離心風機是維持艦船正常工作的常用設(shè)備之一,現(xiàn)階段對風機的研究以性能、空氣噪聲和機身振動為主,而對于軍用艦船,結(jié)構(gòu)振動(主要指機腳振動加速度)特性也是備受關(guān)注的重要研究內(nèi)容。隨著動平衡工藝的發(fā)展和眾多消聲隔振措施的日趨成熟,從振動噪聲產(chǎn)生的源頭即氣體流動產(chǎn)生的非定常壓力脈動出發(fā),研究風機運行工況與結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對振動噪聲的影響已經(jīng)成為風機減振降噪的重要途徑。氣體流動與蝸舌、蝸殼之間相互作用所產(chǎn)生的葉頻壓力脈動是風機振動主要的激勵源,所以研究蝸舌參數(shù)和葉輪葉片數(shù)對風機內(nèi)氣體壓力脈動特性,尤其是對葉頻振動的影響對離心風機的減振降噪具有重大意義。本文以4751Q42-3離心風機為原型搭建振動解耦試驗臺,本試驗臺蝸殼與葉輪、電機物理分離,研究運行工況及蝸舌兩參數(shù)融合變化對離心風機各部件振動影響的大小及變化規(guī)律。蝸舌參數(shù)正交分布,將影響振動的兩個參數(shù)耦合到一個結(jié)構(gòu)上,從單參數(shù)出發(fā)拓展到雙參數(shù)融合的疊加效果進行分析。采用仿真計算的方法研究了風機內(nèi)氣體葉頻壓力脈動分布特性和壓力脈動誘發(fā)風機振動的計算方法,為離心風機的低噪聲設(shè)計提供試驗和理論依據(jù)。主要研究內(nèi)容及成果如下:通過定常計算和性能試驗得到了本型風機的性能變化特性。綜合非定常數(shù)值計算與變工況性能、振動噪聲及壓力脈動試驗結(jié)果,發(fā)現(xiàn)離心風機存在一個最佳運行工況,在額定工況附近,偏離此狀態(tài)風機的葉頻壓力脈動、振動與噪聲均會增加,在小流量工況變化更顯著。蝸舌部位和葉輪進口輪轂側(cè)的葉頻壓力脈動幅值最大,是氣動激勵的主要作用區(qū)域。驗證了振動-流量、振動-轉(zhuǎn)速經(jīng)驗公式;綜合性能與壓力脈動變化趨勢,葉輪葉片數(shù)取13較為有利。構(gòu)建了離心風機振動試驗臺的三維實體模型,計算各模塊子部件的模態(tài),通過ANSYS的瞬態(tài)動力學模塊采用模態(tài)疊加法對分離式離心風機試驗臺進行振動響應(yīng)計算,將響應(yīng)點的葉頻加速度計算幅值與試驗結(jié)果進行對比,驗證了該計算方法的可行性,可用于葉頻振動加速度的預估。研究了不同蝸舌安裝間距、傾斜蝸舌形式、蝸舌傾角及間距和傾角的參數(shù)融合對離心風機各部件振動影響的大小和規(guī)律。結(jié)果表明,保持蝸舌半徑不變的傾斜方式更有利于降低振動;蝸舌安裝間距和蝸舌傾角單參數(shù)增大時,蝸殼模塊的葉頻振動先減小后增加,蝸舌區(qū)域的葉頻幅值變化最顯著;增加蝸舌安裝間距的減振效果強于傾斜蝸舌,但在小安裝間距下增加蝸舌傾斜措施可以達到大安裝間距的減振效果,特定安裝間距條件下存在最優(yōu)傾斜角度,大安裝間距下蝸舌傾角變化對風機葉頻振動的影響更敏感。綜合兩種蝸舌參數(shù)的最優(yōu)蝸舌在蝸舌區(qū)域葉頻幅值降低12.8dB。
【學位單位】：中國艦船研究院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：U674.7
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的與意義
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 離心風機流場仿真研究現(xiàn)狀
        1.3.2 離心風機結(jié)構(gòu)減振降噪研究
        1.3.3 離心風機噪聲與振動預測方法
        1.3.4 小結(jié)
    1.4 論文主要研究內(nèi)容
第二章 數(shù)值計算方法與風機振動試驗裝置
    2.1 計算流體力學基礎(chǔ)
        2.1.1 流體力學控制方程
        2.1.2 湍流模型
        2.1.3 邊界條件
        2.1.4 離散方法
        2.1.5 壓力速度耦合算法
    2.2 離心風機內(nèi)流場數(shù)值仿真計算
        2.2.1 計算模型
        2.2.2 網(wǎng)格劃分
    2.3 離心風機振動試驗裝置
        2.3.1 振動解耦試驗平臺
        2.3.2 試驗儀器
        2.3.3 試驗內(nèi)容
    2.4 本章小結(jié)
第三章 運行工況及葉片數(shù)對風機振動特性影響研究
    3.1 離心風機性能分析
        3.1.1 離心風機性能計算
        3.1.2 離心風機性能試驗
    3.2 運行工況對風機內(nèi)非定常壓強的影響
        3.2.1 風機蝸室內(nèi)的非定常壓強
        3.2.2 葉輪流道內(nèi)的非定常壓強分布
        3.2.3 壓力脈動計算方法可行性分析
    3.3 運行工況對離心風機振動影響的試驗研究
        3.3.1 流量變化對振動的影響
        3.3.2 流量與轉(zhuǎn)速振動經(jīng)驗公式試驗驗證
    3.4 葉片數(shù)對風機流場的影響
        3.4.1 葉片數(shù)對風機性能的影響
        3.4.2 葉片數(shù)的變化對蝸室內(nèi)非定常壓強的影響
        3.4.3 葉片數(shù)的變化對葉輪內(nèi)壓強脈動的影響
    3.5 本章小結(jié)
第四章 離心風機結(jié)構(gòu)振動計算方法研究
    4.1 離心風機模態(tài)計算分析
        4.1.1 模態(tài)分析的理論基礎(chǔ)
        4.1.2 離心風機建模
        4.1.3 結(jié)構(gòu)網(wǎng)格離散及邊界條件設(shè)置
        4.1.4 模態(tài)分析結(jié)果
    4.2 瞬態(tài)動力學計算分析
        4.2.1 瞬態(tài)響應(yīng)分析基礎(chǔ)
        4.2.2 結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)計算
    4.3 結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)信號處理
    4.4 計算方法可行性分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 蝸舌參數(shù)對風機振動噪聲影響試驗研究
    5.1 蝸舌安裝間距對離心風機振動的影響
        5.1.1 蝸舌安裝方式
        5.1.2 安裝間距對蝸殼振動的影響
        5.1.3 安裝間距對支架與電機機腳振動的影響
        5.1.4 安裝間距對葉頻噪聲的影響
    5.2 傾斜蝸舌形式對離心風機振動的影響
    5.3 蝸舌傾角對離心風機振動的影響
        5.3.1 蝸舌傾角對蝸殼振動的影響
        5.3.2 蝸舌傾角對支架與電機機腳振動的影響
        5.3.3 蝸舌傾角對葉頻噪聲的影響
    5.4 蝸舌間隙及蝸舌傾角的參數(shù)融合
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 論文工作總結(jié)
    6.2 論文創(chuàng)新點
    6.3 工作展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間所發(fā)表的學術(shù)論文
已獲得專利證書
致謝

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本文編號：2859798