CN102562568B - 制冷设备用转子压缩机载荷测试分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制冷设备用转子压缩机载荷测试分析方法，其特征是通过实验测定两测点的振幅，利用有限元技术计算载荷作用点上的力和力矩所引起的到各测点的位移的传递矩阵和各测点的位移矩阵，从而反求得压缩机载荷的数值。本发明通过简单可行的测试方法得到转子压缩机载荷的数值，以便于对配管结构的工作应力进行准确的分析计算。

Description

制冷设备用转子压缩机载荷测试分析方法

技术领域

本发明涉及一种制冷设备用压缩机载荷测试分析方法，更具体地说是针对制冷设备中转子压缩机的载荷测试分析方法。

背景技术

对于使用转子压缩机的制冷设备，目前配管设计方案通常偏于保守，配管长度很长，材料性能没有得到充分利用，在铜管采购价格持续走高形势下，给企业带来很大的成本压力。但即便如此也没能杜绝断管的发生，究其原因，是缺乏正确的配管设计方法，配管设计存在较大盲目性。目前，通过分析计算预测制冷设备配管的工作可靠性是确保配管结构设计方案可靠并进而实现配管最优化设计的一个有效途径，对于提高产品可靠性、降低材料成本、实现节能减排任务具有重要意义。

制冷设备配管的可靠性可以通过其工作应力来进行描述，为准确预测管路的工作应力必须获得准确的压缩机载荷，而目前在制冷设备压缩机载荷测试分析方面还没有形成一种较为科学可行的方法。大多数生产企业在进行配管系统工作应力分析时，常常通过估计的方法确定计算分析用的压缩机载荷。由于缺少理论依据，估算出的压缩机载荷往往与实际的压缩机载荷相差甚远，从而使得配管可靠性分析结果与实际测试不符，影响了分析结果的参考价值。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种制冷设备用转子压缩机载荷测试分析方法。通过简单可行的测试方法得到转子压缩机载荷的数值，以便于对配管结构的工作应力进行准确的分析计算。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明制冷设备用转子压缩机载荷测试分析方法的特点是按如下步骤操作：

a、针对采用转子压缩机的制冷设备，以控制器、冷凝器和蒸发器与所述制冷设备中的压缩机共同组成压缩机性能测试系统，所述压缩机包括有压缩机本体和储液桶，排气口位于压缩机本体的顶部，回气口位于储液桶顶部；

通过控制器调整压缩机性能测试系统中冷凝器和蒸发器的温度和压力，使得所述压缩机性能测试系统中排气口和回气口的压力与所述制冷设备处在相同工况下的排气口和回气口的压力相一致；

b、分别取压缩机排气口为测点A，取回气口为测点B，以测点A为坐标原点O，以过原点O的竖直方向为Z轴方向，以垂直于Z轴的平面为XOY平面，测点A和测点B的连线在XOY平面上的投影为X轴，Y轴垂直于XOZ平面，以此确立压缩机坐标系OXYZ；

c、分别测定测点A和测点B位置处X、Y和Z各方向上的振幅大小，测点A的X、Y和Z方向上的振幅大小分别记作a_x1、a_y1和a_z1测点B的X、Y和Z方向振幅大小分别记做a_x2、a_y2、a_z2；

d、利用有限元技术按如下方法计算由压缩机上载荷作用点C的力和力矩所引起的到各测点的位移的传递矩阵G和各测点的位移矩阵W：

第一步、利用有限元技术计算压缩机在载荷作用点C处施加绕Z轴的振幅为1N·m、频率为压缩机工作频率的力矩时测点A和测点B位置处的X，Y和Z向位移，其中测点A的X、Y和Z方向上的位移分别记做b_x1、b_y1、b_z1测点B的X、Y和Z方向上的位移分别记做b_x2、b_y2、b_z2；所述压缩机上载荷作用点C位于压缩机内转子轴承中心位置处；

第二步、利用有限元技术计算压缩机在载荷作用点C处施加沿径向的振幅为1N、频率为压缩机工作频率的力时测点A和测点B位置处的X、Y和Z向位移，其中，测点A的X、Y、Z向位移分别记做c_x1、c_y1、c_z1，测点B的X、Y、Z向位移分别记做c_x2、c_y2、c_z2；

则传递矩阵G为：

$G={\left(\begin{array}{cccccc}{b}_{x1}& b_{y1}& b_{z1}& b_{x2}& b_{y2}& b_{z2}\\ c_{x1}& c_{y1}& c_{z1}& c_{x2}& c_{y2}& c_{z2}\end{array}\right)}^T---\left(1\right)$

第三步、利用有限元技术计算压缩机在载荷作用点C处施加绕Z轴的振幅为2000N·m、频率为压缩机工作频率的力矩，同时在施加沿径向的振幅为300N、频率为压缩机工作频率的力时测点A和测点B位置处的X、Y和Z向位移，其中，测点A的X、Y和Z向位移分别记作d_x1、d_y1、d_z1，测点B的X、Y和Z向位移分别记做d_x2、d_y2、d_z2；

则位移矩阵W可由下式描述：

W＝(e_x1 e_y1 e_z1 e_x2 e_y2 e_z2)^T (2)

$e_{x1}=\frac{d_{x1}\·a_{x1}}{\left|d_{x1}\right|}$ $e_{y1}=\frac{d_{y1}\·a_{y1}}{\left|d_{y1}\right|}$ $e_{z1}=\frac{d_{z1}\·a_{z1}}{\left|d_{z1}\right|}$

$e_{x2}=\frac{d_{x2}\·a_{x2}}{\left|d_{x2}\right|}$ $e_{y2}=\frac{d_{y2}\·a_{y2}}{\left|d_{y2}\right|}$ $e_{z2}=\frac{d_{z2}\·a_{z2}}{\left|d_{z2}\right|}$

e、由载荷作用点C处频率为压缩机工作频率的绕Z轴的力矩和径向力所表征的压缩机载荷X定义为：X＝(m f)^T；其中：m和f分别为力矩振幅和力振幅，由公式(m f)^T＝G^-1*W求得。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明是通过对两测点的振幅测试和理论计算相结合，得到不易直接测得的压缩机载荷的数值，以便于实现对制冷设备配管可靠性的准确预测评估。

2、本发明方法对算法要求较低、便于程序实现。

附图说明

图1为压缩机性能测试系统构成图；

图2为压缩机结构示意图；

具体实施方式

制冷设备配管结构的振动响应是由压缩机施加于配管的载荷所决定的，因此，准确识别压缩机的载荷是预测评估配管结构振动响应情况，并对其可靠性做出评价的前提。但是制冷设备用转子压缩机通常是封闭式压缩机，其载荷不易通过常规测试途径直接测得。为了解决这个问题，适应配管结构振动响应的需要，本实施例中提出一种制冷设备用压缩机载荷测试分析方法，通过对压缩机单体的振动测试分析，可以较为方便地确定压缩机载荷，可以用于制冷设备配管结构的振动响应。本实施例中，制冷设备用转子压缩机载荷测试分析方法是按如下步骤操作：

a、针对采用转子压缩机的制冷设备，以控制器、冷凝器和蒸发器与制冷设备中的压缩机共同组成压缩机性能测试系统，压缩机包括有压缩机本体1和储液桶2，排气口3位于压缩机本体1的顶部，回气口4位于储液桶2的顶部(如图1和图2所示)；

通过控制器调整压缩机性能测试系统中冷凝器和蒸发器的温度和压力，使得压缩机性能测试系统中排气口3和回气口4的压力与制冷设备处在相同工况下的排气口和回气口的压力相一致；

b、分别取压缩机排气口3为测点A，取回气口4为测点B，以测点A为坐标原点O，以过原点O的竖直方向为Z轴方向，以垂直于Z轴的平面为XOY平面，测点A和测点B的连线在XOY平面上的投影为X轴，Y轴垂直于XOZ平面，以此确立压缩机坐标系OXYZ；

c、分别测定测点A和测点B位置处X、Y和Z各方向上的振幅大小，测点A的X、Y和Z方向上的振幅大小分别记作a_x1、a_y1和a_z1测点B的X、Y和Z方向振幅大小分别记做a_x2、a_y2、a_z2；

d、利用有限元技术按如下方法计算由压缩机上载荷作用点C的力和力矩所引起的到各测点的位移的传递矩阵G和各测点的位移矩阵W：

第一步、利用有限元技术计算压缩机在载荷作用点C处施加绕Z轴的振幅为1N·m、频率为压缩机工作频率的力矩时测点A和测点B位置处的X、Y和Z向位移，其中测点A的X、Y和Z方向上的位移分别记做b_x1、b_y1、b_z1测点B的X、Y和Z方向上的位移分别记做b_x2、b_y2、b_z2；压缩机上载荷作用点C位于压缩机内转子轴承中心位置处；

第二步、利用有限元技术计算压缩机在载荷作用点C处施加沿径向的振幅为1N、频率为压缩机工作频率的力时测点A和测点B位置处的X、Y和Z向位移，其中，测点A的X、Y、Z向位移分别记做c_x1、c_y1、c_z1测点B的X、Y、Z向位移分别记做c_x2、c_y2、c_z2；

则传递矩阵G为：

$G={\left(\begin{array}{cccccc}{b}_{x1}& b_{y1}& b_{z1}& b_{x2}& b_{y2}& b_{z2}\\ c_{x1}& c_{y1}& c_{z1}& c_{x2}& c_{y2}& c_{z2}\end{array}\right)}^T---\left(1\right)$

第三步、利用有限元技术计算压缩机在载荷作用点C处施加绕Z轴的振幅为2000N·m、频率为压缩机工作频率的力矩，同时在施加沿径向的振幅为300N、频率为压缩机工作频率的力时测点A和测点B位置处的X、Y和Z向位移，其中，测点A的X、Y和Z向位移分别记作d_x1、d_y1、d_z1，测点B的X、Y和Z向位移分别记做d_x2、d_y2、d_z2；

则位移矩阵W可由下式描述：

W＝(e_x1 e_y1 e_z1 e_x2 e_y2 e_z2)^T (2)

$e_{x1}=\frac{d_{x1}\·a_{x1}}{\left|d_{x1}\right|}$ $e_{y1}=\frac{d_{y1}\·a_{y1}}{\left|d_{y1}\right|}$ $e_{z1}=\frac{d_{z1}\·a_{z1}}{\left|d_{z1}\right|}$

$e_{x2}=\frac{d_{x2}\·a_{x2}}{\left|d_{x2}\right|}$ $e_{y2}=\frac{d_{y2}\·a_{y2}}{\left|d_{y2}\right|}$ $e_{z2}=\frac{d_{z2}\·a_{z2}}{\left|d_{z2}\right|}$

e、由载荷作用点C处频率为压缩机工作频率的绕Z轴的力矩和径向力所表征的压缩机载荷X定义为：X＝(m f)^T；其中：m和f分别为力矩振幅和力振幅，由公式(m f)^T＝G^-1*W求得。

工程实践表明，将求得的压缩机载荷用于制冷设备配管应力、振幅分析中可以得到和工程实践情况吻合的结果，能够用于制冷设备配管的工作可靠性的预测。

Claims (1)

1.制冷设备用转子压缩机载荷测试分析方法，其特征是按如下步骤操作：

a、针对采用转子压缩机的制冷设备，以控制器、冷凝器和蒸发器与所述制冷设备中的压缩机共同组成压缩机性能测试系统，所述压缩机包括有压缩机本体(1)和储液桶(2)，排气口(3)位于压缩机本体(1)的顶部，回气口(4)位于储液桶(2)顶部；

通过控制器调整压缩机性能测试系统中冷凝器和蒸发器的温度和压力，使得所述压缩机性能测试系统中排气口(3)和回气口(4)的压力与所述制冷设备处在相同工况下的排气口和回气口的压力相一致；

b、分别取压缩机排气口(3)为测点A，取回气口(4)为测点B，以测点A为坐标原点O，以过原点O的竖直方向为Z轴方向，以垂直于Z轴的平面为XOY平面，测点A和测点B的连线在XOY平面上的投影为X轴，Y轴垂直于XOZ平面，以此确立压缩机坐标系OXYZ；

c、分别测定测点A和测点B位置处X、Y和Z各方向上的振幅大小，测点A的X、Y和Z方向上的振幅大小分别记作a_x1、a_y1和a_z1，测点B的X、Y和Z方向振幅大小分别记做a_x2、a_y2、a_z2；

d、利用有限元技术按如下方法计算由压缩机上载荷作用点C的力和力矩所引起的到各测点的位移的传递矩阵G和各测点的位移矩阵W：

第一步、利用有限元技术计算压缩机在载荷作用点C处施加绕Z轴的振幅为1N·m、频率为压缩机工作频率的力矩时测点A和测点B位置处的X、Y和Z向位移，其中测点A的X、Y和Z方向上的位移分别记做b_x1、b_y1、b_z1，测点B的X、Y和Z方向上的位移分别记做b_x2、b_y2、b_z2；所述压缩机上载荷作用点C位于压缩机内转子轴承中心位置处；

第二步、利用有限元技术计算压缩机在载荷作用点C处施加沿径向的振幅为1N、频率为压缩机工作频率的力时测点A和测点B位置处的X、Y和Z向位移，其中，测点A的X、Y、Z向位移分别记做c_x1、c_y1、c_z1，测点B的X、Y、Z向位移分别记做c_x2、c_y2、c_z2；

则传递矩阵G为：

$G={\left(\begin{array}{cccccc}{b}_{x1}& b_{y1}& b_{z1}& b_{x2}& b_{y2}& b_{z2}\\ c_{x1}& c_{y1}& x_{z1}& c_{x2}& c_{y2}& c_{z2}\end{array}\right)}^T---{\left(1\right)}_{}$

第三步、利用有限元技术计算压缩机在载荷作用点C处施加绕Z轴的振幅为2000N·m、频率为压缩机工作频率的力矩，同时在施加沿径向的振幅为300N、频率为压缩机工作频率的力时测点A和测点B位置处的X、Y和Z向位移，其中，测点A的X、Y和Z向位移分别记作d_x1、d_y1、d_z1，测点B的X、Y和Z向位移分别记做d_x2、d_y2、d_z2；

则位移矩阵W可由下式描述：

W=(e_x1e_y1e_z1e_x2e_y2e_z2)^T (2)

$\begin{array}{ccc}{e}_{x1}=\frac{d_{x1}\·a_{x1}}{\left|d_{x1}\right|}& e_{y1}=\frac{d_{y1}\·a_{y1}}{{|d}_{y1}|}& e_{z1}=\frac{d_{z1}\·a_{z1}}{\left|d_{z1}\right|}\\ e_{x2}=\frac{d_{x2}\·a_{x2}}{\left|d_{x2}\right|}& e_{y2}=\frac{d_{y2}\·a_{y2}}{{|d}_{y2}|}& e_{z2}=\frac{d_{z2}\·a_{z2}}{\left|d_{z2}\right|}\end{array}$

e、由载荷作用点C处频率为压缩机工作频率的绕Z轴的力矩和径向力所表征的压缩机载荷X定义为：X=(m f)^T；其中：m和f分别为力矩振幅和力振幅，由公式(m f)^T=G^-1*W求得。