制冷设备转子压缩机启动工况下载荷激励测试分析方法

摘要

本发明公开了一种制冷设备转子压缩机启动工况下载荷激励测试分析方法，其特征是通过对制冷设备转子压缩机启动工况下的振动测试，获得制冷设备转子压缩机中各测点上的振幅响应曲线，构成位移矩阵；利用有限元分析的方法构建转子压缩机虚拟样机模型，分析虚拟样机模型在脉冲激励载荷作用下各测点的振幅响应，根据加载和引起的振幅响应峰值时间差恒定的特点，由转子压缩机启动工况下各测点的振动测试结果反算获得峰值载荷时间及大小。本发明方法有效提高了启动工况下配管可靠性评估准确度，减少配管失效的发生率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制冷设备转子压缩机启动工况下载荷激励测试分析方法，用于该工况下 配管结构的可靠性评估。

背景技术

对于使用转子压缩机的制冷设备，在专利号为CN102562568B的发明专利公开文献中记 载了一种“制冷设备用转子压缩机载荷测试分析方法”，该方法是针对稳定工况下的转子压缩 机载荷激励测试分析；实际上，对于使用转子压缩机的制冷设备来说，其在启动过程中，会 施加给与之相连接的配管等部件较强的瞬间冲击载荷，使所述配管等部件产生微裂纹甚至直 接失效，迄今还没有一种针对制冷设备在转子压缩机启动工况下的载荷测试分析方法的公开 报导。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种制冷设备用转子压缩机启动 工况下载荷测试分析方法，针对启动工况下转子压缩机载荷激励特点，对启动工况下配管可 靠性进行更为准确的分析评估。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明制冷设备转子压缩机启动工况下载荷激励测试分析方法的特点是按如下步骤进 行：

步骤1、针对采用转子压缩机的制冷设备，以所述制冷设备中的控制器、蒸发器、冷凝 器以及所述转子压缩机采用软管相连接共同组成转子压缩机的瞬态性能测试系统，所述转子 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，回气口位于储液桶的顶 部；

步骤2、通过所述控制器调整转子压缩机在启动工况下的冷凝器和蒸发器的温度和压力， 使得所述排气口和回气口的压力与制冷设备整机运行负载等效工况下的排气口和回气口的压 力相一致；

步骤3、分别取所述排气口为测点A、取所述回气口为测点B，并以测点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，确立坐标系OXYZ；

步骤4、分别测定瞬态性能测试系统中转子压缩机启动工况下测点A和测点B在X、Y及 Z方向上的振幅响应曲线，比较所有振幅响应曲线上的峰值，记录最大峰值对应的时刻T，并 记录T时刻测点A的X、Y和Z方向的振幅分别为a_x1、a_y1和a_z1，测点B的X、Y和Z方向的 振幅分别为a_x2、a_y2和a_z2，构建位移矩阵W为：

W＝[a_x1 a_y1 a_z1 a_x2 a_y2 a_z2]^T    (1)

所述启动工况是指转子压缩机自启动时刻起达到转子压缩机进入稳定运行的工况；

步骤5、利用有限元分析的方法构建转子压缩机虚拟样机模型，按如下方法分析所述虚 拟样机模型在脉冲激励载荷作用下的排气口和回气口的最大振幅响应：

第一，在转子压缩机加载点施加绕Z轴的力矩为1N·m和沿径向的力为1N的载荷；以单 位毫秒为计算时间子步长，脉冲激励载荷的峰值对应的时刻为t，获得测点A和测点B在X、 Y及Z方向的振幅响应曲线，比较所有振幅响应曲线的振幅峰值，记录最大振幅峰值出现的 时刻，与脉冲激励载荷峰值对应的时刻t作差，得到时间差Δt；对于转子压缩机加载点上施 加的不同大小的脉冲激励载荷，所述时间差Δt为恒定值；

所述加载点是指转子压缩机的载荷作用点，取所述加载点为压缩机本体1/3高度处圆截面 与压缩机轴线的交叉点；

第二，在转子压缩机加载点施加绕Z轴的力矩为1N·m的载荷，以单位毫秒为计算时间 子步长，脉冲激励载荷的峰值时刻为(T-Δt)，获得测点A和测点B在X、Y及Z方向的振 幅响应曲线，记录测点A的X、Y和Z方向的振幅峰值分别为b_x1、b_y1及b_z1，测点B的X、Y 和Z方向的振幅峰值分别为b_x2、b_y2及b_z2；

第三，在转子压缩机加载点施加沿径向的力为1N的载荷，以单位毫秒为计算时间子步 长，脉冲激励载荷对应的峰值时刻为(T-Δt)，获得测点A和测点B在X、Y及Z方向的振 幅响应曲线，记录测点A的X、Y和Z方向的振幅峰值分别为c_x1、c_y1及c_z1，测点B的X、Y 和Z方向的振幅峰值为c_x2、c_y2及c_z2；

第四，构建传递矩阵G为：$G={\left(\begin{array}{cccccc}{b}_{x1}& b_{y1}& b_{z1}& b_{x2}& b_{y2}& b_{z2}\\ c_{x1}& c_{y1}& c_{z1}& c_{x2}& c_{y2}& c_{z2}\end{array}\right)}^T---\left(2\right)$

步骤6、利用式(3)计算获得启动工况下转子压缩机的转子施加给压缩机本体的的力矩 M和力F，

[M F]^T＝G^-1×W    (3)。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明方法通过对制冷设备转子压缩机启动工况下的振动测试，获得制冷设备转子压 缩机中各测点上的振幅响应曲线，构成位移矩阵；利用有限元分析的方法构建转子压缩机虚 拟样机模型，分析虚拟样机模型在脉冲激励载荷作用下各测点的振幅响应，根据加载和引起 的振幅响应峰值时间差恒定的特点，由转子压缩机启动工况下各测点的振动测试结果反算获 得峰值载荷时间及大小，对启动工况下压缩机载荷激励进行预测，有效提高了启动工况下配 管可靠性评估准确度，减少配管失效的发生率。

2、本发明在瞬态性能测试系统中采用软管进行连接，有效减弱了配管等部件对转子压缩 机的束缚作用，提高转子压缩机单体载荷测试准确度。

附图说明

图1为转子压缩机性能测试系统构成图；

图2为转子压缩机结构示意图；

具体实施方式

本实施例中制冷设备转子压缩机启动工况下载荷激励测试分析方法是按如下步骤进行：

步骤1、针对采用转子压缩机的制冷设备，以所述制冷设备中的控制器、蒸发器、冷凝 器以及所述转子压缩机采用软管相连接共同组成转子压缩机的瞬态性能测试系统，如图1所 示，采用软管是为了减弱配管等部件对转子压缩机的束缚作用，提高转子压缩机单体载荷测 试准确度。本实施例中转子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2所示。

步骤2、通过控制器调整转子压缩机在启动工况下的冷凝器和蒸发器的温度和压力，使 得所述排气口3和回气口4的压力与制冷设备整机运行负载等效工况下的排气口3和回气口 4的压力相一致，制冷设备整机，是指采用实际的配管等部件装配的制冷设备；运行负载是 指空调器的调节负荷；等效工况是指通过调整冷凝器和蒸发器的温度和压力，使该瞬态性能 测试系统转子压缩机启动工况等效于制冷设备整机运行。

步骤3、分别取排气口3为测点A、取回气口4为测点B，并以测点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，确立坐标系OXYZ。

步骤4、分别测定瞬态性能测试系统中转子压缩机启动工况下测点A和测点B在X、Y及 Z方向上的位移时间历程曲线，比较所有振幅响应曲线上的峰值，所有振幅响应曲线一共有 六条曲线，分别计算该六条曲线的峰值，然后将得到的六个峰值共同比较获得六个峰值中的 最大峰值，记录最大峰值对应的时刻T，并记录T时刻测点A的X、Y和Z方向的振幅分别为 a_x1、a_y1和a_z1，测点B的X、Y和Z方向的振幅分别为a_x2、a_y2和a_z2，构建位移矩阵W为：

W＝[a_x1 a_y1 a_z1 a_x2 a_y2 a_z2]^T    (1)

所述启动工况是指转子压缩机自启动时刻起达到转子压缩机进入稳定运行的工况；

步骤5、利用有限元分析的方法构建转子压缩机虚拟样机模型，按如下方法分析所述虚 拟样机模型在脉冲激励载荷作用下的排气口3和回气口4的最大振幅响应：

第一，在转子压缩机加载点施加绕Z轴的力矩为1N·m和沿径向的力为1N的载荷；以单 位毫秒为计算时间子步长，之所以采用毫秒是为了使所取时间子步长足够小，脉冲激励载荷 的峰值对应的时刻为t，获得测点A和测点B在X、Y及Z方向的振幅响应曲线，比较所有振 幅响应曲线的振幅峰值，所有位移时间历程曲线一共有六条曲线，分别计算该六条曲线的峰 值，然后将得到的六个峰值共同进行比较获得最大振幅峰值，记录最大振幅峰值出现的时刻， 与脉冲激励载荷峰值对应的时刻t作差，得到时间差Δt；对于转子压缩机加载点上施加的不 同大小的脉冲激励载荷，所述时间差Δt为恒定值；

所述加载点是指转子压缩机的载荷作用点，取所述加载点为压缩机本体1/3高度处圆截面 与压缩机轴线的交叉点；

第二，在转子压缩机加载点施加绕Z轴的力矩为1N·m的载荷，以单位毫秒为计算时间 子步长，脉冲激励载荷的峰值时刻为(T-Δt)，获得测点A和测点B在X、Y及Z方向的振 幅响应曲线，记录测点A的X、Y和Z方向的振幅峰值分别为b_x1、b_y1及b_z1，测点B的X、Y 和Z方向的振幅峰值分别为b_x2、b_y2及b_z2；

第三，在转子压缩机加载点施加沿径向的力为1N的载荷，以单位毫秒为计算时间子步 长，脉冲激励载荷对应的峰值时刻为(T-Δt)，获得测点A和测点B在X、Y及Z方向的振 幅响应曲线，记录测点A的X、Y和Z方向的振幅峰值分别为c_x1、c_y1及c_z1，测点B的X、Y 和Z方向的振幅峰值为c_x2、c_y2及c_z2；

第四，构建传递矩阵G为：$G={\left(\begin{array}{cccccc}{b}_{x1}& b_{y1}& b_{z1}& b_{x2}& b_{y2}& b_{z2}\\ c_{x1}& c_{y1}& c_{z1}& c_{x2}& c_{y2}& c_{z2}\end{array}\right)}^T---\left(2\right)$

步骤6、利用式(3)计算获得启动工况下转子压缩机的转子施加给压缩机本体的的力矩 M和力F，

[M F]^T＝G^-1×W    (3)

本发明方法通过对启动工况下转子压缩机单体的振动测试分析，可以较为方便地确定配 管在启动工况下转子压缩机激励载荷，有效预测配管在转子压缩机启动过程中的振动响应， 为管路系统优化提供依据。