空調(diào)器管路振動(dòng)分析及優(yōu)化工作中有限元技術(shù)的應(yīng)用

摘 要:本文首先對(duì)空調(diào)器管路設(shè)計(jì)工作中存在的問題進(jìn)行了簡要介紹，在對(duì)空調(diào)機(jī)制冷系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了改良模型。實(shí)踐結(jié)果表明，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值相符，說明本次研究所采用的方法是科學(xué)、有效的。

關(guān)鍵詞:空調(diào)器管路振動(dòng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

中圖分類號(hào):TH122文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)07(a)-0071-01

根據(jù)有關(guān)部門對(duì)國內(nèi)空調(diào)產(chǎn)品故障調(diào)查的結(jié)果，故障率排名第一的是冷媒系統(tǒng)的故障，而在冷媒系統(tǒng)故障中，大部分是由銅管破裂造成的。究其原因，主要是管路的振動(dòng)應(yīng)力過大所致?？照{(diào)系統(tǒng)的管路振動(dòng)主要來自于回氣管和壓縮機(jī)，如果這兩根管線長期因?yàn)槔涿健⒓ふ竦牧鲃?dòng)而處于受迫振動(dòng)的狀態(tài)，就非常容易發(fā)生疲勞，最終導(dǎo)致斷裂。另外，管路的振動(dòng)還會(huì)在很大程度上導(dǎo)致噪聲，如果壓縮機(jī)得到振動(dòng)速度與給予的外力方向一致，外力就會(huì)對(duì)管路系統(tǒng)做政工，振動(dòng)噪聲就會(huì)隨著系統(tǒng)能量的增加而明顯增大，同時(shí)，噪聲還會(huì)沿著制冷管路傳遞到箱外，形成箱體共鳴。所以，只有做好空調(diào)器制冷系統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)工作，才能有效避免管路的振動(dòng)，降低或消除噪聲。

1 空調(diào)機(jī)制冷系統(tǒng)分析

在Pro/E的環(huán)境下建立空調(diào)器制冷系統(tǒng)的三維幾何模型。模型通過ANSYS軟件的專用接口導(dǎo)入ANSYS環(huán)境，并通過定義單元實(shí)常數(shù)、單元類型、材料特性以及劃分網(wǎng)格等最終完成有限元模型的建立。其中，模型的節(jié)點(diǎn)數(shù)為15025，單元數(shù)為13499。

1.1 模態(tài)分析

對(duì)空調(diào)管路的振動(dòng)特性進(jìn)行分析，對(duì)包括相應(yīng)振型和頻率的固有動(dòng)力特性進(jìn)行確定，以免出現(xiàn)管路結(jié)構(gòu)與壓縮機(jī)固有頻率相似的情況發(fā)生。

1.2 諧響應(yīng)分析

所謂諧響應(yīng)，就是指結(jié)構(gòu)在周期性的、持續(xù)在和的作用下所產(chǎn)生的持續(xù)周期諧響應(yīng)，在空調(diào)器的制冷系統(tǒng)中，壓縮機(jī)會(huì)受到來自旋轉(zhuǎn)不平衡離心力的作用，而這一離心力會(huì)隨著轉(zhuǎn)自的轉(zhuǎn)動(dòng)呈現(xiàn)出周期性的變化，最終導(dǎo)致管路系統(tǒng)出現(xiàn)諧響應(yīng)。對(duì)于諧響應(yīng)的分析大多在模型分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行，通過分析，可以對(duì)空調(diào)器壓縮機(jī)在正常工作的狀態(tài)所產(chǎn)生的周期激勵(lì)下的管路系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)應(yīng)力相應(yīng)和動(dòng)態(tài)位移的有關(guān)情況。

對(duì)于原始模型的諧響應(yīng)計(jì)算結(jié)果如下:(1)最大應(yīng)力為32MPa;(2)最大位移為1.607mm。根據(jù)這一結(jié)果，我們可知壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為47Hz，在第九階模態(tài)容易發(fā)生共振，因此應(yīng)注意避免。另外，根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，最大應(yīng)力和最大位移一般需要控制在18MPa和0.85mm一下，根據(jù)對(duì)諧響應(yīng)的計(jì)算機(jī)ieguo，最大應(yīng)力和最大位移都相對(duì)偏高。

2 改進(jìn)模型

對(duì)管路的有限元模型1和2進(jìn)行了相應(yīng)的改動(dòng)，主要改動(dòng)集中在回氣管的管形上，同時(shí)，通過同樣的方式進(jìn)行模態(tài)分析，結(jié)果詳見表1。

從模態(tài)分析結(jié)果我們可以看出，模型2的模態(tài)分布是最好的，固有頻率中沒有出現(xiàn)與壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率47Hz接近的固有頻率。而諧響應(yīng)計(jì)算結(jié)果(表2)則顯示出模型2的最大應(yīng)力為10.548MPa，最大位移為0.846mm，均為最小。對(duì)噪聲值的實(shí)際測(cè)量結(jié)果顯示，根據(jù)模型2制作的樣機(jī)實(shí)測(cè)值最小，與計(jì)算結(jié)果相符。說明根據(jù)模型2進(jìn)行空調(diào)器管路的制作最好。

3 結(jié)語

本文在對(duì)空調(diào)器的管路、壓縮機(jī)等結(jié)構(gòu)所組成的制冷系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立了對(duì)振動(dòng)進(jìn)行分析的有限元模型和力學(xué)模型，并根據(jù)所建立的模型進(jìn)行了諧響應(yīng)和模態(tài)分析，計(jì)算出的結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行的情況相符，說明通過通用有限分析軟件對(duì)空調(diào)器的管路進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析是科學(xué)、準(zhǔn)確、有效的。

參考文獻(xiàn)

[1]張慶雙.空調(diào)器電路圖與制冷系統(tǒng)圖[M].北京:金盾出版社，2003，6.

[2]奇廣玉.關(guān)于R407C房間空調(diào)器換熱器管路設(shè)計(jì)的探討[J].制冷技術(shù)，2003(2):36～37.

[3]朱興旺，陳愛東.柜式空調(diào)器室內(nèi)側(cè)換熱器管路系統(tǒng)的改進(jìn)[J].河南科學(xué)，2001(4):393～397.

[4]張洪臣.空調(diào)器正常運(yùn)行數(shù)據(jù)[J].家電檢修技術(shù):辦公版，2006(11):57～57.