CN110231230A - 一种空调管路疲劳寿命的判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空调管路疲劳寿命的判定方法，包括：获取配管成品级S‑N曲线；以配管成品级S‑N曲线为基础，分别获取空调配管运输、启停、平稳运行对应应力下的第一循环次数；分别获取空调配管运输、启停、平稳运行在目标使用年限下的第二循环次数；建立空调配管疲劳寿命计算模型；以获取的第一循环次数和第二循环次数为基础，结合空调配管疲劳寿命计算模型计算空调配管疲劳寿命；若空调配管疲劳寿命大于等于目标使用年限，空调管路合格。本发明计算出的空调配管疲劳寿命简便且准确率高。

Description

一种空调管路疲劳寿命的判定方法

技术领域

本发明涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种空调管路疲劳寿命的判定方 法。

背景技术

在空调器设计领域，如何进行管路优化控制配管成本、同时保证配管可靠 性防止断管就显得尤为关键，而目前空调企业配管疲劳寿命预测普通是根据铜 材S-N曲线来估计的。该方法缺点：一是未考虑真实空调管路的实际形状、尺 寸、表面状态、焊接、工作环境和工作载荷等因素影响；二是计算过程复杂、 如安全系数等需靠经验确定。其结果要么管路设计过度安全造成材料性能浪 费，要么配管早期断裂给客户和企业带来损失。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种空调管路疲劳寿命的判定方法，以解决空调 管路疲劳寿命判断复杂、不准确的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种空调管路疲劳寿命的判定方法，包括：

获取配管成品级S-N曲线；

以配管成品级S-N曲线为基础，分别获取空调配管运输、启停、平稳运行对 应应力下的第一循环次数；

分别获取空调配管运输、启停、平稳运行在目标使用年限下的第二循环次数；

建立空调配管疲劳寿命计算模型；

以获取的第一循环次数和第二循环次数为基础，结合空调配管疲劳寿命计 算模型计算空调配管疲劳寿命；

若空调配管疲劳寿命大于等于目标使用年限，空调管路合格。

由此，通过本发明的方法，计算出的空调配管疲劳寿命简便且准确率高。

可选地，获取配管成品级S-N曲线，包括：

步骤1：选取同类型空调样机，分成N组进行测试，每一组得到M个应力值 以及对应的循环次数，其中N，M为预先定义的正整数；

步骤2：以每一组得到的M个应力值以及对应的循环次数为基础，绘制配管 成品级S-N曲线。

由此，通过N组样机的M个应力值以及对应的循环次数绘制的配管成品级 S-N曲线，数据多，疲劳寿命曲线更可靠。

可选地，步骤2之后，还包括：

选取其他类型空调样机，采用步骤1的方法进行测试，补充完善配管成品 级S-N曲线。

由此，配管成品级S-N曲线包括不同类型空调样机的数据，其疲劳寿命曲 线更加可靠。

可选地，步骤1包括：每一组空调样机进行测试时，按照如下方法；

步骤11：选择一台空调样机，在管路系统危险部位布置应力应变片；并将 空调放入激振台内，连接应力测试设备、开启冷媒泄漏报警器；

步骤12：将激振台激励频率调整到系统共振频率，开启空调，并调整激励 力大小使管路最大应力达到阈值范围；

步骤13：锁定激励力开始测试，直到冷媒泄漏报警器报警并自动停机，拆 机检查确认管路裂漏部位，找到对应应力通道，记录应力值，并计算循环次数；

步骤14：重复步骤11至13，对剩下空调样机进行测试，最终得到应力值以 及循环次数的集合。

由此，对空调样机进行测试，解决了材料级疲劳寿命曲线未考虑空调管路的 实际形状、尺寸、表面状态、焊接、工作环境和工作载荷等因素对真实寿命的影 响问题。

可选地，步骤11之前包括：

步骤10：选择空调样机，通过实验识别出管路系统的危险部位。

由此，找出管路系统的危险部位后，便于后续对样机的测试。

可选地，步骤10包括：

选择售后断管投诉机型，抽N台在加速寿命台上试验，通过正弦扫频找到 管路系统共振频率fc，并固定频率激励复现售后断管，锁定最先裂漏的部位作 为所述危险部位，以及再同步通过仿真把其他危险部位识别出来。

由此，通过激励复现售后断管，能够快速找出管路系统的危险部位。

可选地，每一组空调样机进行测试时，管路最大应力达到的阈值范围不同。

由此，不同组采用不同的阈值，得到的数据个多更全面，其疲劳寿命曲线更 加可靠。

可选地，以获取的第一循环次数和第二循环次数为基础，结合空调配管疲劳 寿命计算模型计算空调配管疲劳寿命，包括：

先根据空调配管运输、启停、平稳运行对应应力下的第一循环次数以及空调 配管运输、启停、平稳运行在目标使用年限下的第二循环次数，分别计算出空调 配管运输、启停、平稳运行的阶段疲劳损失；

再将空调配管运输、启停、平稳运行的阶段疲劳损失带入空调配管疲劳寿命 计算模型中，计算求出空调配管疲劳寿命。

由此，先计算空调配管运输、启停、平稳运行的阶段疲劳损失，再计算空调 配管疲劳寿命，结果更加准确。

可选地，空调配管疲劳寿命计算模型为：

其中，Cp为配管疲劳寿命，Di为运输、启停、平稳运行三个过程的阶段疲劳 损失。

由此，空调配管疲劳寿命计算模型更合理、计算结果更精确。

可选地，运输、启停、平稳运行三个过程的阶段疲劳损失计算公式为：

其中，Di为运输、启停、平稳运行三个过程的阶段疲劳损失；ni为空调配 管运输、启停、平稳运行对应应力下的第一循环次数；Ni为空调配管运输、启停、 平稳运行在目标使用年限下的第二循环次数。

由此，计算出的运输、启停、平稳运行三个过程的阶段疲劳损失后，便于带 入空调配管疲劳寿命计算模型，从而计算空调配管疲劳寿命。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的流程示意图；

图2为每一组空调样机进行测试的流程示意图；

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本 发明的具体实施例做详细的说明。

通过研究售后断管投诉案例可知，空调配管疲劳破坏主要是在运输、启停和 平稳运行三个过程，其中，运输是指：空调在生产线下线后，空调的整个运输过 程；因为运输过程中的颠簸、搬运会对空调管路造成较大的影响；启停是指：空 调每次开始工作和停止工作的过程，因为空调开始工作时，管路中的冷媒是由静 到动的过程，空调停止工作时，管路中的冷媒是由动到静的过程，两者瞬间的改 变，会对管路造成一定影响；平稳运行是指：空调运行过程中变频产生的振动， 会对管路造成一定影响。

如图1-2所示，一种空调管路疲劳寿命的判定方法，包括以下步骤：

S100：获取配管成品级S-N曲线。

具体地，包括以下几个步骤：

步骤1：选取同类型空调样机，分成N组进行测试，每一组得到M个应力值 以及对应的循环次数，其中N，M为预先定义的正整数；

空调样机优选为售后投诉机型，由此，便于针对该类机型进行分析，判断其 管路设计是否合格，在实际测试中，同类型的空调样机一般分为7-9组，每组 10-20台进行测试。

其中，每一组空调样机进行测试时，按照如下方法；步骤11：选择一台空 调样机，在管路系统危险部位布置应力应变片；并将空调放入激振台内，连接应 力测试设备、开启冷媒泄漏报警器；步骤12：将激振台激励频率调整到管路系 统共振频率，开启空调，并调整激励力大小使管路最大应力达到阈值范围；步骤 13：锁定激励力开始测试，直到冷媒泄漏报警器报警并自动停机，拆机检查确认 管路裂漏部位，找到对应应力通道，记录应力值，并计算循环次数；步骤14： 重复步骤11至13，对剩下空调样机进行测试，最终得到应力值以及循环次数的 集合。

在管路系统危险部位布置应力应变片时，在危险部位内弯、外弯、左侧面、 右侧面粘贴应力应变片，对应力应变片引出线打胶做好防护。

应力通道与测试时布置的应力应变片数量有关，多少个应力应力片，就有多 少个应力通道。一般布置的应力应变片在15片以上(即15个以上通道)。一个 危险部位就有内弯、外弯、左侧面、右侧面4点，裂漏时只会对应其中一点，所 以，要找到该点对应通道的应力数据及时间，才能用来绘制S-N曲线。

步骤11之前包括：步骤10：选择空调样机，通过实验识别出管路系统的危 险部位。

具体地，选择售后断管投诉机型，抽N台在加速寿命台上试验，通过正弦扫 频找到管路系统共振频率，并固定频率激励复现售后断管，锁定最先裂漏的部位 作为所述危险部位，以及再同步通过仿真把其他危险部位识别出来。

危险部位是最可能发生断裂的部位，其决定空调管路系统寿命，由此，在危 险部位布置应力应变片，可完整记录管路整个失效阶段的应力时间情况，是计算 循环次数及应力大小描绘S-N疲劳寿命曲线的关键；其中，最先裂漏的部位的 应力及时间数据最有价值，用于计算S-N曲线的，其他部位应力只有辅助参考 作用。

步骤2：以每一组得到的M个应力值以及对应的循环次数为基础，绘制配管 成品级S-N曲线。

此外，还可包括步骤3：选取其他类型空调样机，采用步骤1的方法进行测 试，补充完善配管成品级S-N曲线。

同时，每一组空调样机进行测试时，管路最大应力达到的阈值范围不同。由 此，不同组采用不同的阈值，得到的数据个多更全面，其疲劳寿命曲线更加可靠。

获取配管成品级S-N曲线的一种实施方式中，其是如下实现的，

1)选择售后断管投诉机型，抽2台整机在加速寿命台上试验，通过正弦扫 频找到管路系统共振频率fc，并固定频率激励复现售后断管，锁定最先裂漏的 部位，同步通过仿真把其他危险部位识别出来；

2)抽该空调外机成品70台，分7组每组10台，在危险部位内侧、外侧、 侧面粘贴应力应变片，对应力应变片引出线打胶做好防护；并将空调放入激振台 内，连接应力测试设备、冷媒泄漏报警器等，调好工况；

3)将激振台激励频率调整到管路系统共振频率fc，开启空调，并调整激励 力大小使管路最大应力达到与预设的S1MPa误差3％以内；

4)锁定激励力正式开始测试，直到冷媒泄漏报警器报警并自动停机，拆机 检查确认管路裂漏部位，找到对应应力通道，记录应力值S1-1并计算循环次数 N1-1；

5)重复步骤3)、4)，直到第一组10台全部做完，得到集合{S1-1、N1-1， S1-2、N1-2，……S1-10、N1-10}；

6)将激振台激励频率调整到管路系统共振频率fc，开启机器，并调整激励 力大小使管路最大应力达到与预设的S2MPa误差3％以内；

7)锁定激励力正式开始测试，直到冷媒泄漏报警器报警并自动停机，拆机 检查确认管路裂漏部位，找到对应应力通道，记录应力值S2-1并计算循环次数 N2-1；

8)重复步骤6)、7)，直到第二组10台全部做完，得到集合{S2-1、N2-1， S2-2、N2-2，……S2-10、N2-10}；

9)同理，将其他5组按上述两组的方法，得到集合{S3-1、N3-1，S3-2、N3- 2，……，S3-10、N3-10}、……、{S7-1、N7-1，S7-2、N7-2，……S7-10、N7- 10}；

10)根据上述集合初步绘制配管成品级S-N曲线；

11)选择售后其他断管机型按上述方法测试，补充完善配管成品级S-N曲 线。

通过上述方法得到的空调配管成品级疲劳寿命S-N曲线更加可靠，解决了 材料级疲劳寿命曲线未考虑空调管路的实际形状、尺寸、表面状态、焊接、工作 环境和工作载荷等因素对真实寿命的影响问题。

S200:以配管成品级S-N曲线为基础，分别获取空调配管运输、启停、平稳 运行对应应力下的第一循环次数；

具体地，首先测出空调配管运输、启停、平稳运行三个过程的应力值，通过 应力测试设备得到，然后对照绘制的配管成品级S-N曲线，找到空调配管运输、 启停、平稳运行三个过程应力值分别对应的第一循环次数。

S400:分别获取空调配管运输、启停、平稳运行在目标使用年限下的第二循 环次数。

具体地，空调都有一个目标使用年限，一般为12年，在目标使用年限期间， 通过监控空调运输过程、启停次数、运行时长，分别得到对应的第二循环次数， 从而进行后续计算。

S500：建立空调配管疲劳寿命计算模型。

具体地，空调配管疲劳寿命计算模型为：

其中，Cp为配管疲劳寿命，Di为运输、启停、平稳运行三个过程的阶段疲劳 损失。

上述空调配管疲劳寿命计算模型更合理、寿命结果更精准：现有的空调配管 疲劳寿命计算方法很难预测一款空调配管系统到底可用多少年。而本发明疲劳 寿命计算模型可精确到月。

S600：以获取的第一循环次数和第二循环次数为基础，结合空调配管疲劳寿 命计算模型计算空调配管疲劳寿命。

具体地，先根据空调配管运输、启停、平稳运行对应应力下的第一循环次数 以及空调配管运输、启停、平稳运行在目标使用年限下的第二循环次数，分别计 算出空调配管运输、启停、平稳运行的阶段疲劳损失；

再将空调配管运输、启停、平稳运行的阶段疲劳损失带入空调配管疲劳寿命 计算模型中，计算求出空调配管疲劳寿命。

其中，运输、启停、平稳运行三个过程的阶段疲劳损失计算公式为：

其中，Di为运输、启停、平稳运行三个过程的阶段疲劳损失；ni为空调配 管运输、启停、平稳运行对应应力下的第一循环次数；Ni为空调配管运输、启停、 平稳运行在目标使用年限下的第二循环次数

S600：若空调配管疲劳寿命大于等于目标使用年限，空调管路合格。

具体地，计算出的配管疲劳寿命大于等于目标使用年限时，说明空调配管能 够满足需求，可以继续生产和制造，反之，计算出的配管疲劳寿命小于目标使用 年限时，表明其不能满足需求，需要停止生产该类管路系统，避免造成材料的浪 费。

以内销某空调为例，该空调预期寿命12年(每年使用240天、每天12小 时)、运输15小时。通过本发明模型测试与计算，该空调疲劳寿命为0.34年(4.1 个月)。而市场上客户投诉该空调使用3个月内19台裂漏。计算寿命与空调实 际失效时间误差仅1.1个月，可信度非常高。如表1所示，

表1：

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不 脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种空调管路疲劳寿命的判定方法，其特征在于，包括：

获取配管成品级S-N曲线；

以配管成品级S-N曲线为基础，分别获取空调配管运输、启停、平稳运行对应应力下的第一循环次数；

分别获取空调配管运输、启停、平稳运行在目标使用年限下的第二循环次数；

建立空调配管疲劳寿命计算模型；

以获取的第一循环次数和第二循环次数为基础，结合空调配管疲劳寿命计算模型计算空调配管疲劳寿命；

若空调配管疲劳寿命大于等于目标使用年限，空调管路合格。

2.根据权利要求1所述的空调管路疲劳寿命的判定方法，其特征在于，获取配管成品级S-N曲线，包括：

步骤1：选取同类型空调样机，分成N组进行测试，每一组得到M个应力值以及对应的循环次数，其中N，M为预先定义的正整数；

步骤2：以每一组得到的M个应力值以及对应的循环次数为基础，绘制配管成品级S-N曲线。

3.根据权利要求2所述的空调管路疲劳寿命的判定方法，其特征在于，步骤2之后，还包括：

步骤3：选取其他类型空调样机，采用步骤1的方法进行测试，补充完善配管成品级S-N曲线。

4.根据权利要求2所述的空调管路疲劳寿命的判定方法，其特征在于，步骤1包括：每一组空调样机进行测试时，按照如下方法；

步骤11：选择一台空调样机，在管路系统危险部位布置应力应变片；并将空调放入激振台内，连接应力测试设备、开启冷媒泄漏报警器；

步骤12：将激振台激励频率调整到系统共振频率，开启空调，并调整激励力大小使管路最大应力达到阈值范围；

步骤13：锁定激励力开始测试，直到冷媒泄漏报警器报警并自动停机，拆机检查确认管路裂漏部位，找到对应应力通道，记录应力值，并计算循环次数；

步骤14：重复步骤11至13，对剩下空调样机进行测试，最终得到应力值以及循环次数的集合。

5.根据权利要求4所述的空调管路疲劳寿命的判定方法，其特征在于，步骤11之前包括：

步骤10：选择空调样机，通过实验识别出管路系统的危险部位。

6.根据权利要求5所述的空调管路疲劳寿命的判定方法，其特征在于，步骤10包括：

选择售后断管投诉机型，抽N台在加速寿命台上试验，通过正弦扫频找到管路系统共振频率，并固定频率激励复现售后断管，锁定最先裂漏的部位作为所述危险部位，以及再同步通过仿真把其他危险部位识别出来。

7.根据权利要求2所述的空调管路疲劳寿命的判定方法，其特征在于，每一组空调样机进行测试时，管路最大应力达到的阈值范围不同。

8.根据权利要求1所述的空调管路疲劳寿命的判定方法，其特征在于，以获取的第一循环次数和第二循环次数为基础，结合空调配管疲劳寿命计算模型计算空调配管疲劳寿命，包括：

先根据空调配管运输、启停、平稳运行对应应力下的第一循环次数以及空调配管运输、启停、平稳运行在目标使用年限下的第二循环次数，分别计算出空调配管运输、启停、平稳运行的阶段疲劳损失；

再将空调配管运输、启停、平稳运行的阶段疲劳损失带入空调配管疲劳寿命计算模型中，计算求出空调配管疲劳寿命。

9.根据权利要求1所述的空调管路疲劳寿命的判定方法，其特征在于，空调配管疲劳寿命计算模型为：

其中，Cp为配管疲劳寿命，Di为运输、启停、平稳运行三个过程的阶段疲劳损失。

10.根据权利要求9所述的空调管路疲劳寿命的判定方法，其特征在于，运输、启停、平稳运行三个过程的阶段疲劳损失计算公式均为：

其中，Di为运输、启停、平稳运行三个过程的阶段疲劳损失；ni为空调配管运输、启停、平稳运行对应应力下的第一循环次数；Ni为空调配管运输、启停、平稳运行在目标使用年限下的第二循环次数。