轴器隔声罩的结构优化了流体通道结构,提高了隔声罩的传热系数；通过使用开孔泡沫铝作为隔声罩材料提高了隔声罩的导热系数；通过增加加强筋提高了永磁联轴器及隔声罩的固有频率,在不引起共振的范围内提高了隔声罩的传热系数。
【关键词】：永磁联轴器 降噪 隔声罩 声-固-热耦合 散热 多目标动态优化
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.4
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 论文中符号说明14-16
• 第1章 绪论16-28
• 1.1 课题的背景和意义16-17
• 1.2 永磁联轴器及其传动技术的国内外研究现状17-19
• 1.2.1 永磁联轴器研究现状17-18
• 1.2.2 永磁联轴器磁场、温度场与声场研究现状18-19
• 1.3 旋转机械气动噪声国内外研究现状19-25
• 1.3.1 旋转机械气动噪声研究方法19-23
• 1.3.2 旋转机械计算气动声学研究现状23-25
• 1.4 论文的主要内容25-28
• 第2章 考虑声-固-热耦合影响的永磁联轴器气动声学模型研究28-40
• 2.1 流动控制方程28-31
• 2.1.1 质量守恒方程28-29
• 2.1.2 动量守恒方程29-30
• 2.1.3 能量守恒方程30-31
• 2.1.4 考虑声-固-热耦合的流动控制方程31
• 2.2 气动声学方程31-38
• 2.2.1 Lighthill波动方程31-33
• 2.2.2 FW-H声学类比方程33-34
• 2.2.3 隔声罩插入损失方程34-38
• 2.3 考虑声-固-热耦合影响的永磁联轴器模态方程38-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第3章 考虑声-固-热耦合的永磁联轴器气动噪声数值模拟分析40-60
• 3.1 永磁联轴器流场和声场模型的计算域和边界条件40-43
• 3.1.1 永磁联轴器流场和声场模型的计算域40-42
• 3.1.2 永磁联轴器流场和声场模型的边界条件42-43
• 3.2 永磁联轴器流场特性数值模拟研究43-47
• 3.2.1 永磁联轴器流场数值模拟与收敛性检验43-45
• 3.2.2 转速对永磁联轴器流场影响分析45-47
• 3.3 永磁联轴器声场特性数值模拟研究47-52
• 3.3.1 永磁联轴器声场数值模拟监测点分布47-48
• 3.3.2 永磁联轴器噪声源频谱特性分析48-52
• 3.4 隔声罩对永磁联轴器声场影响研究52-55
• 3.4.1 带隔声罩的永磁联轴器声场数值模拟52-54
• 3.4.2 带隔声罩的永磁联轴器声场特性分析54-55
• 3.5 隔声罩对永磁联轴器温度场影响研究55-58
• 3.5.1 隔声罩结构对永磁联轴器温度场的影响55-57
• 3.5.2 隔声罩材料对永磁联轴器温度场的影响57-58
• 3.6 本章小结58-60
• 第4章 考虑声-固-热耦合影响的永磁联轴器降噪散热多目标动态优化60-81
• 4.1 考虑声-固-热耦合影响的永磁联轴器降噪散热多目标动态优化数学模型60-63
• 4.1.1 目标函数的确定60-61
• 4.1.2 优化变量的确定61
• 4.1.3 约束条件的确定61-63
• 4.2 隔声罩罩板声辐射效率影响因素研究63-68
• 4.2.1 声辐射效率分析63-66
• 4.2.2 固体边界对声辐射效率的影响66-68
• 4.3 流体流速、温度对永磁联轴器隔声罩声传递损失的影响68-72
• 4.3.1 流体流速对声传递损失的影响69-71
• 4.3.2 温度对声传递损失的影响71-72
• 4.4 考虑声-固-热耦合影响的永磁联轴器隔声罩的模态分析及优化72-80
• 4.4.1 永磁联轴器隔声罩模态分析72-73
• 4.4.2 永磁联轴器隔声罩的声-固-热耦合模态分析73-74
• 4.4.3 考虑声-固-热耦合后永磁联轴器隔声罩结构优化74-79
• 4.4.4 永磁联轴器隔声罩结构优化后温升验证79-80
• 4.5 本章小结80-81
• 第5章 总结与展望81-84
• 5.1 本文总结81-82
• 5.2 研究展望82-84
• 参考文献84-92
• 致谢92-93
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况93-94
• 附件94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 赵韩,陶骏,杜世俊,田杰,杨文胜;稀土永磁传动机构的转矩计算及特性分析[J];机械传动;1999年03期

  本文关键词：考虑声—固—热耦合影响的盘式可调速永磁联轴器降噪研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：363999