小型制氧机振动噪声研究及结构优化

《小型制氧机振动噪声研究及结构优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、万方数据第8卷第2期2009年6月宁夏工程技术NingxiaEngineeringTechnologyV01．8No．2Jun．2009文章编号：1671—7244(2009)02—0144-05小型制氧机振动噪声研究及结构优化丁文捷，金涛，宫延明，刘金玲，马宇山(浙江大学化工机械研究所，浙江杭州310027)摘要：为降低一家用小型制氧机的振动噪声，首先建立制氧机壳体结构的有限元模型，通过结构模态分析、声模态分析和声固耦舍模态分析，得到其固有频率，同时计算了制氧机在无油压缩机工作情况下的结构动力谐响应．然后利

2、用SYSNOISE软件，对制氧机壳体声固耦舍模型的辐射噪声、ATv声传递向量进行计算，得出其单元贡献度．最后，应用噪声振动测试仪进行了试验测量，根据理论和试验结果，制定了制氧机整体降噪方案及结构优化。并通过实验验证了方案的可行性．关键词：制氧机；有限元；边界元；近场声全息；降噪中图分类号：TB53文献标志码：A小型制氧机是需氧病人、高度用脑及老年呼吸不畅者的新型氧疗设备．但这种制氧机的噪声通常在50dB左右，夜晚置于室内时，其噪声会使人烦躁，影响睡眠，严重影响氧疗效果．因此，降低制氧机噪声成为提高产品质量，增

3、强市场竞争力的迫切需要．小型制氧机的压缩机是主要的噪声源，由于其所采用的螺杆压缩机为国外进El，因此，降低振动噪声的方法只能采取对制氧机进行隔振和隔音．而改变压缩机壳体结构和加装隔音棉是可选的主要技术措施【lI．本文采用有限元技术，从制氧机模态分析、噪声边界元分析出发，研究其固有频率、共振频率、壳体辐射噪声传递路径以及特征信号对于振动噪声形成的作用，通过对制氧机的壳体进行结构优化，以达到降低振动和噪声的目标．研究成果对于制氧机设计具有参考价值．1制氧机的振动噪声模态分析1．1制氧机壳体有限元模态分析制氧机总体

4、尺寸为1．1mxl．0mx0．9m，由厚约2mm的壁板组成封闭空腔，材料属性见表1．采用ANSYS壳单元(sHELL63)建立图l所示的有限元分析模型．ANSYS的壳体模态分析(表2)及振型图(图2)表明，模态局部化问题突出，主要部位为侧壁板和部分前壁板，其振动与制氧机辐射噪声关系密切．1．2制氧机的声学模态分析利用SYSNOISE声学分析软件，求解制氧机空表1材料属性图l制氧机网格示意图表2外壳体模态分析结果阶次123456频率／Hz58．378．6693．94106．8122．7136．4频率，Hz154

5、．7179．7190．4193．1197．0203．6(a)一阶模态(b)二阶模态图2制氧机外壳体模态振型示意图收稿日期：2009-03—20作者简介：丁文捷(1968一)，男，副教授，主要从事过程装备与控制技术、企业信息化研究．万方数据第2期丁文捷等：小型制氧机振动噪声研究及结构优化145腔受到壁板振动激励时的声音共鸣状态．模型分析结果(图3)表明，制氧机声腔第一阶固有频率为197Hz，振型为纵向一阶振动，发生共鸣时制氧机底部和顶部噪声将较大，中部较小；第二阶固有频率为260Hz，振型为纵向二阶振动．制氧机

6、内低频噪声将在这2个频率上得到放大，引发低频共鸣．(a)一阶声学模态(197Hz)(b)----阶声学模态(260Hz)图3制氧机声腔声学模态阵形图1．3制氧机的声固耦合模态分析将制氧机结构振动和制氧机空腔流体介质(空气)耦合起来，考虑其耦合系统的模态参数，分析表明，声固耦合和结构模型的固有频率接近，均呈线性增加趋势，局部振型基本相同，对振动的主要贡献都是局部模态．1．4制氧机动态响应有限元分析制氧机的主振动源为无油压缩机的激励，因此需对制氧机底板上的压缩机振动处施加正弦激振力来考察制氧机的结构振动响应．分析

7、结点取在制氧机每一块壁板的中心部位，考察各点的位移频率响应与能量峰值，并采用完全法(Full)和稀疏矩阵直接法求解器(Sparse)来计算整机在设定激励下的谐响应[21．结合模态分析可知，(1)各壁板节点的激起振动频率基本一致，频率为85，95，195Hz时3处出现较大波峰，其中195Hz处共振显著；(2)在3个方向的振幅不同，其中前壁板、后壁板主要激起z向振动；(3)结构对称的左右壁板，振动情况基本相似，制氧机底部节点的频率响应最大，故可认为底板是振动最大的壁板，辐射噪声最大．2制氧机噪声边界元分析制氧机壳

8、体辐射噪声主要是由制氧机壳体振动辐射的固体声以及固体声在壳内进行多次反射而形成的混响声叠加的结果{3l，该结果与振动相位、声压频响相关，需要通过声贡献度、辐射声场来评价．2．1声贡献度分析制氧机噪声是由组成制氧机的各个壳体板件振动引起的，由于各个区域内部板件不同，对于制氧机任意位置声压的贡献是不同的，且与振动相位相关，量化指标即为声贡献度．2．1．1ATv(AcousticTransferVecto