CN108896258B - 一种变频压缩机振动载荷计算方法 - Google Patents

一种变频压缩机振动载荷计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变频压缩机振动载荷计算方法，包括如下步骤：S1：通过振动测试***对变频压缩机进行振动试验测试；S2：以压缩机吸排气口的连线为x方向，在水平面内垂直于所述吸排气管口连线的方向为y方向，竖直方向为z方向，分别测试压缩机吸气口A点处与排气口B点处在各频率点下的x和y向振动位移；S3：利用有限元仿真技术计算压缩机载荷与吸气口、排气口振动位移之间的映射关系；S4：根据压缩机振动试验测试获得的吸气口A点与排气口B点在各频率点下的x和y方向振动位移，得到压缩机振动载荷。本发明可准确评估压缩机管路振动可靠性，计算简便，能够减少实验次数，降低研发成本，提高生产效率。

Description

一种变频压缩机振动载荷计算方法
技术领域
本发明属于变频压缩机技术领域，具体涉及一种变频压缩机振动载荷计算方法。
背景技术
压缩机结构主要包括电机转子和定子、汽缸、滚动活塞、轴承、储液器及压缩机壳体等部件，影响压缩机振动的主要激励载荷有电机驱动力、气体阻力、不平衡惯性力、电磁转矩负载、压力脉动等，其中不平衡惯性力是由压缩机转子不平衡结构在高速旋转时产生的惯性力，压力脉动是由压缩机周期性吸气和排气引起的脉动压力，压缩机振动主要是由驱动力矩与转子阻力矩的不平衡导致速度波动引起转子***振动，转子***的振动通过各部件间的传递，表现为压缩机壳体的振动，进而通过压缩机吸、排气管口将振动传递给管路，以及通过压缩机底板直接传递给室外机。由于压缩机为封闭的内部结构，其载荷识别难度高，技术复杂，导致压缩机管路***有限元仿真时输入载荷不确定，其结果难以与试验对标，本领域的技术人员通常给定一个估计的压缩机载荷，仅用于方案对比分析，无法定量评估管路振动可靠性。
现有技术中公开了一种制冷设备用转子压缩机载荷测试分析方法(公开号为CN102562568A)，然而其仅适用于单个频率点的载荷计算，且计算效率低，准确性较差，无法描述变频压缩机各频率点的振动载荷与吸排气口振动位移的数学关系，难以适应企业大批量生产的需求。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种可用于准确评估压缩机管路振动可靠性，减少实验次数，降低研发成本，提高效率的变频压缩机振动载荷计算方法。
一种变频压缩机振动载荷计算方法，包括如下步骤：
S1：对压缩机单体进行振动试验测试，所述压缩机单体包括储液罐和压缩机刚体，所述压缩机刚体顶部设有排气口，所述储液罐顶部设有吸气口；
S2：以压缩机吸气口和排气口的连线为x方向，在水平面内垂直于所述吸气口和排气口连线的方向为y方向，竖直方向为z方向，分别测试压缩机吸气口A点处与排气口B点处在各频率点fi下的x和y向振动位移并分别记为A(xa1i，ya1i)和B(xb1i，yb1i)；
S3：利用有限元仿真技术计算压缩机载荷与吸气口、排气口振动位移之间的映射关系：
S31：在压缩机载荷作用点施加z方向的转动力矩Mi，计算压缩机频率f1在不同载荷力矩下的振动位移A(xa2i，ya2i)和B(xb2i，yb2i)，通过数据拟合得到频率f1下，力矩M与吸排气口振动位移之间的映射关系，M＝f(xa2,ya2,xb2,yb2)；
S32：利用有限元仿真技术计算压缩机振动频率响应，分别得到A、B两点在x和y方向的频率响应曲线，通过数据拟合得到振幅与频率的关系，A点x方向记为Axi＝gx(fi)，A点y方向记为Ayi＝gy(fi)，B点x方向记为Bxi＝hx(fi)，B点y方向记为Byi＝hy(fi)；
S33：根据步骤S32得到各频率点在x和y方向振动位移幅值，如频率f1的振动幅值为Ax1＝gx(f1)，Ay1＝gy(f1)，Bx1＝hx(f1)，By1＝hy(f1)，则记系数A1i＝gx(fi)/gx(f1)，A2i＝gy(fi)/gy(f1)，B1i＝hx(fi)/hx(f1)，B2i＝hy(fi)/hy(f1)，那么频率点fi的吸排气口振动位移与力矩载荷关系可表示为：
Mi＝f(A1i·xa2,A2i·ya2,B1i·xb2,B2i·yb2) ①；
S4：根据压缩机试验测试获得的吸气口A点与排气口B点在各频率点fi下的x和y方向振动位移A(xa1i，ya1i)和B(xb1i，yb1i)，由公式①可得压缩机振动载荷为：
Mi＝f(A1i·xa1i,A2i·ya1i,B1i·xb1i,B2i·yb1i)。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明通过一种数值计算的方法获得变频压缩机各频率点的振动载荷与吸排气口振动位移的数学关系，再输入实验测试数据可得到较为准确的压缩机载荷值，本发明方法采用的算法计算准确性高，能快速计算变频压缩机全频率段的振动载荷，用于定量评估管路振动可靠性，提高有限元技术的准确性，明显减少实验测试的工作量。
附图说明
图1为变频压缩机结构示意图；
图2为变频压缩机结构俯视图。
其中，1储液罐，2压缩机刚体，3吸气口，4排气口，A和B为振动测试点。
具体实施方式
为了使发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
一种变频压缩机振动载荷计算方法，包括如下步骤：
S1：对压缩机单体进行振动试验测试，如图1～2所示，所述压缩机单体包括储液罐1和压缩机刚体2，所述压缩机刚体2顶部设有排气口4，所述储液罐1顶部设有吸气口3。
S2：以压缩机吸气口3和排气口4的连线为x方向，在水平面内垂直于吸、排气管口连线为y方向，竖直方向为z方向，分别测试压缩机吸气口3A点处与排气口4B点处在各频率点fi下的x和y向振动位移并分别记为A(xa1i，ya1i)和B(xb1i，yb1i)，z方向振动较小可忽略。
S3：利用有限元仿真技术计算压缩机载荷与吸气口3、排气口4振动位移之间的映射关系，包括如下步骤：
S31：在压缩机载荷作用点施加z方向的转动力矩Mi，计算压缩机频率f1在不同载荷力矩下的振动位移A(xa2i，ya2i)和B(xb2i，yb2i)，通过数据拟合得到频率f1下，力矩M与吸气口3、排气口4振动位移之间的映射关系，M＝f(xa2,ya2,xb2,yb2)。
S32：利用有限元仿真技术计算压缩机振动频率响应，分别得到A、B两点在x和y方向的频率响应曲线，通过数据拟合得到振幅与频率的关系，A点x方向记为Axi＝gx(fi)，A点y方向记为Ayi＝gy(fi)，B点x方向记为Bxi＝hx(fi)，B点y方向记为Byi＝hy(fi)。
S33：根据步骤S32可得到各频率点在x和y方向振动位移幅值，如频率f1的振动幅值为Ax1＝gx(f1)，Ay1＝gy(f1)，Bx1＝hx(f1)，By1＝hy(f1)，则记系数A1i＝gx(fi)/gx(f1)，A2i＝gy(fi)/gy(f1)，B1i＝hx(fi)/hx(f1)，B2i＝hy(fi)/hy(f1)，那么频率点fi的吸气口3、排气口4振动位移与力矩载荷关系可表示为：
Mi＝f(A1i·xa2,A2i·ya2,B1i·xb2,B2i·yb2) ①。
S4：根据压缩机试验测试获得的吸气管口A与排气管口B在各频率点fi下的x和y方向振动位移A(xa1i，ya1i)和B(xb1i，yb1i)，由公式①可得压缩机振动载荷为：
Mi＝f(A1i·xa1i,A2i·ya1i,B1i·xb1i,B2i·yb1i)。
在现有技术中已存在用于对变频压缩机进行振动试验测试的振动测试***。具体来说，在本申请中，除压缩机单体外，振动测试***可以采用制冷设备、变频控制器、振动传感器以及振动信号采集仪等设备。所述制冷设备用于控制压缩机单体吸排气的压力工况，所述变频控制器用于驱动压缩机逐点扫频运转，所述振动传感器用于检测测试点处(本申请中为A、B两点)的振动信号(比如加速度或振动位移等)，所述振动信号采集仪与振动传感器连接，用于将通过振动传感器采集的振动信号汇集起来进行模数转换后再进行分析。
所述fi为变频压缩机工作的一系列频率，频率点f1是fi中任意一个确定的频率点。
本发明中的变频压缩机振动载荷计算方法，先通过测试压缩机吸、排气口X方向和Y方向的振动信号，再采用有限元技术得到某个频率点力矩M与吸排气口振动位移之间的映射关系以及结构的频响函数，然后得出变频压缩机各频率点的振动载荷与吸排气口振动位移的数学关系，最后通过试验数据求得压缩机实际的振动载荷。
这样一来，本发明方法采用的算法计算准确性高，能快速计算变频压缩机全频率段的振动载荷，可实现定量评估管路振动可靠性，提高了有限元技术的准确性，明显减少了实验测试的工作量。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种变频压缩机振动载荷计算方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：对压缩机单体进行振动试验测试，所述压缩机单体包括储液罐和压缩机刚体，所述压缩机刚体顶部设有排气口，所述储液罐顶部设有吸气口；
S2：以压缩机吸气口和排气口的连线为x方向，在水平面内垂直于所述吸气口和排气管口连线的方向为y方向，竖直方向为z方向，分别测试压缩机吸气口A点处与排气口B点处在各频率点fi下的x和y向振动位移并分别记为A(xa1i，ya1i)和B(xb1i，yb1i)，所述fi为变频压缩机工作的一系列频率；
S3：利用有限元仿真技术计算压缩机载荷与吸气口、排气口振动位移之间的映射关系：
S31：在压缩机载荷作用点施加z方向的转动力矩Mi，计算压缩机频率f1在不同载荷力矩下的振动位移A(xa2i，ya2i)和B(xb2i，yb2i)，通过数据拟合得到频率f1下，力矩M与吸排气口振动位移之间的映射关系，M＝f(xa2,ya2,xb2,yb2)，所述频率点f1是fi中任意一个确定的频率点；
S32：利用有限元仿真技术计算压缩机振动频率响应，分别得到A、B两点在x和y方向的频率响应曲线，通过数据拟合得到振幅与频率的关系，A点x方向记为Axi＝gx(fi)，A点y方向记为Ayi＝gy(fi)，B点x方向记为Bxi＝hx(fi)，B点y方向记为Byi＝hy(fi)；
S33：根据步骤S32得到各频率点在x和y方向振动位移幅值，所述频率f1的振动幅值为Ax1＝gx(f1)，Ay1＝gy(f1)，Bx1＝hx(f1)，By1＝hy(f1)，则记系数A1i＝gx(fi)/gx(f1)，A2i＝gy(fi)/gy(f1)，B1i＝hx(fi)/hx(f1)，B2i＝hy(fi)/hy(f1)，那么频率点fi的吸排气口振动位移与力矩载荷关系可表示为：
Mi＝f(A1i·xa2,A2i·ya2,B1i·xb2,B2i·yb2) ①；
S4：根据压缩机试验测试获得的吸气口A点与排气口B点在各频率点fi下的x和y方向振动位移A(xa1i，ya1i)和B(xb1i，yb1i)，由公式①可得压缩机振动载荷为：
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