运行工况及蜗舌参数对离心风机振动影响的研究

发布时间：2020-10-28 07:43

　　 离心风机是维持舰船正常工作的常用设备之一,现阶段对风机的研究以性能、空气噪声和机身振动为主,而对于军用舰船,结构振动(主要指机脚振动加速度)特性也是备受关注的重要研究内容。随着动平衡工艺的发展和众多消声隔振措施的日趋成熟,从振动噪声产生的源头即气体流动产生的非定常压力脉动出发,研究风机运行工况与结构参数变化对振动噪声的影响已经成为风机减振降噪的重要途径。气体流动与蜗舌、蜗壳之间相互作用所产生的叶频压力脉动是风机振动主要的激励源,所以研究蜗舌参数和叶轮叶片数对风机内气体压力脉动特性,尤其是对叶频振动的影响对离心风机的减振降噪具有重大意义。本文以4751Q42-3离心风机为原型搭建振动解耦试验台,本试验台蜗壳与叶轮、电机物理分离,研究运行工况及蜗舌两参数融合变化对离心风机各部件振动影响的大小及变化规律。蜗舌参数正交分布,将影响振动的两个参数耦合到一个结构上,从单参数出发拓展到双参数融合的叠加效果进行分析。采用仿真计算的方法研究了风机内气体叶频压力脉动分布特性和压力脉动诱发风机振动的计算方法,为离心风机的低噪声设计提供试验和理论依据。主要研究内容及成果如下:通过定常计算和性能试验得到了本型风机的性能变化特性。综合非定常数值计算与变工况性能、振动噪声及压力脉动试验结果,发现离心风机存在一个最佳运行工况,在额定工况附近,偏离此状态风机的叶频压力脉动、振动与噪声均会增加,在小流量工况变化更显著。蜗舌部位和叶轮进口轮毂侧的叶频压力脉动幅值最大,是气动激励的主要作用区域。验证了振动-流量、振动-转速经验公式;综合性能与压力脉动变化趋势,叶轮叶片数取13较为有利。构建了离心风机振动试验台的三维实体模型,计算各模块子部件的模态,通过ANSYS的瞬态动力学模块采用模态叠加法对分离式离心风机试验台进行振动响应计算,将响应点的叶频加速度计算幅值与试验结果进行对比,验证了该计算方法的可行性,可用于叶频振动加速度的预估。研究了不同蜗舌安装间距、倾斜蜗舌形式、蜗舌倾角及间距和倾角的参数融合对离心风机各部件振动影响的大小和规律。结果表明,保持蜗舌半径不变的倾斜方式更有利于降低振动;蜗舌安装间距和蜗舌倾角单参数增大时,蜗壳模块的叶频振动先减小后增加,蜗舌区域的叶频幅值变化最显著;增加蜗舌安装间距的减振效果强于倾斜蜗舌,但在小安装间距下增加蜗舌倾斜措施可以达到大安装间距的减振效果,特定安装间距条件下存在最优倾斜角度,大安装间距下蜗舌倾角变化对风机叶频振动的影响更敏感。综合两种蜗舌参数的最优蜗舌在蜗舌区域叶频幅值降低12.8dB。
【学位单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：U674.7
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的与意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 离心风机流场仿真研究现状
        1.3.2 离心风机结构减振降噪研究
        1.3.3 离心风机噪声与振动预测方法
        1.3.4 小结
    1.4 论文主要研究内容
第二章 数值计算方法与风机振动试验装置
    2.1 计算流体力学基础
        2.1.1 流体力学控制方程
        2.1.2 湍流模型
        2.1.3 边界条件
        2.1.4 离散方法
        2.1.5 压力速度耦合算法
    2.2 离心风机内流场数值仿真计算
        2.2.1 计算模型
        2.2.2 网格划分
    2.3 离心风机振动试验装置
        2.3.1 振动解耦试验平台
        2.3.2 试验仪器
        2.3.3 试验内容
    2.4 本章小结
第三章 运行工况及叶片数对风机振动特性影响研究
    3.1 离心风机性能分析
        3.1.1 离心风机性能计算
        3.1.2 离心风机性能试验
    3.2 运行工况对风机内非定常压强的影响
        3.2.1 风机蜗室内的非定常压强
        3.2.2 叶轮流道内的非定常压强分布
        3.2.3 压力脉动计算方法可行性分析
    3.3 运行工况对离心风机振动影响的试验研究
        3.3.1 流量变化对振动的影响
        3.3.2 流量与转速振动经验公式试验验证
    3.4 叶片数对风机流场的影响
        3.4.1 叶片数对风机性能的影响
        3.4.2 叶片数的变化对蜗室内非定常压强的影响
        3.4.3 叶片数的变化对叶轮内压强脉动的影响
    3.5 本章小结
第四章 离心风机结构振动计算方法研究
    4.1 离心风机模态计算分析
        4.1.1 模态分析的理论基础
        4.1.2 离心风机建模
        4.1.3 结构网格离散及边界条件设置
        4.1.4 模态分析结果
    4.2 瞬态动力学计算分析
        4.2.1 瞬态响应分析基础
        4.2.2 结构振动响应计算
    4.3 结构振动响应信号处理
    4.4 计算方法可行性分析
    4.5 本章小结
第五章 蜗舌参数对风机振动噪声影响试验研究
    5.1 蜗舌安装间距对离心风机振动的影响
        5.1.1 蜗舌安装方式
        5.1.2 安装间距对蜗壳振动的影响
        5.1.3 安装间距对支架与电机机脚振动的影响
        5.1.4 安装间距对叶频噪声的影响
    5.2 倾斜蜗舌形式对离心风机振动的影响
    5.3 蜗舌倾角对离心风机振动的影响
        5.3.1 蜗舌倾角对蜗壳振动的影响
        5.3.2 蜗舌倾角对支架与电机机脚振动的影响
        5.3.3 蜗舌倾角对叶频噪声的影响
    5.4 蜗舌间隙及蜗舌倾角的参数融合
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 论文创新点
    6.3 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
已获得专利证书
致谢

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本文编号：2859798