CN109408963B - 空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法，属于变频空调器领域。其要点为：测试得到空调器任一模式运行条件相应室外环境温度的工况下不同频率点的压缩机吸、排气口压力，通过拟合软件，拟合得出其余环境温度下压缩机吸、排气口压力；计算压缩机气体阻力矩及压缩机转轴压缩制冷剂的有效驱动力矩，并根据计算得到的压缩机气体阻力矩及压缩机转轴压缩制冷剂的有效驱动力矩计算压缩机转轴的旋转惯性力矩；将计算的到的压缩机转轴的旋转惯性力矩进行FFT变换，得到压缩机运行频率点下旋转惯性力矩中各个谐波成分的力矩幅值、初始相位及常量；根据求解得到的各力矩谐波，拟合得到不同环境工况下的压缩机配管振动响应函数关系。

Description

空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法

技术领域

本发明属于变频空调器领域，尤其涉及空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法的领域。

背景技术

空调器配管振动响应测试是空调器产品开发过程中必不可少的环节，是保证配管振动可靠性的重要手段。在振动响应测试过程中，由于环境工况对空调器配管振动响应影响很大，因而需要测试不同环境工况下的配管振动响应，这种方式增加了试验测试周期，且试验成本贵。再加上我国地域辽阔，各地区的气候温度差异很大，现代建筑结构中空调安装于百叶窗结构内，使空调运行环境更加恶劣。而国标中空调运行测试环境工况最严酷的工况为T3，在南方地区，空调在百叶窗环境下，其运行环境工况的严酷程度可能已超过T3工况，实验测试工况没有涵盖这些更严酷的工况。

发明内容

本发明的目的是提供一种空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法，解决目前空调器配管在振动响应测试过程中，由于环境工况对空调器配管振动响应影响很大，因而需要测试不同环境工况下的配管振动响应，这种方式增加了试验测试周期，且试验成本贵的问题。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法，包括如下步骤：

步骤1、在变频空调器任意一个模式运行条件下，分别测试得到与该模式运行条件相应室外环境温度的工况下不同频率点的压缩机吸气口压力及排气口压力；

步骤2、根据相应的吸气口压力及排气口压力拟合公式，结合最小二乘法公式，求解拟合公式中的待定系数；

步骤3、根据吸气口压力及排气口压力拟合公式，拟合得出变频空调器在该模式运行条件时不同的工况下的排气口压力及吸气口压力；

步骤4、计算压缩机气体阻力矩及压缩机转轴压缩制冷剂的有效驱动力矩，并根据计算得到的压缩机气体阻力矩及压缩机转轴压缩制冷剂的有效驱动力矩计算压缩机转轴的旋转惯性力矩；

步骤5、将计算的到的压缩机转轴的旋转惯性力矩进行FFT变换，得到压缩机运行频率点下旋转惯性力矩中各个谐波成分的力矩幅值、初始相位及常量；

步骤6、根据步骤5中求解得到的各力矩谐波，拟合得到不同环境工况下的压缩机配管振动响应函数关系。

具体地，步骤4中，设压缩机气体阻力矩为M_g，则压缩机气体阻力矩的计算公式为：

其中，R为压缩机偏心转子半径，ε为偏心转子偏心率，h为压缩机气缸高度，θ为压缩机转子转角，p_θ为压缩机压缩腔内压力，是一变量，p_θ最小值为任意一个测试频率点下的吸气压力拟合值，最大值为该测试频率点下的排气压力拟合值，p_s为压缩机吸气腔内压力，等于该测试频率点下的吸气压力拟合值。

进一步地，步骤4中，设压缩机转轴制冷剂的有效驱动力矩为M_d，则压缩机转轴制冷剂的有效驱动力矩的计算公式为：

P_d＝G(h₂-h₁)

其中，P_d为压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率，G为质量流量，h₂为制冷剂在排气压力和温度确定条件下的焓值，h₁为制冷剂在吸气压力和温度确定条件下的焓值，f为压缩机的运行频率。

具体地，步骤4中，设压缩机转轴的旋转惯性力矩为M，则压缩机转轴的旋转惯性力矩的计算公式为：

M＝M_d-M_g。

再进一步地，步骤5中，设所述得到的压缩机运行频率点下旋转惯性力矩中各个谐波成分的力矩幅值为M_i、初始相位为

及常量为M₀；

其中，i＝1,2，…,n，代表压缩机运行频率的i倍频。

具体地，步骤6具体包括如下步骤：

步骤601、根据步骤5中求得的各力矩谐波，空调器压缩机配管系统的动力学方程如下：

其中，[M]为系统质量矩阵，[C]为系统阻尼矩阵，[K]为系统刚度矩阵，{x(t)}为系统响应位移向量，

为系统响应速度向量，

为系统响应加速度向量，w₀为谐波基频；

步骤602、根据线性系统解的线性叠加原理，步骤601中的动力学方程解为各频率分量激励对应解的和，即：

其中，b₀为激励力矩M₀对应的响应值，b_i为激励力矩为

对应的响应值，ψ_i为响应滞后于激励力的相位角；

步骤603、忽略步骤602中的滞后响应，即有下式：

步骤604、得到力矩为M₀时，响应为b₀，力矩为

时，响应为

再进一步地，设在环境工况T下，压缩机载荷激励力为

配管振动响应值为σ，在环境工况T′下，压缩机载荷激励力为

配管振动响应值为σ′，则可拟合如下公式：

即

其中，振动响应为配管上的应力、应变、位移、速度及加速度，n≥2。

本发明的有益效果是，通过上述空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法，能够改变现阶段空调器配管需在多个环境工况条件下进行振动响应测试现状，实现只需在变频空调器任意一个运行条件下，分别测试一个环境工况下配管的振动响应，进而快速拟合得出其余环境工况下配管的振动响应，从而减少试验测试工况和测试成本，缩短研发周期；并且，能够对试验测试无法涵盖的环境工况，通过本发明的拟合方法可评估更严酷环境工况下空调器配管振动响应状态，进而保障产品可靠性。

附图说明

图1为实施例中，变频空调器在T3环境工况下，吸气管第一弯位拟合应力数据与实测应力数据对比曲线；

图2为实施例中，变频空调器在T3环境工况下，吸气管第二弯位拟合应力数据与实测应力数据对比曲线；

图3为实施例中，变频空调器在T3环境工况下，排气管第一弯位拟合应力数据与实测应力数据对比曲线；

图4为实施例中，变频空调器在T3环境工况下，排气管第二弯位拟合应力数据与实测应力数据对比曲线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，详细描述本发明的技术方案。

本发明所述空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法，包括如下步骤：

步骤1、在变频空调器任意一个模式运行条件下，分别测试得到与该模式运行条件相应室外环境温度的工况下不同频率点的压缩机吸气口压力及排气口压力；

步骤2、根据相应的吸气口压力及排气口压力拟合公式，结合最小二乘法公式，求解拟合公式中的待定系数；

步骤3、根据吸气口压力及排气口压力拟合公式，拟合得出变频空调器在该模式运行条件时不同的工况下的排气口压力及吸气口压力；

步骤4、计算压缩机气体阻力矩及压缩机转轴压缩制冷剂的有效驱动力矩，并根据计算得到的压缩机气体阻力矩及压缩机转轴压缩制冷剂的有效驱动力矩计算压缩机转轴的旋转惯性力矩；

步骤5、将计算的到的压缩机转轴的旋转惯性力矩进行FFT变换，得到压缩机运行频率点下旋转惯性力矩中各个谐波成分的力矩幅值、初始相位及常量；

步骤6、根据步骤5中求解得到的各力矩谐波，拟合得到不同环境工况下的压缩机配管振动响应函数关系。

这里，只需测试单一环境工况下空调器配管的振动响应数据，进而拟合其余环境工况下空调配管的振动响应数据。

实施例

本发明实施例以某变频空调器在制冷运行状态下，以额定制冷环境工况下的配管振动响应值推导T3制冷环境工况的配管振动响应为例，具体阐述本发明所提出的方法。

本例的空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法，包括以下几个步骤：

一、在焓差实验室对制冷运行状态下的变频空调器进行压力测试，环境工况为额定制冷工况，即室外侧温度为35℃，室内侧温度为27℃，得到压缩机各个运行频率点f_j下的排气压力(p_dj)和吸气压力(p_sj)，根据拟合软件，可拟合得出T3制冷环境工况下即室外侧温度为52℃室内侧温度为27℃时缩机各个运行频率点f_j下的排气压力(p_dj‘)和吸气压力(p′_sj)。

其中j为压缩机运行的频率点个数。

二、根据如下公式，可求解得出空调器在额定制冷环境工况压缩机各个运行频率点处的气体阻力矩M_gj和空调器在T3制冷环境工况下压缩机各个运行频率点处的气体阻力矩M'_gj：

其中，R为压缩机偏心转子半径；ε为偏心转子偏心率；h为压缩机气缸高度；θ为压缩机转子转角；p_θ为压缩机压缩腔内压力，是一变量，p_θ最小值为任意一个测试频率点下的吸气压力拟合值，最大值为该测试频率点下的排气压力拟合值，p_s为压缩机吸气腔内压力，等于该测试频率点下的吸气压力拟合值。

三、根据如下公式，可求解得出空调器在额定制冷环境工况压缩机各个运行频率点处压缩机转轴压缩制冷剂的有效驱动力矩M_dj和空调器在T3制冷环境工况下压缩机各个运行频率点处压缩机转轴压缩制冷剂的有效驱动力矩M'_dj：

P_d＝G(h₂-h₁)

其中，P_d为压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率，G为质量流量，h₂为制冷剂在排气压力和温度确定条件下的焓值，h₁为制冷剂在吸气压力和温度确定条件下的焓值，f为压缩机的运行频率。

四、根据如下公式，求解得出空调器在额定制冷环境工况压缩机各个运行频率点处压缩机转轴的旋转惯性力矩M_j和空调器在T3制冷环境工况下压缩机各个运行频率点处压缩机转轴的旋转惯性力矩M'_j：

M＝M_d-M_g。

五、对旋转惯性力矩M_j和M'_j进行FFT变换，得到空调器在额定制冷环境工况压缩机各个运行频率点处的旋转惯性力矩M_j中各个谐波成分的力矩幅值M_ij和初相位

以及常量M_0j，以及空调器在T3制冷环境工况压缩机各个运行频率点处的旋转惯性力矩M'_j中各个谐波成分的力矩幅值M'_ij和初相位

以及常量M'_0j。

其中，i＝1,2，…,n，代表压缩机运行频率的i倍频。

六、设空调器在额定制冷环境工况配管应力值为σ_j，在T3制冷环境工况下，压缩配管应力值为σ'_j，则可拟合如下公式：

采用上述公式拟合的原因如下：

空调器压缩机配管系统的动力学方程如下：

其中，[M]为系统质量矩阵，[C]为系统阻尼矩阵，[K]为系统刚度矩阵，{x(t)}为系统响应位移向量，

为系统响应速度向量，

为系统响应加速度向量，w₀为谐波基频；

上述方程为线性方程，根据线性系统解的线性叠加原理，解应为各频率分量激励对应解的和，即：

其中，b₀为激励力矩M₀对应的响应值，b_i为激励力矩为

对应的响应幅值，ψ_i为响应滞后于激励力的相位角；

考虑到应力测试中的测试部位为吸排气管的第一弯位和第二弯位，距离压缩机吸排气口位置很近，即离激励源很近，因而可忽略滞后响应，即有下式：

最终可得到，力矩为M₀时，响应为b₀，力矩为

时，响应为

根据线性系统解的线性叠加性，将研究不同环境工况下的配管响应函数关系问题转化为研究不同环境工况下的压缩机载荷激励函数关系问题。

本实施例中，根据额定制冷环境工况下空调器各个运行频率点处的应力值，根据上述公式，拟合得出T3环境工况下空调器各个运行频率点处的应力值，并与实测应力值进行对比。变频空调器在T3环境工况下，吸气管第一弯位拟合应力数据与实测应力数据对比曲线参见图1，吸气管第二弯位拟合应力数据与实测应力数据对比曲线参见图2，排气管第一弯位拟合应力数据与实测应力数据对比曲线参见图3，排气管第二弯位拟合应力数据与实测应力数据对比曲线参见图4。

Claims (7)

1.空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、在变频空调器任意一个模式运行条件下，分别测试得到与该模式运行条件相应室外环境温度的工况下不同频率点的压缩机吸气口压力及排气口压力；

步骤2、根据相应的吸气口压力及排气口压力拟合公式，结合最小二乘法公式，求解拟合公式中的待定系数；

步骤3、根据吸气口压力及排气口压力拟合公式，拟合得出变频空调器在该模式运行条件时不同的工况下的排气口压力及吸气口压力；

步骤4、计算压缩机气体阻力矩及压缩机转轴压缩制冷剂的有效驱动力矩，并根据计算得到的压缩机气体阻力矩及压缩机转轴压缩制冷剂的有效驱动力矩计算压缩机转轴的旋转惯性力矩；

步骤5、将计算的到的压缩机转轴的旋转惯性力矩进行FFT变换，得到压缩机运行频率点下旋转惯性力矩中各个谐波成分的力矩幅值、初始相位及常量；

步骤6、根据步骤5中求解得到的各力矩谐波，拟合得到不同环境工况下的压缩机配管振动响应函数关系。

2.根据权利要求1所述的空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法，其特征在于，步骤4中，设压缩机气体阻力矩为M_g，则压缩机气体阻力矩的计算公式为：

其中，R为压缩机偏心转子半径，ε为偏心转子偏心率，h为压缩机气缸高度，θ为压缩机转子转角，p_θ为压缩机压缩腔内压力，是一变量，p_θ最小值为任意一个测试频率点下的吸气压力拟合值，最大值为该测试频率点下的排气压力拟合值，p_s为压缩机吸气腔内压力，等于该测试频率点下的吸气压力拟合值。

3.根据权利要求2所述的空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法，其特征在于，步骤4中，设压缩机转轴制冷剂的有效驱动力矩为M_d，则压缩机转轴制冷剂的有效驱动力矩的计算公式为：

P_d＝G(h₂-h₁)

其中，P_d为压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率，G为质量流量，h₂为制冷剂在排气压力和温度确定条件下的焓值，h₁为制冷剂在吸气压力和温度确定条件下的焓值，f为压缩机的运行频率。

4.根据权利要求3所述的空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法，其特征在于，步骤4中，设压缩机转轴的旋转惯性力矩为M，则压缩机转轴的旋转惯性力矩的计算公式为：

M＝M_d-M_g。

5.根据权利要求4所述的空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法，其特征在于，步骤5中，设所述得到的压缩机运行频率点下旋转惯性力矩中各个谐波成分的力矩幅值M_i、初始相位

及常量M₀；

其中，i＝1,2，…,n，代表压缩机运行频率的i倍频。

6.根据权利要求5所述的空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法，其特征在于，步骤6具体包括如下步骤：

步骤601、根据步骤5中求得的各力矩谐波，空调器压缩机配管系统的动力学方程如下：

其中，[M]为系统质量矩阵，[C]为系统阻尼矩阵，[K]为系统刚度矩阵，{x(t)}为系统响应位移向量，

为系统响应速度向量，

为系统响应加速度向量，w₀为谐波基频；

步骤602、根据线性系统解的线性叠加原理，步骤601中的动力学方程解为各频率分量激励对应解的和，即：

其中，b₀为激励力矩M₀对应的响应值，b_i为激励力矩为

对应的响应值，ψ_i为响应滞后于激励力的相位角；

步骤603、忽略步骤602中的滞后响应，即有下式：

步骤604、得到力矩为M₀时，响应为b₀，力矩为

时，响应为

7.根据权利要求6所述的空调器不同环境工况下的配管振动响应函数关系拟合方法，其特征在于，设在环境工况T下，压缩机载荷激励力为

配管振动响应值为σ，在环境工况T′下，压缩机载荷激励力为

配管振动响应值为σ′，则可拟合如下公式：

即

其中，振动响应为配管上的应力、应变、位移、速度及加速度，n≥2。

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