CN111639455B - 变频空调压缩机配管振动仿真方法 - Google Patents

变频空调压缩机配管振动仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及变频空调技术领域，本发明旨在解决现有的变频空调压缩机配管振动仿真方法存在共振峰值频率点仿真不准问题的问题，提出另一种变频空调压缩机配管振动仿真方法，包括：计算压缩机在每个运行频率点下的旋转惯性力矩和不平衡力，所述不平衡力包括：不平衡力幅值和不平衡力相位值；确定压缩机配管的有限元模型，将所述旋转惯性力矩和不平衡力加载至变频压缩机内部的气缸上盖与筒体接触的圆柱面上；仿真计算得到配管振动响应的频响数据。本发明综合考虑了压缩机旋转惯性力矩和其不平衡力以及两种载荷间的相位差，解决了现有变激励值仿真方法的缺陷，使得仿真与实测能更好的对标，提高了共振峰值频率点仿真的准确性，适用于变频空调。

Description

变频空调压缩机配管振动仿真方法
技术领域
本发明涉及变频空调技术领域，具体来说涉及一种变频空调压缩机配管振动仿真方法。
背景技术
目前，行业内主流的变频空调压缩机配管振动仿真方法主要是在如下两种:
1、定激励值仿真方法。即在变频压缩机运行的全频率段范围内，激励值为一固定值，激励形式为旋转位移或转矩。该仿真方法的结果只能得到配管振动的响应趋势，在量级上无法与实测对标，因此无法准确预估配管的响应大小，该仿真方法已逐步淘汰。
2、变激励值仿真方法。即在变频压缩机运行的全频段范围内，每一运行频率都对应一激励值，激励形式为旋转位移或转矩。该仿真方法结果所得到的配管振动响应值在量级上可与实测对标，但存在共振峰值频率点仿真不准现象，因此会造成对配管振动响应值过大频率点的漏判现象，仿真指导实践出现困难。
上述两种仿真方法中其载荷加载仅仅考虑了压缩机旋转方向的载荷(旋转惯性力矩或旋转位移)，而对不平衡力以及相位因素没有考虑，存在共振峰值频率点仿真不准的问题。
发明内容
本发明旨在解决现有的变频空调压缩机配管振动仿真方法存在共振峰值频率点仿真不准问题的问题，提出一种另一种变频空调压缩机配管振动仿真方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：变频空调压缩机配管振动仿真方法，包括以下步骤：
步骤1.计算压缩机在每个运行频率点下的旋转惯性力矩和不平衡力，所述不平衡力包括：不平衡力幅值和不平衡力相位值；
步骤2.确定压缩机配管的有限元模型，将所述旋转惯性力矩和不平衡力加载至变频压缩机内部的气缸上盖与筒体接触的圆柱面上；
步骤3.仿真计算得到配管振动响应的频响数据。
进一步的，所述压缩机在每个运行频率点下的旋转惯性力矩的计算方法包括：
获取压缩机的特定参数以及变频压缩机在每个运行频率点下的压力数据和温度数据，所述压力数据包括吸气口压力值和排气口压力值，所述温度数据包括吸气口温度值和排气口温度值；
根据所述特定参数、压力数据和温度数据计算压缩机在每个运行频率点下的旋转惯性力矩。
进一步的，所述压缩机的特定参数包括：压缩机活塞直径、压缩机气缸高度、压缩机活塞偏心距、压缩机排量以及压缩机容积效率。
进一步的，所述不平衡力幅值的计算方法包括：
获取压缩机的不平衡质量、不平衡质量偏心距和转轴角速度，根据所述不平衡质量、不平衡质量偏心距和转轴角速度计算不平衡力幅值，计算公式如下：
F＝Δm×e×w2；
式中，F为不平衡力幅值，Δm为不平衡质量，e为不平衡质量偏心距，w为转轴角速度。
进一步的，所述不平衡力相位值的计算方法包括：
计算压缩机排气开始时刻的第一转角和压缩机转子角速度最大时刻的第二转角；
根据所述第一转角与第二转角的差值得到不平衡力相位值。
进一步的，所述第一转角的计算方法包括：
获取压缩机的排气压力、吸气压力、吸气开始时刻的第三转角、转子偏心率和制冷剂等熵指数；
根据所述压缩机的排气压力、吸气压力、吸气开始时刻的第三转角、转子偏心率和制冷剂等熵指数计算第一转角，计算公式如下：
Figure BDA0002534604190000021
式中，β为第一转角，pd为排气压力，ps为吸气压力，α为第三转角，ε为转子偏心率，γ为制冷剂等熵指数。
进一步的，所述第二转角的计算方法包括：
获取压缩机的偏心转子半径、气缸高度、压缩腔内压力和运行频率，根据所述压缩机的偏心转子半径、气缸高度、压缩腔内压力和转子偏心率建立压缩机转子转角和压缩机转轴制冷剂的有效驱动力矩的函数关系，其表达式如下：
Figure BDA0002534604190000022
式中，Mg为压缩机转轴制冷剂的有效驱动力矩，R为偏心转子半径，h为气缸高度，pθ为压缩机压缩腔内压力，θ为压缩机转子转角；
计算压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率，根据所述运行频率和压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率计算压缩机气体阻力矩 ，计算公式如下：
Figure BDA0002534604190000031
式中，Md为压缩机气体阻力矩 ，Pd为压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率，f为运行频率；
根据所述压缩机转轴制冷剂的有效驱动力矩与压缩机气体阻力矩 的差值为零，计算得到两个压缩机转子转角，将其中的最小值作为第二转角。
进一步的，所述压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率的计算方法包括：
获取质量流量、制冷剂在排气压力压力和温度确定条件下的第一焓值以及制冷剂在吸气压力和温度确定条件下的第二焓值；
根据所述质量流量、第一焓值和第二焓值计算压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率。
进一步的，所述压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率的计算公式如下：
Pd＝G(h2-h1)；
式中，Pd为压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率，G为质量流量，h1为第一焓值，h2为第二焓值。
进一步的，所述配管振动响应的频响数据包括：应力频响数据和/或应变频响数据和/或加速度频响数据和/或速度频响数据和/或位移频响数据。
本发明的有益效果是：本发明所述的变频空调压缩机配管振动仿真方法，综合考虑了压缩机旋转惯性力矩和其不平衡力以及两种载荷间的相位差，解决了现有变激励值仿真方法的缺陷，使得仿真与实测能更好的对标，提高了共振峰值频率点仿真的准确性，完善了空调配管正向设计流程，进而通过仿真手段将配管振动问题集中在概念设计阶段解决，缩短了配管设计周期。
附图说明
图1为本发明实施例所述的变频空调压缩机配管振动仿真方法的流程示意图；
图2为现有技术中的变频空调压缩机配管振动仿真方法的仿真数据与实测数据的对比图；
图3为本发明实施例所述的变频空调压缩机配管振动仿真方法的仿真数据与实测数据的对比图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本发明所述的变频空调压缩机配管振动仿真方法，包括以下步骤：步骤1.计算压缩机在每个运行频率点下的旋转惯性力矩和不平衡力，所述不平衡力包括：不平衡力幅值和不平衡力相位值；步骤2.确定压缩机配管的有限元模型，将所述旋转惯性力矩和不平衡力加载至变频压缩机内部的气缸上盖与筒体接触的圆柱面上；步骤3.仿真计算得到配管振动响应的频响数据。
首先，通过专业软件计算压缩机在每个运行频率点下的旋转惯性力矩，并通过专业软件计算缩机在每个运行频率点下的不平衡力幅值和不平衡力相位值，然后，确定压缩机配管系统的有限元模型，将旋转惯性力矩和不平衡力加载到压缩机筒体圆柱面上，该圆柱面为压缩机内部气缸上盖与压缩机筒体的接触部分，最后仿真得到配管振动响应数据。
实施例
本发明实施例所述的，变频空调压缩机配管振动仿真方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1.计算压缩机在每个运行频率点下的旋转惯性力矩和不平衡力，所述不平衡力包括：不平衡力幅值和不平衡力相位值；
其中，所述压缩机在每个运行频率点下的旋转惯性力矩的计算方法包括：
步骤S11.获取压缩机的特定参数以及变频压缩机在每个运行频率点下的压力数据和温度数据，所述压力数据包括吸气口压力值和排气口压力值，所述温度数据包括吸气口温度值和排气口温度值；所述压缩机的特定参数包括：压缩机活塞直径、压缩机气缸高度、压缩机活塞偏心距、压缩机排量以及压缩机容积效率；
步骤S12.根据所述特定参数、压力数据和温度数据计算压缩机在每个运行频率点下的旋转惯性力矩。
其中，所述不平衡力幅值的计算方法包括：
步骤S13.获取压缩机的不平衡质量、不平衡质量偏心距和转轴角速度，根据所述不平衡质量、不平衡质量偏心距和转轴角速度计算不平衡力幅值，计算公式如下：
F＝Δm×e×w2；
式中，F为不平衡力幅值，Δm为不平衡质量，e为不平衡质量偏心距，w为转轴角速度。
其中，所述不平衡力相位值的计算方法包括：
步骤S14.计算压缩机排气开始时刻的第一转角和压缩机转子角速度最大时刻的第二转角；
所述第一转角的计算方法包括：
步骤S141.获取压缩机的排气压力、吸气压力、吸气开始时刻的第三转角、转子偏心率和制冷剂等熵指数；
根据所述压缩机的排气压力、吸气压力、吸气开始时刻的第三转角、转子偏心率和制冷剂等熵指数计算第一转角，计算公式如下：
Figure BDA0002534604190000051
式中，β为第一转角，pd为排气压力，ps为吸气压力，α为第三转角，ε为转子偏心率，γ为制冷剂等熵指数。
所述第二转角的计算方法包括：
步骤S142.获取压缩机的偏心转子半径、气缸高度、压缩腔内压力和运行频率，根据所述压缩机的偏心转子半径、气缸高度、压缩腔内压力和转子偏心率建立压缩机转子转角和压缩机转轴制冷剂的有效驱动力矩的函数关系，其表达式如下：
Figure BDA0002534604190000052
式中，Mg为压缩机转轴制冷剂的有效驱动力矩，R为偏心转子半径，h为气缸高度，pθ为压缩机压缩腔内压力，θ为压缩机转子转角；
步骤S143.计算压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率，根据所述运行频率和压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率计算压缩机气体阻力矩 ，计算公式如下：
Figure BDA0002534604190000053
式中，Md为压缩机气体阻力矩 ，Pd为压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率，f为运行频率；
所述压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率的计算方法包括：
步骤S1431.获取质量流量、制冷剂在排气压力压力和温度确定条件下的第一焓值以及制冷剂在吸气压力和温度确定条件下的第二焓值；
步骤S1432.根据所述质量流量、第一焓值和第二焓值计算压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率，计算公式如下：
Pd＝G(h2-h1)；
式中，Pd为压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率，G为质量流量，h1为第一焓值，h2为第二焓值。
步骤S144.根据所述压缩机转轴制冷剂的有效驱动力矩与压缩机气体阻力矩 的差值为零，即Md-Mg＝0，计算得到两个压缩机转子转角，将其中的最小值作为第二转角。
步骤S15.根据所述第一转角与第二转角的差值得到不平衡力相位值。
步骤S2.确定压缩机配管的有限元模型，将所述旋转惯性力矩和不平衡力加载至变频压缩机内部的气缸上盖与筒体接触的圆柱面上；其中，变频压缩机内部的气缸上盖与筒体接触的圆柱面是指压缩机内部气缸上盖与压缩机筒体直接接触的圆柱面，而非整个压缩机筒体圆柱面。
步骤S3.仿真计算得到配管振动响应的频响数据，其中，配管振动响应的频响数据可以包括：应力频响数据和/或应变频响数据和/或加速度频响数据和/或速度频响数据和/或位移频响数据。
图2示出了现有技术中的变频空调压缩机配管振动仿真方法的仿真数据与实测数据的对比图，图3示出了本发明实施例所述的变频空调压缩机配管振动仿真方法的仿真数据与实测数据的对比图，可以看出，由于本发明所述的变频空调压缩机配管振动仿真方法，综合考虑了压缩机旋转惯性力矩和其不平衡力以及两种载荷间的相位差，使得仿真与实测能更好的对标，明显提高了共振峰值频率点仿真的准确性。

Claims (7)

1.变频空调压缩机配管振动仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.计算压缩机在每个运行频率点下的旋转惯性力矩和不平衡力，所述不平衡力包括：不平衡力幅值和不平衡力相位值；
所述不平衡力相位值的计算方法包括：
计算压缩机排气开始时刻的第一转角和压缩机转子角速度最大时刻的第二转角；
根据所述第一转角与第二转角的差值得到不平衡力相位值；
所述第一转角的计算方法包括：
获取压缩机的排气压力、吸气压力、吸气开始时刻的第三转角、转子偏心率和制冷剂等熵指数；
根据所述压缩机的排气压力、吸气压力、吸气开始时刻的第三转角、转子偏心率和制冷剂等熵指数计算第一转角，计算公式如下：
Figure FDA0003770164340000011
式中，β为第一转角，pd为排气压力，ps为吸气压力，α为第三转角，ε为转子偏心率，γ为制冷剂等熵指数；
步骤2.确定压缩机配管的有限元模型，将所述旋转惯性力矩和不平衡力加载至变频压缩机内部的气缸上盖与筒体接触的圆柱面上；
步骤3.仿真计算得到配管振动响应的频响数据。
2.如权利要求1所述的变频空调压缩机配管振动仿真方法，其特征在于，所述压缩机在每个运行频率点下的旋转惯性力矩的计算方法包括：
获取压缩机的特定参数以及变频压缩机在每个运行频率点下的压力数据和温度数据，所述压力数据包括吸气口压力值和排气口压力值，所述温度数据包括吸气口温度值和排气口温度值，所述压缩机的特定参数包括：压缩机活塞直径、压缩机气缸高度、压缩机活塞偏心距、压缩机排量以及压缩机容积效率；
根据所述特定参数、压力数据和温度数据计算压缩机在每个运行频率点下的旋转惯性力矩。
3.如权利要求1所述的变频空调压缩机配管振动仿真方法，其特征在于，所述不平衡力幅值的计算方法包括：
获取压缩机的不平衡质量、不平衡质量偏心距和转轴角速度，根据所述不平衡质量、不平衡质量偏心距和转轴角速度计算不平衡力幅值，计算公式如下：
F＝Δm×e×w2；
式中，F为不平衡力幅值，Δm为不平衡质量，e为不平衡质量偏心距，w为转轴角速度。
4.如权利要求1所述的变频空调压缩机配管振动仿真方法，其特征在于，所述第二转角的计算方法包括：
获取压缩机的偏心转子半径、气缸高度、压缩腔内压力和运行频率，根据所述压缩机的偏心转子半径、气缸高度、压缩腔内压力和转子偏心率建立压缩机转子转角和压缩机转轴制冷剂的有效驱动力矩的函数关系，其表达式如下：
Figure FDA0003770164340000021
式中，Mg为压缩机转轴制冷剂的有效驱动力矩，R为偏心转子半径，h为气缸高度，pθ为压缩机压缩腔内压力，θ为压缩机转子转角；
计算压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率，根据所述运行频率和压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率计算压缩机气体阻力矩 ，计算公式如下：
Figure FDA0003770164340000022
式中，Md为压缩机气体阻力矩 ，Pd为压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率，f为运行频率；
根据所述压缩机转轴制冷剂的有效驱动力矩与压缩机气体阻力矩 的差值为零，计算得到两个压缩机转子转角，将其中的最小值作为第二转角。
5.如权利要求4所述的变频空调压缩机配管振动仿真方法，其特征在于，所述压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率的计算方法包括：
获取质量流量、制冷剂在排气压力和温度确定条件下的第一焓值以及制冷剂在吸气压力和温度确定条件下的第二焓值；
根据所述质量流量、第一焓值和第二焓值计算压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率。
6.如权利要求5所述的变频空调压缩机配管振动仿真方法，其特征在于，所述压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率的计算公式如下：
Pd＝G(h2-h1)；
式中，Pd为压缩机转轴压缩制冷剂的有效功率，G为质量流量，h1为第一焓值，h2为第二焓值。
7.如权利要求1至6任一项所述的变频空调压缩机配管振动仿真方法，其特征在于，所述配管振动响应的频响数据包括：应力频响数据和/或应变频响数据和/或加速度频响数据和/或速度频响数据和/或位移频响数据。
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