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        單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在2P柜機(jī)空調(diào)上的研究

        2022-01-10 09:05:34殷輝榮曉明王宏超朱標(biāo)張永良
        家電科技 2021年6期
        關(guān)鍵詞:四通管口排氣管

        殷輝 榮曉明 王宏超 朱標(biāo) 張永良

        海信(山東)空調(diào)有限公司 山東青島 266000

        1 引言

        近年來(lái),空調(diào)行業(yè)不斷地向著小型化發(fā)展,尤其是空調(diào)柜機(jī)。壓縮機(jī)作為空調(diào)器的核心部件,其小型化應(yīng)用越來(lái)越迫切。由于單轉(zhuǎn)子特有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,在大冷量系統(tǒng)中,對(duì)管路沖擊大,運(yùn)行和停止時(shí),管路應(yīng)變大,存在斷裂風(fēng)險(xiǎn)[1],其弊端被限制廣泛應(yīng)用;同時(shí),柜機(jī)室外機(jī)四通閥管路多為12.0 mm管徑,成本偏高。因此,設(shè)計(jì)一種振動(dòng)抑制控制方式和四通閥管路組合的方案,嘗試解決以上問(wèn)題??刂品绞椒矫妫憾喾N多樣[2-5]?,F(xiàn)提出一種計(jì)算扭矩補(bǔ)償曲線方式,其主要特點(diǎn)是曲線隨著工況進(jìn)行變化,從而可以實(shí)現(xiàn)更精確的控制,取得更好的補(bǔ)償效果。四通閥管路方面:2 P柜機(jī)空調(diào)多使用外徑為12.0 mm四通閥管路及2 P四通閥體,成本較高;設(shè)計(jì)更具成本競(jìng)爭(zhēng)力的外徑為9.53 mm四通閥管路及1.5 P四通閥體進(jìn)行管路應(yīng)力實(shí)驗(yàn)。為驗(yàn)證上述組合方案下,單轉(zhuǎn)子壓機(jī)在2 P柜機(jī)空調(diào)上應(yīng)用可行性,以壓縮機(jī)吸氣管口和排氣管口處應(yīng)力值作為衡量指標(biāo),從如下方面進(jìn)行研究:在不同環(huán)境工況下(常規(guī)制冷工況、常規(guī)制熱工況、大負(fù)載制冷工況、大負(fù)載制熱工況),對(duì)室外機(jī)運(yùn)行過(guò)程中吸氣管口和排氣管口進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試;在不同環(huán)境工況下(常規(guī)制冷工況、常規(guī)制熱工況),設(shè)定不同頻率下關(guān)機(jī),對(duì)關(guān)機(jī)過(guò)程中吸氣管口和排氣管口進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試。所有應(yīng)力值為實(shí)驗(yàn)測(cè)試最大值,并與極限值進(jìn)行比較分析,結(jié)果表明應(yīng)用可行,為單轉(zhuǎn)子壓機(jī)在柜機(jī)空調(diào)上應(yīng)用提供一種參考方法。

        2 控制方式簡(jiǎn)述

        學(xué)者紀(jì)歷[6]、王宗良[7]對(duì)電機(jī)控制進(jìn)行了相關(guān)研究,在控制原理基礎(chǔ)上,本文提出一種力矩曲線計(jì)算控制方式,根據(jù)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的力矩模型以及壓縮機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩模型,計(jì)算扭矩補(bǔ)償電流,前饋到q軸Iref進(jìn)行實(shí)時(shí)控制[8]。控制方式如圖1所示。前期已經(jīng)對(duì)該控制方案相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究,本階段主要通過(guò)該控制方案和相關(guān)管路組合設(shè)計(jì),以管路應(yīng)力特性為指標(biāo),研究單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在2 P柜機(jī)空調(diào)應(yīng)用可行性。

        圖1 自適應(yīng)振動(dòng)抑制控制方式圖

        3 四通閥管路設(shè)計(jì)

        四通閥管路對(duì)單轉(zhuǎn)子壓機(jī)能否應(yīng)用于2 P機(jī)上起到關(guān)鍵作用,借助仿真軟件選定四通閥管路方案。設(shè)計(jì)了2種四通閥管路方案(吸氣管管徑、冷凝管管徑、蒸發(fā)管管徑全部為9.53 mm,四通閥體為1.5 P小四通閥體),兩者區(qū)別在于吸氣管形狀不同。為快速確定較優(yōu)方案,通過(guò)三維建模軟件建模,然后進(jìn)行管路模擬,根據(jù)模擬結(jié)果,最終選擇較優(yōu)的四通閥管路方案,與控制方式一起作為組合方案,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。四通閥管路方案1和方案2如圖2所示。

        圖2 四通閥管路方案

        通過(guò)ANSYS Workbench軟件對(duì)以上兩種方案模擬分析,模擬管路受壓機(jī)激勵(lì)時(shí)的應(yīng)力問(wèn)題,固定約束吸排氣口等,如圖3所示,在回氣排氣管位置各加載1 N的力模擬壓機(jī)對(duì)管路的激勵(lì),結(jié)果如圖4。

        圖3 吸排氣管模擬受力示意圖

        由圖4模擬結(jié)果可以看出,方案2排氣彎在65 Hz附近應(yīng)力值很大,方案1整體表現(xiàn)優(yōu)于方案2,因此,選取管路方案1進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)測(cè)試。同時(shí),還可以看出,50~70 Hz區(qū)間,應(yīng)力值普遍偏高,說(shuō)明此方案管路固有頻率大多集中在此頻率段,需要重點(diǎn)關(guān)注此頻率段應(yīng)力測(cè)試情況。

        圖4 兩種管路方案受力模擬對(duì)比

        4 實(shí)驗(yàn)研究

        4.1 實(shí)驗(yàn)步驟

        4.1.1 運(yùn)行測(cè)試

        (1)制冷工況下,研究不同頻率下(16~84 Hz,每隔2 Hz)吸氣管口和排氣管口應(yīng)力變化情況;

        (2)制熱工況下,研究不同頻率下(20~102 Hz,每隔2 Hz)吸氣管口和排氣管口應(yīng)力變化情況;

        (3)制冷大負(fù)載工況,研究壓機(jī)自由運(yùn)行過(guò)程中吸氣管口和排氣管口應(yīng)力變化情況;

        (4)制熱大負(fù)載工況,研究壓機(jī)自由運(yùn)行過(guò)程中吸氣管口和排氣管口應(yīng)力變化情況。

        4.1.2 停止測(cè)試

        (1)制冷工況下,設(shè)定不同頻率(20~70 Hz,每隔10 Hz),關(guān)機(jī),研究不同頻率關(guān)機(jī)下吸氣管口和排氣管口應(yīng)力變化情況;

        (2)制熱工況下,設(shè)定不同頻率(20~100 Hz,每隔10 Hz),關(guān)機(jī),研究不同頻率關(guān)機(jī)下吸氣管口和排氣管口應(yīng)力變化情況。

        注:制冷工況(室內(nèi)27℃/室外35℃)、制熱工況(室內(nèi)20℃/室外2℃)、制冷大負(fù)載工況(室內(nèi)34℃/室外45℃)、制熱大負(fù)載工況(室內(nèi)27℃/室外24℃)。

        4.2 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)及應(yīng)力測(cè)點(diǎn)描述

        吸氣焊點(diǎn)、吸氣彎、排氣焊點(diǎn)、排氣彎四處應(yīng)力測(cè)點(diǎn)示意圖和應(yīng)力測(cè)點(diǎn)實(shí)物圖見(jiàn)圖5,實(shí)驗(yàn)用單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖6。

        圖5 應(yīng)力測(cè)點(diǎn)示意圖及實(shí)物圖

        圖6 壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

        4.3 應(yīng)力極限值簡(jiǎn)述

        (1)運(yùn)行:空調(diào)室外機(jī)管路應(yīng)用可行性,主要取決于壓縮機(jī)吸氣口和排氣口處管路應(yīng)力值表現(xiàn),在壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的抖動(dòng)下,此處管路最易發(fā)生應(yīng)力疲勞損傷,本次實(shí)驗(yàn)應(yīng)力極限值取13 MPa。

        (2)停止:極限值選取50 MPa。

        4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

        從圖7可以看出,所有應(yīng)力測(cè)點(diǎn)值均低于極限值,50~70 Hz頻率區(qū)間,應(yīng)力值普遍偏高;從圖8可以看出,制熱工況,整體表現(xiàn)的趨勢(shì)與制冷工況相對(duì)一致。表明低頻40 Hz下,振動(dòng)得到很好的抑制,50~70 Hz頻率區(qū)間,應(yīng)力值偏高,與模擬結(jié)果吻合,說(shuō)明此現(xiàn)象與管路模態(tài)強(qiáng)相關(guān),后續(xù)可以根據(jù)模擬仿真,繼續(xù)優(yōu)化管路設(shè)計(jì),或者在上述管路上增加配重,解決該頻率段應(yīng)力值偏高問(wèn)題。

        圖7 制冷工況不同頻率下排氣和吸氣測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)力

        圖8 制熱工況不同頻率下排氣和吸氣測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)力

        從圖9可以看出,制冷工況下不同頻率點(diǎn)停機(jī)后,各個(gè)測(cè)點(diǎn)表現(xiàn)的應(yīng)力也不相同,排氣焊點(diǎn)和吸氣彎分別在60 Hz及70 Hz表現(xiàn)最差,但測(cè)試值與極限值相比,余量空間較大。從圖10看出,制熱工況下,各個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)試應(yīng)力值遠(yuǎn)低于極限值,其中,50 Hz應(yīng)力值表現(xiàn)最差;以上同樣表明,低頻40 Hz下,振動(dòng)效果很好,應(yīng)力值表現(xiàn)較差的頻率,與管路模態(tài)強(qiáng)相關(guān),優(yōu)化方法可同上。

        圖9 制冷工況不同頻率下壓機(jī)停機(jī)排氣和吸氣測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)力

        圖10 制熱工況不同頻率下壓機(jī)停機(jī)排氣和吸氣測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)力

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