空調器管路振動分析及優化工作中有限元技術的應用

摘 要:本文首先對空調器管路設計工作中存在的問題進行了簡要介紹，在對空調機制冷系統進行分析的基礎上，提出了改良模型。實踐結果表明，計算結果與實測值相符，說明本次研究所采用的方法是科學、有效的。

關鍵詞:空調器管路振動設計優化

中圖分類號:TH122文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(a)-0071-01

根據有關部門對國內空調產品故障調查的結果，故障率排名第一的是冷媒系統的故障，而在冷媒系統故障中，大部分是由銅管破裂造成的。究其原因，主要是管路的振動應力過大所致。空調系統的管路振動主要來自于回氣管和壓縮機，如果這兩根管線長期因為冷媒、激振的流動而處于受迫振動的狀態，就非常容易發生疲勞，最終導致斷裂。另外，管路的振動還會在很大程度上導致噪聲，如果壓縮機得到振動速度與給予的外力方向一致，外力就會對管路系統做政工，振動噪聲就會隨著系統能量的增加而明顯增大，同時，噪聲還會沿著制冷管路傳遞到箱外，形成箱體共鳴。所以，只有做好空調器制冷系統的管路設計工作，才能有效避免管路的振動，降低或消除噪聲。

1 空調機制冷系統分析

在Pro/E的環境下建立空調器制冷系統的三維幾何模型。模型通過ANSYS軟件的專用接口導入ANSYS環境，并通過定義單元實常數、單元類型、材料特性以及劃分網格等最終完成有限元模型的建立。其中，模型的節點數為15025，單元數為13499。

1.1 模態分析

對空調管路的振動特性進行分析，對包括相應振型和頻率的固有動力特性進行確定，以免出現管路結構與壓縮機固有頻率相似的情況發生。

1.2 諧響應分析

所謂諧響應，就是指結構在周期性的、持續在和的作用下所產生的持續周期諧響應，在空調器的制冷系統中，壓縮機會受到來自旋轉不平衡離心力的作用，而這一離心力會隨著轉自的轉動呈現出周期性的變化，最終導致管路系統出現諧響應。對于諧響應的分析大多在模型分析的基礎上進行，通過分析，可以對空調器壓縮機在正常工作的狀態所產生的周期激勵下的管路系統各節點應力相應和動態位移的有關情況。

對于原始模型的諧響應計算結果如下:(1)最大應力為32MPa;(2)最大位移為1.607mm。根據這一結果，我們可知壓縮機的運轉頻率為47Hz，在第九階模態容易發生共振，因此應注意避免。另外，根據以往的工作經驗，最大應力和最大位移一般需要控制在18MPa和0.85mm一下，根據對諧響應的計算機ieguo，最大應力和最大位移都相對偏高。

2 改進模型

對管路的有限元模型1和2進行了相應的改動，主要改動集中在回氣管的管形上，同時，通過同樣的方式進行模態分析，結果詳見表1。

從模態分析結果我們可以看出，模型2的模態分布是最好的，固有頻率中沒有出現與壓縮機運轉頻率47Hz接近的固有頻率。而諧響應計算結果(表2)則顯示出模型2的最大應力為10.548MPa，最大位移為0.846mm，均為最小。對噪聲值的實際測量結果顯示，根據模型2制作的樣機實測值最小，與計算結果相符。說明根據模型2進行空調器管路的制作最好。

3 結語

本文在對空調器的管路、壓縮機等結構所組成的制冷系統進行分析的基礎上，建立了對振動進行分析的有限元模型和力學模型，并根據所建立的模型進行了諧響應和模態分析，計算出的結果與實際運行的情況相符，說明通過通用有限分析軟件對空調器的管路進行動力學分析是科學、準確、有效的。

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