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1、不同参数对压缩机壳体噪声辐射的数值分析图文2007年10月噪声与振动控制第5 期文章编号:1006-1355(2007 05-0128-04不同参数对压缩机壳体噪声辐射的数值分析季晓明, 孟晓宏, 金涛121, 2(1. 丽水学院机械工程系, 浙江丽水323000; 2. 浙江大学化工机械研究所, 杭州310027摘要:压缩机的噪声辐射是通过壳体的振动辐射出去, 为了降低压缩机的噪声, 并进一步优化壳体的声学特性, 利用数值模拟方法, 在合理简化模型的基础上, 进行了壳体模态分析。然后, 研究不同的参数(泵体支撑方式, 集中力作用方向, 壳体形状、厚度和阻尼 对壳体噪声辐射的影响, 给出有效降

2、低壳体噪声辐射的方法, 其分析结果给压缩机壳体的设计与优化提供重要的参考依据。关键词:振动与波; 压缩机; 壳体; 噪声辐射; 数值分析中图分类号:TH45; T B535文献标识码:ANum er i ca l Ana lysis of Co m No w ith D i t , M G X 12, 2(1. m L ishui Zhejiang 323000, China;I Zhejiang University, Hangzhou 310027, China comp ress or noise radiated by shell vibrati on . Theref ore, ba

3、sed on the reas onable model, shell modes were extracted and app lied t o numerical si m ulati on method f or noise reducti on of comp ress or and i m p r ove ment of shell acoustic perfor mance . Then, a number of effects were studied, in 2cluding the support method bet w een shell and pump, the di

4、recti on of concentrated force, and the shape and thickness and da mp of shell . Some methods which can reduce the noise radiati on of shell effectively were given out .Key words:vibrati on and wave; comp ress or; shell; noise radiati on; numerical analysis 冰箱压缩机的噪声是衡量压缩机品质的主要指标之一, 而压缩机主要是通过壳体的振动辐射噪

5、声的, 因此研究壳体的振动特性以及噪声辐射具有较大的意义。目前冰箱压缩机壳体降噪的方法主要采用试验研究的方法, 且最常采用的降噪措施为增加壳体的厚度, 归振华1壳体的厚度, 阻尼, 形状, 压缩机泵体与壳体的连接方式以及力的作用方向对壳体噪声辐射的影响。1模态分析1. 1有限元模型利用试验研究的方法研究了两种不本文主要分析不同壳体参数下的噪声辐射, 因此将压缩机的泵体简化为集中质量, 以集中力的形式作用于壳体, 仅建立压缩机壳体及机脚的模型, 几何模型和有限元网格模型如图1所示。边界条件为约束壳体的刚体位移, 载荷为压缩机泵体的重力 。同钢材和厚度壳体的隔声效果, 但是增加厚度会显著增加产品成

6、本且试验的方法具有一定盲目性。李洪亮2从圆柱壳振动理论入手, 将压缩机壳体简化为无限长圆柱壳, 并利用形状系数进行修正, 讨论了壳体不同参数对壳体噪声辐射的影响, 但是对于复杂形状的压缩机壳体分析结果与实际偏差较大。因此, 数值模拟对于分析复杂形状壳体振动特性是一种很有效的方法。本文以某往复式冰箱压缩机的壳体为研究对象, 基于有限元分析方法, 采用ANSYS 软件建立壳体的有限元模型, SYS NO I SE 软件进行声学分析。提取了壳体的振动模态; 然后在模态分析的基础上, 分析了收稿日期:2006212219作者简介:季晓明(1964- , 男, 讲师/工程师, 主要研究方向为CAD /C

7、AE,机械设计。图1壳体的几何模型和网格模型1. 2壳体模态分析为分析壳体的噪声辐射特性, 首先提取了壳体的前10阶固有频率, 见表1所示, 图2为壳体的前8阶固有振型。可以看出, 前四阶固有频率较低, 反映不同参数对压缩机壳体噪声辐射的数值分析支座的刚度, 从第五阶开始反映的是壳体本身的振动特性, 其中第8阶模态为非对称模态。表1壳体前10阶固有频率阶次频率/Hz 阶次频率/Hz11996251124557264037148272248899286352458103 091图3 泵体两种连接方式示意图 4图5两种连接方式壳体的辐射声功率2. 2集中力作用方向的影响图2壳体的前8阶模态示意图不

8、同的作用力方向对壳体的激励不同, 因此研究力的作用方向对壳体的噪声辐射影响很有必要。本文假设有三个方向的力作用于壳体上, 分别为径向力、切向力和轴向力 , 如图6所示。2壳体的噪声辐射分析2. 1泵体支撑方式的影响往复式冰箱压缩机泵体常采用的支撑方式有两种, 即悬挂方式和底部支撑方式, 如图3所示, 两种连接方式的受力情况如图4所示, 悬挂方式下壳体作用力在三个方向具有分量, 而支撑方式下壳体仅受轴向力。图5为两种连接方式下壳体的辐射声功率, 从图可以看出, 在2000Hz 以下两种连接方式的声功率几乎一样, 而在2000Hz -3000Hz 和3500Hz -4500Hz 频率范围内, 底部

9、支撑连接方式下壳体的图6施加在壳体上的三种力图7为壳体在三种力作用下的声功率, 由图可知, 径向力作用下壳体辐射声功率最大, 即径向力最容易激起壳体的振动, 切向力次之, 轴向力引起的壳体辐射声功率最低。由壳体的振型图可以看出, 第5-8阶固有振型为壳体的环向振动, 在径向力作用下很容易激起壳体振动并产生共振, 而切向力和轴向力作用下不容易激起壳体振动。因此压缩机泵体129 噪声辐射明显低于悬挂方式, 因此压缩机泵体采用底部支撑连接方式有利于降低压缩机的辐射噪声 。2007年10月噪声与振动控制第5 期采用悬挂方式时, 受力比较复杂, 三个方向的力同时作用, 因此壳体噪声辐射大; 而压缩机泵体

10、采用底部支撑方式时, 受力简单, 仅受轴向力, 所以壳体辐射声功率小 。图9不同圆角半径下壳体辐射声功率渐降低; 在1500Hz 。因此, 。2. , 本, 分别为:2mm , 3mm , 4mm 。图10为三种壁厚下壳体的固有频率的变化, 由图10可以看出, 前四阶模态频率随着壳体厚度增大而降低, 因为厚度增加后壳体的质量相应的增大。从第五阶固有频率后, 壳体的固有频率随着壳体厚度的增加而增大, 因为壳体增厚后其刚度也相应的增大 。图72. 3系, 而壳体的形状则影响着壳体的固有频率, 压缩机的壳体分上下壳体, 由于下壳体受泵体的限制其形状变动不大, 因此仅考虑上壳体的形状对壳体噪声辐射的影

11、响, 即上壳体的圆角半径, 如图8所示 。图8上壳体示意图不同的圆角半径下壳体的固有频率如表2所示, 可以看出, 壳体的固有频率随着圆角半径的增大而增高, 即壳体的刚度随着圆角半径增大而增大。表2不同圆角半径下壳体固有频率R =1512345678910194. 6445. 2706. 8879. 12273. 02328. 62533. 22601. 52662. 73025. 7R =25197. 0450. 3710. 8883. 72349. 22411. 22612. 62625. 92752. 13055. 5R =35199. 9456. 7715. 4889. 32446. 8

12、2516. 12640. 62730. 02868. 73090. 6R =45203. 6464. 7720. 7896. 32552. 52641. 12682. 42874. 53014. 23137. 2图10不同壁厚下壳体模态比较图11为不同厚度下壳体的辐射声功率, 可以看出, 随着厚度的增大壳体的噪声辐射几乎在整个频率范围内逐渐下降, 因为厚度增加后壳体的刚度增大, 壳体的固有频率也增大, 要激起高固有频率的壳体振动需要更多能量, 因此增加厚度是一种很简单而有效的降噪方法, 且在整个频带范围内都有较好的降噪效果, 但是厚度增加后壳体的制造成本就会相应增加。2. 5壳体阻尼的影响壳体

13、的阻尼对能量的消耗起着至关重要的作用, 本文考虑了三种壳体的结构阻尼, 分别为:C =图9为不同圆角半径下壳体辐射声功率, 可以看出, 随着圆角半径的增大, 在1500-2500Hz 和3000-5000Hz 的频率范围里, 壳体的辐射声功率逐 不同参数对压缩机壳体噪声辐射的数值分析结语在分析壳体固有频率的基础上, 利用有限元和边界元相结合的方法, 研究了不同参数对壳体噪声辐射的影响, 得出以下结论:(1 泵体采用底部支撑的方式与壳体连接时, 壳体的噪声辐射较低, 而采用悬挂方式时壳体的噪声辐射较高;(2 力的作用方向对壳体的噪声辐射有很大的影响, 径向力对壳体的噪声辐射贡献最大, 切向力次之

14、, 而轴向力最小;(3 图11不同壁厚下壳体辐射声功率0、C =0. 01和C =0. 1。图12为三种阻尼下壳体的辐射声功率, 可以看出, 尼的增大, 降低。因此, 体的高频噪声 , 壳体的噪声辐射就越低。, , 壳体的噪声辐射就降低, 对应的峰值也会降低。参考文献:1归振华, 陈熙源. 冰箱压缩机壳体的隔声效果研究J .噪声与振动控制, 1994, (5 :25-30.2李洪亮, 吴成军, 黄协清. 圆柱形压缩机壳体声辐射特性参数研究J .制冷学报, 2002, (4 :5-9.3J. H. Lee, J. Ki m . Sound Trans m issi on Thr ough Cyl

15、in 2drical Shell of Her metic Comp ress ors A .Pr oceedings of the 2000I nternati onal Comp ress or Engineering Confer 2ence at Purdue, 2000. 933-940.4LM S Cor p, SYS NO I SE 5. 5U sersM anual . 2000. 5李洪亮, 吴成军, 黄协清. 无限长FFS 圆柱壳体远场辐射声压的参数研究J .农业工程学报. 2003, 19(3 :41-44.图12不同结构阻尼下壳体辐射声功率(上接第114页综上所述, 采

16、用表面振动速度测量技术, 通过测量内燃机的表面振动, 研究了内燃机表面各主要部件的噪声辐射特性和它们对内燃机总噪声的贡献量, 指出了为降低内燃机整机噪声辐射水平而应采取的相应措施。试验结果与实际测量结果之间存在较高的一致性, 说明了表面振动速度法可以较好的应用于内燃机表面噪声源的识别研究中。参考文献:1Donald E Baxa . Noise Contr ol in I nternal Combusti on En 2ginesM.US:John W iley &s ons I nc . 1982.2刘月辉, 郝志勇, 等. 车用内燃机表面辐射噪声的研究J .汽车工程, 2002, 24(3 :213-216.3岳东鹏, 郝志勇, 等. 内燃机表面辐射噪声源识别的研究J .汽车工程. 2004, 26(5 :613-615, 618.4张俊红, 郭军华, 等. 内燃机噪声源识别的研究J .拖拉机与农用运输车. 2004(5 :12-13, 17.5徐林玉, 杨云, 赵骞. 汽车整车噪声源分析及降噪措施研究J .天津汽车. 2003(2 :19-20.1 31