冰箱压缩机振动噪声特性的理论与试验研究

论文摘要

压缩机是冰箱随着时代发展和人民生活水平的提高,对冰箱等家用电器的噪声限制要求越来越高。压缩机是冰箱的的重要组成设备和主要噪声源,降低冰箱噪声对改善人们工作、生活环境具有很重要的意义。曲轴-连杆-活塞运动系统的往复运动产生的不平衡力及力矩是产生压缩机振动和机械噪声的重要原因之一。之前有关往复式压缩机壳体振动辐射噪声问题的研究,主要集中于不同壳体参数、泵体连接方式及润滑油的存在对壳体固有频率的影响或采用压缩机动力学理论计算优化曲轴-连杆-活塞系统结构参数,以降低机械激励。有限元等数值模拟方法在压缩机振动响应和壳体辐射噪声预测中的应用尚不多见,仅采用过有限元方法分析双转子压缩机壳体在机械激励下的振动响应,而有关往复式压缩机的壳体振动响应及噪声辐射的数值模拟未见诸报道。本文结合恩布拉科压缩机制造公司的“冰箱压缩机振动噪声特性研究”课题,在理论分析和总结前人研究经验的基础上,以某型冰箱往复式压缩机为平台,采用仿真分析与试验研究相结合的方法,开展针对冰箱往复式压缩机振动与噪声预测的仿真分析与试验研究。首先,在分析冰箱往复式压缩机的噪声源识别和传递路径的基础上,针对正常压缩机及去除气动元件的压缩机分别进行了振动噪声测试,对比两种情形下的振动、噪声频谱及声功率测试结果,分析确定了在稳定制冷工况时存在的两个较大噪声峰值的主要来源。其次,利用声学软件对吸气消声器内腔作流体有限元分析,得到了R600a工质的声能传递损失;利用声模态方法研究了消声低谷产生的原因;比较了R134a、R600a两种工质的传递损失。再次,对曲轴-连杆-活塞机构运动不平衡引起的压缩机振动进行了有限元结构谐响应分析,得到压缩机泵体、壳体表面振速分布;研究了气体力导致的倾覆力矩对压缩机泵体振动的影响;将激励力振动响应的分析结果导入边界元软件进行声辐射仿真。最后,设计试验测量压缩机拆除气动元件后的泵体、壳体振动与声功率,将测量的振速、声功率数据与振动、声辐射仿真结果进行比较,验证了曲轴-连杆-活塞机构是压缩机低频振动的主要激励来源,曲轴-连杆-活塞机构不平衡力和力矩振动响应分析值的精度可以满足工程开发的要求。声辐射仿真结果为预测机械噪声大小及来源提供一定的参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 压缩机噪声分析及控制方法
• 1.2.1 冰箱往复式压缩机产生的噪声
• 1.2.2 压缩机噪声的传递路径
• 1.2.3 压缩机噪声控制技术和方法
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 冰箱往复式压缩机振动与噪声试验研究
• 2.1 压缩机辐射噪声测试试验
• 2.1.1 试验压缩机运转台
• 2.1.2 试验压缩机稳定运行工况调节
• 2.1.3 压缩机稳定制冷工况下的辐射噪声测试计算
• 2.1.4 压缩机拆除气动元件的辐射噪声测试计算
• 2.2 压缩机振动测试试验
• 2.2.1 压缩机包含气动循环过程的壳体振动测试
• 2.2.2 压缩机拆除气动元件的壳体振动测试
• 2.3 本章结论
• 第三章 消声器分析方法及传递损失仿真分析
• 3.1 消声器原理及分析
• 3.1.1 消声器的分类及作用原理
• 3.1.2 消声器性能判断依据
• 3.1.3 吸气消声器的设计原则
• 3.1.4 消声器消声能力的数值模拟方法
• 3.2 消声器传递损失的仿真分析
• 3.2.1 消声器内腔流体有限元建模
• 3.2.2 传递损失仿真计算步骤
• 3.2.3 吸气消声器声学模态分析
• 3.2.4 吸气消声器对不同工质的传递损失仿真
• 3.3 本章结论
• 第四章 压缩机振动与噪声的数值分析
• 4.1 往复式压缩机动力学计算
• 4.1.1 曲柄-连杆-活塞机构的运动关系
• 4.1.2 时域激励力和激励力矩
• 4.1.3 频域激励力和激励力矩
• 4.2 压缩机的动力学建模
• 4.2.1 压缩机泵体有限元建模
• 4.2.2 壳体有限元建模
• 4.2.3 模型连接部分建模
• 4.3 压缩机振动与噪声的仿真计算
• 4.3.1 壳体结构模态分析
• 4.3.2 压缩机振动响应分析
• 4.3.3 压缩机声辐射仿真分析
• 4.4 本章结论
• 第五章 振动与噪声仿真分析的试验验证
• 5.1 振动仿真与测量数据比较
• 5.1.1 泵体振动仿真与测量数据比较
• 5.1.2 壳体振动仿真与测量数据比较
• 5.2 声辐射仿真与测量数据对比
• 5.3 本章结论
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要研究工作
• 6.2 研究结论
• 6.3 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间完成的学术论文
• 攻读硕士期间参与科研情况