CN115048789A - 涡旋压缩机管路振动数值仿真计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压缩机管路振动领域，具体涉及一种涡旋压缩机管路振动数值仿真计算方法，能够更贴近实际的模拟压缩机管路振动情况，极大地缩短了仿真计算周期，同时能够对管路涉及方案进行优化。本发明涡旋压缩机管路振动数值仿真计算方法，包括：建立涡旋压缩机数值仿真计算模型，计算模型包括涡旋压缩机本体以及补气管路；对计算模型进行简化处理，添加约束条件，进行振动响应仿真数值计算，所述约束条件包括压缩机机械激励载荷及流体脉动激励载荷。本发明适用于涡旋压缩机管路振动数值仿真的计算。

Description

涡旋压缩机管路振动数值仿真计算方法

技术领域

本发明涉及压缩机管路振动领域，具体涉及一种涡旋压缩机管路振动数值仿真计算方法。

背景技术

涡旋压缩机普遍应用于大型中央空调系统，相比转子式压缩机，涡旋压缩机运行平稳、振动小、噪音小。一般为了在低温环境中实现较大的压缩比，涡旋压缩机采用了喷气增焓技术，在涡旋压缩机涡旋盘上开设补气孔，增加一个中间压力的补气回路，增加系统制冷剂质量流量，提升涡旋压缩机的压缩效率和能力。涡旋压缩机激励载荷复杂，涡盘运动过程中涡盘受压缩腔气体力作用产生周向力，同时受离心力和竖直方向的垂向力作用，对于补气管路来说，除受涡旋压缩机产生的机械振动载荷外，还受到涡旋压缩机喷气产生的周期性压力脉动，涡旋压缩机运行频率范围宽，一般运行频率越高振动越大。大型中央空调涡旋压缩机管路系统结构较为复杂，四通阀组件包含吸气管路、排气管路、补气管路等连接管，管路系统固有频率多，容易与涡旋压缩机激励载荷频率重合，形成共振及流固耦合振动。管路振动会引起管路疲劳断裂，导致系统失效，一般企业里通过振动应力试验测试管路应力，根据管路振动应力值评估管路设计方案是否可行。这种仅依靠试验测试的评估手段周期长、成本高、效率低，且无法在概念设计阶段事先对方案优良进行预判。

发明内容

本发明的目的是提供一种涡旋压缩机管路振动数值仿真计算方法，能够更贴近实际的模拟压缩机管路振动情况，极大地缩短了仿真计算周期，同时能够对管路涉及方案进行优化。

本发明采取如下技术方案实现上述目的，涡旋压缩机管路振动数值仿真计算方法，包括：

建立涡旋压缩机数值仿真计算模型，计算模型包括涡旋压缩机本体以及补气管路；

对计算模型进行简化处理，添加约束条件，并进行振动响应仿真数值计算，所述约束条件包括压缩机机械激励载荷及流体脉动激励载荷。

进一步的是，为了提高机械激励载荷计算的准确性，压缩机机械激励载荷确定的具体方法包括：

压缩机机械激励载荷F＝[M_Z D_X D_Y D_Z]，M_Z为压缩机本体竖直方向力矩载荷，D_X为压缩机本体在X方向的位移载荷，D_Y为压缩机本体在Y方向的位移载荷，D_Z为压缩机本体在Z方向的位移载荷。

位移载荷与压缩机运行频率关系为：

D_X＝K_X×f，D_Y＝K_Y×f，D_Z＝K_Z×f，其中K_X、K_Y、K_Z为常数，f为压缩机运行频率，三个方向的位移载荷的相位相差n度，n≥90度。

进一步的是，为了提高流体脉动激励载荷的计算的准确性，流体脉动激励载荷确定的具体方法包括：

通过压力脉动试验直接测试补气管路内部流体压力脉动数据，通过公式拟合流体脉动激励载荷P，P＝A sin(wt+φ)，A为压力脉动载荷幅值，φ为相位。

流体脉动激励载荷加载的具体方法包括：

在补气管路表面加载流体脉动激励载荷P，载荷作用方向为流体流动方向，加载位置为补气管路各个弯位处。

进一步的是，压缩机机械激励载荷F优化的具体方法包括：

通过试验测试数据与仿真数据对压缩机机械激励载荷F进行优化，试验测试数据选择振动加速度、振动位移、振动速度、振动应力以及振动应变中任意一种测量值，测量点至少包括压缩机在圆周方向上相互垂直的两个点，其余点为压缩机表面其他位置的测量点；仿真数据中以相同位置的测量点为监测点，加载初始压缩机机械激励载荷F以及补气管路流体脉动激励载荷P，从仿真结果中获取与监测点相同的测量值，以载荷F中M_Z、K_X、K_Y、K_Z为变量，以监测点的仿真值与实测值的最小差值为目标，通过迭代仿真计算，获得优化的目标值，确定优化的压缩机机械激励载荷F。

进一步的是，为了对管路结构进行优化，仿真计算方法还包括：通过多次迭代计算，获取优化后的压缩机激励载荷数据，基于优化后的压缩机激励载荷数据对管路系统进行数值仿真计算，优化管路结构。

本发明在进行振动响应仿真数值计算时，增加了约束条件：压缩机机械激励载荷及流体脉动激励载荷，这样能更接近实际的模拟涡旋压缩机管路振动特征；同时简化了模型结构，避免了复杂的流固耦合计算，极大地提高了仿真计算效率，缩短了仿真计算周期；并且提供了优化方法，可对管路结构进行优化，提高最终产品的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的仿真优化计算的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明涡旋压缩机管路振动数值仿真计算方法，包括：

建立涡旋压缩机数值仿真计算模型，在本发明的一种实施例中，计算模型包括涡旋压缩机本体、气液分离器、油液分离器、吸气管路、排气管路以及补气管路；

对计算模型进行简化处理，添加约束条件，并进行振动响应仿真数值计算，约束条件包括压缩机机械激励载荷及流体脉动激励载荷。

在本发明的一种实施例中，机械激励载荷主要由压缩机本体机械振动产生，流体脉动激励载荷主要由补气管路内流体产生，因此本发明压缩机机械激励载荷确定的具体方法包括：

压缩机机械激励载荷F＝[M_Z D_X D_Y D_Z]，M_Z为压缩机本体竖直方向力矩载荷，D_X为压缩机本体在X方向的位移载荷，D_Y为压缩机本体在Y方向的位移载荷，D_Z为压缩机本体在Z方向的位移载荷。

位移载荷与压缩机运行频率关系为：

D_X＝K_X×f，D_Y＝K_Y×f，D_Z＝K_Z×f，其中K_X、K_Y、K_Z为常数，f为压缩机运行频率，三个方向的位移载荷的相位相差n度，n≥90度。提高了机械激励载荷计算的准确性。

流体脉动激励载荷确定的具体方法包括：

通过压力脉动试验直接测试补气管路内部流体压力脉动数据，通过公式拟合流体脉动激励载荷P，P＝A sin(wt+φ)，A为压力脉动载荷幅值，φ为相位。提高了流体脉动激励载荷的计算的准确性。

流体脉动激励载荷加载的具体方法包括：

在补气管路表面加载流体脉动激励载荷P，载荷作用方向为流体流动方向，加载位置为补气管路各个弯位处。

本发明压缩机机械激励载荷F优化的具体方法包括：

通过试验测试数据与仿真数据对压缩机机械激励载荷F进行优化，试验测试数据选择振动加速度、振动位移、振动速度、振动应力以及振动应变中任意一种测量值，测量点至少包括压缩机在圆周方向上相互垂直的两个点，其余点为压缩机表面其他位置的测量点；仿真数据中以相同位置的测量点为监测点，加载初始压缩机机械激励载荷F以及补气管路流体脉动激励载荷P，从仿真结果中获取与监测点相同的测量值，以载荷F中M_Z、K_X、K_Y、K_Z为变量，以监测点的仿真值与实测值的最小差值为目标，通过迭代仿真计算，获得优化的目标值，确定优化的压缩机机械激励载荷F。

仿真计算方法还包括：通过多次迭代计算，获取优化后的压缩机激励载荷数据，基于优化后的压缩机激励载荷数据对管路系统进行数值仿真计算，优化管路结构。极大地提高了对管路的优化能力。

其中，优化管路结构具体包括对涡旋压缩机本体、气液分离器、油液分离器、吸气管路、排气管路以及补气管路整个的管路结构进行优化。

本发明实施例提供的仿真优化计算的流程图如图1所示，建立涡旋压缩机数值仿真计算模型，然后加载仿真载荷初始值，具体可以加载初始压缩机机械激励载荷F以及补气管路流体脉动激励载荷P，载荷初始值加载完成后进行仿真计算，判断仿真结果是否满足误差要求，若满足要求则进行仿真优化计算，具体通过多次迭代计算，获取优化后的压缩机激励载荷数据，基于优化后的压缩机激励载荷数据对管路系统进行数值仿真计算，优化管路结构。若不满足要求，则优化载荷后，再次进行加载仿真。

综上所述，本发明能更接近实际的模拟涡旋压缩机管路振动特征；同时简化了模型结构，避免了复杂的流固耦合计算，极大地提高了仿真计算效率，缩短了仿真计算周期；并且提供了优化方法，可对管路结构进行优化，提高最终产品的可靠性。

Claims (7)

1.涡旋压缩机管路振动数值仿真计算方法，其特征在于，包括：

建立涡旋压缩机数值仿真计算模型，计算模型包括涡旋压缩机本体以及补气管路；

对计算模型进行简化处理，添加约束条件，并进行振动响应仿真数值计算，所述约束条件包括压缩机机械激励载荷及流体脉动激励载荷。

2.根据权利要求1所述的涡旋压缩机管路振动数值仿真计算方法，其特征在于，压缩机机械激励载荷确定的具体方法包括：

压缩机机械激励载荷F＝[M_Z D_X D_Y D_Z]，M_Z为压缩机本体竖直方向力矩载荷，D_X为压缩机本体在X方向的位移载荷，D_Y为压缩机本体在Y方向的位移载荷，D_Z为压缩机本体在Z方向的位移载荷。

3.根据权利要求2所述的涡旋压缩机管路振动数值仿真计算方法，其特征在于，位移载荷与压缩机运行频率关系为：

D_X＝K_X×f，D_Y＝K_Y×f，D_Z＝K_Z×f，其中K_X、K_Y、K_Z为常数，f为压缩机运行频率，三个方向的位移载荷的相位相差n度，n≥90度。

4.根据权利要求2所述的涡旋压缩机管路振动数值仿真计算方法，其特征在于，流体脉动激励载荷确定的具体方法包括：

通过压力脉动试验直接测试补气管路内部流体压力脉动数据，通过公式拟合流体脉动激励载荷P，P＝Asin(wt+φ)，A为压力脉动载荷幅值，φ为相位。

5.根据权利要求4所述的涡旋压缩机管路振动数值仿真计算方法，其特征在于，流体脉动激励载荷加载的具体方法包括：

在补气管路表面加载流体脉动激励载荷P，载荷作用方向为流体流动方向，加载位置为补气管路各个弯位处。

6.根据权利要求4所述的涡旋压缩机管路振动数值仿真计算方法，其特征在于，压缩机机械激励载荷F优化的具体方法包括：

通过试验测试数据与仿真数据对压缩机机械激励载荷F进行优化，试验测试数据选择振动加速度、振动位移、振动速度、振动应力以及振动应变中任意一种测量值，测量点至少包括压缩机在圆周方向上相互垂直的两个点，其余点为压缩机表面其他位置的测量点；仿真数据中以相同位置的测量点为监测点，加载初始压缩机机械激励载荷F以及补气管路流体脉动激励载荷P，从仿真结果中获取与监测点相同的测量值，以载荷F中M_Z、K_X、K_Y、K_Z为变量，以监测点的仿真值与实测值的最小差值为目标，通过迭代仿真计算，获得优化的目标值，确定优化的压缩机机械激励载荷F。

7.根据权利要求6所述的涡旋压缩机管路振动数值仿真计算方法，其特征在于，仿真计算方法还包括：通过多次迭代计算，获取优化后的压缩机激励载荷数据，基于优化后的压缩机激励载荷数据对管路系统进行数值仿真计算，优化管路结构。

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