壓縮機(jī)消聲器的聲學(xué)性能仿真分析及改進(jìn)

壓縮機(jī)消聲器的聲學(xué)性能仿真分析及改進(jìn)壓縮機(jī)消聲器的聲學(xué)性能仿真分析及改進(jìn)

論文聯(lián)盟*編輯。壓縮機(jī)消聲器的聲學(xué)性能仿真分析及改進(jìn)

壓縮機(jī)消聲器的聲學(xué)性能仿真分析及改進(jìn)

d.

Keywords:pressor;dischargemuffler;acousticperformance;SYSNOISE

收稿日期:2024-08-20修回日期:2024-09-01

簡(jiǎn)介:楊勝梅(1972),女,江蘇無錫人,碩士討論生,討論方向?yàn)檎駝?dòng)噪聲掌握,(E-mail)shengmEI.yang@jci.

0引言

某型號(hào)大冷量壓縮機(jī)組(以下簡(jiǎn)稱機(jī)組)的50Hz消聲器是對(duì)其60Hz消聲器結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改得到的,消聲性能較好,故對(duì)該型號(hào)小冷量機(jī)組的60Hz消聲器結(jié)構(gòu)稍作修改,得到50Hz消聲器.然而,測(cè)試結(jié)果卻表明該小冷量機(jī)組在50Hz電源下運(yùn)行時(shí),在主消頻帶上直接采納60Hz消聲器消聲性能反而更好.因此,應(yīng)用SYSNOISE創(chuàng)建消聲器的聲學(xué)模型并結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析此問題.

1聲學(xué)仿真分析模型

1.1聲波分解理論

通常用如下指標(biāo)評(píng)價(jià)消聲器性能.(1)聲級(jí)差(LevelDifference,LD):指安裝消聲器前后在某個(gè)固定點(diǎn)測(cè)試得到的聲壓級(jí)差.很簡(jiǎn)單通過測(cè)試得到LD,但對(duì)消聲器初期設(shè)計(jì)的參考作用不大.(2)插入損失(InsertionLoss,IL):描述安裝消聲器前后系統(tǒng)輻射聲波功率之差.IL對(duì)于評(píng)價(jià)消聲器的性能特別有用,但較難在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行計(jì)算,由于它不僅與消聲器幾何結(jié)構(gòu)有關(guān),還與系統(tǒng)中聲源輻射特性和消聲器出口阻抗有關(guān).(3)傳遞損失(TransmissionLost,TL):指消聲器入射聲功率級(jí)與出口透射聲功率級(jí)之差.TL僅與消聲器本身的結(jié)構(gòu)有關(guān).評(píng)估此指標(biāo)時(shí)采納的是比較抱負(fù)的邊界條件(見圖1).因此,用TL作為消聲器設(shè)計(jì)階段聲學(xué)性能的評(píng)估指標(biāo).

圖1抗性消聲器聲學(xué)分析模型

常用的確定消聲器TL的方法為:基于聲波分解理論從消聲器入口管內(nèi)聲場(chǎng)能量中分別出入射聲波能量,假設(shè)消聲器出口管是消聲終端,這樣出口管中僅含透射聲波,故用式(1)可計(jì)算得到該消聲器的TL.TL=10lgWiWt(1)式中:Wi為入射聲功率;Wt為透射聲功率.一維聲波在管中傳播時(shí),遇到

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阻抗變化時(shí)就會(huì)產(chǎn)生反射,在入射管中產(chǎn)生駐波.可以用聲波分解理論將入射管中聲波能量分解為入射聲波能量和反射聲波能量.入射聲波自功率譜為Saa=S11+S22-2C12coskx12+2Q12sinkx124sin2kx12(2)式中:S11和S22分別為圖1中測(cè)點(diǎn)1和2處總聲壓的自功率譜;C12和Q12為測(cè)點(diǎn)1與2之間互譜的實(shí)部和虛部;k為波數(shù);x12為測(cè)點(diǎn)1與2之間的距離.

于是,入射波的RMS幅值Pi,Wi和Wt可用式(3)~(5)計(jì)算得到.Pi=Saa(3)

Wi=P2icSi(4)

Wt=P2tcS0(5)式中:c為流體密度與聲速的乘積;Si和S0分別為消聲器入口管和出口管的截面積,消聲器的TL可以用式(6)計(jì)算.vTL=20lgPiPt+10lgSiS0(6)1.2聲學(xué)分析模型的創(chuàng)建

采納間接邊界元法建立的消聲器聲學(xué)分析模型見圖1.為對(duì)聲學(xué)模型和分析方法進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn),選擇經(jīng)典的、已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的兩個(gè)消聲器結(jié)構(gòu)作為樣本,進(jìn)行如下的分析對(duì)比.

1.2.1簡(jiǎn)潔消聲器

簡(jiǎn)潔消聲器含有1個(gè)膨脹室,它是構(gòu)成消聲器的基本聲學(xué)單元.圖2為肯塔基高校對(duì)該消聲器做的試驗(yàn)和仿真數(shù)據(jù),如圖2中的尺寸,圖3為該消聲器的聲學(xué)邊界元模型,圖4為本文計(jì)算的TL數(shù)據(jù).可以看出用SYSNOISE計(jì)算得到的TL數(shù)據(jù)與肯塔基高校的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的全都性很好,這說明本文所采納的聲學(xué)模型及分析方法正確合理.

圖2肯塔基高校的簡(jiǎn)潔消聲器試驗(yàn)及仿真數(shù)據(jù)

圖3簡(jiǎn)潔消聲器的聲學(xué)邊界元模型

圖4用戶SYSNOISE計(jì)算得到的簡(jiǎn)潔消聲器的TL數(shù)據(jù)

1.2.2簡(jiǎn)單消聲器模型

如圖5中的尺寸,該消聲器在膨脹室中含有內(nèi)插管,其邊界元模型見圖6.肯塔基高校關(guān)于該消聲器的試驗(yàn)和仿真數(shù)據(jù)列于圖5中,圖7為本文計(jì)算得到的該消聲器的TL數(shù)據(jù).這些數(shù)據(jù)表明,對(duì)于簡(jiǎn)單消聲器,本文的仿真數(shù)據(jù)與肯塔基高校的數(shù)據(jù)全都性很好,說明所用聲學(xué)模型及分析方法合理.圖5肯塔基高校的試驗(yàn)及仿真數(shù)據(jù)

圖6簡(jiǎn)單消聲器的邊界元模型

圖7SYSNOISE計(jì)算得到的簡(jiǎn)單消聲器的TL數(shù)據(jù)

1.3某型號(hào)壓縮機(jī)組的

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消聲器模型

采納上述方法創(chuàng)建實(shí)際消聲器的模型.圖8是安裝在消聲器出口處的單向閥結(jié)構(gòu),圖9是位于消聲器入口處的排氣通道.該消聲器的聲學(xué)分析模型包含整個(gè)排氣通道和出口處的單向閥內(nèi)截面,模型詳細(xì)尺寸見圖10和11.

圖8單向閥的結(jié)構(gòu)圖9內(nèi)排氣通道

圖10小冷量機(jī)組的消聲器分析模型尺寸圖11大冷量機(jī)組的消聲器分析模型尺寸

2仿真數(shù)據(jù)及分析

2.1小冷量機(jī)組的50Hz消聲器論文聯(lián)盟.LWlm.

某型號(hào)小冷量機(jī)組的50Hz消聲器(以下稱消聲器A1)是基于其對(duì)應(yīng)的60Hz消聲器(以下稱消聲器A2)結(jié)構(gòu)稍作修改得到的.采納這種方法的緣由是,該型號(hào)大冷量機(jī)組所用的50Hz消聲器(以下稱消聲器B1)性能較好,而消聲器B1正是從其對(duì)應(yīng)的60Hz消聲器(以下稱消聲器B2)修改而得到的.但是,測(cè)試結(jié)果卻表明,該型號(hào)小冷量機(jī)組在50Hz電源下運(yùn)行時(shí),在主消頻帶上采納消聲器A2反而比采納消聲器A1消聲性能好.聲學(xué)模擬數(shù)據(jù)見圖12.從測(cè)試數(shù)據(jù)(圖13)看,在50Hz電源下,該機(jī)組噪聲能量集中在特征頻率589Hz上,而在該頻率上消聲器A2比消聲器A1的性能好.

論文聯(lián)盟*編輯。圖12消聲器A1和A2的仿真分析數(shù)據(jù)

圖13被測(cè)試機(jī)組的特征頻率

為便于比較分析,對(duì)消聲器B1和B2也做聲學(xué)分析,相關(guān)數(shù)據(jù)見圖14.在特征頻率593Hz(見圖15)上,消聲器B1比消聲器B2的性能好得多.同樣的修改方法,但結(jié)果卻有如此差異,因此對(duì)此問題進(jìn)行進(jìn)一步的分析探究,具體數(shù)據(jù)如下文所述.圖14消聲器B1和消聲器B2的聲學(xué)分析數(shù)據(jù)

圖15大冷量機(jī)組測(cè)試時(shí)的特征頻率

2.2消聲器入口處排氣通道長(zhǎng)度的影響

將消聲器A1和A2入口處排氣通道長(zhǎng)度改為與消聲器B1的等長(zhǎng),并進(jìn)行聲學(xué)分析,相關(guān)數(shù)據(jù)見圖16.可見通道長(zhǎng)度有一些影響,但不是兩種消聲器性能差異的主要緣由.

圖16修改通道長(zhǎng)度的消聲器A1和A2的性能比較

2.3安裝位置的影響

在單向閥與消聲器的排氣出口之間有1個(gè)分隔器,消聲器A1和A2

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所用的分隔器長(zhǎng)度相同,消聲器B1和B2所用的分隔器長(zhǎng)度相同,但A類與B類消聲器的分隔器長(zhǎng)度不同,膨脹室長(zhǎng)度相同,因此消聲器A1和A2與消聲器B1和B2的膨脹室安裝位置不同.消聲器A1配B1的分隔器,并進(jìn)行聲學(xué)分析,相關(guān)數(shù)據(jù)見圖17.可見消聲器A1配B1的分隔器后性能反而會(huì)變差,明顯這也不是兩種消聲器性能差異的主要緣由.

圖17消聲器A1配B1的分隔器后的聲學(xué)分析數(shù)據(jù)

2.4通道中不含消聲器的狀況

排氣通道包含1個(gè)膨脹室,它可能也有部分消聲功能.去掉消聲器(膨脹室中的內(nèi)插件)前后,在主消頻帶上排氣通道的聲學(xué)分析結(jié)果對(duì)比見圖18和19.

圖18含有和不含有消聲器A1的排氣通道的聲學(xué)分析數(shù)據(jù)

圖19含有和不含有消聲器B1的排氣通道的聲學(xué)分析數(shù)據(jù)

從上述分析數(shù)據(jù)可以看出,原消聲器A1的性能不如消聲器B1,但其結(jié)構(gòu)就是從消聲器B1連續(xù)而來,因此必定存在某個(gè)關(guān)鍵影響因素.下文對(duì)消聲器結(jié)構(gòu)中的加強(qiáng)筋板的影響進(jìn)行探討.

2.5加強(qiáng)筋板的影響

考慮結(jié)構(gòu)的整體剛度,消聲器A1,A2,B1和B2均設(shè)置有加強(qiáng)筋板.本文嘗試去除消聲器A1的加強(qiáng)筋板,看其是否對(duì)消聲器的性能有影響.去掉加強(qiáng)筋板前后的分析數(shù)據(jù)見圖20.

圖20不同結(jié)構(gòu)消聲器A1在其主消頻帶上的TL

2.5.1消聲器A1和消聲器A2

圖20顯示,將加強(qiáng)筋板去掉后,消聲器A1在主消頻帶上的性能得到改善.假如再在50Hz電源下運(yùn)行,消聲器A1的消聲效果會(huì)比消聲器A2的好得多,見圖21.因此,可以考慮通過轉(zhuǎn)變消聲器本身的材料來提高消聲器結(jié)構(gòu)剛度,建議將消聲器A原來的鑄鋁件改為鋼質(zhì)焊接件.圖21在50Hz電源下消聲器A1和

A2在主消頻帶上的TL

2.6壓力損失對(duì)比

應(yīng)用FLUENT軟件計(jì)算馬赫數(shù)Ma=0.06時(shí)消聲器A1去除加強(qiáng)筋板前后的壓力損失,分別為9.3kPa和8.5kPa.消聲器A1去除加強(qiáng)筋板后,壓力損失比原消聲器低0.8kPa,這對(duì)機(jī)組的性能有益,同時(shí)經(jīng)過消聲器前后的流體分布不存在明顯渦流.

3驗(yàn)證試驗(yàn)

接50Hz的電源,在同樣運(yùn)行條件下,待測(cè)機(jī)組分別

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在不裝壓縮機(jī)排氣消聲器、裝消聲器A1和去掉加強(qiáng)筋板后的消聲器A1(鋼質(zhì)焊接件)的狀況下,測(cè)試整個(gè)機(jī)組的噪聲數(shù)據(jù),以對(duì)整個(gè)機(jī)組噪聲衰減的貢獻(xiàn)量來評(píng)價(jià)消聲器的消聲效果.從圖22可看出,改進(jìn)后的消聲器A1,在其主消頻帶630Hz上的消聲量比改進(jìn)前提高2.5dB,該結(jié)果與消聲器A仿真分析改進(jìn)的結(jié)果趨勢(shì)全都(機(jī)組制冷性能數(shù)據(jù)基本沒變,0.8kPa的壓力損失降低對(duì)機(jī)組整機(jī)制冷性能的改善不明顯).在今后的產(chǎn)品開發(fā)中,可以應(yīng)用本文的仿真分析方法進(jìn)行抗性消聲器的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.

圖22消聲器對(duì)整機(jī)噪聲的消聲效果

4結(jié)論及建議

消聲器A1的仿真數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)全都性很好,在機(jī)組實(shí)際的特征頻率上,消聲器A2的消聲性能的確優(yōu)于消聲器A1;加強(qiáng)筋板去掉后,消聲器A1的性能得到明顯改善,而且壓力損失比原消聲器低0.8kPa,經(jīng)過消聲器前后的流體分布不存在明顯渦流.在50Hz電源下運(yùn)行,改進(jìn)后的消聲器A1使得機(jī)組整機(jī)的噪聲在其主消頻帶上的消聲量比改進(jìn)前提高2.5dB.建議取消消聲器A1的加強(qiáng)筋板,通過轉(zhuǎn)變消聲器本身的材料來提高消聲器結(jié)構(gòu)的剛度,將原來的鑄鋁件改為鋼質(zhì)焊接件.

本文采納的聲學(xué)模型及分析方法是合理的,今后的產(chǎn)品開發(fā)中,可以應(yīng)用該方法進(jìn)行螺桿壓縮機(jī)內(nèi)部類似消聲器的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.

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