无油双螺杆鼓风机设计及NVH分析

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鼓风机是工业领域通用的流体机械,传统鼓风机存在效率低、能耗大、振动大、噪音高等问题,不符合建设“两型社会”的要求,特别是习近平总书记提出“碳达峰”、“碳中和”节点,对节能环保鼓风机的需求越来越旺盛。此外,随着食品、制药等行业的快速发展,对鼓风机的空气洁净度提出了更高的要求,无油鼓风机的市场占有率越来越大。为进一步提高设备的功率密度,鼓风机向着高速、高效、高可靠性的方向快速发展,也带来了振动、噪声等一系列的问题,对上述问题的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文紧跟市场需求,针对上述问题,对高速高效无油双螺杆鼓风机的关键技术进行专项攻关,以慧风流体HF170为研究对象,从整机系统设计:转子系统设计、传动系统设计、支承系统设计以及润滑系统设计出发,通过样机试制、试验与优化设计,完成了高速高效无油双螺杆鼓风机的研制。期间,基于Solidworks simulation和Ansys对关键零部件进行强度分析和模态分析,且通过振动试验,查找设备共振点与激励源。同时,对高速高效无油双螺杆鼓风机进行了噪声试验,辨识噪声主频率。最后,进行整机性能试验,当螺杆转速10000rpm时,整机效率达到了75.73%,比同状态下罗茨鼓风机效率提升25%以上。根据振动噪声试验分析结果对整机进行振动控制和噪声控制措施研究,将振动速度控制在2.4mm/s以下,将整机噪声控制在84d B以下。本文主要研究内容如下:(1)根据双螺杆鼓风机的设计理论,了解和掌握无油双螺杆鼓风机的设计原理,为HF170无油双螺杆鼓风机的设计提供理论指导。对鼓风机关键参数进行设计计算,利用Solidworks软件对鼓风机进行整机系统设计:转子系统、传动系统、支撑系统、润滑系统。对需要加工的零部件出二维图,并进行整机装配。(2)基于Solidworks Simulation对HF170无油双螺杆鼓风机支承系统进行了静强度分析,在保证结构强度的情况下,设计出合理的支承系统。基于Ansys对阴螺杆与阳螺杆进行固有频率分析,得到了阴阳螺杆前八阶固有频率与振型,为振动试验及后续的整机优化提供理论基础。(3)采用德维创振动测试仪、PCB振动传感器对HF170无油双螺杆鼓风机进行振动测试,得到了鼓风机振动频谱图,并分析出激励源为阳螺杆转频。另外,对鼓风机进行噪声试验测得各个转速的噪声值及对应的主频率,发现噪声频率与阳螺杆啮合频率一致,为后续的振动控制、噪声控制奠定基础。此外,通过压差传感器、温度传感器、钳流表等测试仪器测出输入功率、进口温度、出口温度、空气流量、输入电流、输入电压等数据,通过对上述数据的统计分析,获得了高速高效无油双螺杆鼓风机的性能参数。(4)根据振动测试分析结果对整机进行振动控制,包括隔振、阻尼减振、调节质量与刚度;根据噪声测试分析结果对降噪设计,包括吸声设计、消声设计、隔声设计。并再次试验验证改进效果,成功将振动速度控制在2.4mm/s以下,将噪声控制在85d B以下,解决了螺杆高速化后带来的振动噪声等问题。
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