CN104154024B - 实现离心风机激励特性物理分离的试验解耦装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现离心风机激励特性物理分离的试验解耦装置，蜗壳通过连接圆盘与分离解耦支架2固定连接，分离解耦支架2固定在解耦系统支撑基础上，叶轮直接安装在驱动电机的电机轴上，驱动电机的机脚安装在驱动系统支撑基础上，解耦系统支撑基础1和驱动系统支撑基础相互独立，实现蜗壳和电机转子之间的物理分离，驱动电机的机脚处布置有加速度传感器，用于测量电机转子与叶轮组成的轴系的轴频及其谐频率、电机的电磁激励频率；离心风机的蜗壳1/2宽度处分别布置有加速度传感器和动态压力传感器，用于测量叶频及其谐频率和风机宽频气流激励，加速度传感器和动态压力传感器分别连接数据分析装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种离心风机试验装置，尤其是一种能实现离心风机气流激励和机械激励及电磁激励物理分离的试验解耦装置。
背景技术
离心风机是一种将原动机的机械能转化为被输送气体压力能和动能的液体机械，降低其振动、空气噪声不仅有利于减小船体结构传递振动，降低船体水下辐射噪声，更重要的是改善了船员的工作环境和生活环境。
电动离心风机振动噪声主要由气流激励、机械激励和电磁激励引起的。流体振动噪声是电动离心风机叶轮划过气流产生的气流激励激起电动离心风机蜗壳、叶轮振动噪声并传递到机座，它与电动离心风机内流场气流流动状况有关，影响电动离心风机内流场气流流动状况主要因素有叶轮结构参数、叶片型线、蜗壳结构参数、动静间隙等因素；机械振动噪声主要由电动离心风机轴承、转子质量不平衡等引起，可通过电动离心风机电机壳体的轴承和定子端盖传递到设备机脚；电磁振动噪声是电机气隙中电磁场产生的电磁力波，激起电机定子、转子振动噪声并传递到机座，它与电机气隙、内谐波磁场及由此产生的电磁力波幅值、绕组形式、槽形式和配合、级对数等因素有关。
目前对电动离心风机振动噪声的研究主要集中在仿真计算和简单的频谱定性分析方面，无法从源头上定量识别和定量处理。现有电动离心风机主要由电动机和风机组成，如图3所示，蜗壳直接安装在电机端盖上，该结构将气流激励、机械激励、电磁激励高度耦合，无法对离心风机的激励特性进行很好的分离和识别，不能从源头上对离心风机振动噪声进行定量分析和优化设计。目前国内的离心风机试验装置并不能实现离心通风机的气流激励、机械激励、电磁激励等不同激励特性的物理分离，更没有专门实现离心风机气流激励和机械激励及电磁激励物理分离的试验解耦装置。
现有电动离心风机振动噪声的研究存在下述缺陷：
(1)气流激励、机械激励和电磁激励产生的振动噪声相互耦合，电动离心风机的振动噪声响应是各激励源的混叠作用，不能实现激励源的分离，这给激励源的定量识别带来了很大难度，也无法针对离心风机不同的激励特性实现有指向性的减振降噪设计；
(2)现有电动离心风机不能实现叶轮与蜗壳相对位置的调节，无法完成电动离心风机叶轮与蜗壳相对位置变化对电动离心风机振动噪声影响规律的试验研究。
发明内容
本发明为了克服以上缺点，提供一种实现离心风机激励特性物理分离的试验解耦装置，在不改变离心风机性能参数的前提下，实现离心风机气流激励和机械激励及电磁激励物理分离；可对风机气流激励、电机电磁激励、机械激励以及振动传递特性进行深入研究，同时可以完成叶轮偏摆对设备振动噪声影响规律的试验研究。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种实现离心风机激励特性物理分离的试验解耦装置，包括分离解耦支架、叶轮、驱动电机、信号采集与数据分析装置、蜗壳、连接圆盘、驱动系统支撑基础、解耦系统支撑基础、加速度传感器、动态压力传感器，其特点是：蜗壳通过连接圆盘与分离解耦支架2固定连接，分离解耦支架2固定在解耦系统支撑基础上，叶轮直接安装在驱动电机的电机轴上，驱动电机的机脚安装在驱动系统支撑基础上，解耦系统支撑基础1和驱动系统支撑基础相互独立，实现蜗壳和电机转子之间的物理分离，驱动电机的机脚处布置有加速度传感器，用于测量电机转子与叶轮组成的轴系的轴频及其谐频率、电机的电磁激励频率；离心风机的蜗壳1/2宽度处分别布置有加速度传感器和动态压力传感器，用于测量叶频及其谐频率和风机宽频气流激励，加速度传感器和动态压力传感器分别连接信号采集与数据分析装置。
分离解耦支架与解耦系统支撑基础连接的方式可为刚性或弹性连接。驱动电机与驱动系统支撑基础连接的方式可为刚性或弹性连接。
布置于离心风机蜗壳1/2宽度处的加速度传感器，沿蜗壳周向均匀布置，从蜗舌位置开始每隔60°布置一个。
布置于离心风机蜗壳1/2宽度处的动态压力传感器，沿蜗壳周向均匀布置，从蜗舌位置开始可每隔60°布置一个。
信号采集与数据分析装置由动态数据采集系统和信号放大器组成，动态压力传感器通过信号放大器与动态数据采集系统相连。
本发明的有益效果：
(1)本发明设计的风机蜗壳带有独立安装机架与基座安装，叶轮转子安装在电机轴上，电机机脚与基座安装，能够实现蜗壳和电机转子之间的物理分离，即实现气流激励和机械激励及电磁激励的振动解耦。通过在蜗壳上布置压力脉动传感器、振动加速度传感器，在叶轮转子处布置电涡流传感器、在叶片上布置无线应力应变传感器以及在电机的轴承处和机脚处布置振动加速度传感器可以分别获取气流激励源的振动传递特性，实现风机气流激励源定量特性分析和依据定量激励源特性（含传递特性）实现有指向性的减振降噪设计，为低噪声风机设计提供技术支撑。
(2)由于本发明可以测量有无蜗壳带有独立有安装机架状态下的电动风机振动，通过比较分析两者状态下振动特性，可以获取电动风机振动传递路径，从而可以对电动风机连接结构进行优化，降低设备的振动。
本发明通过将蜗壳独立安装机架上的安装孔设计为U型槽，实现蜗壳与叶轮相对位置变化，可用于叶轮偏摆量对设备振动的影响研究，为蜗壳与叶轮匹配的设计提出具体的要求，具体包括：
1)能够实现离心通风机气流激励和机械激励及电磁激励物理分离；
2)通过本试验装置可直接进行气流激励对运动部件振动耦合分析和气流激励对静止部件振动耦合分析；
3)可完成离心风机过流部件结构性能参数与振动特性关系的研究，为离心风机单因素变化对振动影响提供规律研究。
附图说明
图1是本发明的离心风机试验解耦装置原理示意图；
图2是本发明的离心风机试验解耦装置结构示意图；
图3是非解耦电动风机结构示意图；
图4是解耦电动风机结构示意图；
图5是分离解耦支架结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种实现离心风机激励特性物理分离的试验解耦装置，主要由解耦系统、支撑系统、风机系统、驱动系统、测试系统组成。
解耦系统由专门为离心风机设计的分离解耦支架2组成；支撑系统由解耦系统支撑基础1、驱动系统支撑基础8组成，两个支撑基础相互独立，根据试验目的可为刚性支撑或弹性支撑；风机系统4由离心风机相关部件和叶轮5组成；驱动系统由驱动电机6组成，驱动电机转速可调；测试系统由信号采集与数据分析装置3、传感器7组成。风机系统4通过分离解耦支架2安装于解耦系统支撑基础1上；叶轮5安装于驱动电机6的轴上；驱动电机6安装于驱动系统支撑基础8上；通过驱动电机6旋转带动叶轮5旋转做功，然后通过风机系统4将机械能转化为被输送气体压力能和动能。
如图2所示，一种实现离心风机的蜗壳与电机转子物理分离的试验解耦装置，包括分离解耦支架2、叶轮5、驱动电机6、信号采集与数据分析装置3、蜗壳10、连接圆盘12、驱动系统支撑基础14、解耦系统支撑基础16、第一、二加速度传感器17，18、动态压力传感器19等。
蜗壳10通过连接圆盘12与分离解耦支架2固定连接，分离解耦支架2固定在解耦系统支撑基础16上，叶轮5直接安装在驱动电机6的电机轴上，驱动电机6的机脚安装在驱动系统支撑基础14上，解耦系统支撑基础16 和驱动系统支撑基础14相互独立，实现蜗壳和电机转子之间的物理分离，驱动电机6的机脚处布置有第一加速度传感器17，用于测量电机转子与叶轮组成的轴系的轴频及其谐频率、电机的电磁激励频率；离心风机的蜗壳1/2宽度处分别布置有第二加速度传感器18和动态压力传感器19，用于测量叶频及其谐频率和风机宽频气流激励，加速度传感器和动态压力传感器19分别连接信号采集与数据分析装置3。
如图4所示，离心风机由进口集流器9、蜗壳10、连接圆盘12等组成；进口集流器9与蜗壳10连接，连接圆盘12与蜗壳10连接，叶轮11与驱动电机13连接。
如图5所示，解耦系统由分离解耦支架2组成，分离解耦支架2一端与连接圆盘12连接至蜗壳10侧面，另一端与解耦系统支撑基础16连接，与解耦系统支撑基础16连接的方式可为刚性或弹性。
驱动系统由驱动电机6组成，驱动电机6的电机轴上安装叶轮5，驱动电机6的机脚安装在驱动系统支撑基础14上，与驱动系统支撑基础14连接的方式可为刚性或弹性。
信号采集与数据分析装置3由动态数据采集系统21和信号放大器20组成，动态压力传感器19通过信号放大器20与动态数据采集系统21相连。
基于以上所述结构，本发明对离心风机气流激励和机械激励及电磁激励特性测试方法具体步骤如下所述：
1)将第一加速度传感器17布置于驱动电机6的机脚；将第二加速度传感器18布置于离心风机蜗壳1/2宽度处，可沿蜗壳周向均匀布置，从蜗舌位置开始可每隔60°布置一个；将动态压力传感器19布置于离心风机蜗壳1/2宽度处，可沿蜗壳周向均匀布置，从蜗舌位置开始可每隔60°布置一个；将动态压力传感器19沿叶轮后盘周向布置8个测量位置，可根据研究内容沿各个测点孔径向进行加密分布。动态压力传感器19通过信号放大器20与动态数据采集系统21相连，加速度传感器17、加速度传感器18直接与动态数据采集系统21相连。
2)将驱动电机6开启，驱动电机6运转带动叶轮5旋转做功，然后通过风机系统4将机械能转化为被输送气体压力能和动能。此时动态数据采集系统21开始采集数据，在采集相应时间后，关闭驱动电机6。
3)通过对动态数据采集系统21采集的信号进行分析，第一加速度传感器17测得的信号主要的激励频率成分有：机械激励即电机转子与叶轮组成的轴系的轴频及其谐频率，电机的电磁激励频率；第二加速度传感器18测得的信号主要的激励频率成分有：风机的气流激励特性，主要包括叶频及其谐频率和风机宽频气流激励；动态压力传感器19测得的信号主要的激励频率成分有：风机的气流激励特性，以压力脉动形式测得，主要包括叶频及其谐频率和风机宽频气流激励。
本发明除了将分离解耦支架安装于蜗壳侧面，也可将分离解耦支架安装在蜗壳底面实现物理分离。
Claims (6)
1.一种实现离心风机激励特性物理分离的试验解耦装置，包括分离解耦支架(2)、叶轮(5)、驱动电机(6)、信号采集与数据分析装置(3)、蜗壳(10)、连接圆盘(12)、驱动系统支撑基础(14)、解耦系统支撑基础(16)、加速度传感器、动态压力传感器(19)，其特征在于：所述蜗壳(10)通过连接圆盘(12)与分离解耦支架(2)固定连接，分离解耦支架(2)固定在解耦系统支撑基础(16)上，叶轮(5)直接安装在驱动电机(6)的电机轴上，驱动电机(6)的机脚安装在驱动系统支撑基础(14)上，解耦系统支撑基础(16) 和驱动系统支撑基础(14)相互独立，实现蜗壳和电机转子之间的物理分离，驱动电机(6)的机脚处布置有加速度传感器，用于测量电机转子与叶轮组成的轴系的轴频及其谐频率、电机的电磁激励频率；离心风机的蜗壳1/2宽度处分别布置有加速度传感器和动态压力传感器(19)，用于测量叶频及其谐频率和风机宽频气流激励，加速度传感器和动态压力传感器(19)分别连接信号采集与数据分析装置(3)。
2.根据权利要求1所述的实现离心风机激励特性物理分离的试验解耦装置，其特征在于：所述分离解耦支架(2)与解耦系统支撑基础(16)连接的方式为刚性或弹性连接。
3.根据权利要求1所述的实现离心风机激励特性物理分离的试验解耦装置，其特征在于：所述驱动电机(6)与驱动系统支撑基础(14)连接的方式为刚性或弹性连接。
4.根据权利要求1所述的实现离心风机激励特性物理分离的试验解耦装置，其特征在于：布置于离心风机蜗壳1/2宽度处的所述加速度传感器，沿蜗壳周向均匀布置，从蜗舌位置开始每隔60°布置一个。
5.根据权利要求1所述的实现离心风机激励特性物理分离的试验解耦装置，其特征在于：布置于离心风机蜗壳1/2宽度处的所述动态压力传感器(19)，沿蜗壳周向均匀布置，从蜗舌位置开始可每隔60°布置一个。
6.根据权利要求1-5任一项所述的实现离心风机激励特性物理分离的试验解耦装置，其特征在于：所述信号采集与数据分析装置(3)由动态数据采集系统(21)和信号放大器(20)组成，动态压力传感器(19)通过信号放大器(20)与动态数据采集系统(21)相连。
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